[发明专利]一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管及制作方法

权利要求书

1.一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，其特征在于，包括：P型衬底(1)、P型外延层(2)、N型埋层(3)、中心深N阱(401)、外侧深N阱(402)、虚拟外延保护环(5)、中心P阱(601)、外侧P阱(602)、阳极P+层(7)、衬底P+层(8)、N+层(9)、浅槽隔离层(10)、阳极场板(11)、阴极电极(12)以及衬底电极(13)，所述P型衬底(1)位于所述P型外延层(2)底部，与所述P型外延层(2)相接触，所述N型埋层(3)在垂直方向上位于P型衬底(1)之上，位于P型衬底(1)和P型外延层(2)交界的位置，所述中心深N阱(401)位于所述N型埋层(3)之上，与所述N型埋层(3)相接触，所述外侧深N阱(402)分别位于所述中心深N阱(401)两侧，所述外侧深N阱(402)底部与所述N型埋层(3)上边沿接触，所述N型埋层(3)包围外侧深N阱(402)，其外径略小于所述外侧深N阱(402)的外径，两者外径差值在预设范围内，所述外侧深N阱(402)包围所述中心P阱(401)，所述外侧深N阱(402)与所述中心P阱(601)中间未填充的区域生成虚拟外延保护环(5)，所述阳极P+层(7)位于二极管中心位置，所述中心P阱(601)在垂直方向上位于所述阳极P+层(7)下方，所述中心P阱(601)与所述阳极P+(7)层中心重合，外径大于所述阳极P+层(7)，所述中心深N阱(401)与所述阳极P+(7)层中心重合，外径一致，所述外侧P阱(602)包围所述外侧深N阱(402)，所述衬底P+层位于所述外侧P阱(602)的中间位置，所述衬底P+层(8)位于中心P阱(701)中间位置，所述N+层(9)位于所述外侧深N阱(402)中间位置，所述N+层(9)与所述阳极P+层(7)中间填充有浅槽隔离层(10)，所述阳极P+层(7)内端面与所述中心P阱(601)接触，外端面与所述阳极电极(11)接触，所述阳极电极(11)呈Z字型结构，一部分与阳极P+层(7)接触，一部分延长到浅槽隔离层(10)形成场板，所述N+层(9)内端面与所述外侧深N阱(402)接触，外端面与呈环形的阴极电极(12)固定，所述衬底P+层(11)内端面与P阱(7)接触，外端面与衬底电极(13)固定，所述阳极电极(12)为环状，位于阳极P+层(8)边缘，在垂直方向上与所述阳极P+层(8)上端面接触，所述阴极电极(13)位于N+层(9)中心，在垂直方向上与所述N+层(9)上端面接触。

2.根据权利要求1所述的集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，其特征在于，中心深N阱(401)、中心P阱(601)、阳极P+层(7)及N型埋层(3)的形状为圆形、矩形、圆角矩形或正多边形，所述、、外侧深N阱(402)、虚拟外延保护环(5)、外侧P阱(602)、衬底P+层(8)、N+层(9)、浅槽隔离层(10)、阳极场板(11)、阴极电极(12)以及衬底电极(13)的形状为圆环、矩形环、圆角矩形环或者正多边形环。

3.根据权利要求1所述的集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，其特征在于，所述中心P阱(601)的外径略大于所述中心深N阱的外径。

4.根据权利要求1所述的集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管，其特征在于，所述衬底P+层(11)与所述阳极P+层(8)在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致，所述中心P阱(601)与所述外侧P阱(602)在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致，所述中心深N阱(401)与所述外侧深N阱(402)在同种工艺中掺杂浓度和结深度一致。

5.一种集成化硅基宽光谱单光子雪崩二极管的制作方法，其特征在于，包括：

步骤一：选取P型裸片作为衬底；

步骤二：通过清洗、生长二氧化硅、离子注入、光刻后在衬底上生长N型薄外延作为N埋层；

步骤三：在衬底上通过清洗、生长二氧化硅、离子注入、光刻后，在所述衬底上生长P型外延；

步骤四：通过生长迁至氧化层，淀积Si3N4、SiON层、光刻，有源区刻蚀，保留器件的有源区，形成有源区图形；

步骤五：通过清洗，STI热氧化、淀积厚SiO2、刻蚀、平坦化等工艺利用氧化硅填充沟槽，形成STI隔离；

步骤六：通过光刻和离子注入工艺形成中央深N阱和外侧深N阱；

步骤七：通过光刻和离子注入工艺形成P阱；

步骤八：通过光刻和离子注入工艺形成P+层；

步骤九：通过光刻和离子注入工艺形成N+层；

步骤十：通过淀积和清洗等工艺在第一层金属和半导体材料之间形成介质，形成电性隔离；

步骤十一：形成接触孔并填充金属，构成电极；

步骤十二：通过光刻和淀积Ti/TiN层及AlCu形成第一层金属层，在阳极形成阳极场板结构。