[發明專利]一種共用深N阱的SPAD器件及其構成的光探測陣列

有效

• 申請號: 202011181289.3
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112490300B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 劉馬良;孫文博;郭若昱;王玉鑫;楊茂龍;朱樟明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0232;H01L31/107;H01L27/144
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種共用深N阱的SPAD器件及其構成的光探測陣列，通過改變器件內部陰極N+以及陽極P+的位置，得陰極N+區域變小，陽極P+區域變大，使得有效的光探測區的面積占比更高，提高SPAD器件以及光探測陣列的填充因數。

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種共用深N阱的SPAD器件及其構成的光探測陣列。

背景技術

SPAD是一種具有單光子探測能力的光電探測雪崩二極管，SPAD構成的SPAD光探測陣列主要用在激光雷達的光信號探測中，SPAD光探測陣列首先在探測到光信號后，將光信號轉化為電信號。

現有技術常用的傳統結構的SPAD如圖1所示，由傳統結構的SPAD構成的SPAD光探測陣列如圖2所示，其刨面圖如圖3所示。在圖1中MICROLENS為透鏡，用于增加進光角度；DTI為深槽隔離，對進入器件的光進行反射，同時對在兩個相鄰的SPAD中起到隔離的作用；SUBSTRATE為器件的襯底；DNW為深N阱；NW為N阱；P+為SPAD的陽極；N+為SPAD的陰極；STI為淺槽隔離；將P+和N+進行隔離；PW為P阱；M1為第一層金屬，通過CT和P+，N+連接；M2為第二層金屬，通過V1與M1連接；M1，M2都用于將P+和N+連接到偏置電壓；CT和V1都為通孔；CT用于連接M1和P+或者N+；V1用于連接M1和M2。在圖3中，兩個SPAD器件相鄰的陰極(N+)通過各自的第一通孔(CT)與各自的第一層金屬(M1)相連，兩個相鄰的SPAD器件的深N阱(DNW)存在間隙，兩個SPAD器件相鄰的一側共用一個深槽隔離(DTI)

SPAD光探測陣列的工作原理是：激光器發射激光，激光照射到物體上，然后物體發生反射，反射的激光被SPAD光探測陣列時，光信號從器件背面通過透鏡進入到器件內部，光子在P+和DNW的交接處觸發雪崩效應，器件產生雪崩電流，將光信號轉化為電信號。

由于傳統結構的SPAD組成的SPAD光探測陣列中每個SPAD是相互獨立的，如圖2所示，使得有效的光探測區域占整占陣列面積的比例較小，填充因數比較低。因此亟待一種可以提高填充因數的SPAD器件及由該SPAD器件構成的SPAD光探測陣列。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種共用深N阱的SPAD器件及其構成的光探測陣列。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

第一方面本發明實施例提供了一種共用深N阱的SPAD器件，包括：透鏡MICROLENS、深槽隔離DTI、襯底SUBSTRATE、深N阱DNW、N阱NW、SPAD的陽極P+、SPAD的陰極N+、淺槽隔離STI、P阱PW、第一層金屬M1、第二層金屬M2、多個第一通孔CT以及第二通孔V1，每個第一通孔CT各自獨立，所述陰極N+設置在所述SPAD器件內部的每側，每側的陰極N+上設置所述N阱NW，在所述SPAD器件內部從每側向中心的方向，依次是淺槽隔離STI、P阱PW、陽極P+，在所述SPAD器件內部從上至下的方向，在每側的陰極N+上，每側陰極N+通過該側的第一通孔CT與該側的第一金屬層M1相連，在每一側的陰極N+上的第一層金屬M1相互連接形成閉環結構，在所述陽極P+上，該陽極P+通過第一通孔CT與第一層金屬M1相連，該第一層金屬M1通過第二通孔V1與第二層金屬M2相連，在所述陽極P+上的第一金屬層M1與在每一側的陰極N+上的第一層金屬M1各自獨立。

可選的，所述SPAD器件是正多邊形或圓形。