具有温度补偿自保护硅基apd阵列器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电子器件制造领域，特别涉及一种具有温度补偿自保护硅基Aro阵列器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]目前应用的光电探测器主要有两种，即PIN光电二极管和APD光电二极管。PIN光电二极管由于制造工艺简单，成本低廉的优点，在光纤通信中被大量使用。但载流子在PIN光电二极管器件内部不存在倍增过程，对单个光子而言仅能产生一对电子空穴对，无法应对微弱光信号探测的要求。而Aro光电二极管吸收光子后，会在空间电荷区产生电子空穴对，在强电场作用下，半导体中的载流子发生雪崩倍增效应，将接收到的单光子信号在其内部倍增放大，实现单光子探测。此外，雪崩光电二极管还具有高量子效率、高增益、低暗电流等优点，并且和CMOS工艺兼容。因此，在光子技术、弱光场测量等领域中得到广泛的应用。
[0003]高增益的雪崩光电二极管是一种具有内部放大作用的光电二极管，其工作在Geiger模式，器件的反向偏压大于其雪崩击穿电压。入射光子在吸收区被吸收产生电子空穴对后，在强电场的作用下加速而获得极大的动能，通过碰撞半导体晶格把能量传递给价带上的电子，使之发生电离，从而产生二次电子空穴对。这些二次电离的电子空穴对又被加速产生更多的电子空穴对，从而产生一个很大的雪崩电流，形成倍增因子可达106以上，雪崩电流从nA量级迅速增长到mA量级，对光信号实现有效放大。
【发明内容】
[0004]本发明提供了具有温度补偿自保护硅基Aro阵列器件的结构及制作方法，提高了器件的增益、抑制了温漂对增益的影响、降低了器件的工作电压。
[0005]本发明提供了具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件的制造方法，包括:多个微元Aro并联组成Aro阵列，如图1所示。其中，微元Aro纵向结构依次是n型重掺杂阴极区，η型耗尽层形成的雪崩区，ρ型重掺杂层组成的场控区，掺杂外延层形成的吸收区，吸收区上设有阳极金属电极。
[0006]进一步的，本发明所述高增益APD阵列制作在硅衬底上；
进一步的，场控区和雪崩区采用离子注入方式形成，本发明将吸收区和雪崩区分离，能够获得良好的电子注入，降低器件倍增噪声。
[0007]最后，在APD阵列外围采用表面贴装技术SMD对APD阵列、温敏二极管和淬灭电阻进行电器连接，如图2所示。
[0008]本发明APD阵列内微元APD采用达通型与保护环型兼容的结构，达通型结构具有倍增因子高和低噪声的优点，保护环型结构扩大ΡΝ结终端曲率，使得边缘电场集中被消弱，击穿电压得到提高。然而雪崩光电二极管自身没有抑制不断增大的雪崩电流的能力，因此，在雪崩电流增大到损坏器件之前应及时地降低偏压抑制雪崩，即需要外加淬灭电阻使雪崩结束的同时迅速恢复偏压，为下一个光子的探测做好准备。此外，Aro在工作过程中器件温度升高，温度变化是影响最佳倍增因子的主要因素，倍增因子随温度而变化对器件性能有很大的影响，因此，通过温敏二极管控制调整Aro工作电压的方式对温度进行补偿，使APD工作在接近最佳倍增因子状态。
【附图说明】
[0009]图1为APD阵列示意图；
图2为具有温度补偿自保护APD阵列结构示意图；
图3为微元APD结构剖面图；
图3中:1_衬底；2_吸收区；3_隔离槽；4_衬底接触环；5_场控区；6_雪崩区；7-阴极区；8_阴极金属电极；9_阳极金属电极；10_增透膜。
【具体实施方式】
[0010]本发明的核心思想在于提供一种具有温度补偿自保护硅基Aro阵列器件的制造方法。
[0011]下面结合具体的实施方案以及图3对本发明做进一步说明。根据下面说明和权力要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0012]首先，提供一种硅片作为衬底1，衬底采用P型硅片，掺杂硼元素。
[0013]其次，在所述衬底1上进行外延生长，形成外延层，作为器件的吸收区2，外延层掺杂硼元素。
[0014]接下来,依次进行氧化层淀积、光刻、腐蚀工艺制造出trench窗口。
[0015]接下来，进行trench工艺，制造出阵列APD的隔离槽3，并进行漂酸工艺去除表面氧化层。隔离槽能够防止除光源外的外界光干扰。多晶硅淀积工艺，对隔离槽进行填充。
[0016]接下来，依次进行氧化、光刻，制造出注入窗口。之后，依次进行硼注入、去胶、退火，形成P+掺杂层，也就是器件的衬底接触环4。
[0017]接下来，依次进行氧化、光刻，制造出P型注入窗口。之后，依次进行硼注入、去胶、退火，形成P+掺杂层，也就是器件的场控区5。
[0018]接下来，再次进行光刻，形成N型注入窗口，在N型注入窗口在P型窗口两端形成保护环，之后依次进行N+注入、去胶、退火。N+注入采用砷元素，注入的砷一部分对原来的P+掺杂层中的硼形成补偿，形成η型耗尽层，也就是雪崩区6;—部分形成Ν+掺杂层，也就是阴极区7。
[0019]接下来，依次进行氧化层、PSG、形成表面保护层，保护器件表面并减小表面漏电流。
[0020]接下来，依次进行光刻、刻蚀工艺，制造出器件接触孔。
[0021]接下来，进行金属淀积，金属为铝。
[0022]接下来，依次进行光刻、刻蚀工艺，形成阴极金属电极8阳极金属电极9。
[0023]接下来，依次进行氧化层、PECVD氮化硅、光刻、腐蚀工艺，在有源区形成增透膜10。增透膜在有源区外同时作为钝化层。
[0024]接下来，依次对钝化层进行光刻、刻蚀工艺形成引线接触窗口。
[0025]最后，在APD阵列外围采用表面贴装技术SMD对APD阵列与温敏二极管、淬灭电阻进行电器联接。
[0026]本发明中的APD阵列结构采用了纵向双电场加速过程，既减小了器件尺寸又极大的提高了 APD的灵敏度。最终AH)阵列与温敏二极管、淬灭电阻组成阵列器件。由于APD的倍增因子随温度变化，采用具有负温度系数的温敏二极管对APD的工作电压进行补偿，降低工作电压温漂。同时工作在Geiger模式下的APD阵列的反向偏压大于其雪崩击穿电压，输出雪崩电流急剧增大，外接淬灭电阻即实现了控制雪崩结束又可迅速恢复偏压，为下一个光子的探测做好准备。
【主权项】
1.具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件的制造方法，其特征在于，包括: 提供一种娃片作为衬底片； 在所述衬底片上制造出微兀APD构成阵列； 在APD阵列外围采用表面贴装技术SMD对APD阵列、温敏二极管和淬灭电阻进行电器连接。2.根据要求1所述的具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件，其特征在于，所述硅片为P型硅片，阵列由微元APD并联组成。3.根据要求2所述的具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件，其特征在于，微元APD纵向层叠结构依次包括N型重掺杂阴极区，π型耗尽层形成的雪崩区，Ρ型重掺杂层组成的场控区，外延层形成的吸收区，吸收区上设计有阳极金属电极。4.雪崩区纵向尺寸为3μ m -6 μ m,场控区尺寸为40 μ m -45 μ m。5.根据要求1所述的温敏二极管控制调整微元APD的供电电源的方式对温度进行补m\-ΖΧ ο6.根据要求1所述的淬灭电阻使雪崩结束同时迅速恢复偏压，为下一个光子的探测做好准备。
【专利摘要】本发明涉及一种具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件的制造方法，其结构包括：雪崩光电二极管（APD）阵列、温敏二极管和淬灭电阻。所述雪崩光电二极管阵列由微元APD，淬灭电阻与微元APD串联形成单元，所有这些单元并联在一起形成线阵，线阵器件与温敏二极管表面贴装连接。这种结构的APD阵列具有温度补偿性好，均匀性高，响应速度快，低噪声等优点。
【IPC分类】H01L21/77
【公开号】CN105280551
【申请号】CN201410301179
【发明人】不公告发明人
【申请人】哈尔滨工大华生电子有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年6月30日