[发明专利]硅基近红外单光子雪崩二极管探测器及其制作方法

权利要求书

1.硅基近红外单光子雪崩二极管探测器，其特征在于：包括设置在P型衬底（1）的上方的P型外延层（3），在所述的P型衬底（1）与P型外延层（3）之间设置N+埋层区（2），在所述的N+埋层区（2）上对称设置深N阱区（5），在N+埋层区（2）上的中心位置设置深P阱区（4），所述的深P阱区（4）与N+埋层区（2）之间形成雪崩区。

2.根据权利要求1所述的硅基近红外单光子雪崩二极管探测器，其特征在于：所述的深P阱区（4）与两侧的深N阱区（5）间隔设置，在深P阱区（4）于深N阱区（5）之间保留P型外延层（3），作为虚拟保护环区域（16）。

3.根据权利要求1所述的硅基近红外单光子雪崩二极管探测器，其特征在于：所述的深P阱区（4）与深N阱区（5）的上下端面平齐。

4.根据权利要求1所述的硅基近红外单光子雪崩二极管探测器，其特征在于：在所述的深P阱区（4）中间位置设置中心浅P阱区（6），在所述的中心浅P阱区（6）中间位置设置中心P+区（9）。

5.根据权利要求4所述的硅基近红外单光子雪崩二极管探测器，其特征在于：在所述的深N阱区（5）中间位置均设置浅N阱区（7），在所述的浅N阱区（7）中间位置均设置N+区（10），在所述的N+区（10）的两侧均设置浅沟槽隔离区（14）；在所述的深N阱区（5）的外侧均设置侧面浅P阱区（8）；在所述的侧面浅P阱区（8）中间位置均设置侧面P+区（11）。

6.根据权利要求5所述的硅基近红外单光子雪崩二极管探测器，其特征在于：所述的中心浅P阱区（6）、浅N阱区（7）以及侧面浅P阱区（8）的上下端面平齐；所述的中心P+区（9）、N+区（10）以及侧面P+区（11）的上下端面平齐；所述的浅沟槽隔离区（14）的上端面与中心P+区（9）、N+区（10）以及侧面P+区（11）的上端面平齐；所述的浅沟槽隔离区（14）的下端面深于中心P+区（9）、N+区（10）以及侧面P+区（11）的下端面。

7.根据权利要求5所述的硅基近红外单光子雪崩二极管探测器，其特征在于：在所述的中心P+区（9）上端引出阳极（12）；在所述的侧面P+区（11）上端引出接地电极（15）；在所述的N+区（10）上端引出阴极（13）。

8.权利要求1-7中任意一项所述的工作在近红外波段的硅基单光子雪崩二极管探测器的制作方法，包括以下步骤：

1）在硅晶圆上离子注入P型杂质形成P型衬底（1）；

2）在P型衬底（1）表面涂光刻胶，刻蚀掉N+埋层区（2）所在位置的光刻胶后离子注入N型杂质形成N+埋层区（2），并去除表面光刻胶；

3）在所述的P型衬底（1）上向上外延含有P型杂质的半导体层形成P型外延层（3），再进行高温退火，推进N+埋层（2）区向P型外延层（3）再分布；

4）在所述的P型外延层（3）表面涂上光刻胶并去除N+区（10）两侧位置上的光刻胶，刻蚀掉该位置的P型外延层（3）并用SiO₂填充分别形成浅沟槽隔离区（14），去除所有光刻胶；

5）在所述P型外延层（3）表面涂上光刻胶并刻蚀掉深P阱区（4）所在位置的光刻胶，离子注入P型杂质，高温退火，形成深P阱区（4），去除所有光刻胶；深P阱区（4）和N+埋层区（2）之间形成雪崩区（17）；

6）在步骤5）形成的结构表面涂上光刻胶并刻蚀掉深N阱区（5）所在位置的光刻胶，离子注入N型杂质，高温退火，形成深N阱区（5），去除所有光刻胶；深N阱区（5）与深P阱区（4）之间保留一定间距的P型外延层（3），作为虚拟保护环区域（16）；

7）在步骤6）形成的结构表面涂上光刻胶，并刻蚀掉中心浅P阱区（6）和侧面浅P阱区（8）所在位置的光刻胶，离子注入P型杂质并退火，分别形成中心浅P阱区（6）和侧面浅P阱区（8），去除所有光刻胶；

8）在步骤7）形成的结构表面涂上光刻胶并刻蚀掉浅N阱区（7）所在位置的光刻胶，离子注入N型杂质并退火，形成浅N阱区（7），去除所有光刻胶；

9）在步骤8）形成的结构表面涂上光刻胶并刻蚀掉中心P+区（9）和侧面P+区（11）所在位置的光刻胶，离子注入P型杂质并退火，形成中心P+区（9）和侧面P+区（11），去除所有光刻胶；

10）在步骤9）形成的结构表面涂上光刻胶并刻蚀掉N+区（10）所在位置的光刻胶，离子注入N型杂质并退火，形成N+区（10），去除所有光刻胶；

11）在步骤10）形成的结构表面涂上光刻胶并刻蚀掉中心P+区（9）、侧面P+区（11）以及N+区（10）区域的光刻胶，淀积铝，形成探测器电极，分别即为阳极（12）、接地电极（15）和阴极（13），去除所有光刻胶。