前照式SPAD器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种spad器件及其制备方法。

背景技术：

1、为了探测到单光子量级的信号，研究人员将雪崩光电二极管的工作电压调至击穿电压以上，在这种状态下工作的雪崩光电二极管被称为单光子雪崩二极管(spad)，工作的模式称为盖革模式。在spad上加高反向偏压时，p-n结处于高电场状态，当有光子吸收时，在结区就会产生自维持的雪崩，流过器件的电流倍增，spad被瞬间导通。

2、光子探测效率(pde，photon detection efficiency)是指入射光子在p-n结区产生雪崩从而诱发一次计数的概率，填充因子大的spad，其探测到光子的效率也就更高，提高spad器件的填充因子对器件的集成化和小型化有重要的影响。目前制造spad器件相关工艺有fsi(前照式)、bsi(背照式)、uts(堆栈式)等，fsi的光子探测最低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种spad器件及其制备方法，以解决现有spad器件光子控测效率较差的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种制备前照式spad器件的方法，包括：

3、提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有spad结构；

4、于所述半导体衬底上形成多层金属互连层，相邻两个所述金属互连层之间及最上层的所述金属互连层上均形成有介质阻挡层，且各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分被刻蚀去除。

5、可选的，在所述的制备前照式spad器件的方法中，刻蚀去除各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分的方法包括：

6、在每一层所述介质阻挡层形成后，先刻蚀去除所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分，再执行下一沉积工艺。

7、可选的，在所述的制备前照式spad器件的方法中，每两层所述介质阻挡层之间形成有一互连介质层；在各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分被刻蚀去除之后，利用所述互连介质层填充相应所述介质阻挡层被刻蚀去除的部分。

8、可选的，在所述的制备前照式spad器件的方法中，刻蚀去除各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分的方法包括：

9、在多层所述介质阻挡层均形成之后，再刻蚀去除各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分。

10、可选的，在所述的制备前照式spad器件的方法中，每一所述介质阻挡层上形成有一互连介质层；刻蚀去除各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分时，也刻蚀去除各所述互连介质层位于所述spad结构上方的部分，而后在各所述介质阻挡层和各所述互连介质层被刻蚀去除的部分填充互连介质层材料。

11、可选的，在所述的制备前照式spad器件的方法中，刻蚀去除所述介质阻挡层的方法包括：

12、在所述介质阻挡层上依次沉积硬掩模层和图形化的光刻胶层；

13、以所述图形化的光刻胶层为掩模对所述硬掩模层进行刻蚀，以使得所述硬掩模层位于所述spad结构上方的部分被刻蚀去除，形成一开口；

14、沿着所述开口对所述介质阻挡层进行刻蚀，以使得所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分被刻蚀去除。

15、本发明还提供一种前照式spad器件，包括：

16、半导体衬底，所述半导体衬底内形成有spad结构；

17、多层金属互连层，形成于半导体衬底上，相邻两个所述金属互连层之间及最上层的所述金属互连层上均形成有介质阻挡层，各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分被刻蚀去除。

18、可选的，在所述的前照式spad器件中，所述介质阻挡层的材料包括掺碳氮化硅。

19、可选的，在所述的前照式spad器件中，每两层所述介质阻挡层之间形成有一互连介质层，所述互连介质层为低介电常数材料层。

20、可选的，在所述的前照式spad器件中，各所述介质阻挡层被刻蚀去除的部分填充有互连介质层材料。

21、综上所述，本发明提供的前照式spad器件及其制备方法，通过将spad结构上方的介质阻挡层刻蚀去除，使得sapd结构对光的探测效率得以增加。

1.一种制备前照式spad器件的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的制备前照式spad器件的方法，其特征在于，刻蚀去除各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分的方法包括：

3.如权利要求2所述的制备前照式spad器件的方法，其特征在于，每两层所述介质阻挡层之间形成有一互连介质层；在各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分被刻蚀去除之后，利用所述互连介质层填充相应所述介质阻挡层被刻蚀去除的部分。

4.如权利要求1所述的制备前照式spad器件的方法，其特征在于，刻蚀去除各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分的方法包括：

5.如权利要求4所述的制备前照式spad器件的方法，其特征在于，每一所述介质阻挡层上形成有一互连介质层；刻蚀去除各所述介质阻挡层位于所述spad结构上方的部分时，也刻蚀去除各所述互连介质层位于所述spad结构上方的部分，而后在各所述介质阻挡层和各所述互连介质层被刻蚀去除的部分填充互连介质层材料。

6.如权利要求2或4所述的制备前照式spad器件的方法，其特征在于，刻蚀所述介质阻挡层的方法包括：

7.一种前照式spad器件，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的前照式spad器件，其特征在于，所述介质阻挡层的材料包括掺碳氮化硅。

9.如权利要求7所述的前照式spad器件，其特征在于，每两层所述介质阻挡层之间形成有一互连介质层，所述互连介质层为低介电常数材料层。

10.如权利要求9所述的前照式spad器件，其特征在于，各所述介质阻挡层被刻蚀去除的部分填充有互连介质层材料。