Photodetector and associated readout circuitry

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H - Electricity

01

L

H01L 27/14 (2006.01) H01L 27/146 (2006.01) H01L 29/06 (2006.01) H01L 31/10 (2006.01) H01L 31/107 (2006.01) H01L 31/18 (2006.01)

Patent

CA 2492696

A photodetector circuit incorporates an APD detector structure (10) comprising a p- silicon handle wafer (12) on which a Si02 insulation layer (14) is deposited in known manner. During manufacture a circular opening (16) is formed through the insulation layer (14) by conventional photolithography and etching, and an annular p+ substrate contact ring (18) is implanted in the handle wafer (12) after opening of the window (16). The APD itself is formed by implantation of a p region (20) and an n+ region (22). After the various implantation steps a metallisation layer is applied, and annular metal contacts are formed by the application of suitable photolithography and etching steps, these contacts comprising an annular contact (26) constituting the negative terminal and connected to the p+ substrate contact ring (18), an annular metal contact (28) constituting the positive terminal and connected to the n+ region (22) of the APD, and source and drain contacts (30 and 32) connected to the source and drain of one or more CMOS MOSFET devices of the associated CMOS readout circuitry fabricated within a Si layer (34) formed on top of the insulation layer (14). Such an arrangement overcomes the problem of combining APDs with CMOS circuits in that APDs operate at relatively high reverse bias (15-30V) and CMOS circuits operate at low voltage (5V).

L'invention concerne un circuit photodétecteur incorporant une structure détecteur de PDA (10) comprenant une plaquette poignée en silicium de type p, sur laquelle une couche d'isolation Si0¿2? (14) est déposée de manière connue. Lors de la fabrication, un orifice circulaire (16) est ménagé à travers la couche d'isolation (14) par une photolithographie et une gravure classiques et un anneau de contact (18) au substrat de type p+ est implanté dans la plaquette poignée (12) après ouverture de la fenêtre (16). Le PDA est formé par implantation d'une région p (20) et d'une région (22) de type n+. Après les nombreuses étapes d'implantation, on applique une couche de métallisation, et des contacts métalliques annulaires sont formés par application d'étapes de photolithographie et de gravure adaptées. Lesdits contacts comprennent un contact annulaire (26) constituant le terminal négatif et connecté à l'anneau de contact au substrat de type p+ (18), un contact annulaire métallique (28) constituant le terminal positif et connecté à la région de type n+ (22) du PDA, et des contacts de source et de drain (30, 32) connectés à la source et au drain d'un ou plusieurs dispositifs CMOS MOSFET du circuit de lecture de CMOS fabriqué à l'intérieur de la couche de Si (34) formée sur la partie supérieure de la couche d'isolation (14). Ledit ensemble surmonte le problème de combinaison d'un PDA avec des circuits CMOS, dans le sens où les PDA fonctionnent à des polarisations inverses (15-30V) relativement élevées et les circuits CMOS fonctionnent à tension faible (5V), ledit ensemble doit pouvoir empêcher la tension à polarisation élevée d'affecter le fonctionnement des transistors CMOS adjacents.

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