一种Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种Be离子扩散保护环APD芯片，所述外延功能层中，所述第一区域包括中心区域以及包围所述中心区域的扩散保护环区域；所述中心区域内设置有扩散区，所述扩散保护环区域设置有Be离子注入扩散保护环。通过所述Be离子注入扩散保护环对扩散区的边缘电场进行弱化，通过离子注入工艺形成Be离子注入扩散保护环，一方面可以有效避免扩散区的边缘提前击穿问题，另外，Be元素的离子注入与Zn元素的扩散工艺完全不同，离子注入主要采用高能离子注入方式，一旦注入完成，其掺杂元素的注入深度不会在后续高温扩散工艺下发生变化，离子注入工艺与扩散工艺可以完全独立控制，互不影响，可以提高制作工艺的稳定性和重复性，提高产品良率。

A Beion Diffusion Protection Ring Avalanche Photodetector Chip

The utility model discloses an APD chip of a Be ion diffusion protection ring, in which the first area includes a central area and a diffusion protection ring area surrounding the central area; the central area is provided with a diffusion area, and the diffusion protection ring area is provided with a Be ion implantation diffusion protection ring. The edge electric field of the diffusion zone is weakened by the diffusion protection ring of Be ion implantation, and the diffusion protection ring of Be ion implantation is formed by the ion implantation process. On the one hand, the breakdown of the edge of the diffusion zone can be effectively avoided. In addition, the ion implantation process of Be element is completely different from that of Zn element. The ion implantation method is mainly high energy ion implantation, once implanted. The implantation depth of doped elements will not change under the subsequent high temperature diffusion process. Ion implantation process and diffusion process can be completely controlled independently without affecting each other, which can improve the stability and repeatability of the manufacturing process and improve the product yield.

【技术实现步骤摘要】
一种Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片
本技术涉及半导体器件
，更具体的说，涉及一种Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片。
技术介绍
在量子通信和汽车无人驾驶领域需要对非常微弱的单光子信号进行探测识别，通常的PIN光电探测器芯片由于不具备光放大的功能，已经不能满足使用要求，故需要具有光探测倍增效应的雪崩光电探测器(APD)芯片进行光电转换和放大，而通常工作在线性模式下的APD芯片由于其有效倍增仅有10左右，仍然很难满足单光子探测的需求，故需要使APD芯片工作在盖革模式，即击穿电压以上的工作区间，此时APD芯片将具有大于100的高倍增效果，以满足单光子探测的需求。现有APD芯片需要设置包围扩散区的悬浮扩散结，以对扩散区的边缘电场进行弱化，避免扩散区提前击穿。但是悬浮扩散结与扩散区的制备需要两次扩散工艺，后一次扩散会影响前一次扩散的效果，影响芯片良率和工艺稳定性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术技术方案提供了一种Be离子扩散保护环APD芯片，通过Be离子注入扩散保护环对扩散区的边缘电场进行弱化，无需两次扩散工艺，提高了芯片的良率以及工艺稳定性。为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种雪崩光电探测器芯片，所述雪崩光电探测器芯片包括：外延片，所述外延片包括芯片衬底以及设置在所述芯片衬底一侧表面的外延功能层；所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表面包括第一区域以及包围所述第一区域的第二区域；所述第一区域包括中心区域以及包围所述中心区域的扩散保护环区域；所述中心区域内设置有扩散区，所述扩散保护环区域设置有Be离子注入扩散保护环；钝化层，所述钝化层设置在所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表面，且具有露出所述第一区域的开口；第一电极，所述第一电极位于所述外延功能背离所述芯片衬底的一侧，所述第一电极与所述Be离子注入扩散保护环电连接；第二电极，位于所述芯片衬底背离所述外延功能层的一侧表面。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述外延功能层包括：设置在所述芯片衬底一侧表面的缓冲层；设置在所述缓冲层背离所述芯片衬底一侧表面的吸收层；设置在所述吸收层背离所述缓冲层一侧表面的顶层；其中，所述扩散区以及所述Be离子注入扩散保护环均位于所述顶层背离所述吸收层一侧的表面内，所述Be离子注入扩散保护环的离子注入深度以及所述扩散区的扩散深度均小于所述顶层的厚度。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述Be离子注入扩散保护环中Be元素的离子注入深度为d1；所述扩散区为Zn扩散区，Zn元素的扩散深度为d2；其中，1μm＜d1-d2＜10μm。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述扩散区为Zn扩散区，Zn元素的扩散深度为d2；其中，2μm＜d2＜5μm。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述Be离子注入扩散保护环的外径为D1，内径为D2；其中，0＜(D1-D2)/2＜10μm。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述Be离子注入扩散保护环的外径为D1；其中，10μm＜D1＜30μm。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述第一电极包括：Ti层、Pt层以及Au层，其中，所述Ti层朝向所述外延功能层设置。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述第二电极包括：Ni层以及Au层，其中，所述Ni层朝向所述芯片衬底设置。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述第二电极具有通光窗口，在垂直于所述芯片衬底的方向上，所述通光窗口与所述扩散区正对设置。优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述第一电极包括位于所述开口内的电极环，所述电极环覆盖所述扩散保护环区域且具有露出所述扩散区的通光窗口。通过上述描述可知，本技术技术方案提供的APD芯片中，设置所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表面包括第一区域以及包围所述第一区域的第二区域；所述第一区域包括中心区域以及包围所述中心区域的扩散保护环区域；所述中心区域内设置有扩散区，所述扩散保护环区域设置有Be离子注入扩散保护环。通过所述Be离子注入扩散保护环对扩散区的边缘电场进行弱化，可以通过离子注入工艺形成包围扩散区的Be离子注入扩散保护环，一方面可以有效避免扩散区的边缘提前击穿问题，另外，Be元素的离子注入与Zn元素的扩散工艺完全不同，离子注入主要采用高能离子注入方式，一旦注入完成，其掺杂元素的注入深度不会在后续高温扩散工艺下发生变化，离子注入工艺与扩散工艺可以完全独立控制，互不影响，可以提高制作工艺的稳定性和重复性，提高产品良率。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为一种APD芯片的正面俯视图；图2为图1所示APD芯片在A-A’方向的切面图；图3为本技术实施例提供的一种APD芯片的正面俯视图；图4为图3所示APD芯片在B-B’方向的切面图；图5为本技术实施例提供的一种APD芯片的背面俯视图；图6为本技术实施例提供的一种APD芯片与陶瓷基板装配后的俯视图；图7为图6在C-C’方向的切面图；图8为本技术实施例提供的一种陶瓷基板的俯视图；图9为本技术实施例提供的另一种APD芯片的正面俯视图；图10为图9在D-D’方向的切面图；图11为本技术实施例提供的另一种APD芯片的背面俯视图；图12-图28为本技术实施例提供的一种APD芯片的制作方法的流程示意图；图29-图32为本技术实施例提供的另一种APD芯片的制作方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。参考图1和图2，图1为一种APD芯片的正面俯视图，图2为图1所示APD芯片在A-A’方向的切面图，该APD芯片包括外延片，所述外延片包括：衬底1，设置在衬底1一侧表面的缓冲层2，设置在缓冲层2背离衬底1一侧表面的吸收层3，以及设置在吸收层3背离缓冲层2一侧表面的顶层4。顶层4的表面内设置有扩散区8以及包围扩散区8的悬浮扩散结7。悬浮扩散结7的扩散深度小于扩散区8的扩散深度，且二者的扩散深度均小于顶层4的厚度。扩散区8与吸收层3之间的部分顶层4为倍增区12。顶层4的外表面具有钝化层5，钝化层5具有露出扩散区8的开口。该开口内设置有增透膜9，增透膜9与钝化层5之间具有露出部分扩散区8的环形间隙，该环形间隙内设置有正电极6，正极6与其下方的扩散区8电连接，正电极6具有延伸至钝化层表面的焊接部分。衬底1背离缓冲层的一侧表面具有负电极10。该APD芯片工作时，入射单光子的信号光11从芯片正面的增透膜9入射到吸收层3，进行光电转换，生成光生载流子，所生成的光生载流子在芯片内部电场的驱动下票已到芯片的倍增区12，产生雪崩倍增，形成放大光电流输出。上述APD芯片存在如下问题：首先，APD芯片是正面入射结构，芯片正面除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片，其特征在于，所述雪崩光电探测器芯片包括：外延片，所述外延片包括芯片衬底以及设置在所述芯片衬底一侧表面的外延功能层；所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表面包括第一区域以及包围所述第一区域的第二区域；所述第一区域包括中心区域以及包围所述中心区域的扩散保护环区域；所述中心区域内设置有扩散区，所述扩散保护环区域设置有Be离子注入扩散保护环；钝化层，所述钝化层设置在所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表面，且具有露出所述第一区域的开口；第一电极，所述第一电极位于所述外延功能背离所述芯片衬底的一侧，所述第一电极与所述Be离子注入扩散保护环电连接；第二电极，位于所述芯片衬底背离所述外延功能层的一侧表面；其中，所述Be离子注入扩散保护环的离子注入深度大于所述扩散区的扩散深度。

【技术特征摘要】
1.一种Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片，其特征在于，所述雪崩光电探测器芯片包括：外延片，所述外延片包括芯片衬底以及设置在所述芯片衬底一侧表面的外延功能层；所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表面包括第一区域以及包围所述第一区域的第二区域；所述第一区域包括中心区域以及包围所述中心区域的扩散保护环区域；所述中心区域内设置有扩散区，所述扩散保护环区域设置有Be离子注入扩散保护环；钝化层，所述钝化层设置在所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表面，且具有露出所述第一区域的开口；第一电极，所述第一电极位于所述外延功能背离所述芯片衬底的一侧，所述第一电极与所述Be离子注入扩散保护环电连接；第二电极，位于所述芯片衬底背离所述外延功能层的一侧表面；其中，所述Be离子注入扩散保护环的离子注入深度大于所述扩散区的扩散深度。2.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器芯片，其特征在于，所述外延功能层包括：设置在所述芯片衬底一侧表面的缓冲层；设置在所述缓冲层背离所述芯片衬底一侧表面的吸收层；设置在所述吸收层背离所述缓冲层一侧表面的顶层；其中，所述扩散区以及所述Be离子注入扩散保护环均位于所述顶层背离所述吸收层一侧的表面内，所述Be离子注入扩散保护环的离子注入深度以及所述扩散区的扩散深度均小于所述顶层的厚度。3.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器芯片，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彦伟，刘宏亮，邹颜，刘格，
申请(专利权)人：深圳市芯思杰联邦国际科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44