CN106356290A - 1064nm硅基雪崩探测器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种1064nm硅基雪崩探测器，所述1064nm硅基雪崩探测器包括衬底层、光敏区、雪崩区、保护环和截止环，其创新在于：保护环的数量为两个，第一保护环设置在光敏区外围，光敏区的外周边沿位于第一保护环的径向中部，雪崩区与第一保护环之间留有间隔，第二保护环设置在第一保护环的外围，第二保护环和第一保护环之间留有间隔，截止环设置在第二保护环的外围，截止环和第二保护环之间留有间隔。本发明的有益技术效果是：提出了一种1064nm硅基雪崩探测器及其制作方法，该探测器具备较好的抗边缘击穿能力，能在高温环境下长期稳定工作。

Description

1064nm硅基雪崩探测器及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种雪崩探测器，尤其涉及一种1064nm硅基雪崩探测器及其制作方法。
背景技术
硅基雪崩光电二极管是一种具有内部增益的光电探测器，它具有内部增益功能，其响应速度快、光谱范围宽、灵敏度和信噪比S/N都比较高，已广泛应用于弱光场测量、光子计数、光纤通信、激光测距等领域。
目前，日本滨松、德国First Sensor、美国OSI等公司研制的硅基雪崩探测器种类繁多、性能优良，已广泛应用于各个领域。国内研制硅雪崩光电二极管的厂家较少，关键技术掌握不足，尤其是1064nm硅基雪崩探测器存在击穿电压温度系数偏大、高温击穿特性稳定性较差、噪声大等缺点，无法满足工程需求，因此需要依赖进口。
由于1064nm硅基雪崩探测器工作在较高的电压下，PN结边缘处由于边缘场效应，存在较高的边缘电场，容易导致1064nm硅基雪崩探测器在边缘处提前击穿，使器件稳定性和可靠性变差甚至失效。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种1064nm硅基雪崩探测器，所述1064nm硅基雪崩探测器包括衬底层、光敏区、雪崩区、保护环和截止环，所述光敏区、雪崩区、保护环和截止环均形成在衬底层上；所述保护环设置在光敏区外围，所述截止环设置在保护环的外围，所述雪崩区形成在光敏区中部，其特征在于：保护环的数量为两个，第一保护环设置在光敏区外围，光敏区的外周边沿位于第一保护环的径向中部，雪崩区与第一保护环之间留有间隔，第二保护环设置在第一保护环的外围，第二保护环和第一保护环之间留有间隔，截止环设置在第二保护环的外围，截止环和第二保护环之间留有间隔。
本发明的原理是：本发明所涉及的1064nm硅基雪崩探测器的主体结构和基本原理与现有技术基本相同，其不同在于，探测器中的保护环数量为2个，两个保护环可以有效抑制边缘击穿的发生，保证器件在高温环境下长期稳定工作。
优选地，所述第一保护环和第二保护环的径向宽度均为10μm~20μm，第一保护环和第二保护环之间的间隔距离为6μm~20μm。
为了便于本领域技术人员实施，本发明还公开了前述1064nm硅基雪崩探测器的制作方法，其特征在于：所述制作方法的步骤为：
1）提供硅衬底，获得衬底层；
2）采用硼离子注入工艺在衬底层的正面形成截止环；
3）采用磷离子注入工艺和高温推结工艺在衬底层的正面形成第一保护环和第二保护环；
4）采用硼离子注入工艺在衬底层的正面形成雪崩区；
5）采用磷离子注入工艺在衬底层的正面形成光敏区；
6）在衬底层的正面淀积氮化硅钝化膜；
7）将衬底层背面减薄，在衬底层上制作金属电极。
在前述方法中，具体的实施工艺均为现有成熟工艺，其不同在于工艺流程不同于现有技术。
优选地，所述衬底层采用电阻率为2000Ω·cm~10000Ω·cm的P型高阻硅。
优选地，步骤2）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1012/cm2~1014/cm2，注入能量为60keV~140keV，掺杂结深为0.5μm~1.2μm。
优选地，步骤3）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1011/cm2~1014/cm2，注入能量为60keV~140keV；高温推结工艺的工艺条件为：推结温度为1000℃~1200℃，掺杂结深为2.0μm~5.0μm。
优选地，步骤4）中硼离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1012/cm2，注入能量为800keV~1600keV，掺杂结深为2.0μm~4.0μm。
优选地，步骤5）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1014/cm2~1015/cm2，能量为60keV~100keV。
本发明的有益技术效果是：提出了一种1064nm硅基雪崩探测器及其制作方法，该探测器具备较好的抗边缘击穿能力，能在高温环境下长期稳定工作。
附图说明
图1、本发明的结构示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：氮化硅钝化膜1、二氧化硅钝化膜2、截止环3、二次保护环4、背面重掺杂层5、背面金属电极6、正面金属电极7、光敏区8、雪崩区9、一次保护环10、P型高阻硅单晶材料11。
具体实施方式
一种1064nm硅基雪崩探测器，所述1064nm硅基雪崩探测器包括衬底层11、光敏区8、雪崩区9、保护环和截止环3，所述光敏区8、雪崩区9、保护环和截止环3均形成在衬底层11上；所述保护环设置在光敏区8外围，所述截止环3设置在保护环的外围，所述雪崩区9形成在光敏区8中部，其创新在于：保护环的数量为两个，第一保护环10设置在光敏区8外围，光敏区8的外周边沿位于第一保护环10的径向中部，雪崩区9与第一保护环10之间留有间隔，第二保护环4设置在第一保护环10的外围，第二保护环4和第一保护环10之间留有间隔，截止环3设置在第二保护环4的外围，截止环3和第二保护环4之间留有间隔。
进一步地，所述第一保护环10和第二保护环4的径向宽度均为10μm~20μm，第一保护环10和第二保护环4之间的间隔距离为6μm~20μm。
一种1064nm硅基雪崩探测器的制作方法，其创新在于：所述制作方法的步骤为：
1）提供硅衬底，获得衬底层11；
2）采用硼离子注入工艺在衬底层11的正面形成截止环3；
3）采用磷离子注入工艺和高温推结工艺在衬底层11的正面形成第一保护环10和第二保护环4；
4）采用硼离子注入工艺在衬底层11的正面形成雪崩区9；
5）采用磷离子注入工艺在衬底层11的正面形成光敏区8；
6）在衬底层11的正面淀积氮化硅钝化膜；
7）将衬底层11背面减薄，在衬底层11上制作金属电极。
进一步地，所述衬底层11采用电阻率为2000Ω·cm~10000Ω·cm的P型高阻硅。
进一步地，步骤2）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1012/cm2~1014/cm2，注入能量为60keV~140keV，掺杂结深为0.5μm~1.2μm。
进一步地，步骤3）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1011/cm2~1014/cm2，注入能量为60keV~140keV；高温推结工艺的工艺条件为：推结温度为1000℃~1200℃，掺杂结深为2.0μm~5.0μm。
进一步地，步骤4）中硼离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1012/cm2，注入能量为800keV~1600keV，掺杂结深为2.0μm~4.0μm。
进一步地，步骤5）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1014/cm2~1015/cm2，能量为60keV~100keV。

Claims (8)

1.一种1064nm硅基雪崩探测器，所述1064nm硅基雪崩探测器包括衬底层（11）、光敏区（8）、雪崩区（9）、保护环和截止环（3），所述光敏区（8）、雪崩区（9）、保护环和截止环（3）均形成在衬底层（11）上；所述保护环设置在光敏区（8）外围，所述截止环（3）设置在保护环的外围，所述雪崩区（9）形成在光敏区（8）中部，其特征在于：保护环的数量为两个，第一保护环（10）设置在光敏区（8）外围，光敏区（8）的外周边沿位于第一保护环（10）的径向中部，雪崩区（9）与第一保护环（10）之间留有间隔，第二保护环（4）设置在第一保护环（10）的外围，第二保护环（4）和第一保护环（10）之间留有间隔，截止环（3）设置在第二保护环（4）的外围，截止环（3）和第二保护环（4）之间留有间隔。
2.根据权利要求1所述的1064nm硅基雪崩探测器，其特征在于：所述第一保护环（10）和第二保护环（4）的径向宽度均为10μm~20μm，第一保护环（10）和第二保护环（4）之间的间隔距离为6μm~20μm。
3.一种1064nm硅基雪崩探测器的制作方法，其特征在于：所述制作方法的步骤为：
1）提供硅衬底，获得衬底层（11）；
2）采用硼离子注入工艺在衬底层（11）的正面形成截止环（3）；
3）采用磷离子注入工艺和高温推结工艺在衬底层（11）的正面形成第一保护环（10）和第二保护环（4）；
4）采用硼离子注入工艺在衬底层（11）的正面形成雪崩区（9）；
5）采用磷离子注入工艺在衬底层（11）的正面形成光敏区（8）；
6）在衬底层（11）的正面淀积氮化硅钝化膜；
7）将衬底层（11）背面减薄，在衬底层（11）上制作金属电极。
4.根据权利要求3所述的1064nm硅基雪崩探测器的制作方法，其特征在于：所述衬底层（11）采用电阻率为2000Ω·cm~10000Ω·cm 的P型高阻硅。
5.根据权利要求3所述的1064nm硅基雪崩探测器的制作方法，其特征在于：步骤2）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1012/cm2~1014/cm2，注入能量为60keV~140keV，掺杂结深为0.5μm~1.2μm。
6.根据权利要求3所述的1064nm硅基雪崩探测器的制作方法，其特征在于：步骤3）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1011/cm2~1014/cm2，注入能量为60keV~140keV；高温推结工艺的工艺条件为：推结温度为1000℃~1200℃，掺杂结深为2.0μm~5.0μm。
7.根据权利要求3所述的1064nm硅基雪崩探测器的制作方法，其特征在于：步骤4）中硼离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1012/cm2，注入能量为800keV~1600keV，掺杂结深为2.0μm~4.0μm。
8.根据权利要求3所述的1064nm硅基雪崩探测器的制作方法，其特征在于：步骤5）中磷离子注入工艺的工艺条件为：注入剂量为1014/cm2~1015/cm2，能量为60keV~100keV。
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