一种背照式SPAD阵列及其制备方法技术

本申请涉及半导体领域，公开了一种背照式SPAD阵列及其制备方法，包括：对衬底的第一表面进行N型掺杂和P型掺杂，形成PN结；在衬底的第二表面生长氧化层，并在氧化层中制作接触孔；在氧化层的表面和接触孔内制备金属层；金属层包括钛层和氮化钛层；在金属层的表面制作钨隔离结构体；钨隔离结构体至少位于接触孔内；在衬底的第二表面一侧生长铝层；对衬底的第二表面一侧进行刻蚀，形成图形化铝层、图形化金属层和入光区；刻蚀截止至金属层与氧化层的接触面，图形化铝层与钨隔离结构体电连接；进行后续工艺处理，得到背照式SPAD阵列。本申请中铝层与接触孔区域的衬底之间被钨隔离结构体隔开，避免铝和衬底发生互溶，从而避免出现铝尖楔。现铝尖楔。现铝尖楔。

【技术实现步骤摘要】
一种背照式SPAD阵列及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体领域，特别是涉及一种背照式SPAD阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]SPAD(Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管)是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，在远高于击穿电压的反向偏置电压下工作，应用于拉曼光谱、正电子发射断层扫描和荧光寿命成像等领域。
[0003]在制备SPAD阵列时，为了将所有SPAD的阳极都连在一起，在SPAD的入光面制作出接触孔(contact，简称CT)，并在接触孔内以及接触孔外边缘局部区域制备钛层和氮化钛层以及铝。钛层和氮化钛层某些部分比较薄，导致接触孔内的铝非常容易和硅衬底会发生一定程度的互溶，从而导致在接触孔区域比较容易出现不同程度的铝尖楔(Al Spike)，如图1中圆圈圈住部分所示，进而可能会影响SPAD的电学性能。
[0004]因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供一种背照式SPAD阵列及其制备方法，以避免在制备过程中出现铝尖楔。
[0006]为解决上述技术问题，本申请提供一种背照式SPAD阵列的制备方法，包括：
[0007]对衬底的第一表面依次进行N型掺杂和P型掺杂，形成PN结；一个SPAD单元包括一个PN结；
[0008]在所述衬底的第二表面生长氧化层，并在所述氧化层中制作接触孔；
[0009]在所述氧化层的表面和所述接触孔内制备金属层；所述金属层包括钛层和氮化钛层；
[0010]在所述金属层的表面制作钨隔离结构体；所述钨隔离结构体至少位于所述接触孔内；
[0011]在所述衬底的第二表面一侧生长铝层；所述铝层至少位于所述钨隔离结构体的表面；
[0012]对所述衬底的第二表面一侧进行刻蚀，形成图形化铝层、图形化金属层和入光区；刻蚀截止至所述金属层与所述氧化层的接触面，所述图形化铝层与所述钨隔离结构体电连接；
[0013]对所述衬底的第二表面一侧进行后续工艺处理，得到背照式SPAD阵列。
[0014]可选的，在所述金属层的表面制作钨隔离结构体；所述钨隔离结构体至少位于所述接触孔内包括：
[0015]在所述金属层的表面生长钨隔离层，位于所述接触孔内的所述钨隔离层未填满所述接触孔；
[0016]在所述衬底的第二表面一侧生长铝层包括：
[0017]在所述钨隔离层的表面生长铝层；位于所述接触孔内的所述铝层填满所述接触孔；
[0018]对所述衬底的第二表面一侧进行刻蚀包括：
[0019]刻蚀所述铝层、所述钨隔离层和所述金属层。
[0020]可选的，在所述金属层的表面制作钨隔离结构体；所述钨隔离结构体至少位于所述接触孔内包括：
[0021]在所述金属层的表面生长钨隔离层，位于所述接触孔内的所述钨隔离层填满所述接触孔；
[0022]去除位于所述接触孔以外区域的所述钨隔离层；
[0023]在所述衬底的第二表面一侧生长铝层包括：
[0024]在所述钨隔离层和所述金属层的表面生长铝层；
[0025]对所述衬底的第二表面一侧进行刻蚀包括：
[0026]刻蚀所述铝层和所述金属层。
[0027]可选的，去除位于所述接触孔以外区域的所述钨隔离层包括：
[0028]利用化学机械抛光或者刻蚀的方式，去除位于所述接触孔以外区域的所述钨隔离层。
[0029]本申请还提供一种背照式SPAD阵列，包括：
[0030]衬底，所述衬底包括对所述衬底的第一表面进行N型掺杂和P型掺杂形成的PN结；一个SPAD单元包括一个PN结；
[0031]设于所述衬底的第二表面的氧化层和入光区，所述氧化层中包括接触孔；
[0032]设于所述氧化层的表面和所述接触孔内的图形化金属层；所述图形化金属层包括钛层和氮化钛层；
[0033]设于所述图形化金属层表面的图形化钨隔离层；所述图形化钨隔离层至少位于所述接触孔内；
[0034]设于所述图形化钨隔离层且与所述图形化钨隔离层电连接的图形化铝层。
[0035]可选的，所述图形化钨隔离层未填满所述接触孔。
[0036]可选的，所述图形化钨隔离层填满所述接触孔。
[0037]可选的，还包括：
[0038]设于所述衬底第二表面层叠的第一介质层和第二介质层；
[0039]设于所述第二介质层表面的平坦层
[0040]设于所述平坦层表面的微透镜。
[0041]可选的，还包括：
[0042]设于所述衬底第二表面的光散射结构；所述光散射结构位于所述入光区范围内。
[0043]可选的，所述光散射结构呈倒金字塔型。
[0044]本申请所提供的一种背照式SPAD阵列的制备方法，包括：对衬底的第一表面依次进行N型掺杂和P型掺杂，形成PN结；一个SPAD单元包括一个PN结；在所述衬底的第二表面生长氧化层，并在所述氧化层中制作接触孔；在所述氧化层的表面和所述接触孔内制备金属层；所述金属层包括钛层和氮化钛层；在所述金属层的表面制作钨隔离结构体；所述钨隔离结构体至少位于所述接触孔内；在所述衬底的第二表面一侧生长铝层；对所述衬底的第二
表面一侧进行刻蚀，形成图形化铝层、图形化金属层和入光区；刻蚀截止至所述金属层与所述氧化层的接触面，所述图形化铝层与所述钨隔离结构体电连接；进行后续工艺处理，得到背照式SPAD阵列。
[0045]可见，本申请在制备背照式SPAD阵列时，在氧化层和接触孔内生长金属层之后，在生长铝层之前，至少在接触孔内制作钨隔离结构体。生长的铝层与接触孔区域的衬底之间被钨隔离结构体隔开，钨的台阶覆盖性很好，形成的膜层非常均匀，避免铝和衬底发生互溶，从而避免在接触控区域出现铝尖楔，避免SPAD的电学性能受到影响。
[0046]此外，本申请还提供一种具有上述优点的背照式SPAD阵列。
附图说明
[0047]为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]图1为相关技术中背照式SPAD阵列接触孔区域的扫描电镜图；
[0049]图2为本申请实施例所提供的一种背照式SPAD阵列的制备方法的流程图一；
[0050]图3为本申请实施例所提供的背照式SPAD阵列接触孔区域的扫描电镜图；
[0051]图4为本申请实施例所提供的一种背照式SPAD阵列的制备方法的流程图二；
[0052]图5至图12为本申请实施例所提供的一种背照式SPAD阵列的制备工艺流程图一；
[0053]图13为本申请实施例所提供的一种背照式SPAD阵列的制备方法的流程图三；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背照式SPAD阵列的制备方法，其特征在于，包括：对衬底的第一表面依次进行N型掺杂和P型掺杂，形成PN结；一个SPAD单元包括一个PN结；在所述衬底的第二表面生长氧化层，并在所述氧化层中制作接触孔；在所述氧化层的表面和所述接触孔内制备金属层；所述金属层包括钛层和氮化钛层；在所述金属层的表面制作钨隔离结构体；所述钨隔离结构体至少位于所述接触孔内；在所述衬底的第二表面一侧生长铝层；所述铝层至少位于所述钨隔离结构体的表面；对所述衬底的第二表面一侧进行刻蚀，形成图形化铝层、图形化金属层和入光区；刻蚀截止至所述金属层与所述氧化层的接触面，所述图形化铝层与所述钨隔离结构体电连接；对所述衬底的第二表面一侧进行后续工艺处理，得到背照式SPAD阵列。2.如权利要求1所述的背照式SPAD阵列的制备方法，其特征在于，在所述金属层的表面制作钨隔离结构体；所述钨隔离结构体至少位于所述接触孔内包括：在所述金属层的表面生长钨隔离层，位于所述接触孔内的所述钨隔离层未填满所述接触孔；在所述衬底的第二表面一侧生长铝层包括：在所述钨隔离层的表面生长铝层；位于所述接触孔内的所述铝层填满所述接触孔；对所述衬底的第二表面一侧进行刻蚀，形成图形化铝层、图形化金属层和入光区包括：刻蚀所述铝层、所述钨隔离层和所述金属层，形成图形化铝层、图形化钨隔离层、图形化金属层和入光区，所述图形化钨隔离层未填满所述接触孔。3.如权利要求1所述的背照式SPAD阵列的制备方法，其特征在于，在所述金属层的表面制作钨隔离结构体；所述钨隔离结构体至少位于所述接触孔内包括：在所述金属层的表面生长钨隔离层，位于所述接触孔内的所述钨隔离层填满所述接触孔；去除位于所述接触孔以外区域的所述钨隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛，李爽，吕京颖，康杨森，
申请(专利权)人：深圳市灵明光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：