[发明专利]Be离子扩散保护环雪崩光电探测器芯片及其制作方法

说明书

本发明公开了一种Be离子扩散保护环APD芯片及其制作方法，所述外延功能层中，所述第一区域包括中心区域以及包围所述中心区域的扩散保护环区域；所述中心区域内设置有扩散区，所述扩散保护环区域设置有Be离子注入扩散保护环。通过所述Be离子注入扩散保护环对扩散区的边缘电场进行弱化，通过离子注入工艺形成Be离子注入扩散保护环，一方面可以有效避免扩散区的边缘提前击穿问题，另外，Be元素的离子注入与Zn元素的扩散工艺完全不同，离子注入主要采用高能离子注入方式，一旦注入完成，其掺杂元素的注入深度不会在后续高温扩散工艺下发生变化，离子注入工艺与扩散工艺可以完全独立控制，互不影响，可以提高制作工艺的稳定性和重复性，提高产品良率。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，更具体的说，涉及一种Be离子扩散保 护环雪崩光电探测器芯片及其制作方法。

背景技术

在量子通信和汽车无人驾驶领域需要对非常微弱的单光子信号进行探测 识别，通常的PIN光电探测器芯片由于不具备光放大的功能，已经不能满足使 用要求，故需要具有光探测倍增效应的雪崩光电探测器(APD)芯片进行光 电转换和放大，而通常工作在线性模式下的APD芯片由于其有效倍增仅有10 左右，仍然很难满足单光子探测的需求，故需要使APD芯片工作在盖革模式， 即击穿电压以上的工作区间，此时APD芯片将具有大于100的高倍增效果， 以满足单光子探测的需求。

现有APD芯片需要设置包围扩散区的悬浮扩散结，以对扩散区的边缘电 场进行弱化，避免扩散区提前击穿。但是悬浮扩散结与扩散区的制备需要两 次扩散工艺，后一次扩散会影响前一次扩散的效果，影响芯片良率和工艺稳 定性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种Be离子扩散保护环APD 芯片及其制作方法，通过Be离子注入扩散保护环对扩散区的边缘电场进行弱 化，无需两次扩散工艺，提高了芯片的良率以及工艺稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种雪崩光电探测器芯片，所述雪崩光电探测器芯片包括：

外延片，所述外延片包括芯片衬底以及设置在所述芯片衬底一侧表面的 外延功能层；所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表面包括第一区域以 及包围所述第一区域的第二区域；所述第一区域包括中心区域以及包围所述 中心区域的扩散保护环区域；所述中心区域内设置有扩散区，所述扩散保护 环区域设置有Be离子注入扩散保护环；

钝化层，所述钝化层设置在所述外延功能层背离所述芯片衬底的一侧表 面，且具有露出所述第一区域的开口；

第一电极，所述第一电极位于所述外延功能背离所述芯片衬底的一侧， 所述第一电极与所述Be离子注入扩散保护环电连接；

第二电极，位于所述芯片衬底背离所述外延功能层的一侧表面。

优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述外延功能层包括：

设置在所述芯片衬底一侧表面的缓冲层；

设置在所述缓冲层背离所述芯片衬底一侧表面的吸收层；

设置在所述吸收层背离所述缓冲层一侧表面的顶层；

其中，所述扩散区以及所述Be离子注入扩散保护环均位于所述顶层背离 所述吸收层一侧的表面内，所述Be离子注入扩散保护环的离子注入深度以及 所述扩散区的扩散深度均小于所述顶层的厚度。

优选的，在上述雪崩光电探测器芯片中，所述Be离子注入扩散保护环中 Be元素的离子注入深度为d1；

所述扩散区为Zn扩散区，Zn元素的扩散深度为d2；

其中，1μm＜d1-d2＜10μm。