[发明专利]一种拉通型硅APD阵列及其像元间隔离方法

说明书

本发明公开了一种拉通型硅APD阵列及其像元间隔离方法，主要包括在硅外延衬底的上表面生长一层二氧化硅薄膜；采用光刻工艺在所述二氧化硅薄膜上制作出呈相应阵列分布的环状掺杂窗口；利用离子注入以及高温推结工艺在所述环状掺杂窗口进行深结磷掺杂，以在硅外延衬底上形成磷掺杂的隔离环；采用常规拉通型APD工艺在所述二氧化硅薄膜上通过光刻工艺和离子注入工艺制作阵列像元结构；通过金属溅积工艺和光刻工艺在所述APD像元和隔离环上溅积金属电极；本发明所述拉通型硅APD阵列像元间隔离结构，采用硅平面工艺在像元间隔区实现，工艺简单，能有效抑制APD像元的边缘击穿，提高器件分辨率和可靠性。

技术领域

本发明涉及硅APD阵列像元隔离技术领域，特别是涉及一种拉通型硅APD阵列及其像元间隔离方法。

背景技术

激光雷达系统能够通过对地面目标进行主动成像与距离测量，产生含目标和景物的3D图像，已广泛应用于军事侦察、长距离瞄准、大面积3D地形测绘、机器人导航、水下矿藏探测和自导引导弹等技术领域。而硅APD因其内部增益功能，具有响应速度快、灵敏度高和信噪比S/N高的优点，已广泛应用于弱光场测量、光子计数、激光雷达、激光测距等领域，尤其是高性能硅APD阵列构成的高灵敏探测模块更是作为激光雷达系统的核心部件之一，直接影响激光雷达系统的测量距离、精度与速率。

为满足硅APD阵列高分辨率需求，需提高硅APD阵列占空比、减小APD像元间的距离，但由于像元间距离变窄，需对相邻的像元进行隔离，而目前通用的做法是在APD像元之间制作一高浓度的硼掺杂截止环，这使得APD像元边缘在存在较高的电场效应，容易导致硅APD阵列发生边缘击穿，进而使得器件的稳定性和可靠性变差甚至失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉通型硅APD阵列及其像元间隔离方法，以解决现有技术中因像元间距减小造成的像元边缘击穿、器件稳定性和可靠性差的问题。

为解决上述问题，本发明的第一方面提供一种拉通型硅APD阵列像元间隔离方法，具体包括以下步骤：

S1：提供硅外延衬底，并在所述硅外延衬底的上表面生长一层二氧化硅薄膜；

S2：采用光刻工艺在所述二氧化硅薄膜上制作出呈相应阵列分布的环状掺杂窗口；

S3：利用离子注入以及高温推结工艺在所述环状掺杂窗口进行深结磷掺杂，以在硅外延衬底上形成磷掺杂的隔离环；

S4：采用拉通型APD阵列制作工艺在所述二氧化硅薄膜上通过光刻工艺和离子注入工艺制作阵列像元结构；

S5：通过金属溅积工艺和光刻工艺在所述APD像元和隔离环上溅积金属电极。

进一步的，在步骤S1中，所述二氧化硅薄膜的生长厚度为60nm-120nm。

进一步的，在步骤S2中，所述环状掺杂窗口的宽度为5μm-20μm。

进一步的，在步骤S3中，所述磷离子的注入剂量为10¹³/cm²-10¹⁵/cm²，注入能量为80keV-160keV。

进一步的，在步骤S3中，对所述磷离子进行推结扩散的温度为1000℃-1200℃，推结时间为2h-4h，且推结扩散的结深大于3μm。

进一步的，所述步骤S4制作APD像元的具体方法为：

在所述硅外延衬底的上表面对应隔离环内部的中央区域采用光刻工艺和离子注入工艺依次形成像元雪崩区和像元光敏区；在所述硅外延衬底的上表面对应像元光敏区的外围区域形成一与所述隔离环间隔一定距离的保护环。