CN115084306A - 一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法 - Google Patents
一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115084306A CN115084306A CN202110267501.6A CN202110267501A CN115084306A CN 115084306 A CN115084306 A CN 115084306A CN 202110267501 A CN202110267501 A CN 202110267501A CN 115084306 A CN115084306 A CN 115084306A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- well
- anode
- deep
- central
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 24
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 18
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 229910016570 AlCu Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 34
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明提供了一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及其制作方法，二极管的阳极电极延长至浅槽隔离层10，增大了平面结拐点的曲率半径，将电场极值引入到STI区，可平整结边缘电场，使结平面电场更加均匀，且雪崩区由中心深N阱401和中心P阱601构成，可以形成较宽的雪崩倍增区，有效提高短波近红外波段的光子吸收，增大光谱响应。二极管的保护环由未掺杂的P衬底构成虚拟保护环，由中心P阱与保护环6构成的附加结电场小于雪崩区电场，可实现平整倍增主结区边缘电场，提高光子探测效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法。
背景技术
在光探测成像技术中，光电探测器性能的好坏会直接影响到探测成像系统的质量。基于CMOS工艺的单光子雪崩光电二极管(SPADs)因工作在盖革模式下通过雪崩倍增效应原理工作而受到关注。当其他光电探测器无法识别噪声和信号之间的差异时，SPAD已成为首选的探测器。SPAD可以检测到低至单光子水平的信号强度，并且可以确定单光子到达皮秒级的程度。
传统的单光子雪崩二极管由P+N突变结形成，一般为浅结，倍增区比较浅，并且厚度较薄，一般只有在较短的波段(450-600nm)具有较高的探测效率，在其它波段探测效率大幅下降。并且，在倍增结的边缘处，由于曲率效应导致的电场突然增大会降低器件的探测效率。传统做法是在P+区域周围增加P阱保护环，由于保护环掺杂浓度较低，因此降低边界处的电场。但是受设计规则影响，增加的P阱区域会增大器件所占面积，对于大规模SPAD阵列来说，会降低有源区的填充率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供的一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管包括：P型衬底1、P型外延层2、N型埋层3、中心深N阱401、外侧深N阱402、虚拟外延保护环5、中心P阱601、外侧P阱602、阳极P+层7、衬底P+层8、 N+层9、浅槽隔离层10、阳极场板11、阴极电极12以及衬底电极13，P型衬底1位于P型外延层2底部，与P型外延层2相接触，N型埋层3在垂直方向上位于P型衬底1之上，位于P型衬底1和P型外延层2交界的位置，中心深N阱401 位于N型埋层3之上，与N型埋层3相接触，外侧深N阱402分别位于中心深N 阱401两侧，外侧深N阱402底部与N型埋层3上边沿接触，N型埋层3包围外侧深N阱402，其外径略小于所述外侧深N阱402的外径，两者外径差值在预设范围内，外侧深N阱402包围中心P阱401，外侧深N阱402与中心P阱601中间未填充的区域生成虚拟外延保护环5，阳极P+层7位于二极管中心位置，中心P阱601在垂直方向上位于阳极P+层7下方，中心P阱601与阳极P+7层中心重合，外径大于阳极P+层7，中心深N阱401与阳极P+7层中心重合，外径一致，外侧P阱602包围外侧深N阱402，衬底P+层位于外侧P阱602的中间位置，衬底P+层8位于中心P阱701中间位置，N+层9位于外侧深N阱402中间位置，N+层9与阳极P+层7中间填充有浅槽隔离层10，阳极P+层7内端面与中心P阱601接触，外端面与阳极电极11接触，阳极电极11呈Z字型结构，一部分与阳极P+层7接触，一部分延长到浅槽隔离层10形成场板，N+层9内端面与外侧深N阱402接触，外端面与呈环形的阴极电极12固定，衬底P+层11内端面与P阱7接触，外端面与衬底电极13固定，阳极电极12为环状，位于阳极P+层8边缘，在垂直方向上与阳极P+层8上端面接触，阴极电极13位于N+ 层9中心，在垂直方向上与N+层9上端面接触。
可选的，中心深N阱401、中心P阱601、阳极P+层7及N型埋层3的形状为圆形、矩形、圆角矩形或正多边形，所述外侧深N阱402、虚拟外延保护环5、外侧P阱602、衬底P+层8、N+层9、浅槽隔离层10、阳极场板11、阴极电极12以及衬底电极13的形状为圆环、矩形环、圆角矩形环或者正多边形环。
可选的，中心P阱601的外径略大于中心深N阱的外径，所述中心P阱601 与所述外侧P阱602在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致，所述中心深N阱 401与所述外侧深N阱402在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致。
可选的，衬底P+层11与阳极P+层8在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致。
第二方面，本发明提供的一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管的制作方法包括：
步骤一：选取P型裸片作为衬底；
步骤二：通过清洗、生长二氧化硅、离子注入、光刻后在衬底上生长N 型薄外延作为N埋层；
步骤三：在衬底上通过清洗、生长二氧化硅、离子注入、光刻后，在衬底上生长P型外延；
步骤四：通过生长迁至氧化层，淀积Si3N4、SiON层、光刻，有源区刻蚀，保留器件的有源区，形成有源区图形；
步骤五：通过清洗，STI热氧化、淀积厚SiO2、刻蚀、平坦化等工艺利用氧化硅填充沟槽，形成STI隔离；
步骤六：通过光刻和离子注入工艺形成中央深N阱和外侧深N阱；
步骤七：通过光刻和离子注入工艺形成P阱；
步骤八：通过光刻和离子注入工艺形成P+层；
步骤九：通过光刻和离子注入工艺形成N+层；
步骤十：通过淀积和清洗等工艺在第一层金属和半导体材料之间形成介质，形成电性隔离；
步骤十一：形成接触孔并填充金属，构成电极；
步骤十二：通过光刻和淀积Ti/TiN层及AlCu形成第一层金属层，在阳极形成阳极场板结构。
本发明提供了一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及其制作方法，二极管的阳极电极延长至浅槽隔离层10，增大了平面结拐点的曲率半径，将电场极值引入到STI区，可平整结边缘电场，使结平面电场更加均匀，且雪崩区由中心深N阱401和中心P阱601构成，可以形成较宽的雪崩倍增区，有效提高短波近红外波段的光子吸收，增大光谱响应。由中心P阱与保护环6构成的附加结电场小于雪崩区电场，可实现平整倍增主结区边缘电场，提高光子探测效率。
本发明一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法，SPAD深 P阱外径略大于深N阱，是为了降低边缘效应，平整倍增主结电场强度，防止边缘提前击穿。
本发明一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法，SPAD的阳极场板保护环不增加额外的面积开销，能够增加SPAD的有源区填充率。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管的截面示意图；
图2是本发明实施例提供的一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管制作方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
如图1所示，本发明提供的一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管包括：P型衬底1、P型外延层2、N型埋层3、中心深N阱401、外侧深N阱402、虚拟外延保护环5、中心P阱601、外侧P阱602、阳极P+层7、衬底P+层8、 N+层9、浅槽隔离层10、阳极场板11、阴极电极12以及衬底电极13，P型衬底1位于P型外延层2底部，与P型外延层2相接触，N型埋层3在垂直方向上位于P型衬底1之上，位于P型衬底1和P型外延层2交界的位置，中心深N阱401 位于N型埋层3之上，与N型埋层3相接触，外侧深N阱402分别位于中心深N 阱401两侧，外侧深N阱402底部与N型埋层3上边沿接触，N型埋层3包围外侧深N阱402，其外径略小于所述外侧深N阱402的外径，两者外径差值在预设范围内，外侧深N阱402包围中心P阱401，外侧深N阱402与中心P阱601中间未填充的区域生成虚拟外延保护环5，阳极P+层7位于二极管中心位置，中心P阱601在垂直方向上位于阳极P+层7下方，中心P阱601与阳极P+7层中心重合，外径大于阳极P+层7，中心深N阱401与阳极P+7层中心重合，外径一致，外侧P阱602包围外侧深N阱402，衬底P+层位于外侧P阱602的中间位置，衬底P+层8位于中心P阱701中间位置，N+层9位于外侧深N阱402中间位置，N+层9与阳极P+层7中间填充有浅槽隔离层10，阳极P+层7内端面与中心P阱601接触，外端面与阳极电极11接触，阳极电极11呈Z字型结构，一部分与阳极P+层7接触，一部分延长到浅槽隔离层10形成场板，N+层9内端面与外侧深N阱402接触，外端面与呈环形的阴极电极12固定，衬底P+层11内端面与P阱7接触，外端面与衬底电极13固定，阳极电极12为环状，位于阳极P+层8边缘，在垂直方向上与阳极P+层8上端面接触，阴极电极13位于N+ 层9中心，在垂直方向上与N+层9上端面接触。
其中，预设范围根据器件的设计要求设定的，可以根据实际情况变更大小。
可以理解，在本发明的结构中，阳极电极延长至浅槽隔离层10，增大了平面结拐点的曲率半径，将电场极值引入到STI区，平整结边缘电场，使结平面电场更加均匀。
器件的雪崩区由中心深N阱401和中心P阱601构成，可以形成较宽的雪崩倍增区，可以有效提高短波近红外波段的光子吸收，增大光谱响应。
SPAD的保护环由未掺杂的P衬底构成虚拟保护环。外侧深N阱402与中心P阱601构成的附加结的电场，减小由附加结提前击穿造成的电场强度不平整，提高光子探测效率。
SPAD的阳极场板保护环不增加额外的面积开销，能够增加SPAD的有源区填充率。
本发明提供的一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，二极管的阳极电极延长至浅槽隔离层10，增大了平面结拐点的曲率半径，将电场极值引入到STI区，可平整结边缘电场，使结平面电场更加均匀，且雪崩区由中心深N阱401和中心P阱601构成，可以形成较宽的雪崩倍增区，有效提高短波近红外波段的光子吸收，增大光谱响应。由中心P阱与保护环6构成的附加结电场小于雪崩区电场，可实现平整倍增主结区边缘电场，提高光子探测效率。
实施例二
作为本发明一种可选的实施例，中心深N阱401、中心P阱601、阳极P+ 层7及N型埋层3的形状为圆形、矩形、圆角矩形或正多边形，所述外侧深N 阱402、虚拟外延保护环5、外侧P阱602、衬底P+层8、N+层9、浅槽隔离层 10、阳极场板11、阴极电极12以及衬底电极13的形状为圆环、矩形环、圆角矩形环或者正多边形环。
可以理解，当中心区域与外侧区域的形状一一对应，示例性的，当中心区域中的中心深N阱401为圆形，则外围区域中的外侧深N阱402为圆形。其余部分不再一一列举。
实施例三
作为本发明一种可选的实施例，中心P阱601的外径略大于中心深N阱的外径。
可以理解，SPAD中心P阱601外径略大于深N阱，是为了降低边缘效应，平整倍增主结电场强度，防止边缘提前击穿。
实施例四
作为本发明一种可选的实施例，衬底P+层11与阳极P+层8在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致，所述中心P阱601与所述外侧P阱602在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致，所述中心深N阱401与所述外侧深N阱402在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致。
实施例五
如图2所示，本发明提供的一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管的制作方法包括：
S1：选取P型裸片作为衬底；
S2：通过清洗、生长二氧化硅、离子注入、光刻后在衬底上生长N型薄外延作为N埋层；
S3：在衬底上通过清洗、生长二氧化硅、离子注入、光刻后，在衬底上生长P型外延；
S4：通过生长迁至氧化层，淀积Si3N4、SiON层、光刻，有源区刻蚀，保留器件的有源区，形成有源区图形；
S5：通过清洗，STI热氧化、淀积厚SiO2、刻蚀、平坦化等工艺利用氧化硅填充沟槽，形成STI隔离；
S6：通过光刻和离子注入工艺形成中央深N阱和外侧深N阱；
S7：通过光刻和离子注入工艺形成P阱；
S8：通过光刻和离子注入工艺形成P+层；
S9：通过光刻和离子注入工艺形成N+层；
S10：通过淀积和清洗等工艺在第一层金属和半导体材料之间形成介质，形成电性隔离；
S11：形成接触孔并填充金属，构成电极；
S12：通过光刻和淀积Ti/TiN层及AlCu形成第一层金属层，在阳极形成阳极场板结构。
本发明一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管的制作方法，通过该制作方法制作的集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管增大了平面结拐点的曲率半径，将电场极值引入到STI区，可平整结边缘电场，使结平面电场更加均匀，且雪崩区由中心深N阱401和中心P阱601构成，可以形成较宽的雪崩倍增区，有效提高短波近红外波段的光子吸收，增大光谱响应。二极管的保护环由未掺杂的P衬底构成虚拟保护环，由中心P阱与保护环6 构成的附加结电场小于雪崩区电场，可实现平整倍增主结区边缘电场，提高光子探测效率。SPAD深P阱外径略大于深N阱，是为了降低边缘效应，平整倍增主结电场强度，防止边缘提前击穿，SPAD的阳极场板保护环不增加额外的面积开销，能够增加SPAD的有源区填充率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，其特征在于，包括：P型衬底(1)、P型外延层(2)、N型埋层(3)、中心深N阱(401)、外侧深N阱(402)、虚拟外延保护环(5)、中心P阱(601)、外侧P阱(602)、阳极P+层(7)、衬底P+层(8)、N+层(9)、浅槽隔离层(10)、阳极场板(11)、阴极电极(12)以及衬底电极(13)，所述P型衬底(1)位于所述P型外延层(2)底部，与所述P型外延层(2)相接触，所述N型埋层(3)在垂直方向上位于P型衬底(1)之上，位于P型衬底(1)和P型外延层(2)交界的位置，所述中心深N阱(401)位于所述N型埋层(3)之上，与所述N型埋层(3)相接触，所述外侧深N阱(402)分别位于所述中心深N阱(401)两侧，所述外侧深N阱(402)底部与所述N型埋层(3)上边沿接触，所述N型埋层(3)包围外侧深N阱(402)，其外径略小于所述外侧深N阱(402)的外径，两者外径差值在预设范围内，所述外侧深N阱(402)包围所述中心P阱(401)，所述外侧深N阱(402)与所述中心P阱(601)中间未填充的区域生成虚拟外延保护环(5)，所述阳极P+层(7)位于二极管中心位置，所述中心P阱(601)在垂直方向上位于所述阳极P+层(7)下方，所述中心P阱(601)与所述阳极P+(7)层中心重合，外径大于所述阳极P+层(7)，所述中心深N阱(401)与所述阳极P+(7)层中心重合，外径一致，所述外侧P阱(602)包围所述外侧深N阱(402)，所述衬底P+层位于所述外侧P阱(602)的中间位置，所述衬底P+层(8)位于中心P阱(701)中间位置，所述N+层(9)位于所述外侧深N阱(402)中间位置，所述N+层(9)与所述阳极P+层(7)中间填充有浅槽隔离层(10)，所述阳极P+层(7)内端面与所述中心P阱(601)接触，外端面与所述阳极电极(11)接触，所述阳极电极(11)呈Z字型结构，一部分与阳极P+层(7)接触，一部分延长到浅槽隔离层(10)形成场板，所述N+层(9)内端面与所述外侧深N阱(402)接触，外端面与呈环形的阴极电极(12)固定，所述衬底P+层(11)内端面与P阱(7)接触，外端面与衬底电极(13)固定，所述阳极电极(12)为环状，位于阳极P+层(8)边缘，在垂直方向上与所述阳极P+层(8)上端面接触，所述阴极电极(13)位于N+层(9)中心，在垂直方向上与所述N+层(9)上端面接触。
2.根据权利要求1所述的集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，其特征在于，中心深N阱(401)、中心P阱(601)、阳极P+层(7)及N型埋层(3)的形状为圆形、矩形、圆角矩形或正多边形，所述、、外侧深N阱(402)、虚拟外延保护环(5)、外侧P阱(602)、衬底P+层(8)、N+层(9)、浅槽隔离层(10)、阳极场板(11)、阴极电极(12)以及衬底电极(13)的形状为圆环、矩形环、圆角矩形环或者正多边形环。
3.根据权利要求1所述的集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，其特征在于，所述中心P阱(601)的外径略大于所述中心深N阱的外径。
4.根据权利要求1所述的集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，其特征在于，所述衬底P+层(11)与所述阳极P+层(8)在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致，所述中心P阱(601)与所述外侧P阱(602)在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致，所述中心深N阱(401)与所述外侧深N阱(402)在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致。
5.一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管的制作方法，其特征在于，包括：
步骤一：选取P型裸片作为衬底；
步骤二：通过清洗、生长二氧化硅、离子注入、光刻后在衬底上生长N型薄外延作为N埋层；
步骤三：在衬底上通过清洗、生长二氧化硅、离子注入、光刻后，在所述衬底上生长P型外延；
步骤四：通过生长迁至氧化层，淀积Si3N4、SiON层、光刻，有源区刻蚀，保留器件的有源区，形成有源区图形；
步骤五：通过清洗，STI热氧化、淀积厚SiO2、刻蚀、平坦化等工艺利用氧化硅填充沟槽，形成STI隔离；
步骤六：通过光刻和离子注入工艺形成中央深N阱和外侧深N阱；
步骤七：通过光刻和离子注入工艺形成P阱；
步骤八：通过光刻和离子注入工艺形成P+层；
步骤九：通过光刻和离子注入工艺形成N+层；
步骤十：通过淀积和清洗等工艺在第一层金属和半导体材料之间形成介质，形成电性隔离；
步骤十一：形成接触孔并填充金属，构成电极；
步骤十二：通过光刻和淀积Ti/TiN层及AlCu形成第一层金属层，在阳极形成阳极场板结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110267501.6A CN115084306A (zh) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | 一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110267501.6A CN115084306A (zh) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | 一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115084306A true CN115084306A (zh) | 2022-09-20 |
Family
ID=83240861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110267501.6A Pending CN115084306A (zh) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | 一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115084306A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115548157A (zh) * | 2022-12-05 | 2022-12-30 | 西安电子科技大学 | 一种具有宽漂移区的双结单光子雪崩二极管及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106531837A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-03-22 | 杭州电子科技大学 | 双结单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| WO2018061334A1 (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | シャープ株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| CN108231947A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-29 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种单光子雪崩二极管探测器结构及其制造方法 |
| US20180195900A1 (en) * | 2015-07-08 | 2018-07-12 | The Commonwealth Of Australia | SPAD Array Structures and Methods of Operation |
| CN109300992A (zh) * | 2018-08-16 | 2019-02-01 | 杭州电子科技大学 | 一种高探测效率的单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| CN109786484A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-21 | 西安电子科技大学 | 一种双异质结和复合钝化层的impatt二极管及其制作方法 |
| CN110416335A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 南京邮电大学 | 硅基近红外单光子雪崩二极管探测器及其制作方法 |
-
2021
- 2021-03-11 CN CN202110267501.6A patent/CN115084306A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180195900A1 (en) * | 2015-07-08 | 2018-07-12 | The Commonwealth Of Australia | SPAD Array Structures and Methods of Operation |
| WO2018061334A1 (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | シャープ株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| CN106531837A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-03-22 | 杭州电子科技大学 | 双结单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| CN108231947A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-29 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种单光子雪崩二极管探测器结构及其制造方法 |
| CN109300992A (zh) * | 2018-08-16 | 2019-02-01 | 杭州电子科技大学 | 一种高探测效率的单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| CN109786484A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-21 | 西安电子科技大学 | 一种双异质结和复合钝化层的impatt二极管及其制作方法 |
| CN110416335A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 南京邮电大学 | 硅基近红外单光子雪崩二极管探测器及其制作方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| DONG HAN等: "A scalable single-photon avalanche diode with improved photon detection efficiency and dark count noise", 《OPTIK》, vol. 212, pages 1 - 9 * |
| DONGSEOK SHIN等: "Model-based guard ring structure guideline for the enhancement of silicon-based single-photon avalanche diode characteristics", 《SPIE OPTO》, vol. 11285, 26 February 2020 (2020-02-26), XP060129063, DOI: 10.1117/12.2544204 * |
| 万积庆，唐元洪: "《功率晶体管原理》", 31 March 2009 * |
| 韩冬等: "采用多晶硅场板降低单光子雪崩二极管探测器暗计数", 《物理学报》, vol. 69, no. 14, 20 July 2020 (2020-07-20) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115548157A (zh) * | 2022-12-05 | 2022-12-30 | 西安电子科技大学 | 一种具有宽漂移区的双结单光子雪崩二极管及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11264525B2 (en) | SPAD image sensor and associated fabricating method | |
| US10522696B2 (en) | Lateral single-photon avalanche diode and method of producing a lateral single-photon avalanche diode | |
| CN113314638B (zh) | 近红外单光子雪崩二极管探测器及制作方法 | |
| CN110416335A (zh) | 硅基近红外单光子雪崩二极管探测器及其制作方法 | |
| CN108511467B (zh) | 一种近红外宽光谱的cmos单光子雪崩二极管探测器及其制作方法 | |
| US20170365636A1 (en) | Multiband optoelectronic device for colorimetric applications and related manufacturing process | |
| EP2973746B1 (en) | Lateral single-photon avalanche diode and their manufacturing method | |
| CN110246903B (zh) | 低噪声宽光谱响应的单光子雪崩光电二极管及其制作方法 | |
| CN114914325B (zh) | 一种多结的近红外单光子雪崩二极管及制备方法 | |
| US20220238738A1 (en) | Silicon carbide ultraviolet light photodetector and manufacturing process thereof | |
| KR20120124559A (ko) | 실리콘 광전자증배관의 트렌치 가드링 형성방법 및 이를 이용하여 제조된 실리콘 광전자증배관 | |
| CN115425101A (zh) | 一种双结单光子雪崩二极管、探测器及制作方法 | |
| CN114975657A (zh) | Spad器件结构、spad探测器及spad器件结构制备方法 | |
| CN115084306A (zh) | 一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法 | |
| CN115548157B (zh) | 一种具有宽漂移区的双结单光子雪崩二极管及其制备方法 | |
| KR102640615B1 (ko) | 포토다이오드 및 그 제조 방법 | |
| CN110676340B (zh) | 一种紫外探测器 | |
| CN114843353A (zh) | 光栅-结型复合雪崩单光子检测器及其制作方法 | |
| WO2021156444A1 (en) | Improvements in spad-based photodetectors | |
| CN115084305A (zh) | 一种硅基短波近红外单光子雪崩二极管及其制作方法 | |
| CN110690314A (zh) | 吸收层与倍增层为分离结构的紫外探测器及其制备方法 | |
| CN220510033U (zh) | 具有侧向光侦测器结构的影像传感器 | |
| KR101091205B1 (ko) | 암전류가 감소된 실리콘 광전자 증배관 | |
| EP4336568A1 (en) | Planar inp-based spad and application thereof | |
| CN117116957A (zh) | 一种单光子雪崩二极管阵列及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |