[發明專利]包括雪崩二極管陣列的集成電路及其制造方法

在審

• 申請號: 202011162098.2
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112802912A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: B·馬蒂
• 申請（專利權）人: 意法半導體（克洛爾2）公司
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/107;H01L27/144;H01L31/18
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 羅利娜

本公開的實施例涉及包括雪崩二極管陣列的集成電路及其制造方法。集成電路在半導體襯底中形成。單光子雪崩二極管的陣列在半導體襯底的前側形成。該陣列包括第一二極管和第二二極管，第一二極管和第二二極管彼此相鄰。布拉格反射鏡被定位在第一二極管與第二二極管之間。布拉格反射鏡被配置成防止光在第一二極管與第二二極管之間的傳播。

相關申請的交叉引用

本申請要求2019年10月28日提交的法國專利申請號1912072的權益，該申請在此通過引用并入本文。

技術領域

實施例涉及單光子雪崩二極管的陣列及其制造過程。

背景技術

單光子雪崩二極管通常被本領域技術人員稱為SPAD。SPAD能夠檢測低強度的信號(諸如，單個光子)，并且能夠以高時間分辨率發出該光子到達時間的信號。

特別地，SPAD利用p-n結的雪崩電流，該電流由入射光線觸發。更特別地，SPAD被反向偏置成超過其擊穿電壓。

高反向偏置電壓生成足夠高的電場，以使被引入到SPAD的耗盡區域的單個電荷載流子能夠引起雪崩，該雪崩經由每次撞擊一次電離而自我維持。

然后，雪崩被主動或被動地壓制，從而允許SPAD被復位以檢測其他光子。

初始電荷載流子可以通過單個入射光子撞擊高場區域而光電地生成。這種用于檢測單光子的操作模式通常被稱為蓋革(Geiger)模式。

在SPAD中的雪崩期間，高數目個熱載流子被生成。這些熱載流子通過在所有方向上發射處于紅色或處于近紅外的寄生光來弛豫。

在常規的SPAD陣列中，由陣列的SPAD中生成的熱載流子所發射的光可以傳播通過分離SPAD的硅的較大厚度，并且被相鄰的SPAD吸收。

然后，相鄰SPAD對寄生光的該吸收在該SPAD中生成不期望的雪崩。這種效應被稱為電-光學串擾。

由該串擾引起的相鄰SPAD中的雪崩可以引起電壓降到擊穿電壓以下。因此，該相鄰的SPAD不再能夠檢測光子。然后，需要對該相鄰的SPAD進行再充電，以便將偏置電壓增加到擊穿電壓的上方，從而使該SPAD能夠再次檢測光子。

這種再充電需要相當長的時間(幾納秒)，在此期間，SPAD不能檢測光子。

由相鄰SPAD生成的熱載流子發出的不期望的光的傳輸所導致的這種再充電因此降低了SPAD陣列的性能。

為了使該串擾衰減，通常會降低SPAD的過量偏置電壓。具體地，減小過量的偏置電壓允許減少在雪崩期間所生成的熱載流子的數目。但是，該解決方案導致SPAD陣列的SPAD的性能下降。

發明內容

本發明的實施方式和實施例涉及集成電路，在特別的示例中，涉及包括單光子雪崩二極管的陣列的集成電路。

實施例可以提供一種包括高性能SPAD陣列的集成電路，該集成電路允許降低或甚至消除串擾。

根據一個方面，提供了一種集成電路。該集成電路包括半導體襯底，半導體襯底包含單光子雪崩二極管的陣列，單光子雪崩二極管包括至少兩個二極管，該至少兩個二極管彼此相鄰。相應地，至少一個布拉格反射鏡被定位在至少兩個相鄰的二極管之間。布拉格反射鏡適于防止光在這兩個二極管之間的傳播。

以下，SPAD陣列也被稱為光檢測器陣列。因此，光檢測器陣列包括多個SPAD。

根據該方面的集成電路可以包括一個或多個布拉格反射鏡。每個布拉格反射鏡因此具有第一橫向側和第二橫向側，第一橫向側與光檢測器陣列的第一SPAD接觸，第二橫向側與第一橫向面相對，第二橫向側與光檢測器陣列的第二SPAD接觸，該第二SPAD與第一SPAD相鄰。