[发明专利]非接触式保护环单光子雪崩二极管及制备方法

权利要求书

1.一种非接触式保护环单光子雪崩二极管，其特征在于，所述非接触式保护环单光子雪崩二极管与标准CMOS工艺兼容，包括：衬底，

在衬底上设置有深N阱区，作为感光PN结的组成部分，起到隔离作用；在深N阱区内分别设置N阱区域、P阱区域和重掺杂P型区域，N阱区域用于包围深N阱；P阱区域用于作为单光子雪崩二极管的保护环；

重掺杂P型区域与深N阱区共同构成P+/深N阱型感光PN结，PN结的耗尽区为雪崩倍增的主要发生区，同时重掺杂的P型区域也作为光电探测器的阳极接触区；

还包括：在N阱区域中设置有N阱接触区，为重掺杂的N型区域，作为光电探测器的阴极接触区；在衬底中设置有衬底接触区，为重掺杂的P型区域；

上述各个区域均在硅晶圆上制备，在硅晶圆表面覆盖有氧化层区域；

在氧化层区域上方通过通孔分别设置有阳极接触区、阴极接触区和P型衬底的金属电极。

2.一种用于制造权利要求1所述的非接触式保护环单光子雪崩二极管的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用CMOS工艺在P型轻掺杂硅衬底上形成深N阱；

2)在深N阱内制备N型阱区，包围深N阱，生成二氧化硅薄层；

3)在深N阱中制备P型阱区，作为器件的保护环；

4)在深N阱中心制备P型掺杂区域，该区域与深N阱共同构成P+/深N阱型感光PN结；

5)在深N阱中制备N阱接触区，该区域作为器件的阴极；

6)光刻出阴极、阳极和衬底的接触通孔，并淀积一层铝膜，之后光刻出电极图形；

7)利用光刻、刻蚀及金属化工艺制备高层互连金属，用于将SPAD的电信号引出至接触焊盘；

8)在芯片上表面顺序淀积氧化硅/氮化硅钝化层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述深N阱掺杂浓度约为4×1016cm-3，结深2μm，面积为12×12μm2。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述P型阱区为宽度0.7μm的环状区域；所述N阱接触区的掺杂浓度为1019cm-3，面积0.5×1.5μm2。

5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在深N阱内制备N型阱区的步骤具体为：

在硅晶圆表面生成二氧化硅垫层和氮化硅薄膜，之后在二氧化硅和氮化硅薄层上进行光刻，刻蚀出宽度约为1μm的环状区域，进行N型杂质注入；

区域掺杂浓度约为1017cm-3，并包围深N阱，然后高温退火，重新生成二氧化硅层。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

P型掺杂区域与P型阱区有0.3μm左右的间隔；掺杂浓度为1019cm-3，面积0.5×1.5μm2。