[發(fā)明專利]臺面型二極管及其制作方法、陣列芯片的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010640934.7
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111755555B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 曾磊;王肇中
• 申請（專利權）人: 武漢光谷量子技術有限公司
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 孟歡

本申請涉及一種臺面型二極管及其制作方法、陣列芯片的制作方法，所述臺面型二極管自下而上依次包括倍增層、雜質控制層和高摻雜P型層，所述倍增層包括擴散區(qū)和倍增區(qū)，且所述擴散區(qū)和所述雜質控制層均由所述高摻雜P型層中的雜質在加熱過程中向下擴散而成。本申請?zhí)峁┑呐_面型二極管，可以避免采用擴散爐、有機金屬氣相沉積等雜志擴散設備，直接通過加熱擴散的方式調整倍增區(qū)的厚度，調整各外延片之間存在的片間差異和同一外延片內各單元之間的差異，提高陣列芯片各單元之間的一致性，進而提高陣列芯片的性能和良率。

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，特別涉及一種臺面型二極管及其制作方法、陣列芯片的制作方法。

背景技術

雪崩光電二極管(Avalanche Photodiodes，APD)根據結構和相應的技術路線可分為平面型和臺面型兩類。在平面型APD制造過程中，采用擴散工藝控制P型接觸區(qū)域和倍增區(qū)，擴散窗口決定了光敏面尺寸。平面型APD工藝的優(yōu)點在于無需側壁保護措施，芯片可靠性好，但窗口擴散工藝控制難度較大，且擴散深度難以精確測量，而擴散深度直接影響倍增區(qū)厚度，進而影響雪崩擊穿電壓，因此在制造陣列芯片時各像元的一致性控制難度較大。臺面型APD的各層材料厚度和摻雜濃度通常完全由外延生長決定，通過后續(xù)刻蝕工藝決定光敏面尺寸，刻蝕工藝不影響擊穿電壓，因此相對于平面型APD工藝而言，在制造陣列芯片時的像元一致性能夠控制得更加精確，臺面型APD在制造陣列芯片時應用更為廣泛。

然而，傳統的臺面型APD在制作過程中，外延生長完成后，各層結構已經確定，各外延片的片間差異難以通過后段加工工藝進行彌補，因此批次間差異較大，進而影響APD的性能。

發(fā)明內容

本申請實施例提供一種臺面型二極管及其制作方法、陣列芯片的制作方法，以解決相關技術中各外延片之間存在的片間差異無法通過后段加工工藝來進行彌補的技術問題。

第一方面，提供了一種臺面型二極管，其自下而上依次包括倍增層、雜質控制層和高摻雜P型層，所述倍增層包括擴散區(qū)和倍增區(qū)，且所述擴散區(qū)和所述雜質控制層均由所述高摻雜P型層中的雜質在加熱過程中向下擴散而成。

一些實施例中，所述倍增層為非故意摻雜InP，所述雜質控制層為非故意摻雜InGaAs或者組分漸變的In_1-xGa_xAs_yP_1-y，所述高摻雜P型層為P型飽和濃度InGaAs。

一些實施例中，所述的臺面型二極管自下而上依次還包括襯底、緩沖層、吸收層、過渡層、電荷層，且所述倍增層位于所述電荷層上方。

一些實施例中，所述襯底為N型或半絕緣InP，緩沖層為N型InP，吸收層為非故意摻雜N型InGaAs或In_1-xGa_xAs_yP_1-y，過渡層為成分漸變的In_1-xGa_xAs_yP1-_y，其中，1≤x，y≤1，電荷層為N型InP。

第二方面，本申請還提供了一種臺面型二極管的制作方法，包括步驟：

自下而上依次生長倍增層、雜質控制層和高摻雜P型層，形成外延結構；

加熱所述外延結構，使所述高摻雜P型層中的雜質向下擴散，直至所述倍增層局部摻雜后形成擴散區(qū)，所述倍增層未被摻雜的區(qū)域形成倍增區(qū)。

一些實施例中，所述形成外延結構的具體步驟包括：

在襯底上依次生長緩沖層、吸收層、過渡層、電荷層、倍增層、雜質控制層和高摻雜P型層。

一些實施例中，在加熱所述外延結構之前，還包括步驟：

對所述外延結構進行臺面刻蝕，使其形成臺面型的外延結構。