一种SPAD阵列及其制作方法技术

本申请涉及SPAD领域，公开了一种SPAD阵列及其制作方法，SPAD阵列包括多个SPAD单元组件；每个SPAD单元与临近的SPAD单元通过多个沟槽隔离区隔开；SPAD单元组件包括：SPAD单元和淬灭电阻；在横截面上，SPAD单元呈现规则形状；淬灭电阻设于SPAD单元的一边或多边；淬灭电阻包括由下至上依次层叠的第一多晶硅电阻、隔离介质层和第二多晶硅电阻；第一多晶硅电阻的第一端作为淬灭电阻的一端；第一多晶硅电阻的第二端通过第二金属与第二多晶硅电阻的第一端连接；第二多晶硅电阻的第二端作为淬灭电阻的另一端；淬灭电阻的一端通过第一金属与SPAD单元的阴极电连接或外接高压；淬灭电阻的另一端通过第三金属外接高压或与SPAD单元的阴极电连接。连接。连接。

【技术实现步骤摘要】
一种SPAD阵列及其制作方法


[0001]本申请涉及SPAD领域，特别是涉及一种SPAD阵列及其制作方法。

技术介绍

[0002]硅光电倍增管（Si photomultiplier，SiPM）由多个SPAD（Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管）并联组成，其中单光子雪崩二极管采用多晶硅电阻器（Poly resistor）作为其淬灭电阻（quench resistor）。
[0003]当SPAD尺寸缩小到10μm以下时，其表面放置的淬灭电阻电阻值一般来说相对较小（淬灭电阻长度变短，阻值变小），其不足以起到有效的淬灭作用。为了使得小尺寸（10μm及以下）的SPAD实现淬灭的作用，目前采用Digital SiPM（数字硅光电倍增管）的方案，其电路示意图如图1所示。相较于当前的硅光电倍增管，图1中方案对于每一个SPAD31做出以下改进，第一，增加输入输出（input/output，IO）PMOS管32（metal
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oxide
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semiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管）作为无源猝灭（passive quenching）MOS管；第二，增加反向器（Inverter）33，其由一个PMOS管和一个NMOS管构成；第三，增加带ESD（Electrostatic discharge，静电保护）的IO PAD。
[0004]由于在每个SPAD的Sensor（传感器）区域额外增加了3个晶体管，需要增加5张光罩（mask），导致制作成本增加，同时，在整体面积固定的前提下，增加的晶体管会占用一部分面积，导致SPAD占用面积减小，感光区域变小，进而导致填充因子降低，最终导致光子探测效率（Photon Detection Efficiency，PDE）降低。
[0005]因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

技术实现思路

[0006]本申请的目的是提供一种SPAD单元组件及制作方法、SPAD阵列，以提升SPAD单元组件的光子探测效率，且降低制作成本。
[0007]为解决上述技术问题，本申请提供一种SPAD阵列，所述SPAD阵列包括多个SPAD单元组件；每个SPAD单元与临近的SPAD单元通过多个沟槽隔离区隔开；所述SPAD单元组件包括：所述SPAD单元和淬灭电阻；在横截面上，所述SPAD单元呈现规则形状；所述淬灭电阻设于所述SPAD单元的一边或多边；所述淬灭电阻包括由下至上依次层叠的第一多晶硅电阻、隔离介质层和第二多晶硅电阻；所述第一多晶硅电阻的第一端作为所述淬灭电阻的一端；所述第一多晶硅电阻的第二端通过第二金属与所述第二多晶硅电阻的第一端连接；所述第二多晶硅电阻的第二端作为所述淬灭电阻的另一端；所述淬灭电阻的一端通过第一金属与所述SPAD单元的阴极电连接或外接高压；所述淬灭电阻的另一端通过第三金属外接高压或与所述SPAD单元的阴极电连接。
[0008]可选的，所述淬灭电阻的一端通过所述第一金属与所述SPAD单元的阴极电连接；所述淬灭电阻的另一端通过所述第三金属外接高压。
[0009]可选的，所述SPAD单元呈矩形，所述淬灭电阻呈L型，且对应设于所述SPAD阵列中所述沟槽隔离区的上方。
[0010]可选的，所述第一金属、所述第二金属、所述第三金属处于同一金属层，且相互之间没有电学连接。
[0011]可选的，所述SPAD单元呈方形，边长小于10μm。
[0012]可选的，所述第一多晶硅电阻和所述第二多晶硅电阻形状上长度、宽度相等。
[0013]可选的，所述第二多晶硅电阻的长度为所述第一多晶硅电阻的长度的0.2~1倍。
[0014]可选的，所述淬灭电阻还包括：在所述第二多晶硅电阻上方层叠的又一隔离介质层和第三多晶硅电阻；所述第一多晶硅电阻的第一端作为所述淬灭电阻的一端；所述第一多晶硅电阻的第二端通过第二金属与所述第二多晶硅电阻的第一端连接；所述第二多晶硅电阻的第二端通过第四金属与所述第三多晶硅电阻的第一端连接；所述第三多晶硅电阻的第二端作为所述淬灭电阻的另一端；所述淬灭电阻的一端通过第一金属与所述SPAD单元的阴极电连接或外接高压；所述淬灭电阻的另一端通过第三金属外接高压或与所述SPAD单元的阴极电连接。
[0015]可选的，所述第一金属、所述第二金属、所述第三金属、所述第四金属处于同一金属层或不同金属层，且相互之间没有电学连接。
[0016]可选的，所述每个SPAD单元组件的所述淬灭电阻外接高压的另一端都连接在一起；每个所述SPAD单元的阳极都连接在一起。
[0017]本申请还提供一种SPAD阵列的制作方法，所述SPAD阵列包括多个SPAD单元组件，所述SPAD单元组件包括SPAD单元和淬灭电阻，所述SPAD单元的制作方法包括：在每个所述SPAD单元组件处，进行N型离子注入和P型离子注入，形成SPAD单元；在横截面上，所述SPAD单元呈现规则形状；每个SPAD单元与临近的SPAD单元通过多个沟槽隔离区隔开；在每个所述SPAD单元组件上淀积第一多晶硅电阻；所述淬灭电阻的制作方法包括：在所述第一多晶硅电阻上淀积隔离介质层；在所述隔离介质层上淀积第二多晶硅电阻，形成所述淬灭电阻，所述淬灭电阻设于所述SPAD单元的一边或多边；对所述第一多晶硅电阻、所述隔离介质层和所述第二多晶硅电阻进行第一次光刻和刻蚀，只保留在所述沟槽隔离区上方的所述第一多晶硅电阻、所述隔离介质层和所述第二多晶硅电阻；对所述隔离介质层和所述第二多晶硅电阻进行第二次光刻和刻蚀，露出所述第一多晶硅电阻的两端；淀积第一金属、第二金属和第三金属；所述第一金属与所述第一多晶硅电阻的第一端电连接，所述第一金属与所述SPAD单元的阴极电连接或外接高压；所述第二金属与所述第一多晶硅电阻的第二端、所述第二多晶硅电阻的第一端电连接；所述第三金属与第二
多晶硅电阻的第二端电连接，所述第三金属外接高压或与所述SPAD单元的阴极电连接。
[0018]可选的，所述隔离介质层包括氧化物，或包括氧化物和氮化硅。
[0019]本申请所提供的一种SPAD阵列，所述SPAD阵列包括多个SPAD单元组件；每个SPAD单元与临近的SPAD单元通过多个沟槽隔离区隔开；所述SPAD单元组件包括：所述SPAD单元和淬灭电阻；在横截面上，所述SPAD单元呈现规则形状；所述淬灭电阻设于所述SPAD单元的一边或多边；所述淬灭电阻包括由下至上依次层叠的第一多晶硅电阻、隔离介质层和第二多晶硅电阻；所述第一多晶硅电阻的第一端作为所述淬灭电阻的一端；所述第一多晶硅电阻的第二端通过第二金属与所述第二多晶硅电阻的第一端连接；所述第二多晶硅电阻的第二端作为所述淬灭电阻的另一端；所述淬灭电阻的一端通过第一金属与所述SPAD单元的阴极电连接或外接高压；所述淬灭电阻的另一端通过第三金属外接高压或与所述SPAD单元的阴极电连接。
[0020]可见，本申请淬灭电阻包括第一多晶硅电阻和第二多晶硅电阻，第一多晶硅电阻和第二多晶硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SPAD阵列，其特征在于，所述SPAD阵列包括多个SPAD单元组件；每个SPAD单元与临近的SPAD单元通过多个沟槽隔离区隔开；所述SPAD单元组件包括：所述SPAD单元和淬灭电阻；在横截面上，所述SPAD单元呈现规则形状；所述淬灭电阻设于所述SPAD单元的一边或多边；所述淬灭电阻包括由下至上依次层叠的第一多晶硅电阻、隔离介质层和第二多晶硅电阻；所述第一多晶硅电阻的第一端作为所述淬灭电阻的一端；所述第一多晶硅电阻的第二端通过第二金属与所述第二多晶硅电阻的第一端连接；所述第二多晶硅电阻的第二端作为所述淬灭电阻的另一端；所述淬灭电阻的一端通过第一金属与所述SPAD单元的阴极电连接或外接高压；所述淬灭电阻的另一端通过第三金属外接高压或与所述SPAD单元的阴极电连接。2.如权利要求1所述的SPAD阵列，其特征在于，所述淬灭电阻的一端通过所述第一金属与所述SPAD单元的阴极电连接；所述淬灭电阻的另一端通过所述第三金属外接高压。3.如权利要求1所述的SPAD阵列，其特征在于，所述SPAD单元呈矩形，所述淬灭电阻呈L型，且对应设于所述SPAD阵列中所述沟槽隔离区的上方。4.如权利要求1所述的SPAD阵列，其特征在于，所述第一金属、所述第二金属、所述第三金属处于同一金属层，且相互之间没有电学连接。5.如权利要求1所述的SPAD阵列，其特征在于，所述SPAD单元呈方形，边长小于10μm。6.如权利要求1所述的SPAD阵列，其特征在于，所述第一多晶硅电阻和所述第二多晶硅电阻形状上长度、宽度相等。7.如权利要求1所述的SPAD阵列，其特征在于，所述第二多晶硅电阻的长度为所述第一多晶硅电阻的长度的0.2~1倍。8.如权利要求1至7任一项所述的SPAD阵列，其特征在于，所述淬灭电阻还包括：在所述第二多晶硅电阻上方层叠的又一隔离介质层和第三多晶硅电阻；所述第一多晶硅电阻的第一端作为所述淬灭电阻的一端；所述第一多晶硅电阻的第二端通过第二金属与所述第二多晶硅电阻的第一端连接；所述第二多晶硅电阻的第二端通过第四金属与所述第三多晶硅电阻的第一端连接；所述第三多...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛，吕京颖，李爽，康杨森，
申请(专利权)人：深圳市灵明光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：