具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基apd陣列器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子器件制造領(lǐng)域,特別涉及一種具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基Aro陣列器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用的光電探測(cè)器主要有兩種,即PIN光電二極管和APD光電二極管。PIN光電二極管由于制造工藝簡(jiǎn)單,成本低廉的優(yōu)點(diǎn),在光纖通信中被大量使用。但載流子在PIN光電二極管器件內(nèi)部不存在倍增過程,對(duì)單個(gè)光子而言僅能產(chǎn)生一對(duì)電子空穴對(duì),無法應(yīng)對(duì)微弱光信號(hào)探測(cè)的要求。而Aro光電二極管吸收光子后,會(huì)在空間電荷區(qū)產(chǎn)生電子空穴對(duì),在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生雪崩倍增效應(yīng),將接收到的單光子信號(hào)在其內(nèi)部倍增放大,實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)。此外,雪崩光電二極管還具有高量子效率、高增益、低暗電流等優(yōu)點(diǎn),并且和CMOS工藝兼容。因此,在光子技術(shù)、弱光場(chǎng)測(cè)量等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]高增益的雪崩光電二極管是一種具有內(nèi)部放大作用的光電二極管,其工作在Geiger模式,器件的反向偏壓大于其雪崩擊穿電壓。入射光子在吸收區(qū)被吸收產(chǎn)生電子空穴對(duì)后,在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速而獲得極大的動(dòng)能,通過碰撞半導(dǎo)體晶格把能量傳遞給價(jià)帶上的電子,使之發(fā)生電離,從而產(chǎn)生二次電子空穴對(duì)。這些二次電離的電子空穴對(duì)又被加速產(chǎn)生更多的電子空穴對(duì),從而產(chǎn)生一個(gè)很大的雪崩電流,形成倍增因子可達(dá)106以上,雪崩電流從nA量級(jí)迅速增長(zhǎng)到mA量級(jí),對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)有效放大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基Aro陣列器件的結(jié)構(gòu)及制作方法,提高了器件的增益、抑制了溫漂對(duì)增益的影響、降低了器件的工作電壓。
[0005]本發(fā)明提供了具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基APD陣列器件的制造方法,包括:多個(gè)微元Aro并聯(lián)組成Aro陣列,如圖1所示。其中,微元Aro縱向結(jié)構(gòu)依次是n型重?fù)诫s陰極區(qū),η型耗盡層形成的雪崩區(qū),ρ型重?fù)诫s層組成的場(chǎng)控區(qū),摻雜外延層形成的吸收區(qū),吸收區(qū)上設(shè)有陽極金屬電極。
[0006]進(jìn)一步的,本發(fā)明所述高增益APD陣列制作在硅襯底上;
進(jìn)一步的,場(chǎng)控區(qū)和雪崩區(qū)采用離子注入方式形成,本發(fā)明將吸收區(qū)和雪崩區(qū)分離,能夠獲得良好的電子注入,降低器件倍增噪聲。
[0007]最后,在APD陣列外圍采用表面貼裝技術(shù)SMD對(duì)APD陣列、溫敏二極管和淬滅電阻進(jìn)行電器連接,如圖2所示。
[0008]本發(fā)明APD陣列內(nèi)微元APD采用達(dá)通型與保護(hù)環(huán)型兼容的結(jié)構(gòu),達(dá)通型結(jié)構(gòu)具有倍增因子高和低噪聲的優(yōu)點(diǎn),保護(hù)環(huán)型結(jié)構(gòu)擴(kuò)大ΡΝ結(jié)終端曲率,使得邊緣電場(chǎng)集中被消弱,擊穿電壓得到提高。然而雪崩光電二極管自身沒有抑制不斷增大的雪崩電流的能力,因此,在雪崩電流增大到損壞器件之前應(yīng)及時(shí)地降低偏壓抑制雪崩,即需要外加淬滅電阻使雪崩結(jié)束的同時(shí)迅速恢復(fù)偏壓,為下一個(gè)光子的探測(cè)做好準(zhǔn)備。此外,Aro在工作過程中器件溫度升高,溫度變化是影響最佳倍增因子的主要因素,倍增因子隨溫度而變化對(duì)器件性能有很大的影響,因此,通過溫敏二極管控制調(diào)整Aro工作電壓的方式對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償,使APD工作在接近最佳倍增因子狀態(tài)。
【附圖說明】
[0009]圖1為APD陣列示意圖;
圖2為具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)APD陣列結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為微元APD結(jié)構(gòu)剖面圖;
圖3中:1_襯底;2_吸收區(qū);3_隔離槽;4_襯底接觸環(huán);5_場(chǎng)控區(qū);6_雪崩區(qū);7-陰極區(qū);8_陰極金屬電極;9_陽極金屬電極;10_增透膜。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本發(fā)明的核心思想在于提供一種具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基Aro陣列器件的制造方法。
[0011]下面結(jié)合具體的實(shí)施方案以及圖3對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。根據(jù)下面說明和權(quán)力要求書,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是,附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例,僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0012]首先,提供一種硅片作為襯底1,襯底采用P型硅片,摻雜硼元素。
[0013]其次,在所述襯底1上進(jìn)行外延生長(zhǎng),形成外延層,作為器件的吸收區(qū)2,外延層摻雜硼元素。
[0014]接下來,依次進(jìn)行氧化層淀積、光刻、腐蝕工藝制造出trench窗口。
[0015]接下來,進(jìn)行trench工藝,制造出陣列APD的隔離槽3,并進(jìn)行漂酸工藝去除表面氧化層。隔離槽能夠防止除光源外的外界光干擾。多晶硅淀積工藝,對(duì)隔離槽進(jìn)行填充。
[0016]接下來,依次進(jìn)行氧化、光刻,制造出注入窗口。之后,依次進(jìn)行硼注入、去膠、退火,形成P+摻雜層,也就是器件的襯底接觸環(huán)4。
[0017]接下來,依次進(jìn)行氧化、光刻,制造出P型注入窗口。之后,依次進(jìn)行硼注入、去膠、退火,形成P+摻雜層,也就是器件的場(chǎng)控區(qū)5。
[0018]接下來,再次進(jìn)行光刻,形成N型注入窗口,在N型注入窗口在P型窗口兩端形成保護(hù)環(huán),之后依次進(jìn)行N+注入、去膠、退火。N+注入采用砷元素,注入的砷一部分對(duì)原來的P+摻雜層中的硼形成補(bǔ)償,形成η型耗盡層,也就是雪崩區(qū)6;—部分形成Ν+摻雜層,也就是陰極區(qū)7。
[0019]接下來,依次進(jìn)行氧化層、PSG、形成表面保護(hù)層,保護(hù)器件表面并減小表面漏電流。
[0020]接下來,依次進(jìn)行光刻、刻蝕工藝,制造出器件接觸孔。
[0021]接下來,進(jìn)行金屬淀積,金屬為鋁。
[0022]接下來,依次進(jìn)行光刻、刻蝕工藝,形成陰極金屬電極8陽極金屬電極9。
[0023]接下來,依次進(jìn)行氧化層、PECVD氮化硅、光刻、腐蝕工藝,在有源區(qū)形成增透膜10。增透膜在有源區(qū)外同時(shí)作為鈍化層。
[0024]接下來,依次對(duì)鈍化層進(jìn)行光刻、刻蝕工藝形成引線接觸窗口。
[0025]最后,在APD陣列外圍采用表面貼裝技術(shù)SMD對(duì)APD陣列與溫敏二極管、淬滅電阻進(jìn)行電器聯(lián)接。
[0026]本發(fā)明中的APD陣列結(jié)構(gòu)采用了縱向雙電場(chǎng)加速過程,既減小了器件尺寸又極大的提高了 APD的靈敏度。最終AH)陣列與溫敏二極管、淬滅電阻組成陣列器件。由于APD的倍增因子隨溫度變化,采用具有負(fù)溫度系數(shù)的溫敏二極管對(duì)APD的工作電壓進(jìn)行補(bǔ)償,降低工作電壓溫漂。同時(shí)工作在Geiger模式下的APD陣列的反向偏壓大于其雪崩擊穿電壓,輸出雪崩電流急劇增大,外接淬滅電阻即實(shí)現(xiàn)了控制雪崩結(jié)束又可迅速恢復(fù)偏壓,為下一個(gè)光子的探測(cè)做好準(zhǔn)備。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基APD陣列器件的制造方法,其特征在于,包括: 提供一種娃片作為襯底片; 在所述襯底片上制造出微兀APD構(gòu)成陣列; 在APD陣列外圍采用表面貼裝技術(shù)SMD對(duì)APD陣列、溫敏二極管和淬滅電阻進(jìn)行電器連接。2.根據(jù)要求1所述的具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基APD陣列器件,其特征在于,所述硅片為P型硅片,陣列由微元APD并聯(lián)組成。3.根據(jù)要求2所述的具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基APD陣列器件,其特征在于,微元APD縱向?qū)盈B結(jié)構(gòu)依次包括N型重?fù)诫s陰極區(qū),π型耗盡層形成的雪崩區(qū),Ρ型重?fù)诫s層組成的場(chǎng)控區(qū),外延層形成的吸收區(qū),吸收區(qū)上設(shè)計(jì)有陽極金屬電極。4.雪崩區(qū)縱向尺寸為3μ m -6 μ m,場(chǎng)控區(qū)尺寸為40 μ m -45 μ m。5.根據(jù)要求1所述的溫敏二極管控制調(diào)整微元APD的供電電源的方式對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)m\-ΖΧ ο6.根據(jù)要求1所述的淬滅電阻使雪崩結(jié)束同時(shí)迅速恢復(fù)偏壓,為下一個(gè)光子的探測(cè)做好準(zhǔn)備。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有溫度補(bǔ)償自保護(hù)硅基APD陣列器件的制造方法,其結(jié)構(gòu)包括:雪崩光電二極管(APD)陣列、溫敏二極管和淬滅電阻。所述雪崩光電二極管陣列由微元APD,淬滅電阻與微元APD串聯(lián)形成單元,所有這些單元并聯(lián)在一起形成線陣,線陣器件與溫敏二極管表面貼裝連接。這種結(jié)構(gòu)的APD陣列具有溫度補(bǔ)償性好,均勻性高,響應(yīng)速度快,低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01L21/77
【公開號(hào)】CN105280551
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410301179
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】哈爾濱工大華生電子有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2014年6月30日