[发明专利]一种硅基短波近红外单光子雪崩二极管及其制作方法

权利要求书

1.一种硅基短波近红外单光子雪崩二极管，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)、深P阱(5)、虚拟外延保护环(6)、中心P阱(701)、衬底P阱(702)、阳极P+层(11)、N+层(9)、浅槽隔离层(10)、衬底P+层(8)、阳极电极(12)、阴极电极(13)以及衬底电极(14)，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，位于衬底(1)及P型外延层(2)交界位置，所述中心深N阱(401)位于所述N型埋层(3)的中间位置，所述外侧深N阱(402)位于所述N型埋层(3)两侧，所述N型埋层(3)包围所述外侧深N阱(402)，其外径略小于所述外侧深N阱(402)的外径，两者外径差距在预设范围内，所述深P阱(5)位于所述中心深N阱(401)之上，所述外侧深N阱(402)包围所述深P阱(5)，所述外侧深N阱(402)与深P阱(5)中间未填充的区域为虚拟外延保护环(6)，所述中心P阱(701)位于所述深P阱(5)上方，在所述中心P阱(701)垂直方向上位设置有阳极P+层(11)，所述中心P阱(701)与阳极P+层(11)中心重合，外径一致，所述深P阱(5)与所述中心P阱(701)、阳极P+层(11)的中心重合，所述外侧P阱(702)包围外侧深N阱(402)，所述N+层(9)与中心深N阱(402)中心重合，所述N+层(9)与所述阳极P+层(11)中间填充有浅槽隔离层(10)，所述阳极P+层(11)位于所述中心P阱(701)中间位置，所述阳极电极(12)位于所述阳极P+层(11)边缘，在垂直方向上与所述阳极P+层(11)上端面接触，所述阴极电极(13)位于所述N+层(9)垂直方向上的中心位置，与所述N+层(9)上端面接触，所述衬底电极(14)位于衬底P+层(8)垂直方向上的中心位置，与所述衬底P+层(8)上端面接触，所述阳极P+层(11)内端面与中心P阱(701)接触，外端面与阳极电极(12)的内端面接触，所述N+层(9)内端面与外侧深N阱(402)接触，外端面与阴极电极(13)的内端面接触，所述衬底P+层(8)内端面与外侧P阱(702)接触，外端面与衬底电极(14)的内端面接触。

2.根据权利要求1所述的硅基短波近红外单光子雪崩二极管，其特征在于，所述中心深N阱(401)、所述中心P阱(701)、深P阱(5)、N型埋层(3)以及阳极P+层(11)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(6)、衬底P阱(702)、N+层(9)、浅槽隔离层(10)、衬底P+层(8)、阳极电极(12)、阴极电极(13)以及衬底电极(14)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所述的硅基短波近红外单光子雪崩二极管，其特征在于，所述深P阱(5)的外径略大于所述中心P阱(701)的外径以及所述中心N阱(401)外径。

4.根据权利要求1所述的硅基短波近红外单光子雪崩二极管，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(701)与所述衬底P阱(702)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。

5.一种硅基短波近红外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。