紅外雪崩二極管陣列裝置及形成方法、激光三維成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及紅外雪崩光電二極管陣列裝置及其形成方法、激光三維成像裝置及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光三維成像技術(shù)，是由激光雷達(dá)向探測(cè)目標(biāo)發(fā)射出一系列掃描光束，從探測(cè)目標(biāo)返回的回波信號(hào)的二維平面信息和激光雷達(dá)測(cè)距得到的距離信息來合成圖像的技術(shù)。
[0003]激光三維成像裝置通常包括:發(fā)射激光的激光雷達(dá)，接收從探測(cè)目標(biāo)返回的回波信號(hào)的雪崩光電二極管陣列，處理由雪崩光電二極管陣列輸出的電信號(hào)的數(shù)據(jù)處理裝置。其中，雪崩光電二極管陣列為激光三維成像裝置中的核心部件。PN結(jié)反向電壓增大到一數(shù)值時(shí)，載流子倍增就像雪崩一樣，增加得多而快，利用這個(gè)特性制作的二極管就是雪崩二極管。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中利用CMOS工藝制造的雪崩二極管通常只能感應(yīng)可見波段的激光，對(duì)紅外波段的激光進(jìn)行感測(cè)的雪崩二極管普遍采用的材料為低鉻汞，由于低鉻汞的制備和CMOS工藝不兼容，因此，感測(cè)紅外波段激光的雪崩二極管的制造工藝和CMOS工藝不兼容。
[0005]由于雪崩光電二極管非常敏感，雪崩光電二極管陣列中相鄰的兩個(gè)雪崩光電二極管之間很容易發(fā)生串?dāng)_。因此，現(xiàn)有技術(shù)中，在具有CMOS控制電路的基底上形成雪崩光電二極管陣列的方法為:所有的雪崩光電二極管為分離的個(gè)體，將各個(gè)雪崩光電二極管一個(gè)個(gè)黏貼在具有CMOS控制電路的基底上，這樣各個(gè)雪崩光電二極管之間彼此分離，不會(huì)出現(xiàn)串?dāng)_的現(xiàn)象。對(duì)于紅外雪崩光電二極管陣列，也采用同樣的方法將紅外雪崩光電二極管陣列黏貼在具有CMOS控制電路的基底上。
[0006]另外，現(xiàn)有技術(shù)中，雪崩光電二極管與基底上的CMOS控制電路的連接方式為:雪崩光電二極管的P型區(qū)在襯底的背面與CMOS控制電路電連接，襯底正面的N型區(qū)通過引出的引線與CMOS控制電路連接，從N型區(qū)引出引線的方式將N型區(qū)與CMOS控制電路連接，造成激光三維成像裝置的布線非常繁瑣。紅外雪崩光電二極管陣列采用同樣的方式與基底上的CMOS控制電路連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的其中一個(gè)問題現(xiàn)有技術(shù)的紅外雪崩光電二極管的形成方法和CMOS工藝不兼容；
[0008]本發(fā)明解決的另一個(gè)問題是在具有CMOS控制電路的基底上形成紅外雪崩光電二極管陣列形成方法比較繁瑣；
[0009]本發(fā)明解決的又一個(gè)問題是紅外雪崩光電二極管陣列與CMOS控制電路的連接方式比較繁瑣。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種紅外雪崩二極管陣列裝置的形成方法，包括:
[0011]提供硅襯底；
[0012]在所述硅襯底正面形成呈陣列排列的重?fù)诫sP型硅區(qū)、位于P型硅區(qū)上的本征鍺區(qū)、位于本征鍺區(qū)上的重?fù)诫sN型鍺區(qū)；
[0013]紅外雪崩光電二極管包括所述P型硅區(qū)、所述本征鍺區(qū)和所述N型鍺區(qū)。
[0014]可選的，還包括在所述硅襯底中形成隔離環(huán)，相鄰的兩個(gè)紅外雪崩光電二極管中，至少其中一個(gè)周圍形成有環(huán)繞該紅外雪崩光電二極管的所述隔離環(huán)，所述隔離環(huán)的深度大于所述重?fù)诫sP型區(qū)的深度，所述隔離環(huán)起到絕緣相鄰兩紅外雪崩光電二極管的作用。
[0015]可選的，形成隔離環(huán)和陣列排列的重?fù)诫sP型硅區(qū)、本征鍺區(qū)、重?fù)诫sN型鍺區(qū)的方法包括:
[0016]在所述硅襯底正面形成重?fù)诫sP型硅層；
[0017]在所述重?fù)诫sP型硅層上形成本征鍺層；
[0018]在所述本征鍺層上形成重?fù)诫sN型鍺層；
[0019]在所述硅襯底中形成多個(gè)呈陣列排布的隔離環(huán)，陣列排列的隔離環(huán)將所述P型硅層、本征鍺層、重?fù)诫sN型鍺層分割成陣列排列的重?fù)诫sP型硅區(qū)、本征鍺區(qū)、重?fù)诫sN型鍺區(qū)；
[0020]或者，
[0021]在所述硅襯底中形成呈陣列排列的隔離環(huán)；
[0022]在所述硅襯底上形成圖形化的掩膜層，覆蓋所述隔離環(huán)，暴露出需要形成紅外雪崩光電二極管陣列的區(qū)域；
[0023]以所述圖形化的掩膜層為掩膜，進(jìn)行離子注入形成呈排列的重?fù)诫sP型區(qū)；
[0024]在所述重?fù)诫sP型區(qū)上形成本征鍺區(qū)；
[0025]在所述本征鍺區(qū)上形成重?fù)诫sN型鍺區(qū)；
[0026]形成重?fù)诫sN型鍺區(qū)后，去除所述圖形化的掩膜層；
[0027]或者，
[0028]在所述硅襯底正面形成重?fù)诫sP型硅層；
[0029]在所述重?fù)诫sP型硅層上形成本征鍺層；
[0030]在所述本征鍺層上形成重?fù)诫sN型鍺層；
[0031]對(duì)所述重?fù)诫sP型硅層、本征鍺層、重?fù)诫sN型鍺層進(jìn)行圖形化，形成陣列排列的重?fù)诫sP型硅區(qū)、本征鍺區(qū)、重?fù)诫sN型鍺區(qū)；
[0032]之后，在所述硅襯底中形成呈陣列排列的隔離環(huán)。
[0033]可選的，形成隔離環(huán)的方法包括:
[0034]對(duì)所述硅襯底進(jìn)行干法刻蝕形成環(huán)形溝槽；
[0035]在所述溝槽的側(cè)壁和底部形成墊氧化層；
[0036]形成墊氧化層后，進(jìn)行高溫退火工藝，以修復(fù)所述干法刻蝕對(duì)硅襯底造成的晶格損傷；
[0037]高溫退火后，在所述溝槽中填充絕緣材料形成隔離環(huán)。
[0038]可選的，還包括:
[0039]利用干法刻蝕在所述硅襯底中形成通孔，所述通孔的深度大于所述紅外雪崩光電二極管的深度，所述通孔位于所述隔離環(huán)外側(cè)；
[0040]在所述通孔的側(cè)壁和底部形成墊氧化層，之后進(jìn)行高溫退火，以修復(fù)形成通孔的干法刻蝕對(duì)硅襯底造成的晶格損傷；
[0041]在所述通孔中填充導(dǎo)電材料形成栓塞；
[0042]在所述硅襯底正面形成與所述重?fù)诫sN型鍺區(qū)、所述栓塞頂部電連接的N電極；
[0043]將所述硅襯底的背面減薄至露出所述栓塞、隔離環(huán)；
[0044]減薄后，在所述硅襯底的背面、重?fù)诫sP型硅區(qū)對(duì)應(yīng)區(qū)域形成P電極；
[0045]在所述硅襯底背面上形成互連電極，所述互連電極與所述P電極、栓塞底部電連接。
[0046]本發(fā)明還提供一種紅外雪崩二極管陣列裝置，包括:
[0047]硅襯底；
[0048]位于所述硅襯底的紅外雪崩光電二極管陣列，紅外雪崩光電二極管包括:重?fù)诫sP型硅區(qū)、位于P型硅區(qū)上的本征鍺區(qū)；
[0049]位于本征鍺區(qū)上的重?fù)诫sN型鍺區(qū)。
[0050]可選的，相鄰的兩個(gè)紅外雪崩光電二極管中，在至少其中一個(gè)紅外雪崩光電二極管的周圍具有環(huán)繞該紅外雪崩光電二極管的隔離環(huán)；
[0051]所述隔離環(huán)與所述紅外雪崩光電二極管在平行于硅襯底正面方向上接觸或具有間隔；
[0052]所述隔離環(huán)的深度大于所述紅外雪崩光電二極管的深度，所述隔離環(huán)起到絕緣相鄰兩紅外雪崩光電二極管的作用。
[0053]可選的，所述隔離環(huán)包括:環(huán)形溝槽、位于所述環(huán)形溝槽內(nèi)的絕緣材料、位于所述絕緣材料和所述溝槽側(cè)壁和底部之間的墊氧化層。
[0054]可選的，還包括:位于所述硅襯底中的栓塞，所述栓塞的深度大于所述紅外雪崩光電二極管的深度，所述栓塞位于所述隔離環(huán)外側(cè)；
[0055]位于所述硅襯底正面與所述重?fù)诫sN型鍺區(qū)、所述栓塞頂部電連接的N電極；
[0056]位于所述硅襯底背面、重?fù)诫sP型硅區(qū)對(duì)應(yīng)區(qū)域的P電極，所述硅襯底背面露出所述隔離環(huán)、栓塞底部，所述P電極、栓塞底部通過位于硅襯底背面的互連電極電連接。
[0057]本發(fā)明還提供一種激光三維成像裝置，包括:
[0058]所述的紅外雪崩光電二極管陣列裝置；
[0059]具有CMOS控制電路的基底，所述具有CMOS控制電路的基底與所述紅外雪崩光電二極管陣列裝置的背面貼合在一起，所述互連電極與所述CMOS控制電路電連接。
[0060]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0061]本技術(shù)方案中，利用重?fù)诫sP型硅區(qū)、位于P型硅區(qū)上的本征鍺區(qū)、位于本征鍺區(qū)上的重?fù)诫sN型鍺區(qū)作為紅外雪崩光電二極管。重?fù)诫sP型硅區(qū)、本征鍺區(qū)以及重?fù)诫sN型鍺區(qū)都可以利用CMOS工藝形成，因此形成紅外雪崩二極管陣列裝置的方法可以和CMOS工藝兼容。
[0062]進(jìn)一步，在相鄰的兩個(gè)紅外雪崩光電二極管之間形成深度大于紅外雪崩光電二極管深度的隔離環(huán)，防止相鄰兩個(gè)紅外雪崩光電二極管之間發(fā)生串?dāng)_現(xiàn)象。因