Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种Be离子扩散保护环APD芯片及其制作方法，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。

【技术实现步骤摘要】
Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片及其制作方法
本专利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及其制作方法。
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，本专利技术技术方案提供了一种Be离子扩散保护环APD芯片及其制作方法，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，本专利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。本专利技术还提供了一种雪崩光电探测器芯片的制作方法，所述制作方法包括：提供一晶圆，所述晶圆具有多个芯片衬底，相邻所述芯片衬底之间具有切割沟道；在所述晶圆的一侧表面形成外延功能层；其中，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；在所述外延功能层背离所述晶圆的一侧形成钝化层；以所述钝化层制作掩膜版，在所述中心区域内形成扩散区，在所述扩散保护环区域内形成Be离子注入扩散保护环；在所述外延功能层背离所述晶圆的一侧形成图案化的第一电极层；所述第一电极层包括多个与所述芯片衬底一一对应的第一电极，同一所述芯片衬底上设置的所述第一电极与所述扩散区电连接；在所述晶圆背离所述外延功能层一侧的表面形成图案化的第二电极层，所述第二电极层包括多个与所述芯片衬底一一对应的第二电极；基于所述切割沟道，将所述晶圆分割为多个单粒的雪崩光电探测器芯片。优选的，在上述制作方法中，所述在所述晶圆的一侧表面形成外延功能层包括：在所述晶圆的一侧表面形成缓冲层；在所述缓冲层背离所述晶圆的一侧表面形成吸收层；在所述吸收层背离所述缓冲层的一侧表面形成顶层。优选的，在上述制作方法中，所述以所述钝化层制作掩膜版，在所述中心区域内形成扩散区，在所述扩散保护环区域内形成Be离子注入扩散保护环包括：去除所述扩散保护环区域的所述钝化层，形成所述离子注入窗口；基于所述离子注入窗口，采用Be元素进行离子注入，形成Be离子注入扩散保护环；去除所述中心区域的钝化层，形成扩散窗口；基于所述扩散窗口，在所述外延功能层的表面内形成Zn扩散区。优选的，在上述制作方法中，所述在所述外延功能层背离所述晶圆的一侧形成图案化的第一电极层包括：形成覆盖所述钝化层以及所述第一区域的绝缘介质层；去除所述钝化层表面的绝缘介质层以及至少部分扩散保护环区域表面的绝缘介质层；形成覆盖所述钝化层、所述至少部分扩散保护环区域以及所述绝缘介质层的第一电极层；去除所述钝化层表面的部分第一电极层，形成多个预设图形的第一电极。优选的，在上述制作方法中，所述绝缘介质层为增透膜；图案化的所述钝化层具有露出所述第一区域的开口；所述制作方法还包括：在去除所述钝化层表面的部分第一电极层的同时，去除所述中心区域正对的部分第一电极层，形成覆盖所述保护环区域的电极环，所述电极环包括正对所述扩散区的通光窗口，每个所述第一电极包括一个所述电环。优选的，在上述制作方法中，每个所述第二电极设置有通光窗口，所述通光窗口在垂直于所述芯片衬底的方向上与所述扩撒区正对设置；所述在所述晶圆背离所述外延功能层一侧的表面形成图案化的第二电极层包括：在通光窗口对应区域形成增透膜；形成覆盖该表面以及所述增透膜的第二电极层；去除所述增透膜表面的第二电极层。优选的，在上述制作方法中，所述在所述晶圆背离所述外延功能层一侧的表面形成图案化的第二电极层包括：在所述晶圆背本文档来自技高网...

【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：/n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；/n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；/n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；/n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。/n

【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。


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，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。


4.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器芯片，其特征在于，所述扩散区为Zn扩散区，Zn元素的扩散深度为d2；
其中，2μm＜d2＜5μm。


5.根据权利要1所述的雪崩光电探测器芯片，其特征在于，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。


6.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Be离子注入扩散保护环的外径为D1；
其中，10μm＜D1＜30μm。


7.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。


8.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。


9.根据权利要求1-8任一项所述的雪崩光电探测器芯片，其特征在于，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。


10.根据权利要求1-8任一项所述的雪崩光电探测器芯片，其特征在于，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。


11.一种Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一晶圆，所述晶圆具有多个芯片衬底，相邻所述芯片衬底之间具有切割沟道；
在所述晶圆的一侧表面形成外延功能层；其中，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...

【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：发明
国别省市：广东;44