本发明专利技术提供了一种光敏传感器，包括顶电极、底电极、支撑结构、若干隔离层以及若干倍增结构。若干倍增结构相对所述顶电极倾斜设置于每层所述隔离层并与所述每层隔离层的导电结构对应电性连接，将每个子空腔结构分隔形成顶部朝向所述顶电极开口的若干加速腔结构，每个所述加速腔结构的底部开设通孔，以允许所述二次光电子通过，设置于不同所述隔离层的相邻加速腔结构中，靠近所述顶电极的一个加速腔结构的通孔作为靠近所述底电极的另一个加速腔结构的光电子入射口，使所述二次光电子实现连续加速和级联倍增并由所述底电极接收，提高集成度并有利于提升对单光子或弱光探测的灵敏度。本发明专利技术还提供了所述光敏传感器的制备工艺。本发明专利技术还提供了所述光敏传感器的制备工艺。本发明专利技术还提供了所述光敏传感器的制备工艺。
【技术实现步骤摘要】
光敏传感器及其制备工艺
[0001]本专利技术涉及集成电路设计
，尤其涉及光敏传感器及其制备工艺。
技术介绍
[0002]常规单光子和弱光探测器使用雪崩二极管及相关技术制作，其工作电压较高，可集成性差，且由于雪崩二极管击穿电压对工艺的灵敏性，导致其功耗较高，均匀性一致性较差。同时，由于高压工作模式，其器件面积较大；再加上由于器件在衬底内制作，无法与读取电路共享衬底面积，因此感光区域的填充因子无法大幅度提高。部分应用单光子和弱光条件下使用例如CMOS IMAGE SENSOR的图像传感器来探测，但其噪声较大，且需要很长的积分时间来提升光输入信号强度，其相应时间很慢，性能无法满足要求。
[0003]因此，有必要开发新型的光敏传感器以解决现有技术存在的上述问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种新型的光敏传感器及其制备工艺，提高集成度并有利于提升对单光子或弱光探测的灵敏度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的光敏传感器包括：
[0006]顶电极，用于响应预定波长的光出射光电子；
[0007]底电极，与所述顶电极相对设置且电性相反；
[0008]支撑结构，与所述顶电极和所述底电极围成空腔结构，并与所述顶电极电性连接；
[0009]若干隔离层，设置于所述空腔结构内，并将所述空腔结构分隔形成若干子空腔结构，每层隔离层设置有若干导电结构，所述若干导电结构与所述支撑结构电性连接；
[0010]若干倍增结构，相对所述顶电极倾斜设置于每层所述隔离层并与所述导电结构一一对应电性连接，将每个子空腔结构分隔形成顶部朝向所述顶电极开口的若干加速腔结构，以接收入射的光电子并对所述入射的光电子进行加速，以及进行倍增形成二次光电子；
[0011]每个所述加速腔结构的底部开设通孔，所述通孔与所述底电极相对，以允许所述光电子和所述二次光电子通过并为所述底电极所接收；
[0012]不同所述隔离层的相邻加速腔结构中，靠近所述顶电极的一个加速腔结构的所述通孔作为靠近所述底电极的另一个加速腔结构的光电子入射口，使所述二次光电子实现连续加速和级联倍增并由所述底电极接收。
[0013]本专利技术的光敏传感器的有益效果在于：若干倍增结构相对所述顶电极倾斜设置于每层所述隔离层并与所述导电结构一一对应电性连接，将每个子空腔结构分隔形成顶部朝向所述顶电极开口的若干加速腔结构，以接收入射的光电子并对所述入射的光电子进行加速和倍增形成二次光电子，每个所述加速腔结构的底部开设通孔，以允许所述二次光电子通过，设置于不同所述隔离层的相邻加速腔结构中，靠近所述顶电极的一个加速腔结构的通孔作为靠近所述底电极的另一个加速腔结构的光电子入射口，使所述二次光电子实现连续加速和级联倍增并由所述底电极接收，提高集成度并有利于提升对单光子或弱光探测的
灵敏度。
[0014]优选的，所述光敏传感器还包括加速电极，所述加速电极设置于所述若干子空腔结构中距离所述顶电极最近的顶部空腔结构内，以对所述光电子进行加速并使至少部分所述光电子到达形成于所述顶部空腔结构的若干加速腔结构。
[0015]进一步优选的，所述加速电极设置于所述顶电极的底面和形成于所述顶部空腔结构的若干加速腔结构的顶面之间，并开设有若干出射通孔，所述若干出射通孔中的至少一部分与形成于所述顶部空腔结构的每个加速腔结构对应设置，以作为所述顶部空腔结构的每个加速腔结构的光电子入射口。其有益效果在于：提高集成度，减少光电子的运动路程。
[0016]进一步优选的，所述若干倍增结构朝向同一方向倾斜。其有益效果在于：提高集成度。
[0017]进一步优选的，设置于不同层所述隔离层的相邻加速腔结构中，一个加速腔结构的任意一个倍增结构与另一个加速腔结构相对设置的倍增结构共轴。其有益效果在于：提高集成度。
[0018]优选的，所述倍增结构包括倾斜于所述顶电极并设置于每层所述隔离层的倾斜倍增电极，每个所述倾斜倍增电极与所述导电结构电性连接且朝向相同。其有益效果在于：提高集成度。
[0019]进一步优选的，所述倍增结构还包括倾斜牺牲层，所述倾斜牺牲层倾斜于所述顶电极并设置于每层所述隔离层，所述倾斜倍增电极覆盖所述倾斜牺牲层相对的侧面设置。
[0020]进一步优选的，同一层所述隔离层中的不同倾斜倍增电极具有相同或不同的高度。
[0021]优选的，还包括若干水平倍增电极，至少一个所述加速腔结构底部靠近开设的所述通孔相对设置两个所述水平倍增电极，以增强对所述二次光电子的加速作用。
[0022]进一步优选的，所述水平倍增电极设置于所述隔离层的至少部分暴露表面。
[0023]优选的，还包括开设于所述空腔结构顶面边缘的释放通孔，以与所述空腔结构内相通。其有益效果在于：使光敏传感器能够在非真空条件下使用，拓展应用范围。
[0024]进一步优选的，还包括封闭所述释放通孔的密封介质层。其有益效果在于：使光敏传感器能够在真空条件下使用，拓展应用范围。
[0025]优选的，所述顶电极和所述底电极沿同一方向设置，所述若干倍增结构倾斜于所述底电极。
[0026]优选的，所述若干倍增结构垂直于所述底电极设置，所述顶电极倾斜于所述底电极设置。
[0027]进一步优选的，所述顶电极呈锥形结构。
[0028]本专利技术的光敏传感器的制备工艺包括以下步骤：
[0029]S1：提供衬底，在所述衬底顶面形成底电极；
[0030]S2：在所述底电极上形成具有若干初始通孔的第一隔离层，使用导电材料填充所述若干初始通孔形成若干导电结构，图形化所述第一隔离层并通过光刻刻蚀使所述第一隔离层形成的若干通孔与若干所述导电结构间隔分布，所述通孔和所述底电极相对应设置；
[0031]S3：使用牺牲材料沉积形成覆盖所述第一隔离层顶面并填充所述若干通孔的第一牺牲层后，刻蚀去除部分牺牲材料形成朝向相同方向延伸的若干倾斜结构，并使所述第一
隔离层顶面和至少部分所述导电结构顶面露出，然后沉积倍增电极材料后进行图形化，形成与所述导电结构电性连接的若干倍增结构；
[0032]S4：使用所述牺牲材料沉积形成填充相邻倍增结构之间的空间并覆盖所述若干倍增结构顶面的第二牺牲层后，重复执行所述步骤S2和所述步骤S3，直至形成若干层隔离层，在每层所述隔离层形成若干倍增结构，相邻所述隔离层的导电结构相对设置，并使所述牺牲材料填充相邻倍增结构之间的空间形成完整牺牲层；
[0033]S5：在所述完整牺牲层上形成相对的沟槽结构后，使用支撑材料填充所述沟槽结构形成支撑结构；
[0034]S6：使用顶电极材料在所述支撑结构顶面和所述完整牺牲层顶面沉积形成初始顶电极，并图形化所述初始顶电极以形成释放通孔，通过所述释放通孔去除所述牺牲材料后，使用密封介质密封所述释放通孔并去除所述初始顶电极顶面的密封介质，形成顶电极。
[0035]本专利技术光敏传感器的制备工艺的有益效果在于：所述步骤S2使用导电材料填充所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光敏传感器，其特征在于，包括：顶电极，用于响应预定波长的光出射光电子；底电极，与所述顶电极相对设置且电性相反；支撑结构，与所述顶电极和所述底电极围成空腔结构，并与所述顶电极电性连接；若干隔离层，设置于所述空腔结构内，并将所述空腔结构分隔形成若干子空腔结构，每层隔离层设置有若干导电结构，所述若干导电结构与所述支撑结构电性连接；若干倍增结构，相对所述顶电极倾斜设置于每层所述隔离层并与所述导电结构一一对应电性连接，将每个子空腔结构分隔形成顶部朝向所述顶电极开口的若干加速腔结构，以接收入射的光电子并对所述入射的光电子进行加速，以及进行倍增形成二次光电子；每个所述加速腔结构的底部开设通孔，所述通孔与所述底电极相对，以允许所述光电子和所述二次光电子通过并为所述底电极所接收；不同所述隔离层的相邻加速腔结构中，靠近所述顶电极的一个加速腔结构的所述通孔作为靠近所述底电极的另一个加速腔结构的光电子入射口。2.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，还包括加速电极，所述加速电极设置于所述若干子空腔结构中距离所述顶电极最近的顶部空腔结构内，以对所述光电子进行加速并使至少部分所述光电子到达形成于所述顶部空腔结构的若干加速腔结构。3.根据权利要求2所述的光敏传感器，其特征在于，所述加速电极设置于所述顶电极的底面和形成于所述顶部空腔结构的若干加速腔结构的顶面之间，并开设有若干出射通孔，所述若干出射通孔中的至少一部分与形成于所述顶部空腔结构的每个加速腔结构对应设置，以作为所述顶部空腔结构的每个加速腔结构的光电子入射口。4.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，所述若干倍增结构朝向同一方向倾斜。5.根据权利要求4所述的光敏传感器，其特征在于，设置于不同层所述隔离层的相邻加速腔结构中，位于同一侧的倍增结构共轴。6.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，所述倍增结构包括倾斜于所述顶电极并设置于每层所述隔离层的倾斜倍增电极，每个所述倾斜倍增电极与所述导电结构电性连接且倾斜角度相同。7.根据权利要求6所述的光敏传感器，其特征在于，同一层所述隔离层中的不同倾斜倍增电极具有相同或不同的高度。8.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，还包括若干水平倍增电极，至少一个所述加速腔结构底部靠近开设的每个所述通孔相对设置至少一个所述水平倍增电极，以增强对所述二次光电子的加速作用。9.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，还包括开设于所述空腔结构顶面边缘的释放通孔以及封闭所述释放通孔的密封介质层。10.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，所述若干倍增结构倾斜于所述底电极。11.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，所述若干倍增结构垂直于所述底电极设置，所述顶电极倾斜于所述底电极设置。12.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，所述顶电极呈锥形结构。
【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，蒋宾，陈寿面，
申请(专利权)人：上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。