包括雪崩二极管阵列的集成电路及其制造方法技术

本公开的实施例涉及包括雪崩二极管阵列的集成电路及其制造方法。集成电路在半导体衬底中形成。单光子雪崩二极管的阵列在半导体衬底的前侧形成。该阵列包括第一二极管和第二二极管，第一二极管和第二二极管彼此相邻。布拉格反射镜被定位在第一二极管与第二二极管之间。布拉格反射镜被配置成防止光在第一二极管与第二二极管之间的传播。与第二二极管之间的传播。与第二二极管之间的传播。

【技术实现步骤摘要】
包括雪崩二极管阵列的集成电路及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年10月28日提交的法国专利申请号1912072的权益，该申请在此通过引用并入本文。


[0003]实施例涉及单光子雪崩二极管的阵列及其制造过程。

技术介绍

[0004]单光子雪崩二极管通常被本领域技术人员称为SPAD。SPAD能够检测低强度的信号(诸如，单个光子)，并且能够以高时间分辨率发出该光子到达时间的信号。
[0005]特别地，SPAD利用p-n结的雪崩电流，该电流由入射光线触发。更特别地，SPAD被反向偏置成超过其击穿电压。
[0006]高反向偏置电压生成足够高的电场，以使被引入到SPAD的耗尽区域的单个电荷载流子能够引起雪崩，该雪崩经由每次撞击一次电离而自我维持。
[0007]然后，雪崩被主动或被动地压制，从而允许SPAD被复位以检测其他光子。
[0008]初始电荷载流子可以通过单个入射光子撞击高场区域而光电地生成。这种用于检测单光子的操作模式通常被称为盖革(Geiger)模式。
[0009]在SPAD中的雪崩期间，高数目个热载流子被生成。这些热载流子通过在所有方向上发射处于红色或处于近红外的寄生光来弛豫。
[0010]在常规的SPAD阵列中，由阵列的SPAD中生成的热载流子所发射的光可以传播通过分离SPAD的硅的较大厚度，并且被相邻的SPAD吸收。
[0011]然后，相邻SPAD对寄生光的该吸收在该SPAD中生成不期望的雪崩。这种效应被称为电-光学串扰。
[0012]由该串扰引起的相邻SPAD中的雪崩可以引起电压降到击穿电压以下。因此，该相邻的SPAD不再能够检测光子。然后，需要对该相邻的SPAD进行再充电，以便将偏置电压增加到击穿电压的上方，从而使该SPAD能够再次检测光子。
[0013]这种再充电需要相当长的时间(几纳秒)，在此期间，SPAD不能检测光子。
[0014]由相邻SPAD生成的热载流子发出的不期望的光的传输所导致的这种再充电因此降低了SPAD阵列的性能。
[0015]为了使该串扰衰减，通常会降低SPAD的过量偏置电压。具体地，减小过量的偏置电压允许减少在雪崩期间所生成的热载流子的数目。但是，该解决方案导致SPAD阵列的SPAD的性能下降。

技术实现思路

[0016]本专利技术的实施方式和实施例涉及集成电路，在特别的示例中，涉及包括单光子雪崩二极管的阵列的集成电路。
[0017]实施例可以提供一种包括高性能SPAD阵列的集成电路，该集成电路允许降低或甚至消除串扰。
[0018]根据一个方面，提供了一种集成电路。该集成电路包括半导体衬底，半导体衬底包含单光子雪崩二极管的阵列，单光子雪崩二极管包括至少两个二极管，该至少两个二极管彼此相邻。相应地，至少一个布拉格反射镜被定位在至少两个相邻的二极管之间。布拉格反射镜适于防止光在这两个二极管之间的传播。
[0019]以下，SPAD阵列也被称为光检测器阵列。因此，光检测器阵列包括多个SPAD。
[0020]根据该方面的集成电路可以包括一个或多个布拉格反射镜。每个布拉格反射镜因此具有第一横向侧和第二横向侧，第一横向侧与光检测器阵列的第一SPAD接触，第二横向侧与第一横向面相对，第二横向侧与光检测器阵列的第二SPAD接触，该第二SPAD与第一SPAD相邻。
[0021]因此，在根据该方面的集成电路中，布拉格反射镜被定位在其间的两个相邻SPAD之间的串扰能够被消除。具体地，当被放置在布拉格反射镜的一侧上的SPAD接收光子时，该布拉格反射镜允许由热载流子所发射的入射寄生光被反射和/或被吸收，热载流子在该接收器SPAD中的雪崩期间生成。
[0022]因此，寄生光不会被透射到被放置在布拉格反射镜的另一侧的相邻SPAD。因此，这两个SPAD可以同时操作，并且不会冒如下风险：被由这些SPAD中的一个SPAD所生成的寄生光去激活。
[0023]此外，将布拉格反射镜定位在SPAD之间使得可以继续采用高的过量偏置电压。具体地，在雪崩期间所生成的热载流子的数目不再具有对相邻的SPAD的任何影响。因此，可以设计和制造高性能的光检测器阵列。
[0024]根据一个实施例，每个布拉格反射镜被配置成：防止具有如下波长的光的传播：能够由热载流子的能量弛豫所生成的波长之中的波长，热载流子由在两个相应的二极管中的一个二极管中所触发的雪崩效应生成。
[0025]以指示的方式，例如，这种波长可以在500nm和2μm之间。
[0026]优选地，集成电路包括布拉格反射镜，被定位在光检测器阵列的每个相邻二极管之间。
[0027]因此，这种集成电路适于消除遍及光检测器阵列的串扰。因此，阵列的所有SPAD可以同时操作，并且不会冒被源自相邻SPAD的寄生光去激活的风险。
[0028]优选地，根据一个实施例，每个布拉格反射镜包括多个层，并且适于反射具有如下入射角的光，在布拉格反射镜上，相对于与布拉格反射镜的材料的每个层正交的轴线，具有在0
°
与90
°
之间的入射角。
[0029]这种布拉格反射镜于是适于防止最有害的光子的扩散。具体地，对于入射角在0
°
与90
°
之间的光子，串扰的风险最高。
[0030]根据一个实施例，半导体衬底具有前侧，每个布拉格反射镜包括不同折射率的至少两种材料的至少三个交替层，层中的至少两个层在深度上如下延伸到衬底中，从前侧向下到底部绝缘区域，底部绝缘区域限定每个二极管的底部，并且将每个二极管与衬底的其余部分电绝缘。
[0031]因此，每个二极管具有限定在衬底的前侧与衬底的后侧之间的高度，前侧旨在暴
露于要被检测的光信号，后侧与绝缘区域接触。
[0032]根据一个实施例，层中的至少一个层在深度上从前侧向下延伸到远端，该远端位于前侧与底部绝缘区域之间。
[0033]特别地，这些层中的每个层在深度上延伸了足够的长度，以能够反射具有小于布儒斯特角的入射角的光。
[0034]有利地，根据一个实施例，不同折射率的至少两种材料包括硅和二氧化硅。
[0035]这些材料的折射率允许使用较小厚度的层，同时有利于反射能够由热载流子的能量弛豫而生成的光，该热载流子由在两个相应二极管中的一个二极管中所触发的雪崩效应生成。此外，硅和二氧化硅是本领域技术人员已经掌握的材料，该材料不昂贵。因此，用这种材料制造布拉格反射镜是有利的。
[0036]根据一个实施例，集成电路还包括横向深沟槽隔离，二氧化硅的层和横向深沟槽隔离具有相同的深度和相同的结构。
[0037]根据另一方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括诸如上面所限定的集成电路。
[0038]根据另一方面，提供了一种用于制造集成电路的过程。包括彼此相邻的至少两个二极管的阵列在半导体衬底内形成。二极管是单光子雪崩二极管。至少一个布拉格本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电路，包括：半导体衬底；单光子雪崩二极管的阵列，被形成在所述半导体衬底的前侧，所述阵列包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管彼此相邻；以及布拉格反射镜，被定位在所述第一二极管与所述第二二极管之间，所述布拉格反射镜被配置成防止光在所述第一二极管与所述第二二极管之间的传播。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中每个布拉格反射镜被配置成：防止具有如下波长的光的所述传播：能够由热载流子的能量弛豫而生成的波长之中的波长，所述热载流子由在所述第一二极管或所述第二二极管中被触发的雪崩效应生成。3.根据权利要求1所述的集成电路，其中每个布拉格反射镜(MB)包括多个层，并且被配置成反射具有如下入射角的光：在所述布拉格反射镜上，相对于与所述布拉格反射镜的材料的每个层正交的轴线，具有在0
°
和90
°
之间的入射角。4.根据权利要求1所述的集成电路，其中每个布拉格反射镜(MB)包括不同折射率的至少两种材料的至少三个交替的层，所述层中的至少两个层在深度上如下延伸到所述衬底(SBT)中：从所述前侧向下到底部绝缘区域，所述底部绝缘区域限定每个二极管的底部，所述底部绝缘区域将每个二极管与所述衬底的其余部分电绝缘。5.根据权利要求4所述的集成电路，其中所述层中的至少一个层在深度上从所述前侧向下延伸到远端，所述远端位于所述前侧与所述底部绝缘区域之间。6.根据权利要求4所述的集成电路，其中不同折射率的所述至少两种材料包括硅和二氧化硅。7.根据权利要求6所述的集成电路，还包括横向深沟槽隔离区域，其中二氧化硅的所述层和所述横向深沟槽隔离区域具有相同的深度和相同的结构。8.一种用于制造集成电路的方法，所述方法包括：在半导体衬底内形成单光子雪崩二极管的阵列，所述阵列包括第一二极管和第二二极管；以及在所述第一二极管与所述第二二极管之间形成布拉格反射镜，所述布拉格反射镜被配置成防止光在所述第一二极管与所述第二二极管之间的传播。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述布拉格反射镜被形成以便反射具有如下波长的光：具有能够由热载流子的能量弛豫生成的波长之中的波长，所述热载流子由在所述第一二极管或所述第二二极管中被触发的雪崩效应生成。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述布拉格反射镜被形成以便反射具有如下入射角的光：在所述布拉格反射镜上，相对于与所述布拉格反射镜的主表面正交的轴线，具有在0
°
与90
°
之间的入射角。11.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述布拉格反射镜包括：在所述第一二极管与所述第二二极管之间，形成不同折射率的至少两种材料的至少三个交替的层。12.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述二极管的阵列包括：在所述衬底中形成底部绝缘区域，所述底部绝缘区域限定每个二极管的底部，并且将每个二极管与所述衬底的其余部分电绝缘。13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述布拉格反射镜包括：在所述第一二极管
与所述第二二极管之间，形成不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：意法半导体克洛尔二公司，
类型：发明
国别省市：