雪崩光电二极管及其制作方法技术

本申请提供一种雪崩光电二极管及其制作方法，涉及半导体技术领域，用于解决雪崩光电二极管性能较差的技术问题。该雪崩光电二极管包括：衬底；设置在衬底的第一表面且间隔设置的多个第一扩散区，多个第一扩散区与第一电极电连接，多个第一扩散区与衬底的导电类型不同，多个第一扩散区以及位于相邻第一扩散区之间的衬底形成PN结；设置衬底的第二表面的第一重掺杂区，第二表面与第一表面相对设置，第一重掺杂区位于多个第一扩散区之间，且与衬底的导电类型相同，第一重掺杂区与第二电极电连接。通过调整第一扩散区的深度，以及相邻第一扩散区的间距，可以调整PN结耗尽区的长度和厚度，以增大耗尽区的尺寸，进而提高雪崩光电二极管的性能。极管的性能。极管的性能。

【技术实现步骤摘要】
雪崩光电二极管及其制作方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种雪崩光电二极管及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着物联网、车联网、自动驾驶等技术及市场的发展，雪崩光电器件，尤其是雪崩光电二极管，例如单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，简称SPAD)，因其具有体积小、灵敏度高、响应快等优点，逐渐成为研究的焦点。
[0003]雪崩光电二极管通常包括PN结，PN结中相接触的区域形成耗尽区。对PN结施加反向偏压后，入射光被耗尽区吸收激发出电子
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空穴对，电子
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空穴对在外加电场的作用下与晶格原子发生碰撞电离，新产生的电子
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空穴对继续发生碰撞电离，从而产生更多的电子
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空穴对，进而实现电子
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空穴对的倍增，即雪崩倍增效应。然而，雪崩光电二极管的耗尽区难以进一步增厚，雪崩光电二极管的性能较差。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本申请实施例提供一种雪崩光电二极管及其制作方法，用于提高耗尽区的厚度，以及雪崩光电二极管的性能。
[0005]本申请实施例的第一方面提供一种雪崩光电二极管，其包括：衬底；设置在所述衬底的第一表面且间隔设置的多个第一扩散区，所述多个第一扩散区与第一电极电连接，所述多个第一扩散区与所述衬底的导电类型不同，多个所述第一扩散区以及位于相邻所述第一扩散区之间的所述衬底形成PN结；设置所述衬底的第二表面的第一重掺杂区，所述第二表面与所述第一表面相对设置，所述第一重掺杂区位于所述多个第一扩散区之间，且与所述衬底的导电类型相同，所述第一重掺杂区与第二电极电连接。
[0006]本申请实施例提供的雪崩光电二极管至少具有如下优点：
[0007]本申请实施例中的雪崩光电二极管包括衬底、多个第一扩散区和第一重掺杂区，其中，多个第一扩散区设置在衬底的第一表面且相互之间间隔设置，多个第一扩散区和衬底的导电类型不同并与第一电极电连接，以向第一扩散区施加电压；第一重掺杂区设置在衬底的第二表面，第一重掺杂区与衬底的导电类型相同，通过第一重掺杂区可以向衬底施加电压，多个第一扩散区与位于相邻的第一扩散区之间的衬底形成PN结，该PN结为横向PN结，通过调整第一扩散区的深度，以及相邻第一扩散区的间距，可以调整PN结耗尽区的长度和厚度，以增大耗尽区的尺寸，进而提高雪崩光电二极管的性能。此外，每个第一扩散区与其相邻接的部分衬底形成一个PN结，本申请实施例中的雪崩光电二极管的数量至少有两个，且至少两个雪崩光电二极管并联，提高了雪崩光电二极管的集成度，也进一步提高了雪崩光电二极管的性能。
[0008]如上所述的雪崩光电二极管，每相邻的两个所述第一扩散区之间设置有一个所述第一重掺杂区。
[0009]如上所述的雪崩光电二极管，所述第一重掺杂区的侧面和远离所述第二表面的底
面还覆盖有第三扩散区，所述第三扩散区与所述第一重掺杂区的导电类型相同，且所述第三扩散区的掺杂浓度低于所述第一重掺杂区的掺杂浓度。
[0010]如上所述的雪崩光电二极管，所述衬底的第二表面还设置有环绕所述第三扩散区的第四扩散区，所述第四扩散区与所述第三扩散区的导电类型相同，且与所述第四扩散区相接触，所述第四扩散区还有所述第二电极相接触。
[0011]如上所述的雪崩光电二极管，每个所述第一扩散区设置有第二重掺杂区，所述第二重掺杂区与所述第一扩散区的导电类型相同，且所述第二重掺杂区的掺杂浓度大于所述第一扩散区的掺杂浓度。
[0012]如上所述的雪崩光电二极管，所述衬底的第一表面还设置有环绕所述第一扩散区的第四扩散区，所述第四扩散区与所述第一扩散区的导电类型相同，且与所述第一扩散区相接触，所述第四扩散区还与第一电极相接触。
[0013]如上所述的雪崩光电二极管，所述衬底的第一表面和第二表面中的一者上设置有反射层，另一者上设置有防反射层，所述防反射层透光，所述反射层在所述衬底上的正投影，以及所述防反射层在所述衬底上的正投影均覆盖所述PN结；所述第一电极设置在所述第一表面上，且暴露于所述反射层和所述防反射层中的一者，所述第二电极设置在所述第二表面上，且暴露于所述反射层和所述防反射层中的另一者。
[0014]如上所述的雪崩光电二极管，所述反射层包括：设置在所述衬底上的栅介质层；设置在所述栅介质层上的栅导电层，所述栅导电层与所述PN结相对；设置在所述栅导电层侧面的侧墙；覆盖所述侧墙和所述栅导电层的阻挡层，所述阻挡层具有填充孔，所述填充孔内设置有硅化物层；覆盖所述阻挡层和所述硅化物的金属前介质层；覆盖所述金属前介质层的金属层。
[0015]如上所述的雪崩光电二极管，所述栅导电层在所述衬底上的正投影覆盖所述PN结；所述金属层在所述衬底上的正投影覆盖所述栅导电层在所述衬底上的正投影。
[0016]本申请实施例的第二方面提供一种雪崩光电二极管的制作方法，其包括：在衬底的第一表面形成多个间隔设置的第一深沟槽，所述衬底为具有第一导电类型的衬底；
[0017]在所述第一深沟槽内填充具有第二导电类型的半导体材料，所述第二导电类型与所述第一导电类型不同；
[0018]对所述具有第二导电类型的半导体材料进行激光退火处理，以在所述第一深沟槽内形成第二重掺杂区，并在所述第一深沟槽的侧壁和底壁形成第一扩散区，所述第一扩散区和位于相邻的所述第一扩散区之间的所述衬底形成PN结；
[0019]在所述衬底的第一表面形成具有所述第二导电类型的第二扩散区，所述第二扩散区与所述第一扩散区相邻接；
[0020]对所述衬底的第一表面、所述第二重掺杂区、所述第一扩散区和所述第二扩散区进行平坦化处理；
[0021]在平坦化后的所述衬底的第一表面上形成反射层和第一电极，所述反射层在所述衬底上的正投影覆盖所述PN结，所述第一电极与所述第二扩散区相接触；
[0022]在所述反射层上形成保护层；
[0023]对所述衬底背离所述第一表面的一侧减薄，以形成第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对；
[0024]在所述衬底的第二表面形成第二深沟槽，所述第二深沟槽位于所述多个第一深沟槽之间；
[0025]在所述第二深沟槽内填充具有第一导电类型的半导体材料；
[0026]对所述具有第一导电类型的半导体材料进行激光退火处理，以在所述第二深沟槽内形成第一重掺杂区，并在所述第二深沟槽的侧壁和底壁形成第三扩散区；
[0027]在所述衬底的第二表面形成具有所述第一导电类型的第四扩散区，所述第四扩散区与所述第三扩散区相邻接；
[0028]对所述衬底的第二表面、所述第一重掺杂区、所述第三扩散区和所述第四扩散区进行平坦化处理；
[0029]在平坦化后的所述衬底的第二表面上形成防反射层和第二电极，所述防反射层透光，且所述防反射层在所述衬底上的正投影至少覆盖所述PN结，所述第二电极与所述第四扩散区相接触；
[0030]去除所述保护层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电二极管，其特征在于，包括：衬底；设置在所述衬底的第一表面且间隔设置的多个第一扩散区，所述多个第一扩散区与第一电极电连接，所述多个第一扩散区与所述衬底的导电类型不同，多个所述第一扩散区以及位于相邻所述第一扩散区之间的所述衬底形成PN结；设置所述衬底的第二表面的第一重掺杂区，所述第二表面与所述第一表面相对设置，所述第一重掺杂区位于所述多个第一扩散区之间，且与所述衬底的导电类型相同，所述第一重掺杂区与第二电极电连接。2.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管，其特征在于，每相邻的两个所述第一扩散区之间设置有一个所述第一重掺杂区。3.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管，其特征在于，每个所述第一扩散区设置有第二重掺杂区，所述第二重掺杂区与所述第一扩散区的导电类型相同，且所述第二重掺杂区的掺杂浓度大于所述第一扩散区的掺杂浓度。4.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述衬底的第一表面还设置有环绕所述第一扩散区的第二扩散区，所述第二扩散区与所述第一扩散区的导电类型相同，且与所述第一扩散区相接触，所述第二扩散区还与第一电极相接触。5.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述第一重掺杂区的侧面和远离所述第二表面的底面还覆盖有第三扩散区，所述第三扩散区与所述第一重掺杂区的导电类型相同，所述第三扩散区的掺杂浓度低于所述第一重掺杂区的掺杂浓度，且高于所述衬底的掺杂浓度。6.根据权利要求5所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述衬底的第二表面还设置有环绕所述第三扩散区的第四扩散区，所述第四扩散区与所述第三扩散区的导电类型相同，且与所述第三扩散区相接触，所述第四扩散区还有所述第二电极相接触。7.根据权利要求1
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6任一项所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述衬底的第一表面和第二表面中的一者上设置有反射层，另一者上设置有防反射层，所述防反射层透光，所述反射层在所述衬底上的正投影，以及所述防反射层在所述衬底上的正投影均至少覆盖所述PN结；所述第一电极设置在所述第一表面上，且暴露于所述反射层和所述防反射层中的一者，所述第二电极设置在所述第二表面上，且暴露于所述反射层和所述防反射层中的另一者。8.根据权利要求7所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述反射层包括：设置在所述衬底上的栅介质层；设置在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，张南平，
申请(专利权)人：上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：