CN104900666B - 深槽隔离防串扰的光电探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种深槽隔离防串扰的光电探测器,包括由P型扩散层、衬底层和N型扩散层依次层叠而成的P‑i‑N层状结构,所述P‑i‑N层状结构上设置有隔离区,所述隔离区将P‑i‑N层状结构的光敏面划分为多个象限,其特征在于:所述隔离区采用如下结构实现:在P‑i‑N层状结构的光敏面上制作深槽,深槽的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配,深槽的轴向与P‑i‑N层状结构的层叠方向相同,深槽的深度达到N型扩散层上端面,深槽内填充有绝缘物质。本发明的有益技术效果是:实现了对象限光电探测器各象限的有效隔离,减少了光电探测器耗尽层的面积,减小了内部的结电容面积,减小了RC时间常数,提高了器件的响应速度,深槽位于象限光电探测器的体内,避免了表面态缺陷对器件的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电探测器制作技术,尤其涉及一种深槽隔离防串扰的光电探测器及其制作方法。
背景技术
现有技术中,一般在半导体硅探测器上制作隔离区(也叫盲区)来形成象限光电探测器,象限光电探测器工作时,在光照作用下,产生光生载流子,光生载流子在电场作用下做有序定向运动,形成光电流,从而使各象限独立输出信号。由于部分光生载流子在产生区和渡越区存在无序运动,导致光生载流子会从自身的光敏区进入到周边邻近的光敏区,从而形成光电串扰,光电串扰对于近红外波长(1064nm)、需要厚耗尽层的硅象限光电探测器影响极大。
为了减小光电串扰的影响,现有的象限光电探测器芯片大多采用PN结隔离各象限,PN结作为电学隔离,对于近红外波长(1064nm)一般需要高耐压,所以,耗尽区必须要宽,但这会产生不良的电阻电容特性;另一个方法是增大盲区面积,这样既可提高耐压,又可较小象限间串扰,但是盲区的增大会损失较多的光能量,同时,器件使用过程中也对盲区尺寸有严格要求;还有一种方法是减薄光生载流子产生区,虽然同样可以减小光电串扰,但减薄光生载流子产生区的厚度,特别是对近红外1064nm波长,光吸收厚度也会相应减小,将会严重降低光电探测器的响应度。
发明内容
针对背景技术中的问题,本发明提出了一种深槽隔离防串扰的光电探测器,包括由P型扩散层、衬底层和N型扩散层依次层叠而成的P-i-N层状结构,所述P-i-N层状结构上设置有隔离区,所述隔离区将P-i-N层状结构的光敏面划分为多个象限,其特征在于:所述隔离区采用如下结构实现:在P-i-N层状结构的光敏面上制作深槽,深槽的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配,深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同,深槽的深度达到N型扩散层上端面,深槽内填充有绝缘物质。
本发明的原理是:传统的象限光电探测器采用平面PN结隔离,平面PN结面积由球面结、柱面结和体内的平行平面结三部分组成,球面结和柱面结暴露在表面,在高反压的工作状态,由于耗尽区加大,球面结和柱面结面积将进一步变大,因此,其寄生的电容面积较大,导致寄生电容C也相应较大;而采用本发明发明方案后,平面PN结暴露在表面的柱面结和球面结不复存在,平面PN结实际只留下体内的平行平面结,结面积大大减小,其结果首先是大大降低了表面由于缺陷、沾污等导致的漏电流(暗电流),其次,平面PN结面积的减小有效的减小了象限光电探测器的本征暗电流,第三,电容面积减小,电容C减小,寄生RC时间常数减小,提高了光电探测器的响应速度;传统象限光电探测器的击穿电压由球面结、柱面结和平面结击穿电压所组成,由于材料本身的表面缺陷,以及在制作过程中的沾污(尤其是金属离子),诱生缺陷及表面复合(尤其是俄歇复合),使得探测器的反向击穿电压主要由表面击穿决定(主要由球面结表面曲率半径和缺陷情况决定),大大低于体内平行平面结击穿电压;本发明的深槽结构,使得各象限完全被深槽隔离,不存在表面的球面结和柱面结,只有体内的平行平面结,探测器反向击穿电压主要由平行平面结决定,击穿电压大大提高,另外,深槽隔离为物理隔离,除入射光本身的干涉外,其象限间没有电连接和寄生连接,实现了象限间串扰最小化。
优选地,所述绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺,由旋涂玻璃形成的第一绝缘层设置于深槽结构的底部,由聚酰亚胺形成的第二绝缘层将深槽结构内的剩余空间填充。
为了便于本领域技术人员实施本发明,本发明还公开了前述光电探测器的制作方法,具体步骤为:
1)提供衬底层;
2)在衬底层的上端面进行硼扩散,形成P型扩散层;
3)在P型扩散层表面淀积氮化硅层;
4)在衬底层的下端面进行磷扩散,形成N型扩散层;由P型扩散层、衬底层和N型扩散层依次层叠而成的结构体形成P-i-N层状结构;
5)在氮化硅层表面淀积铝层,对氮化硅层和铝层进行刻蚀,刻蚀区域的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配,刻蚀深度达到衬底层的上端面;
6)采用深槽工艺对刻蚀区域进行处理,在刻蚀区域范围内加工出深槽,深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同,深槽的深度达到N型扩散层上端面;
7)将氮化硅层和铝层去掉;
8)在深槽内填充绝缘物质;绝缘物质外表面与P型扩散层上端面齐平;
9)在P型扩散层表面淀积增透膜层,并在增透膜层上制作出电极。
优选地,步骤9)中的绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺,由旋涂玻璃形成的第一绝缘层设置于深槽结构的底部,由聚酰亚胺形成的第二绝缘层将深槽结构内的剩余空间填充。
本发明的有益技术效果是:实现了对象限光电探测器各象限的有效隔离,减少了光电探测器耗尽层的面积,减小了内部的结电容面积,减小了RC时间常数,提高了器件的响应速度,深槽位于象限光电探测器的体内,避免了表面态缺陷对器件的影响。
附图说明
图1、本发明的深槽隔离防串扰的光电探测器结构示意图;
图2、本发明的工艺流程示意图;
图3、本发明的深槽隔离防串扰的光电探测器顶视图;
图中各个标记所对应的名称分别为:P型扩散层1、衬底层2、N型扩散层3、氮化硅层4、铝层5、增透膜层6、电极7、第一绝缘层8、第二绝缘层9、象限10。
具体实施方式
一种深槽隔离防串扰的光电探测器,包括由P型扩散层1、衬底层2和N型扩散层3依次层叠而成的P-i-N层状结构,所述P-i-N层状结构上设置有隔离区,所述隔离区将P-i-N层状结构的光敏面划分为多个象限,其创新在于:所述隔离区采用如下结构实现:在P-i-N层状结构的光敏面上制作深槽,深槽的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配,深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同,深槽的深度达到N型扩散层3上端面,深槽内填充有绝缘物质。
进一步地,所述绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺,由旋涂玻璃形成的第一绝缘层8设置于深槽结构的底部,由聚酰亚胺形成的第二绝缘层9将深槽结构内的剩余空间填充。之所以采用旋涂玻璃和聚酰亚胺两种物质来填充深槽,是因为:旋涂玻璃采用常规的锌硼系或铅硼系不仅限于以上PN结钝化玻璃,并适添加不透光物质如在玻璃粉搅拌时添加0.5-1%的高纯纳米碳,其目的是和硅有良好膨胀系数匹配,较强的附着力,并有一定机械支撑线,对PN结由良好的钝化性,同时不透光。采用聚酰亚胺既可对表面进行钝化,又由于聚酰亚胺的流动性而有利于形成缓变、平坦的台阶覆盖。
一种深槽隔离防串扰的光电探测器制作方法,其创新在于:按如下步骤制作:
1)提供衬底层2;
2)在衬底层2的上端面进行硼扩散,形成P型扩散层1;
3)在P型扩散层1表面淀积氮化硅层4;步骤3)完成后,结构体的状态如图2中左侧第一个结构体所示;
4)在衬底层2的下端面进行磷扩散,形成N型扩散层3;由P型扩散层1、衬底层2和N型扩散层3依次层叠而成的结构体形成P-i-N层状结构;
5)在氮化硅层4表面淀积铝层5(结构体的状态如图2中左侧第二个结构体所示),对氮化硅层4和铝层5进行刻蚀,刻蚀区域的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配,刻蚀深度达到衬底层2的上端面;步骤5)完成后,结构体的状态如图2中左侧第三个结构体所示;
6)采用深槽工艺对刻蚀区域进行处理,在刻蚀区域范围内加工出深槽,深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同,深槽的深度达到N型扩散层3上端面;步骤6)完成后,结构体的状态如图2中左侧第四个结构体所示;
7)将氮化硅层4和铝层5去掉;步骤7)完成后,结构体的状态如图2中右侧第一个结构体所示;
8)在深槽内填充绝缘物质;绝缘物质外表面与P型扩散层1上端面齐平;步骤8)完成后,结构体的状态如图2中右侧第二个结构体所示;
9)在P型扩散层1表面淀积增透膜层6,并在增透膜层6上制作出电极7。
进一步地,步骤9)中的绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺,由旋涂玻璃形成的第一绝缘层8设置于深槽结构的底部,由聚酰亚胺形成的第二绝缘层9将深槽结构内的剩余空间填充。
参见图3,图中所示结构即为采用本发明方案获得的四象限光电探测器的顶面,本发明还能用于制作其他数量象限的光电探测器。
Claims (2)
1.一种深槽隔离防串扰的光电探测器制作方法,其特征在于:按如下步骤制作:
1)提供衬底层(2);
2)在衬底层(2)的上端面进行硼扩散,形成P型扩散层(1);
3)在P型扩散层(1)表面淀积氮化硅层(4);
4)在衬底层(2)的下端面进行磷扩散,形成N型扩散层(3);由P型扩散层(1)、衬底层(2)和N型扩散层(3)依次层叠而成的结构体形成P-i-N层状结构;
5)在氮化硅层(4)表面淀积铝层(5),对氮化硅层(4)和铝层(5)进行刻蚀,刻蚀区域的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配,刻蚀深度达到衬底层(2)的上端面;
6)采用深槽工艺对刻蚀区域进行处理,在刻蚀区域范围内加工出深槽,深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同,深槽的深度达到N型扩散层(3)上端面;
7)将氮化硅层(4)和铝层(5)去掉;
8)在深槽内填充绝缘物质;绝缘物质外表面与P型扩散层(1)上端面齐平;
9)在P型扩散层(1)表面淀积增透膜层(6),并在增透膜层(6)上制作出电极(7)。
2.根据权利要求1所述的深槽隔离防串扰的光电探测器制作方法,其特征在于:步骤9)中的绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺,由旋涂玻璃形成的第一绝缘层(8)设置于深槽结构的底部,由聚酰亚胺形成的第二绝缘层(9)将深槽结构内的剩余空间填充。
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