红外雪崩二极管阵列装置及形成方法、激光三维成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维成像技术领域，特别涉及红外雪崩光电二极管阵列装置及其形成方法、激光三维成像装置及其形成方法。
【背景技术】
[0002]激光三维成像技术，是由激光雷达向探测目标发射出一系列扫描光束，从探测目标返回的回波信号的二维平面信息和激光雷达测距得到的距离信息来合成图像的技术。
[0003]激光三维成像装置通常包括:发射激光的激光雷达，接收从探测目标返回的回波信号的雪崩光电二极管阵列，处理由雪崩光电二极管阵列输出的电信号的数据处理装置。其中，雪崩光电二极管阵列为激光三维成像装置中的核心部件。PN结反向电压增大到一数值时，载流子倍增就像雪崩一样，增加得多而快，利用这个特性制作的二极管就是雪崩二极管。
[0004]现有技术中利用CMOS工艺制造的雪崩二极管通常只能感应可见波段的激光，对红外波段的激光进行感测的雪崩二极管普遍采用的材料为低铬汞，由于低铬汞的制备和CMOS工艺不兼容，因此，感测红外波段激光的雪崩二极管的制造工艺和CMOS工艺不兼容。
[0005]由于雪崩光电二极管非常敏感，雪崩光电二极管阵列中相邻的两个雪崩光电二极管之间很容易发生串扰。因此，现有技术中，在具有CMOS控制电路的基底上形成雪崩光电二极管阵列的方法为:所有的雪崩光电二极管为分离的个体，将各个雪崩光电二极管一个个黏贴在具有CMOS控制电路的基底上，这样各个雪崩光电二极管之间彼此分离，不会出现串扰的现象。对于红外雪崩光电二极管阵列，也采用同样的方法将红外雪崩光电二极管阵列黏贴在具有CMOS控制电路的基底上。
[0006]另外，现有技术中，雪崩光电二极管与基底上的CMOS控制电路的连接方式为:雪崩光电二极管的P型区在衬底的背面与CMOS控制电路电连接，衬底正面的N型区通过引出的引线与CMOS控制电路连接，从N型区引出引线的方式将N型区与CMOS控制电路连接，造成激光三维成像装置的布线非常繁琐。红外雪崩光电二极管阵列采用同样的方式与基底上的CMOS控制电路连接。
【发明内容】
[0007]本发明解决的其中一个问题现有技术的红外雪崩光电二极管的形成方法和CMOS工艺不兼容；
[0008]本发明解决的另一个问题是在具有CMOS控制电路的基底上形成红外雪崩光电二极管阵列形成方法比较繁琐；
[0009]本发明解决的又一个问题是红外雪崩光电二极管阵列与CMOS控制电路的连接方式比较繁琐。
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种红外雪崩二极管阵列装置的形成方法，包括:
[0011]提供硅衬底；
[0012]在所述硅衬底正面形成呈阵列排列的重掺杂P型硅区、位于P型硅区上的本征锗区、位于本征锗区上的重掺杂N型锗区；
[0013]红外雪崩光电二极管包括所述P型硅区、所述本征锗区和所述N型锗区。
[0014]可选的，还包括在所述硅衬底中形成隔离环，相邻的两个红外雪崩光电二极管中，至少其中一个周围形成有环绕该红外雪崩光电二极管的所述隔离环，所述隔离环的深度大于所述重掺杂P型区的深度，所述隔离环起到绝缘相邻两红外雪崩光电二极管的作用。
[0015]可选的，形成隔离环和阵列排列的重掺杂P型硅区、本征锗区、重掺杂N型锗区的方法包括:
[0016]在所述硅衬底正面形成重掺杂P型硅层；
[0017]在所述重掺杂P型硅层上形成本征锗层；
[0018]在所述本征锗层上形成重掺杂N型锗层；
[0019]在所述硅衬底中形成多个呈阵列排布的隔离环，阵列排列的隔离环将所述P型硅层、本征锗层、重掺杂N型锗层分割成阵列排列的重掺杂P型硅区、本征锗区、重掺杂N型锗区；
[0020]或者，
[0021]在所述硅衬底中形成呈阵列排列的隔离环；
[0022]在所述硅衬底上形成图形化的掩膜层，覆盖所述隔离环，暴露出需要形成红外雪崩光电二极管阵列的区域；
[0023]以所述图形化的掩膜层为掩膜，进行离子注入形成呈排列的重掺杂P型区；
[0024]在所述重掺杂P型区上形成本征锗区；
[0025]在所述本征锗区上形成重掺杂N型锗区；
[0026]形成重掺杂N型锗区后，去除所述图形化的掩膜层；
[0027]或者，
[0028]在所述硅衬底正面形成重掺杂P型硅层；
[0029]在所述重掺杂P型硅层上形成本征锗层；
[0030]在所述本征锗层上形成重掺杂N型锗层；
[0031]对所述重掺杂P型硅层、本征锗层、重掺杂N型锗层进行图形化，形成阵列排列的重掺杂P型硅区、本征锗区、重掺杂N型锗区；
[0032]之后，在所述硅衬底中形成呈阵列排列的隔离环。
[0033]可选的，形成隔离环的方法包括:
[0034]对所述硅衬底进行干法刻蚀形成环形沟槽；
[0035]在所述沟槽的侧壁和底部形成垫氧化层；
[0036]形成垫氧化层后，进行高温退火工艺，以修复所述干法刻蚀对硅衬底造成的晶格损伤；
[0037]高温退火后，在所述沟槽中填充绝缘材料形成隔离环。
[0038]可选的，还包括:
[0039]利用干法刻蚀在所述硅衬底中形成通孔，所述通孔的深度大于所述红外雪崩光电二极管的深度，所述通孔位于所述隔离环外侧；
[0040]在所述通孔的侧壁和底部形成垫氧化层，之后进行高温退火，以修复形成通孔的干法刻蚀对硅衬底造成的晶格损伤；
[0041]在所述通孔中填充导电材料形成栓塞；
[0042]在所述硅衬底正面形成与所述重掺杂N型锗区、所述栓塞顶部电连接的N电极；
[0043]将所述硅衬底的背面减薄至露出所述栓塞、隔离环；
[0044]减薄后，在所述硅衬底的背面、重掺杂P型硅区对应区域形成P电极；
[0045]在所述硅衬底背面上形成互连电极，所述互连电极与所述P电极、栓塞底部电连接。
[0046]本发明还提供一种红外雪崩二极管阵列装置，包括:
[0047]硅衬底；
[0048]位于所述硅衬底的红外雪崩光电二极管阵列，红外雪崩光电二极管包括:重掺杂P型硅区、位于P型硅区上的本征锗区；
[0049]位于本征锗区上的重掺杂N型锗区。
[0050]可选的，相邻的两个红外雪崩光电二极管中，在至少其中一个红外雪崩光电二极管的周围具有环绕该红外雪崩光电二极管的隔离环；
[0051]所述隔离环与所述红外雪崩光电二极管在平行于硅衬底正面方向上接触或具有间隔；
[0052]所述隔离环的深度大于所述红外雪崩光电二极管的深度，所述隔离环起到绝缘相邻两红外雪崩光电二极管的作用。
[0053]可选的，所述隔离环包括:环形沟槽、位于所述环形沟槽内的绝缘材料、位于所述绝缘材料和所述沟槽侧壁和底部之间的垫氧化层。
[0054]可选的，还包括:位于所述硅衬底中的栓塞，所述栓塞的深度大于所述红外雪崩光电二极管的深度，所述栓塞位于所述隔离环外侧；
[0055]位于所述硅衬底正面与所述重掺杂N型锗区、所述栓塞顶部电连接的N电极；
[0056]位于所述硅衬底背面、重掺杂P型硅区对应区域的P电极，所述硅衬底背面露出所述隔离环、栓塞底部，所述P电极、栓塞底部通过位于硅衬底背面的互连电极电连接。
[0057]本发明还提供一种激光三维成像装置，包括:
[0058]所述的红外雪崩光电二极管阵列装置；
[0059]具有CMOS控制电路的基底，所述具有CMOS控制电路的基底与所述红外雪崩光电二极管阵列装置的背面贴合在一起，所述互连电极与所述CMOS控制电路电连接。
[0060]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0061]本技术方案中，利用重掺杂P型硅区、位于P型硅区上的本征锗区、位于本征锗区上的重掺杂N型锗区作为红外雪崩光电二极管。重掺杂P型硅区、本征锗区以及重掺杂N型锗区都可以利用CMOS工艺形成，因此形成红外雪崩二极管阵列装置的方法可以和CMOS工艺兼容。
[0062]进一步，在相邻的两个红外雪崩光电二极管之间形成深度大于红外雪崩光电二极管深度的隔离环，防止相邻两个红外雪崩光电二极管之间发生串扰现象。因