CN119384051A - 光电探测器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种光电探测器及其形成方法，结构包括：基底；第一阱区，位于基底中，基底露出第一阱区的顶面；第二阱区，位于第一阱区侧部的基底中，基底露出第二阱区的顶面，第二阱区的掺杂类型与第一阱区的掺杂类型不同；漂移区，位于第一阱区和第二阱区之间的基底中，基底露出漂移区的顶面，且漂移区一侧的侧壁与第一阱区的侧壁相接触或相间隔，漂移区另一侧的侧壁与第二阱区的侧壁相接触，漂移区的掺杂类型与第二阱区的掺杂类型相同；阴极接触区，位于第一阱区中，且第一阱区露出阴极接触区的顶面；阳极接触区，位于第二阱区中，且第二阱区露出阳极接触区的顶面；栅极结构，位于第一阱区和漂移区交界处的基底的顶部。光电探测器的光子探测效率能得到提高。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光电探测器及其形成方法。
背景技术
硅基雪崩光电探测器(Avalanche Photodiode，APD)因体积小，工作电压低，不受磁场影响，噪声低且稳定性好以及可在室温范围工作等优点被广泛地应用于激光雷达，3D成像等光子探测领域。
光子探测效率(PDE)和暗计数率(DCR)是APD器件两个最关键的性能参数。PDE用于表征APD器件对光子的探测效率，与光子的波长和器件的量子效率有关。DCR用于表征APD器件内部的噪声，较大的DCR会严重影响探测器的探测距离和探测精度。
目前，光电探测器的性能仍有待提高。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供一种光电探测器及其形成方法，有利于进一步提高光电探测器的性能。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种光电探测器，包括：基底；第一阱区，位于所述基底中，所述基底露出所述第一阱区的顶面；第二阱区，位于所述第一阱区侧部的基底中，所述基底露出所述第二阱区的顶面，所述第二阱区的掺杂类型与所述第一阱区的掺杂类型不同；漂移区，位于所述第一阱区和第二阱区之间的基底中，所述基底露出所述漂移区的顶面，且所述漂移区一侧的侧壁与所述第一阱区的侧壁相接触或相间隔，所述漂移区另一侧的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，所述漂移区的掺杂类型与所述第二阱区的掺杂类型相同；阴极接触区，位于所述第一阱区中，且所述第一阱区露出所述阴极接触区的顶面；阳极接触区，位于所述第二阱区中，且所述第二阱区露出所述阳极接触区的顶面；栅极结构，位于所述第一阱区和漂移区交界处的基底的顶部。
可选的，所述光电探测器还包括：第一掺杂区，位于所述漂移区的底部，所述第一掺杂区的顶面与所述漂移区的底面相接触，所述第一掺杂区的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，且所述第一掺杂区的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相反。
可选的，沿所述基底表面的法线方向，所述第一掺杂区的厚度为450纳米至500纳米。
可选的，以与所述栅极结构的延伸方向相垂直且平行于所述基底表面的方向为横向，所述第一掺杂区的横向尺寸占所述漂移区的横向尺寸的比例大于等于60％。
可选的，所述光电探测器还包括：场氧化层，位于所述栅极结构与所述基底之间、以及所述漂移区的顶部。
可选的，所述场氧化层的材料包括氧化硅。
可选的，沿所述基底表面的法线方向，所述场氧化层的厚度为12纳米至14纳米。
可选的，所述光电探测器还包括：硅化物阻挡层，位于所述第一阱区的顶部、第二阱区的顶部、漂移区的顶部、以及所述栅极结构的侧壁和部分顶部。
可选的，所述硅化物阻挡层的材料包括氧化硅和氮化硅中的一种或两种。
可选的，所述光电探测器还包括：第一互连线，位于所述阴极接触区的顶部以及所述栅极结构的顶部，所述阴极接触区和栅极结构共用所述第一互连线，且所述第一互连线与所述阴极接触区电连接、以及与所述栅极结构电连接，所述第一互连线接负电位；第二互连线，位于所述阳极接触区的顶部，且所述第二互连线与所述阳极接触区电连接，所述第二互连线接正电位。
可选的，沿所述基底表面的法线方向，所述第二阱区的厚度为1750纳米至1900纳米。
相应的，本发明实施例还提供一种光电探测器的形成方法，包括：提供基底，所述基底中形成有第一阱区，所述基底露出所述第一阱区的顶面，所述基底中还形成有第二阱区，所述基底露出所述第二阱区的顶面，且所述第二阱区的掺杂类型与所述第一阱区的掺杂类型不同，所述第一阱区和第二阱区之间的基底中形成有漂移区，所述基底露出所述漂移区的顶面，且所述漂移区一侧的侧壁与所述第一阱区的侧壁相接触或相间隔，所述漂移区另一侧的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，所述漂移区的掺杂类型与所述第二阱区的掺杂类型相同；在所述第一阱区中形成阴极接触区，且所述第一阱区露出所述阴极接触区的顶面；在所述第二阱区中形成阳极接触区，且所述第二阱区露出所述阳极接触区的顶面；形成所述阴极接触区和阳极接触区之后，在所述第一阱区和漂移区交界处的基底顶部形成栅极结构。
可选的，所述光电探测器的形成方法还包括：在所述基底中形成位于所述漂移区底部的第一掺杂区，所述第一掺杂区的顶面与所述漂移区的底面相接触，所述第一掺杂区的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，且所述第一掺杂区的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相反。
可选的，在所述漂移区的底部形成第一掺杂区的工艺包括离子注入工艺。
可选的，在形成所述阴极接触区和阳极接触区之后，在形成所述栅极结构之前，还包括：在所述第一阱区和漂移区交界处的基底顶部、以及所述漂移区的顶部形成场氧化层；在形成所述栅极结构的步骤中，所述栅极结构覆盖所述第一阱区和漂移区交界处的场氧化层的顶面。
可选的，形成所述栅极结构之后，所述光电探测器的形成方法还包括：在所述第一阱区的顶部、第二阱区的顶部、漂移区的顶部、以及所述栅极结构的侧壁和部分顶部形成硅化物阻挡层，所述硅化物阻挡层露出所述阴极接触区和阳极接触区的顶面；在所述硅化物阻挡层露出的所述阴极接触区顶面以及所述栅极结构的顶部形成第一互连线，所述阴极接触区和栅极结构共用所述第一互连线，且所述第一互连线与所述阴极接触区电连接、以及与所述栅极结构电连接，所述第一互连线接负电位；在所述阳极接触区的顶面形成第二互连线，且所述第二互连线与所述阳极接触区电连接，所述第二互连线接正电位。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供一种光电探测器的形成方法，第一阱区和第二阱区之间的基底中形成有漂移区，所述基底露出所述漂移区的顶面，且所述漂移区一侧的侧壁与所述第一阱区的侧壁相接触或相间隔，所述漂移区另一侧的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，所述漂移区的掺杂类型与所述第二阱区的掺杂类型相同，在所述第一阱区中形成阴极接触区，且所述第一阱区露出所述阴极接触区的顶面，在所述第二阱区中形成阳极接触区，且所述第二阱区露出所述阳极接触区的顶面，形成所述阴极接触区和阳极接触区之后，在所述第一阱区和漂移区交界处的基底顶部形成栅极结构。一方面，利用第一阱区和漂移区形成耗尽区，在反向电压的作用下会对漂移区形成全耗尽，从而在光电探测器中形成雪崩区，光生载流子在雪崩区强电场的作用下会进行倍增，从而使所述光电探测器也能正常工作，起到光电探测器的功能，另一方面，相较于现有光电探测器中通过隔离层隔离阴极接触层和阳极接触层相较于现有光电探测器形成有隔离层的方案，本发明实施例光电探测器中没有形成隔离层，能够避免因隔离层产生表面缺陷导致光电探测器暗计数率(DCR)受到影响，由于光电探测器暗计数率受到影响的概率降低，使光电探测器的光子探测效率(PDE)能够得到提高，从而提高了光电探测器的性能。
附图说明
图1是一种光电探测器对应的结构示意图；
图2是本发明光电探测器一实施例的结构示意图；
图3至图9是本发明光电探测器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
目前光电探测器的性能仍有待提高。现结合一种光电探测器分析其性能有待提高的原因。
图1是一种光电探测器对应的结构示意图。
光电探测器包括：基底18；第一阱区14，位于所述基底18中；第二阱区12，位于相邻所述第一阱区14的基底18中，所述第二阱区12的掺杂类型与所述第一阱区14的掺杂类型不同；浅沟槽隔离结构13，位于所述第一阱区14侧部的基底18中，以及位于所述第二阱区12侧部的基底18中；第三阱区15，位于所述第一阱区14底部、第二阱区12底部、以及所述浅沟槽隔离结构13底部的基底18中，且所述第三阱区15的掺杂类型与所述第一阱区14的掺杂类型相同；硅化物阻挡层16，位于所述浅沟槽隔离结构13的顶部。
作为一种示例，所述第一阱区14中掺杂离子的类型为N型离子；所述第二阱区12中掺杂离子的类型为P型离子；所述第三阱区15中掺杂离子的类型为N型离子。
经研究发现，光电探测器中设置浅沟槽隔离结构13，能够防止与第一阱区14电连接的阴极和与第二阱区12电连接的阳极在表面发生电击穿，但是，浅沟槽隔离结构13在形成过程中，因为高能粒子的轰击，会造成沟槽隔离结构13表面处的晶格被破坏，从而形成缺陷能级，在无光照环境的条件下，缺陷能级能够辅助价带电子跃迁到导带形成自由载流子,自由载流子引起光电探测器的暗计数率增大，此外沟槽隔离结构13因为曲率的原因导致电场线较为集中，局部场强较强，较大的场强亦能辅助电子跃迁，引起暗计数率增大，从而降低了光电探测器的性能。
为了解决所述技术问题，本发明实施例提供一种光电探测器的形成方法，包括：提供基底，所述基底中形成有第一阱区，所述基底露出所述第一阱区的顶面，所述基底中还形成有第二阱区，所述基底露出所述第二阱区的顶面，且所述第二阱区的掺杂类型与所述第一阱区的掺杂类型不同，所述第一阱区和第二阱区之间的基底中形成有漂移区，所述基底露出所述漂移区的顶面，且所述漂移区一侧的侧壁与所述第一阱区的侧壁相接触或相间隔，所述漂移区另一侧的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，所述漂移区的掺杂类型与所述第二阱区的掺杂类型相同；在所述第一阱区中形成阴极接触区，且所述第一阱区露出所述阴极接触区的顶面；在所述第二阱区中形成阳极接触区，且所述第二阱区露出所述阳极接触区的顶面；形成所述阴极接触区和阳极接触区之后，在所述第一阱区和漂移区交界处的基底顶部形成栅极结构。
本发明实施例提供一种光电探测器的形成方法，一方面，，利用第一阱区和漂移区形成耗尽区，在反向电压的作用下会对漂移区形成全耗尽，从而在光电探测器中形成雪崩区，光生载流子在雪崩区强电场的作用下会进行倍增，从而使所述光电探测器也能正常工作，起到光电探测器的功能，另一方面，相较于现有光电探测器中通过隔离层隔离阴极接触层和阳极接触层相较于现有光电探测器形成有隔离层的方案，本发明实施例光电探测器中没有形成隔离层，能够避免因隔离层产生表面缺陷导致光电探测器暗计数率(DCR)受到影响，由于光电探测器暗计数率受到影响的概率降低，使光电探测器的光子探测效率(PDE)能够得到提高，从而提高了光电探测器的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2是本发明光电探测器一实施例的结构示意图。
所述光电探测器包括：基底200；第一阱区203，位于所述基底200中，所述基底200露出所述第一阱区203的顶面；第二阱区201，位于所述第一阱区203侧部的基底200中，所述基底200露出所述第二阱区201的顶面，所述第二阱区201的掺杂类型与所述第一阱区203的掺杂类型不同；漂移区202，位于所述第一阱区203和第二阱区201之间的基底200中，所述基底200露出所述漂移区202的顶面，且所述漂移区202一侧的侧壁与所述第一阱区203的侧壁相接触或相间隔，所述漂移区202另一侧的侧壁与所述第二阱区201的侧壁相接触，所述漂移区202的掺杂类型与所述第二阱区201的掺杂类型相同；阴极接触区280，位于所述第一阱区203中，且所述第一阱区203露出所述阴极接触区280的顶面；阳极接触区206，位于所述第二阱区201中，且所述第二阱区201露出所述阳极接触区206的顶面；栅极结构212，位于所述第一阱区203和漂移区202交界处的基底200的顶部。
具体地，一方面，利用第一阱区203和漂移区202形成耗尽区(图未示)，在反向电压的作用下会对漂移区202形成全耗尽，从而在光电探测器中形成雪崩区，光生载流子在雪崩区强电场的作用下会进行倍增，从而使所述光电探测器也能正常工作，起到光电探测器的功能，另一方面，相较于现有光电探测器中通过隔离层隔离阴极接触层和阳极接触层相较于现有光电探测器形成有隔离层的方案，本发明实施例光电探测器中没有形成隔离层，能够避免因隔离层产生表面缺陷导致光电探测器暗计数率(DCR)受到影响，由于光电探测器暗计数率受到影响的概率降低，使光电探测器的光子探测效率(PDE)能够得到提高，从而提高了光电探测器的性能。
所述基底200用于为形成光电探测器提供工艺平台。具体地，所形成的光电探测器为LDMOS。
本实施例中，以所形成的LDMOS为平面晶体管为例，所述基底200相应为平面衬底。
本实施例中，所述基底200为硅衬底。在其他实施例中，所述基底还可以为锗衬底、锗化硅衬底、碳化硅衬底、砷化镓衬底或镓化铟衬底等其他材料的衬底，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型的衬底。
本实施例中，所述第一阱区203、第二阱区201和漂移区202设置于所述基底200内，且漂移区202一侧的侧壁与所述第一阱区203的侧壁相接触或相间隔，所述第一阱区203作为横向扩散区以形成具有浓度梯度的沟道，所述漂移区202用于承受较大的分压。
本实施例中，第二阱区201的掺杂类型与所述第一阱区203的掺杂类型不同，所述漂移区202的掺杂类型与所述第二阱区201的掺杂类型相同，也就意味着，第一阱区203的掺杂类型与漂移区202的掺杂类型不同。
具体地，第一阱区203的掺杂类型与漂移区202的掺杂类型不同，且漂移区202一侧的侧壁与所述第一阱区203的侧壁相接触或相间隔，使第一阱区203和漂移区202之间形成PN结，并利用PN结在光电探测器中形成倍增区，即光电探测器在较高的反向电压下，吸收的光子产生的自由电子与空穴能够被加速，进而能够获得更多的能量，并且与基底200中的晶格相碰撞产生新的电子-空穴对，从而使光电探测器的光电流陡增，带来了电流增益，进而能够提高光电探测器的灵敏度和信噪比。
作为一种示例，所述第一阱区203内的掺杂离子为P型离子，所述漂移区202内的掺杂离子为N型离子，所述第二阱区201内的掺杂离子为N型离子。
在其他实施例中，所述第一阱区内的掺杂离子还可以为N型离子，所述漂移区内的掺杂离子还可以为P型离子，所述第二阱区内的掺杂离子还可以为P型离子。
本实施例中，在第一阱区203、第二阱区201和漂移区202的形成工艺中，通过选择性地对所述基底200进行掺杂处理，在所述基底200的不同区域内分别形成所述第一阱区203、第二阱区201和漂移区202。
需要说明的是，阳极接触区206和漂移区202之间会产生较大的表面电场，一方面，第二阱区201在阳极接触区206和漂移区202之间起到一个浓度梯度缓变的作用，降低阳极接触区206和漂移区202之间的表面电场，另一方面，第二阱区201中的掺杂离子在底部较浓，将使得第二阱区201底部的电场强度高于表面的电场强度，从而能够将光电探测器表面电场引向体内，使光电探测器的表面电场得到降低，从而减小了光电探测器暗计数率(DCR)，光电探测器暗计数率得到降低，能够使光电探测器得探测距离和探测精度得到提高，同时，第二阱区201还能与后续形成的第一掺杂区之间产生耗尽区，使光电探测器的雪崩区体积变大，从而提高光电探测器的光子探测效率。
还需要说明的是，沿所述基底200表面的法线方向，所述第二阱区201的厚度不宜过大，也不宜过小。通过阴极接触区对第一阱区103加载负电压，通过后续形成的阳极接触区对第二阱区101加载正电压，两者之间的电压差能够进一步增大耗尽区的面积，如果第二阱区201的厚度过大，增大了在基底200中注入第二阱区201的工艺难度，同时，也使第二阱区中掺杂离子从下往上扩散时浓度逐渐降低，从而通过电压差进一步增大耗尽区的面积的效果不显著；如果第二阱区201的厚度过小，则容易导致第二阱区201不能将第一掺杂区的侧壁全覆盖，减少了第二阱区201与第一掺杂区之间产生的耗尽区体积，使光电探测器的雪崩区变小，从而影响了光电探测器的光子探测效率(PDE)。为此，本实施例中，沿所述基底200表面的法线方向，所述第二阱区201的厚度为1750纳米至1900纳米。
本实施例中，所述光电探测器还包括：第一掺杂区205，位于所述漂移区202的底部，所述第一掺杂区205的顶面与所述漂移区202的底面相接触，所述第一掺杂区205的侧壁与所述第二阱区201的侧壁相接触，且所述第一掺杂区205的掺杂类型与所述漂移区202的掺杂类型相反。
具体地，第一掺杂区205的掺杂类型与所述漂移区202的掺杂类型相反，使第一掺杂区205与漂移区202之间产生耗尽区、以及第一掺杂区205与第二阱区201之间产生漂移区202，从而使光电探测器的雪崩区体积得到变大，进而提高光电探测器的光子探测效率。
本实施例中，所述第一掺杂区205的掺杂类型与所述漂移区202的掺杂类型相反，作为一种示例，所述第一掺杂区205中的掺杂离子为P型离子。
需要说明的是，沿所述基底200表面的法线方向，所述第一掺杂区205的厚度不宜过大，也不宜过小。如果第一掺杂区205的厚度过大，则漂移区202的厚度满足工艺要求的情况下，容易导致第一掺杂区205在基底200中的深度过大，相应的，也就增大了在基底200中通过离子注入工艺形成第一掺杂区205的工艺难度；如果第一掺杂区205的厚度过小，则容易导致第一掺杂区205与第二阱区201之间形成的耗尽区体积过小，使光电探测器的雪崩区变小，从而影响了光电探测器的光子探测效率(PDE)。为此，本实施例中，沿所述基底200表面的法线方向，第一掺杂区205的厚度为450纳米至500纳米。
还需要说明的是，以与所述栅极结构212的延伸方向相垂直且平行于所述基底200表面的方向为横向，所述第一掺杂区205的横向尺寸占所述漂移区202的横向尺寸的比例不宜过小。如果第一掺杂区205的横向尺寸占所述漂移区202的横向尺寸的比例过小，则容易导致第一掺杂区205与漂移区202之间形成的耗尽区体积变小，使光电探测器的雪崩区体积也减少，从而影响了光电探测器的光子探测效率(PDE)。为此，本实施例中，以与所述栅极结构212的延伸方向相垂直且平行于所述基底200表面的方向为横向，所述第一掺杂区205的横向尺寸占所述漂移区202的横向尺寸的比例大于等于60％。
需要说明的是，通过设置阴极接触区280，且使阴极接触区280与第一互连线230相电连接，从而能够通过第一互连线230对光电探测器提供负电压信号，通过设置阳极接触区206，且使阳极接触区206与第二互连线240相电连接，从而能够通过第二互连线240对光电探测器提供正电压信号。
本实施例中，阴极接触区280中掺杂的离子为P型离子，阳极接触区206中掺杂的离子为N型离子。
本实施例中，所述光电探测器还包括：场氧化层208，位于所述栅极结构212与所述基底200之间、以及所述漂移区202的顶部。
具体地，通过设置场氧化层208，能够弱化漂移区202的表面电场，提高光电探测器的光子探测效率，同时，通过设置场氧化层208，还能进一步提高光电探测器的击穿电压，进而实现提高光电探测器击穿电压的效果。
本实施例中，所述场氧化层208的材料包括SiO2。
具体地，SiO2为场氧化层208常用的材料，具有工艺成本低、适于大批量生产的效果，同时，SiO2材料还能够弱化漂移区202的表面电场，提高光电探测器的光子探测效率。
需要说明的是，沿所述基底200表面的法线方向，所述场氧化层208的厚度不宜过大，也不过小。如果场氧化层208的厚度过大，则容易导致场氧化层208所起到的降低后续形成的栅极结构下方的电场强度的效果不明显，增大了光电探测器发生击穿的概率，从而影响了半导体结构的性能；如果场氧化层208的厚度过小，使场氧化层208起到的弱化漂移区202的表面电场的作用受到影响，降低了光电探测器的光子探测效率，同时，场氧化层208的厚度过小，还减小了光电探测器的击穿电压，进而降低了光电探测器击穿电压的效果。为此，本实施例中，沿所述基底200表面的法线方向，所述场氧化层208的厚度为12纳米至14纳米。
所述栅极结构212用于控制光电探测器沟道的开启和关断。
本实施例中，所述栅极结构212的材料为多晶硅。
由前述可知，所述第一阱区203和漂移区202交界处的基底200顶部、以及所述漂移区202的顶部设置有场氧化层208，因此，所述栅极结构212还覆盖所述第一阱区203和漂移区202交界处的场氧化层208的顶面。
本实施例中，所述光电探测器还包括：硅化物阻挡层220，位于所述第一阱区203的顶部、第二阱区201的顶部、漂移区202的顶部、以及所述栅极结构212的侧壁和部分顶部。
通过设置硅化物阻挡层220，以防止硅化物(Salicide)层的生长，从而保证光电探测器的正常工作。
作为一种示例，所述硅化物阻挡层220的材料为氧化硅。在其他实施例中，硅化物阻挡层的材料还可以为氮化硅，或者，所述硅化物阻挡层还可以为氧化硅层和氮化硅层构成的叠层结构。
本实施例中，所述光电探测器还包括：第一互连线230，位于所述阴极接触层的顶部以及所述栅极结构212的顶部，所述阴极接触层和栅极结构212共用所述第一互连线230，且所述第一互连线230与所述阴极接触层电连接、以及与所述栅极结构212电连接，所述第一互连线230接负电位；第二互连线240，位于所述阳极接触层的顶部，且所述第二互连线240与所述阳极接触层电连接，所述第二互连线240接正电位。
具体地，通过形成第一互连线230和第二互连线240，能够为光电探测器提供电压信号。
需要说明的是，处于栅极结构212下方的PN结电场较强，极易发生击穿，通过阴极接触区280和栅极结构212共用所述第一互连线230，且所述第一互连线230与所述阴极接触区280电连接、以及与所述栅极结构212电连接，将使得电场线中的一部分终止于栅极结构212，从而起到降低PN结下方电场强度的作用，提高器件的击穿电压，从而能够进一步降低栅极结构212下方的表面电场，进而减小了光电探测器暗计数率(DCR)，光电探测器暗计数率得到降低，能够使光电探测器得探测距离和探测精度得到提高。
本实施例中，第一互连线230和第二互连线240的材料均包括铜和铝中的一种或两种。
相应的，本发明实施例还提供一种光电探测器的形成方法。参考图3至图9，示出了本发明光电探测器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图3，提供基底100，所述基底100中形成有第一阱区103，所述基底100露出所述第一阱区103的顶面，所述基底100中还形成有第二阱区101，所述基底100露出所述第二阱区101的顶面，且所述第二阱区101的掺杂类型与所述第一阱区103的掺杂类型不同，所述第一阱区103和第二阱区101之间的基底100中形成有漂移区102，所述基底100露出所述漂移区102的顶面，且所述漂移区102一侧的侧壁与所述第一阱区103的侧壁相接触或相间隔，所述漂移区102另一侧的侧壁与所述第二阱区101的侧壁相接触，所述漂移区102的掺杂类型与所述第二阱区101的掺杂类型相同。
所述基底100用于为后续形成光电探测器提供工艺平台。具体地，所形成的光电探测器为LDMOS。
具体地，一方面，利用第一阱区103和漂移区102形成耗尽区(图未示)，在反向电压的作用下会对漂移区102形成全耗尽，从而在光电探测器中形成雪崩区，光生载流子在雪崩区强电场的作用下会进行倍增，从而使所述光电探测器也能正常工作，起到光电探测器的功能，另一方面，相较于现有光电探测器中通过隔离层隔离阴极接触层和阳极接触层的方案，本发明实施例光电探测器中没有形成隔离层，能够避免因隔离层产生表面缺陷导致光电探测器暗计数率(DCR)受到影响，由于光电探测器暗计数率受到影响的概率降低，使光电探测器的光子探测效率(PDE)能够得到提高，从而提高了光电探测器的性能。
本实施例中，以所形成的LDMOS为平面晶体管为例，所述基底100相应为平面衬底。
本实施例中，所述基底100为硅衬底。在其他实施例中，所述基底还可以为锗衬底、锗化硅衬底、碳化硅衬底、砷化镓衬底或镓化铟衬底等其他材料的衬底，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型的衬底。
所述第一阱区103、第二阱区101和漂移区102形成于所述基底100内，且漂移区102一侧的侧壁与所述第一阱区103的侧壁相接触或相间隔，所述第一阱区103作为横向扩散区以形成具有浓度梯度的沟道，所述漂移区102用于承受较大的分压。
本实施例中，第二阱区101的掺杂类型与所述第一阱区103的掺杂类型不同，所述漂移区102的掺杂类型与所述第二阱区101的掺杂类型相同，也就意味着，第一阱区103的掺杂类型与漂移区102的掺杂类型不同。
具体地，第一阱区103的掺杂类型与漂移区102的掺杂类型不同，且漂移区102一侧的侧壁与所述第一阱区103的侧壁相接触或相间隔，使第一阱区103和漂移区102之间形成PN结，并利用PN结在光电探测器中形成倍增区，即光电探测器在较高的反向电压下，吸收的光子产生的自由电子与空穴能够被加速，进而能够获得更多的能量，并且与基底100中的晶格相碰撞产生新的电子-空穴对，从而使光电探测器的光电流陡增，带来了电流增益，进而能够提高光电探测器的灵敏度和信噪比。
作为一种示例，所述第一阱区103内的掺杂离子为P型离子，所述漂移区102内的掺杂离子为N型离子，所述第二阱区101内的掺杂离子为N型离子。
在其他实施例中，所述第一阱区内的掺杂离子还可以为N型离子，所述漂移区内的掺杂离子还可以为P型离子，所述第二阱区内的掺杂离子还可以为P型离子。
本实施例中，通过选择性地对所述基底100进行掺杂处理，在所述基底100的不同区域内分别形成所述第一阱区103、第二阱区101和漂移区102。
作为一种示例，对所述基底100进行掺杂处理的工艺包括离子注入工艺。
需要说明的是，后续形成的阳极接触区和漂移区102之间会产生较大的表面电场，一方面，第二阱区101在阳极接触区和漂移区102之间起到一个浓度梯度缓变的作用，降低阳极接触区和漂移区102之间的表面电场，另一方面，第二阱区101中的掺杂离子在底部较浓，将使得第二阱区101底部的电场强度高于表面的电场强度，从而能够将光电探测器表面电场引向体内，使光电探测器的表面电场得到降低，从而减小了光电探测器暗计数率(DCR)，光电探测器暗计数率得到降低，能够使光电探测器得探测距离和探测精度得到提高，同时，第二阱区101还能与后续形成的第一掺杂区之间产生耗尽区，使光电探测器的雪崩区体积变大，从而提高光电探测器的光子探测效率。
还需要说明的是，沿所述基底100表面的法线方向，所述第二阱区101的厚度不宜过大，也不宜过小。通过后续形成的阴极接触区对第一阱区103加载负电压，通过后续形成的阳极接触区对第二阱区101加载正电压，两者之间的电压差能够进一步增大耗尽区的面积，如果第二阱区101的厚度过大，增大了在基底100中注入第二阱区101的工艺难度，同时，也使第二阱区中掺杂离子从下往上扩散时浓度逐渐降低，从而通过电压差进一步增大耗尽区的面积的效果不显著；如果第二阱区101的厚度过小，则容易导致第二阱区101不能将后续形成的第一掺杂区的侧壁全覆盖，减少了第二阱区101与第一掺杂区之间产生的耗尽区体积，使光电探测器的雪崩区变小，从而影响了光电探测器的光子探测效率(PDE)。为此，本实施例中，沿所述基底100表面的法线方向，所述第二阱区101的厚度为1750纳米至1900纳米。
参考图4，在所述基底100中形成位于所述漂移区102的底部的第一掺杂区105，所述第一掺杂区105的顶面与所述漂移区102的底面相接触，所述第一掺杂区105的侧壁与所述第二阱区101的侧壁相接触，且所述第一掺杂区105的掺杂类型与所述漂移区102的掺杂类型相反。
具体地，第一掺杂区105的掺杂类型与所述漂移区102的掺杂类型相反，使第一掺杂区105与漂移区102之间产生耗尽区、以及第一掺杂区105与第二阱区101之间产生漂移区102，从而使光电探测器的雪崩区体积得到变大，进而提高光电探测器的光子探测效率。
本实施例中，在所述基底100中形成位于所述漂移区102的底部的第一掺杂区105的工艺包括离子注入工艺。
需要说明的是，离子注入工艺具有离子注入精度高，工艺可控性优等特点，通过选用离子注入工艺形成第一掺杂区105，能够使第一掺杂区105在基底100中的注入深度满足工艺要求，从而使第一掺杂区105的顶面能够与漂移区102的底面相接触，以及第一掺杂区105的侧壁与第二阱区101的侧壁相接触。
本实施例中，所述第一掺杂区105的掺杂类型与所述漂移区102的掺杂类型相反，作为一种示例，所述第一掺杂区105中的掺杂离子为P型离子。
需要说明的是，沿所述基底100表面的法线方向，所述第一掺杂区105的厚度不宜过大，也不宜过小。如果第一掺杂区105的厚度过大，则漂移区102的厚度满足工艺要求的情况下，容易导致第一掺杂区105在基底100中的深度过大，相应的，也就增大了在基底100中通过离子注入工艺形成第一掺杂区105的工艺难度；如果第一掺杂区105的厚度过小，则容易导致第一掺杂区105与第二阱区101之间形成的耗尽区体积过小，使光电探测器的雪崩区变小，从而影响了光电探测器的光子探测效率(PDE)。为此，本实施例中，沿所述基底100表面的法线方向，第一掺杂区105的厚度为450纳米至500纳米。
还需要说明的是，以与所述栅极结构的延伸方向相垂直且平行于所述基底100表面的方向为横向，所述第一掺杂区105的横向尺寸占所述漂移区102的横向尺寸的比例不宜过小。如果第一掺杂区105的横向尺寸占所述漂移区102的横向尺寸的比例过小，则容易导致第一掺杂区105与漂移区102之间形成的耗尽区体积变小，使光电探测器的雪崩区体积也减少，从而影响了光电探测器的光子探测效率(PDE)。为此，本实施例中，以与所述栅极结构的延伸方向相垂直且平行于所述基底100表面的方向为横向，所述第一掺杂区105的横向尺寸占所述漂移区102的横向尺寸的比例大于等于60％。
参考图5，在所述第一阱区103中形成阴极接触区180，且所述第一阱区103露出所述阴极接触区180的顶面；在所述第二阱区101中形成阳极接触区106，且所述第二阱区101露出所述阳极接触区106的顶面。
需要说明的是，通过形成阴极接触区180，能够使阴极接触区180与后续形成的第一互连线相电连接，从而能够通过第一互连线对光电探测器提供负电压信号，通过形成阳极接触区106，能够使阳极接触区106与后续形成的第二互连线相电连接，从而能够通过第二互连线对光电探测器提供正电压信号。
本实施例中，形成所述阴极接触区180和阳极接触区106的步骤包括：在所述基底100的顶部形成第一图形层(图未示)，所述第一图形层覆盖所述漂移区102和第二阱区101、以及第一阱区103的部分顶面；以所述第一图形层为掩膜，对露出的所述第一阱区103进行掺杂处理，形成阴极接触区180；形成阴极接触区180之后，去除所述第一图形层；在所述基底100的顶部形成第二图形层(图未示)，所述第二图形层覆盖所述漂移区102和第一阱区103的顶部、所述阴极接触区180的顶部、以及第二阱区101的部分顶面；以所述第二图形层为掩膜，对露出的所述第二阱区101进行掺杂处理，形成阳极接触区106；去除所述第二图形层。
本实施例中，第一图形层的材料和第二图形层的材料均为光刻胶。
具体地，在形成阴极接触区180和阳极接触区106的过程中，光刻胶能够起到保护作用，即掺杂离子难以穿过光刻胶，减少了在被光刻胶覆盖的第一阱区103、第二阱区101和漂移区102中掺杂离子的概率，同时，光刻胶具有易于去除的特点，减少了在光电探测器的顶部残留有光刻胶的概率。
本实施例中，对露出的第一阱区103进行掺杂处理的工艺、以及对露出的第二阱区101进行掺杂处理的工艺包括离子注入工艺。
本实施例中，去除第一图形层和第二图形层的工艺包括灰化工艺。
本实施例中，阴极接触区180中掺杂的离子为P型离子，阳极接触区106中掺杂的离子为N型离子。
参考图6，在形成所述阴极接触区180和阳极接触区106之后，在后续形成栅极结构之前，还包括：在所述第一阱区103和漂移区102交界处的基底100顶部、以及所述漂移区102的顶部形成场氧化层108。
具体地，通过形成场氧化层108，能够弱化漂移区102的表面电场，提高光电探测器的光子探测效率，同时，通过形成场氧化层108，还能进一步提高光电探测器的击穿电压，进而实现提高光电探测器击穿电压的效果。
本实施例中，所述场氧化层108的材料包括SiO2。
具体地，SiO2为场氧化层108常用的材料，具有工艺成本低、适于大批量生产的效果，同时，SiO2材料还能够弱化漂移区102的表面电场，提高光电探测器的光子探测效率。
本实施例中，形成所述场氧化层108的工艺包括局部氧化(Local OxidationOfSilicon，LOCOS)工艺，在局部氧化工艺过程中，O 2在各个方向上进行扩散并与基底100发生反应形成氧化硅。
需要说明的是，沿所述基底100表面的法线方向，所述场氧化层108的厚度不宜过大，也不过小。如果场氧化层108的厚度过大，则容易导致场氧化层108所起到的降低后续形成的栅极结构下方的电场强度的效果不明显，增大了光电探测器发生击穿的概率，从而影响了半导体结构的性能；如果场氧化层108的厚度过小，使场氧化层108起到的弱化漂移区102的表面电场的作用受到影响，降低了光电探测器的光子探测效率，同时，场氧化层108的厚度过小，还减小了光电探测器的击穿电压，进而降低了光电探测器击穿电压的效果。为此，本实施例中，沿所述基底100表面的法线方向，所述场氧化层108的厚度为12纳米至14纳米。
参考图7，形成所述阴极接触区180和阳极接触区106之后，在所述第一阱区103和漂移区102交界处的基底100顶部形成栅极结构112。
所述栅极结构112用于控制光电探测器沟道的开启和关断。
需要说明的是，形成所述阴极接触区180和阳极接触区106之后，形成栅极结构112，能够减少栅极结构112被掺杂离子注入的风险，提高了栅极结构112的电学性能。
本实施例中，所述栅极结构112的材料为多晶硅。
由前述可知，所述第一阱区103和漂移区102交界处的基底100顶部、以及所述漂移区102的顶部形成有场氧化层108，因此，在形成所述栅极结构112的步骤中，所述栅极结构112还覆盖所述第一阱区103和漂移区102交界处的场氧化层108的顶面。
本实施例中，形成栅极结构112的步骤包括：形成覆盖所述第一阱区103、漂移区102和第二阱区101的栅极材料层；对所述栅极材料层进行图形化处理，保留位于所述第一阱区103和漂移区102交界处的基底100顶部的栅极材料层，并将位于所述第一阱区103和漂移区102交界处的基底100顶部的栅极材料层作为栅极结构112。
本实施例中，通过干法刻蚀工艺对所述栅极材料层进行图形化处理。
具体地，通过干法刻蚀工艺对所述栅极材料层进行图形化处理，能够有效提高栅极结构112的侧壁形貌质量。
参考图8，形成所述栅极结构112之后，所述光电探测器的形成方法还包括：在所述第一阱区103的顶部、第二阱区101的顶部、漂移区102的顶部、以及所述栅极结构112的侧壁和部分顶部形成硅化物阻挡(Salicide Block，SAB)层，所述硅化物阻挡层120露出所述阴极接触区180和阳极接触区106的顶面。
通过形成所述硅化物阻挡层120，以防止后续硅化物(Salicide)层的生长，从而保证光电探测器的正常工作。
本实施例中，通过沉积工艺、光刻工艺和刻蚀工艺形成所述硅化物阻挡层120。
作为一种示例，所述硅化物阻挡层120的材料为氧化硅。在其他实施例中，硅化物阻挡层的材料还可以为氮化硅，或者，所述硅化物阻挡层还可以为氧化硅层和氮化硅层构成的叠层结构。
参考图9，在所述硅化物阻挡层120露出的所述阴极接触区180顶面以及所述栅极结构112的顶部形成第一互连线130，所述阴极接触区180和栅极结构112共用所述第一互连线130，且所述第一互连线130与所述阴极接触区180电连接、以及与所述栅极结构112电连接，所述第一互连线130接负电位；在所述阳极接触区106的顶面形成第二互连线140，且所述第二互连线140与所述阳极接触区106电连接，所述第二互连线140接正电位。
具体地，通过形成第一互连线130和第二互连线140，能够为光电探测器提供电压信号。
需要说明的是，处于栅极结构112下方的PN结电场较强，极易发生击穿，通过阴极接触区180和栅极结构112共用所述第一互连线130，且所述第一互连线130与所述阴极接触区180电连接、以及与所述栅极结构112电连接，将使得电场线中的一部分终止于栅极结构112，从而起到降低PN结下方电场强度的作用，提高器件的击穿电压，进而能够进一步降低栅极结构112下方的表面电场，从而减小了光电探测器暗计数率(DCR)，光电探测器暗计数率得到降低，能够使光电探测器得探测距离和探测精度得到提高。
本实施例中，第一互连线130和第二互连线140的材料均包括铜和铝中的一种或两种。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (16)
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：
基底；
第一阱区，位于所述基底中，所述基底露出所述第一阱区的顶面；
第二阱区，位于所述第一阱区侧部的基底中，所述基底露出所述第二阱区的顶面，所述第二阱区的掺杂类型与所述第一阱区的掺杂类型不同；
漂移区，位于所述第一阱区和第二阱区之间的基底中，所述基底露出所述漂移区的顶面，且所述漂移区一侧的侧壁与所述第一阱区的侧壁相接触或相间隔，所述漂移区另一侧的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，所述漂移区的掺杂类型与所述第二阱区的掺杂类型相同；
阴极接触区，位于所述第一阱区中，且所述第一阱区露出所述阴极接触区的顶面；
阳极接触区，位于所述第二阱区中，且所述第二阱区露出所述阳极接触区的顶面；
栅极结构，位于所述第一阱区和漂移区交界处的基底的顶部。
2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括：第一掺杂区，位于所述漂移区的底部，所述第一掺杂区的顶面与所述漂移区的底面相接触，所述第一掺杂区的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，且所述第一掺杂区的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相反。
3.如权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，沿所述基底表面的法线方向，所述第一掺杂区的厚度为450纳米至500纳米。
4.如权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，以与所述栅极结构的延伸方向相垂直且平行于所述基底表面的方向为横向，所述第一掺杂区的横向尺寸占所述漂移区的横向尺寸的比例大于等于60％。
5.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括：场氧化层，位于所述栅极结构与所述基底之间、以及所述漂移区的顶部。
6.如权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述场氧化层的材料包括氧化硅。
7.如权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，沿所述基底表面的法线方向，所述场氧化层的厚度为12纳米至14纳米。
8.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括：硅化物阻挡层，位于所述第一阱区的顶部、第二阱区的顶部、漂移区的顶部、以及所述栅极结构的侧壁和部分顶部。
9.如权利要求8所述的光电探测器，其特征在于，所述硅化物阻挡层的材料包括氧化硅和氮化硅中的一种或两种。
10.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括：第一互连线，位于所述阴极接触区的顶部以及所述栅极结构的顶部，所述阴极接触区和栅极结构共用所述第一互连线，且所述第一互连线与所述阴极接触区电连接、以及与所述栅极结构电连接，所述第一互连线接负电位；
第二互连线，位于所述阳极接触区的顶部，且所述第二互连线与所述阳极接触区电连接，所述第二互连线接正电位。
11.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，沿所述基底表面的法线方向，所述第二阱区的厚度为1750纳米至1900纳米。
12.一种光电探测器的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底中形成有第一阱区，所述基底露出所述第一阱区的顶面，所述基底中还形成有第二阱区，所述基底露出所述第二阱区的顶面，且所述第二阱区的掺杂类型与所述第一阱区的掺杂类型不同，所述第一阱区和第二阱区之间的基底中形成有漂移区，所述基底露出所述漂移区的顶面，且所述漂移区一侧的侧壁与所述第一阱区的侧壁相接触或相间隔，所述漂移区另一侧的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，所述漂移区的掺杂类型与所述第二阱区的掺杂类型相同；
在所述第一阱区中形成阴极接触区，且所述第一阱区露出所述阴极接触区的顶面；
在所述第二阱区中形成阳极接触区，且所述第二阱区露出所述阳极接触区的顶面；
形成所述阴极接触区和阳极接触区之后，在所述第一阱区和漂移区交界处的基底顶部形成栅极结构。
13.如权利要求12所述光电探测器的形成方法，所述光电探测器的形成方法还包括：在所述基底中形成位于所述漂移区底部的第一掺杂区，所述第一掺杂区的顶面与所述漂移区的底面相接触，所述第一掺杂区的侧壁与所述第二阱区的侧壁相接触，且所述第一掺杂区的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相反。
14.如权利要求12所述光电探测器的形成方法，其特征在于，在所述基底中形成位于所述漂移区的底部的第一掺杂区的工艺包括离子注入工艺。
15.如权利要求12所述光电探测器的形成方法，其特征在于，在形成所述阴极接触区和阳极接触区之后，在形成所述栅极结构之前，还包括：在所述第一阱区和漂移区交界处的基底顶部、以及所述漂移区的顶部形成场氧化层；
在形成所述栅极结构的步骤中，所述栅极结构覆盖所述第一阱区和漂移区交界处的场氧化层的顶面。
16.如权利要求12所述光电探测器的形成方法，其特征在于，形成所述栅极结构之后，所述光电探测器的形成方法还包括：在所述第一阱区的顶部、第二阱区的顶部、漂移区的顶部、以及所述栅极结构的侧壁和部分顶部形成硅化物阻挡层，所述硅化物阻挡层露出所述阴极接触区和阳极接触区的顶面；
在所述硅化物阻挡层露出的所述阴极接触区顶面以及所述栅极结构的顶部形成第一互连线，所述阴极接触区和栅极结构共用所述第一互连线，且所述第一互连线与所述阴极接触区电连接、以及与所述栅极结构电连接，所述第一互连线接负电位；
在所述阳极接触区的顶面形成第二互连线，且所述第二互连线与所述阳极接触区电连接，所述第二互连线接正电位。
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