深槽隔离防串扰的光电探测器及其制作方法

摘要

一种深槽隔离防串扰的光电探测器，包括由P型扩散层、衬底层和N型扩散层依次层叠而成的P-i-N层状结构，所述P-i-N层状结构上设置有隔离区，所述隔离区将P-i-N层状结构的光敏面划分为多个象限，其特征在于：所述隔离区采用如下结构实现：在P-i-N层状结构的光敏面上制作深槽，深槽的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配，深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同，深槽的深度达到N型扩散层上端面，深槽内填充有绝缘物质。本发明的有益技术效果是：实现了对象限光电探测器各象限的有效隔离，减少了光电探测器耗尽层的面积，减小了内部的结电容面积，减小了RC时间常数，提高了器件的响应速度，深槽位于象限光电探测器的体内，避免了表面态缺陷对器件的影响。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种光电探测器制作技术，尤其涉及一种深槽隔离防串扰的光电探测器及其制作方法。

背景技术

现有技术中，一般在半导体硅探测器上制作隔离区（也叫盲区）来形成象限光电探测器，象限光电探测器工作时，在光照作用下，产生光生载流子，光生载流子在电场作用下做有序定向运动，形成光电流，从而使各象限独立输出信号。由于部分光生载流子在产生区和渡越区存在无序运动，导致光生载流子会从自身的光敏区进入到周边邻近的光敏区，从而形成光电串扰，光电串扰对于近红外波长(1064nm)、需要厚耗尽层的硅象限光电探测器影响极大。

为了减小光电串扰的影响，现有的象限光电探测器芯片大多采用PN结隔离各象限，PN结作为电学隔离，对于近红外波长(1064nm)一般需要高耐压，所以，耗尽区必须要宽，但这会产生不良的电阻电容特性；另一个方法是增大盲区面积，这样既可提高耐压，又可较小象限间串扰，但是盲区的增大会损失较多的光能量，同时，器件使用过程中也对盲区尺寸有严格要求；还有一种方法是减薄光生载流子产生区，虽然同样可以减小光电串扰，但减薄光生载流子产生区的厚度，特别是对近红外1064nm波长，光吸收厚度也会相应减小，将会严重降低光电探测器的响应度。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种深槽隔离防串扰的光电探测器，包括由P型扩散层、衬底层和N型扩散层依次层叠而成的P-i-N层状结构，所述P-i-N层状结构上设置有隔离区，所述隔离区将P-i-N层状结构的光敏面划分为多个象限，其特征在于：所述隔离区采用如下结构实现：在P-i-N层状结构的光敏面上制作深槽，深槽的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配，深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同，深槽的深度达到N型扩散层上端面，深槽内填充有绝缘物质。

本发明的原理是：传统的象限光电探测器采用平面PN结隔离，平面PN结面积由球面结、柱面结和体内的平行平面结三部分组成，球面结和柱面结暴露在表面，在高反压的工作状态，由于耗尽区加大，球面结和柱面结面积将进一步变大，因此，其寄生的电容面积较大，导致寄生电容C也相应较大；而采用本发明发明方案后，平面PN结暴露在表面的柱面结和球面结不复存在，平面PN结实际只留下体内的平行平面结，结面积大大减小，其结果首先是大大降低了表面由于缺陷、沾污等导致的漏电流（暗电流），其次，平面PN结面积的减小有效的减小了象限光电探测器的本征暗电流，第三，电容面积减小，电容C减小，寄生RC时间常数减小，提高了光电探测器的响应速度；传统象限光电探测器的击穿电压由球面结、柱面结和平面结击穿电压所组成，由于材料本身的表面缺陷，以及在制作过程中的沾污（尤其是金属离子），诱生缺陷及表面复合（尤其是俄歇复合），使得探测器的反向击穿电压主要由表面击穿决定(主要由球面结表面曲率半径和缺陷情况决定)，大大低于体内平行平面结击穿电压；本发明的深槽结构，使得各象限完全被深槽隔离，不存在表面的球面结和柱面结，只有体内的平行平面结，探测器反向击穿电压主要由平行平面结决定，击穿电压大大提高，另外，深槽隔离为物理隔离，除入射光本身的干涉外，其象限间没有电连接和寄生连接，实现了象限间串扰最小化。

优选地，所述绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺，由旋涂玻璃形成的第一绝缘层设置于深槽结构的底部，由聚酰亚胺形成的第二绝缘层将深槽结构内的剩余空间填充。

为了便于本领域技术人员实施本发明，本发明还公开了前述光电探测器的制作方法，具体步骤为：

1）提供衬底层；

2）在衬底层的上端面进行硼扩散，形成P型扩散层；

3）在P型扩散层表面淀积氮化硅层；

4）在衬底层的下端面进行磷扩散，形成N型扩散层；由P型扩散层、衬底层和N型扩散层依次层叠而成的结构体形成P-i-N层状结构；

5）在氮化硅层表面淀积铝层，对氮化硅层和铝层进行刻蚀，刻蚀区域的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配，刻蚀深度达到衬底层的上端面；

6）采用深槽工艺对刻蚀区域进行处理，在刻蚀区域范围内加工出深槽，深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同，深槽的深度达到N型扩散层上端面；

7）将氮化硅层和铝层去掉；

8）在深槽内填充绝缘物质；绝缘物质外表面与P型扩散层上端面齐平；

9）在P型扩散层表面淀积增透膜层，并在增透膜层上制作出电极。

优选地，步骤9）中的绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺，由旋涂玻璃形成的第一绝缘层设置于深槽结构的底部，由聚酰亚胺形成的第二绝缘层将深槽结构内的剩余空间填充。

本发明的有益技术效果是：实现了对象限光电探测器各象限的有效隔离，减少了光电探测器耗尽层的面积，减小了内部的结电容面积，减小了RC时间常数，提高了器件的响应速度，深槽位于象限光电探测器的体内，避免了表面态缺陷对器件的影响。

附图说明

图1、本发明的深槽隔离防串扰的光电探测器结构示意图；

图2、本发明的工艺流程示意图；

图3、本发明的深槽隔离防串扰的光电探测器顶视图；

图中各个标记所对应的名称分别为：P型扩散层1、衬底层2、N型扩散层3、氮化硅层4、铝层5、增透膜层6、电极7、第一绝缘层8、第二绝缘层9、象限10。

具体实施方式

一种深槽隔离防串扰的光电探测器，包括由P型扩散层1、衬底层2和N型扩散层3依次层叠而成的P-i-N层状结构，所述P-i-N层状结构上设置有隔离区，所述隔离区将P-i-N层状结构的光敏面划分为多个象限，其创新在于：所述隔离区采用如下结构实现：在P-i-N层状结构的光敏面上制作深槽，深槽的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配，深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同，深槽的深度达到N型扩散层3上端面，深槽内填充有绝缘物质。

进一步地，所述绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺，由旋涂玻璃形成的第一绝缘层8设置于深槽结构的底部，由聚酰亚胺形成的第二绝缘层9将深槽结构内的剩余空间填充。之所以采用旋涂玻璃和聚酰亚胺两种物质来填充深槽，是因为：旋涂玻璃采用常规的锌硼系或铅硼系不仅限于以上PN结钝化玻璃，并适添加不透光物质如在玻璃粉搅拌时添加0.5-1%的高纯纳米碳，其目的是和硅有良好膨胀系数匹配，较强的附着力，并有一定机械支撑线，对PN结由良好的钝化性，同时不透光。采用聚酰亚胺既可对表面进行钝化，又由于聚酰亚胺的流动性而有利于形成缓变、平坦的台阶覆盖。

一种深槽隔离防串扰的光电探测器制作方法，其创新在于：按如下步骤制作：

1）提供衬底层2；

2）在衬底层2的上端面进行硼扩散，形成P型扩散层1；

3）在P型扩散层1表面淀积氮化硅层4；步骤3）完成后，结构体的状态如图2中左侧第一个结构体所示；

4）在衬底层2的下端面进行磷扩散，形成N型扩散层3；由P型扩散层1、衬底层2和N型扩散层3依次层叠而成的结构体形成P-i-N层状结构；

5）在氮化硅层4表面淀积铝层5（结构体的状态如图2中左侧第二个结构体所示），对氮化硅层4和铝层5进行刻蚀，刻蚀区域的横截面轮廓与多个象限的外轮廓匹配，刻蚀深度达到衬底层2的上端面；步骤5）完成后，结构体的状态如图2中左侧第三个结构体所示；

6）采用深槽工艺对刻蚀区域进行处理，在刻蚀区域范围内加工出深槽，深槽的轴向与P-i-N层状结构的层叠方向相同，深槽的深度达到N型扩散层3上端面；步骤6）完成后，结构体的状态如图2中左侧第四个结构体所示；

7）将氮化硅层4和铝层5去掉；步骤7）完成后，结构体的状态如图2中右侧第一个结构体所示；

8）在深槽内填充绝缘物质；绝缘物质外表面与P型扩散层1上端面齐平；步骤8）完成后，结构体的状态如图2中右侧第二个结构体所示；

9）在P型扩散层1表面淀积增透膜层6，并在增透膜层6上制作出电极7。

进一步地，步骤9）中的绝缘物质采用旋涂玻璃和聚酰亚胺，由旋涂玻璃形成的第一绝缘层8设置于深槽结构的底部，由聚酰亚胺形成的第二绝缘层9将深槽结构内的剩余空间填充。

参见图3，图中所示结构即为采用本发明方案获得的四象限光电探测器的顶面，本发明还能用于制作其他数量象限的光电探测器。