[发明专利]硅基探测器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种硅基探测器及其制作方法，该硅基探测器包括衬底以及设置在所述衬底上的器件结构层，所述器件结构层包括沿垂直所述衬底平面方向向上依次设置的吸收层、增益层、第一电荷层、第二电荷层和接触层；所述器件结构层还包括环状结区，所述环状结区位于所述吸收层上方，且套设在所述增益层、所述第一电荷层、所述第二电荷层和所述接触层的边缘外侧；所述环状结区与所述吸收层、第一电荷层和第二电荷层的掺杂类型均不同。该硅基探测器通过引入第二电荷层可以有效增加增益区的深度，提高器件的耗尽电压与击穿电压，获得合适的增益与较高的时间分辨，同时能够减少探测器对高能离子注入等极端工艺和设备的依赖。

技术领域

本发明涉及半导体探测技术领域，具体涉及一种硅基探测器及其制作方法。

背景技术

目前基于硅基的p-i-n结构的雪崩探测器虽然具有较高的增益，但是其信噪比差，无法满足低增益高时间分辨的要求。

低增益雪崩探测器具有合适的雪崩放大倍数(5～20)，较高的时间分辨能力(30ps)，成为实现超高时间分辨的不错选择。然而，要获得合适的增益和较高的时间分辨能力需要严格控制其吸收区与增益区的位置，这对制备工艺和设备提出了较高的要求，例如需要采用高能离子注入工艺(1MeV)实现较深的增益区位置以获得合适的耗尽电压和击穿电压，进而获得合适的增益与较高的时间分辨。这对于常规的半导体厂和研究机构是很难实现的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硅基探测器及其制作方法，该硅基探测器通过引入第二电荷层(也即第二电荷控制区)，可以有效增加增益区的深度，提高器件的耗尽电压与击穿电压，获得合适的增益与较高的时间分辨，同时能够减少探测器对高能离子注入等极端工艺和设备的依赖，以解决现有技术中的硅基探测器需要采用高能离子注入工艺(1MeV)实现较深的增益区位置以获得合适的耗尽电压和击穿电压的技术问题。

根据一个或多个实施例，一种硅基探测器包括衬底以及设置在所述衬底上的器件结构层，其中：

所述器件结构层包括沿垂直所述衬底平面方向向上依次设置的吸收层、增益层、第一电荷层、第二电荷层和接触层；

所述器件结构层还包括环状结区，所述环状结区位于所述吸收层上方，且套设在所述增益层、所述第一电荷层、所述第二电荷层和所述接触层的边缘外侧；

所述环状结区与所述吸收层、第一电荷层和第二电荷层的掺杂类型均不同。

根据一个或多个实施例，一种硅基探测器的制作方法包括以下步骤：

提供具有第一外延层的衬底；

将所述第一外延层划分为第一掺杂区和其他区域，所述第一掺杂区为环状区域，并且所述第一掺杂区和所述第一外延层的其他区域都进行离子掺杂，且二者的掺杂类型不同；

在所述第一外延层上限定有源区；其中，所述第一掺杂区的至少部分区域位于所述有源区内；

在位于所述有源区内的所述第一外延层的其他区域内进行离子注入，以形成增益层，并且所述第一掺杂区位于所述增益层的边缘外侧；所述增益层将所述第一外延层的其他区域分隔成三部分：靠近所述衬底一侧的区域形成为吸收层，远离所述衬底一侧的区域形成为第一电荷层，所述增益层形成在所述吸收层和所述第一电荷层之间；

外延形成覆盖所述有源区的第二外延层；

将所述第二外延层划分为第二掺杂区和其他区域，所述第二掺杂区为环状区域且与所述第一掺杂区对应紧挨设置，并且所述第二掺杂区和所述第二外延层的其他区域均进行离子掺杂；其中，所述第二掺杂区与所述第一掺杂区的掺杂类型相同，合并作为环状结区；

在所述第二外延层的其他区域的浅表层进行离子注入以形成接触层；在所述第二外延层中位于所述接触层的下方区域作为第二电荷层。