[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 202110559991.7
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113299787B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 陳飛
• 申請（專利權）人: 武漢新芯集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0352
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 周耀君

本發明提供了一種半導體器件及其制造方法，所述半導體器件包括：襯底；溝槽隔離環，形成于襯底中，溝槽隔離環填充有摻雜的半導體材料層；溝槽隔離環引出電極，形成于摻雜的半導體材料層上，用于將摻雜的半導體材料層電引出；用于形成光電二極管的離子摻雜區，形成于溝槽隔離環所環繞的襯底中；離子摻雜區引出電極，形成于離子摻雜區上，用于將離子摻雜區電引出；摻雜的半導體材料層與離子摻雜區通過溝槽隔離環引出電極與離子摻雜區引出電極串聯，用于向離子摻雜區提供淬滅電阻。本發明的技術方案能夠避免相鄰的光電二極管之間的相互串擾，降低暗電流的影響；且能夠降低工藝成本，以及避免導致器件的缺陷增加而影響量子效率。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別涉及一種半導體器件及其制造方法。

背景技術

隨著消費電子產品的不斷發展，對于AR(Augmented Reality，增強現實)應用效果的精確度和流暢性提高到新的級別。目前，ITOF(Indirect Time-of-Flight，間接測量飛行時間)對于應用端的需求已經滿足不了用戶需求，而新搭載的DTOF(Direct Time-of-Flight，直接測量飛行時間)的激光雷達產品對于3D攝像頭有著更好的應用，DTOF技術克服了光電探測技術的難點，實現了單光子檢測，而DTOF的核心器件是單光子雪崩二極管(SPAD，Single Photon Avalanche Diode)。

目前，在SPAD器件的制造工藝中，是通過離子注入形成摻雜區的方式實現SPAD之間的隔離；且需控制SPAD與SPAD之間的間距，以平衡SPAD之間的結(Junction)。但是，由于SPAD器件都是工作在雪崩擊穿的蓋革模式下，其工作電壓都比較高(例如大于20V)，離子注入形成摻雜區的這種非物理隔離的方式會導致SPAD之間的串擾，從而使得DTOF的SPAD產生充電(charging)的缺陷，造成暗電流的增加；并且，由于對離子注入形成摻雜區的深度需求很深，那么，對于離子注入和光阻的要求非常高，導致工藝難度和成本都大幅增加。

同時，在SPAD器件工作中需要淬滅電阻。目前，在SPAD器件的制造工藝中，通過在襯底上生長多晶硅，再經過離子注入調節多晶硅的電阻，并通過刻蝕多晶硅實現淬滅電阻的形成。但是，對于SPAD器件，離子注入和刻蝕工藝都會帶來等離子體對于器件工作區的損傷，導致器件的缺陷增加，影響量子效率。

因此，需要對SPAD器件的制造工藝進行改進，以解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體器件及其制造方法，能夠避免相鄰的光電二極管之間的相互串擾，降低暗電流的影響；且能夠降低工藝成本，以及避免導致器件的缺陷增加而影響量子效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種半導體器件，包括：

襯底；

溝槽隔離環，形成于所述襯底中，所述溝槽隔離環填充有摻雜的半導體材料層；

溝槽隔離環引出電極，形成于所述摻雜的半導體材料層上，所述溝槽隔離環引出電極用于將所述摻雜的半導體材料層電引出；

用于形成光電二極管的離子摻雜區，形成于所述溝槽隔離環所環繞的襯底中；以及，

離子摻雜區引出電極，形成于所述離子摻雜區上，所述離子摻雜區引出電極用于將所述離子摻雜區電引出；

其中，所述摻雜的半導體材料層與所述離子摻雜區通過所述溝槽隔離環引出電極與所述離子摻雜區引出電極串聯，用于向所述離子摻雜區提供淬滅電阻。

可選地，所述溝槽隔離環的深度大于所述離子摻雜區的深度。

可選地，所述摻雜的半導體材料層的材質為無定形硅和/或多晶硅。

可選地，所述溝槽隔離環包括環形溝槽、覆蓋于所述環形溝槽的內表面上的絕緣材料層，以及填滿所述環形溝槽的所述摻雜的半導體材料層。