[發(fā)明專利]基于硅基雙環(huán)結(jié)構(gòu)的APD探測器制備方法

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• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN110061091A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫芳魁;趙永紅
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工大華生電子有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于硅基雙環(huán)結(jié)構(gòu)的APD探測器制備方法，本發(fā)明屬于探測器領(lǐng)域，其中包括P+襯底（1），位于襯底上方p?外延層作為探測器的π型吸收區(qū)（2），在外延層上制作保護(hù)環(huán)APD探測器結(jié)構(gòu)包括：接觸區(qū)N+（3）和保護(hù)環(huán)N+（4）組成APD探測器的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，在外延層上制備倍增區(qū)P+（5），而光敏面采用SiO₂（6）、PSG（7）和Si₃N₄（9）組成的光敏感層，提高APD探測器對光的透過率，因此提供器件的吸收效率；本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)APD探測器主要是采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，增加了器件的感光面積，提高APD探測器的探測效率、響應(yīng)度，并解決了APD探測器的高電壓下邊緣局部提前擊穿效應(yīng)；生產(chǎn)工藝采用高能離子注入和退火工藝制作，有效提高器件的成品率降低暗電流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于硅基雙環(huán)結(jié)構(gòu)的APD探測器制備方法，特別是APD探測器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光電探測器是光電子產(chǎn)業(yè)中的重要核心器件，負(fù)責(zé)將探測到的光子信號化轉(zhuǎn)為電子信號。隨著智能軍事、量子通信、高端醫(yī)療、智能汽車、生物醫(yī)學(xué)、智能安防等科技的應(yīng)用化，人們對寬波段、更高靈敏度的光電探測器的需求越來越多，光電探測器已由傳統(tǒng)的光電倍增管(PMT)、PIN光電二極管發(fā)展到對微弱光信號敏感且具有內(nèi)部倍增的半導(dǎo)體雪崩光電二極管(APD)；雪崩光電探測器APD可實現(xiàn)單光子探測的雪崩光子探測器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如熒光成像、 X 線斷層顯像、輻射探測、高能物理、激光雷達(dá)、航空航天、智能軍事、高端醫(yī)療、生物醫(yī)學(xué)、大氣探測及空間氣象等領(lǐng)域，特別是在即將大規(guī)模興起的汽車無人駕駛、量子通信、量子密鑰分配、機(jī)器人視覺等新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)方面的核心作用具有不可替代的地位，這些新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品對新型高靈敏度的光子探測器具有極其巨大的需求，雪崩光子探測器的應(yīng)用將取得一次革命性的突破。

隨著APD探測器應(yīng)用越來越廣泛，因此性能要求也越來越高，傳統(tǒng)APD結(jié)構(gòu)采用單環(huán)結(jié)構(gòu)，在高電壓下，會產(chǎn)生邊緣局部擊穿；因電極的設(shè)置位置的影響，更是占用了器件的有效感光面積，影響了器件的探測效率，因此本發(fā)明對于傳統(tǒng)APD存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，不僅解決了邊緣局部擊穿效應(yīng)，并大大的增加了探測感光面積，提高了器件的探測效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明區(qū)別傳統(tǒng)的APD結(jié)構(gòu)采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)能夠在感光面積、暗電流和邊緣擊穿等方面得到了有效的解決。

本發(fā)明的目的是提供基于硅基雙環(huán)結(jié)構(gòu)的APD探測器制備方法。該發(fā)明的特點是，如圖1，其中包括P+硅襯底（1），其濃度為3.5×10²⁰cm^-3，位于襯底上方p-外延層作為探測器的π型吸收區(qū)（2），其濃度為5×10¹⁵cm^-3，外延層厚度10um，在外延層上制作保護(hù)環(huán)APD探測器結(jié)構(gòu)包括：接觸區(qū)N+（3）和保護(hù)環(huán)N+（4）. 其濃度均為8×10¹⁸cm^-3，結(jié)深分別為0.3um和3um，組成APD探測器的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，在外延層上制作倍增區(qū)P+（5），其濃度為5×10¹⁶cm^-3，結(jié)深1.5um。

本發(fā)明的目的是提供基于硅基雙環(huán)結(jié)構(gòu)的APD探測器制備方法，包括：

首先，在外延層2上制作接觸區(qū)N+（3）和保護(hù)環(huán)N+（4）組成APD探測器的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，減小了器件的邊緣擊穿效應(yīng)。

其次，保護(hù)環(huán)4采用高能離子注入技術(shù)和退火工藝實現(xiàn)，能夠減小器件的漏電流（如圖2）并提高成品率。

再次，本發(fā)明專利結(jié)構(gòu)圖1與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2對比結(jié)構(gòu)顯示，相同尺寸的探測器，采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)制作的APD探測器增加了探測器的感光面積，提高器件的探測效率和響應(yīng)度，

進(jìn)一步，器件的光敏面采用SiO₂（6）、PSG（7）和Si₃N₄（9）組成的光敏感層，提高APD探測器對光的透過率，因此提高器件對光的吸收效率。