[发明专利]增强近红外量子效率的钳位型光电二极管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种增强近红外量子效率的钳位型光电二极管及其制备方法，包括：步骤1，在P型外延层围绕有源区边缘制备浅槽隔离区；步骤2，向P型外延层中分四次注入P型材料形成P阱隔离区；步骤3，退火；步骤4，在P型外延层的上表面形成多晶硅栅，并对多晶硅栅进行刻蚀，得到传输栅；步骤5，在P型外延层中分两次注入N型材料形成N型掺杂区；步骤6，在传输栅侧壁制备侧墙；步骤7，在N型掺杂区中制备钳位层；步骤8，在P阱隔离区上部注入N型材料形成悬浮扩散节点；步骤9，第二次退火处理。本发明提高量子效率，防止光电二极管的光生点在泄漏至悬浮扩散节点中。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种增强近红外量子效率的钳位型光电二极管及其制备方法。

背景技术

激光测距技术具有精度高、测量速度快等优点，被广泛应用于汽车、人工智能、游戏、机器视觉等行业领域，有着广阔的应用前景。

TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写，即光源发出经调制的探测光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来计算被测物体的距离。出于安全性考虑，多采用近红外光作为探测光，以避免对人眼的伤害，因而要求接收回波信息的光电二极管对近红外光具有很好的吸收，以便分析获取目标物体的距离。

对于同种半导体材料，吸收系数和入射深度与入射光的波长有关，波长越长吸收系数越小，入射深度就越大，它们之间的关系如图1所示。对于波长较长的近红外光而言，需要足够的深度才能吸收。因此光电二极管的N型掺杂区需要形成较深的结深，以便充分吸收近红外光，提升量子效率。

钳位型光电二极管通常包括P型衬底和设置在P型衬底上的P型外延层，通常P型外延层的厚度在10μm左右，形成的耗尽区深度有限，导致对近红外光吸收困难。要提升吸收效果，需要显著增加外延层的厚度至20μm以上，形成较深的PN结。而结深的增加导致N型掺杂区体区变大、光生载流子增多，使体区串扰极易产生，造成光生载流子在电荷积分期间泄漏至FD中；同时，较深的PN结也为制备工艺带来挑战，需要优化N型掺杂区的制备工艺，以在保证响应的前提下获得较高的量子效率。因此，需要针对红外吸收的钳位型光电二极管开发新的结构和制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种增强近红外量子效率的钳位型光电二极管及其制备方法，解决现有技术中光电二极管对近红外光的吸收较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种增强近红外量子效率的钳位型光电二极管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在P型外延层围绕有源区边缘制备浅槽隔离区；

步骤2，向P型外延层中分四次注入P型材料形成P阱隔离区；

步骤3，第一次退火处理；

步骤4，在P型外延层的上表面形成多晶硅栅，并对多晶硅栅进行刻蚀，得到传输栅；

步骤5，在P型外延层中分两次注入N型材料形成N型掺杂区；

步骤6，在传输栅侧壁制备侧墙；

步骤7，在N型掺杂区中制备钳位层；

步骤8，在P阱隔离区上部注入N型材料形成悬浮扩散节点；

步骤9，第二次退火处理。

进一步地，所述P型材料为三族元素离子或三族元素离子的化合物。

进一步地，所述向P型外延层中分四次注入P型材料形成P阱隔离区时，每次注入P型材料的能量依次增大，每次注入P型材料的倾斜度相同。

进一步地，所述P型外延层中分四次注入P型材料形成P阱隔离区，包括：