[发明专利]表面电极离子阱与光栅及探测器、及架构的集成方法

权利要求书

1.表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供晶圆，在所述晶圆的顶层光刻、刻蚀形成硅光栅和硅结构，对所述硅结构进行离子注入及退火；

沉积第一介质层，刻蚀所述硅结构上方的所述第一介质层以形成外延窗口，并通过所述外延窗口自所述硅结构的顶层外延硅或锗，离子注入及退火后形成硅单光子雪崩探测器或硅基锗单光子雪崩探测器；

沉积第二介质层并刻蚀、化学机械抛光，自所述第二介质层的顶层向下形成面入射型硅单光子雪崩探测器或硅基锗单光子雪崩探测器的第一接触孔；

沉积第三介质层，自所述第三介质层的顶层向下形成若干第一硅通孔和第二硅通孔；

沉积第四介质层，在所述第四介质层的顶层形成电极，所述电极包括与所述硅单光子雪崩探测器或硅基锗单光子雪崩探测器对应的第一电极，以及表面电极离子阱的第二电极；每一个所述第一电极均对应所述第一接触孔和第一硅通孔，且自每一个所述第一电极的底部分别向下形成与所述第一接触孔和所述第一硅通孔连接的第二接触孔和第三接触孔；每一个所述第二电极均对应所述第二硅通孔，且自每一个所述第二电极的底部向下形成与所述第二硅通孔连接的另一个所述第三接触孔；

研磨所述晶圆的背面，使所述第一硅通孔和第二硅通孔露出；

在所述晶圆的背面沉积钝化层；

刻蚀所述钝化层，形成所述第一硅通孔和第二硅通孔的钝化层窗口，并在所述钝化层窗口处形成重布线层和第一微凸块下金属或第一微凸块；或在所述钝化层窗口处形成所述第一微凸块下金属或第一微凸块；

自所述第二介质层的顶层向下形成第一接触孔的步骤包括：

自所述第二介质层的顶层向下刻蚀以形成第一孔；

在所述第一孔的侧壁和底部沉积第一隔离层；

在所述第一孔内电化学镀膜或沉积第一金属；

化学机械抛光或刻蚀，以去除所述第二介质层表面的所述第一金属和所述第一隔离层。

2.根据权利要求1所述的表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，其特征在于，所述第一金属为铜，在所述第一孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且退火及化学机械抛光；

形成所述第一接触孔后且沉积第三介质层前，沉积第一停止层。

3.根据权利要求2所述的表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，其特征在于，自所述第三介质层的顶层向下形成第一硅通孔和第二硅通孔的步骤包括：

自所述第三介质层的顶层向下刻蚀以形成第二孔；

在所述第二孔的侧壁和底部沉积第二隔离层；

在所述第二孔内电化学镀膜第二金属；

化学机械抛光，以去除所述第三介质层表面的所述第二金属和所述第二隔离层。

4.根据权利要求3所述的表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，其特征在于，所述第二金属为铜，在所述第二孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且退火及化学机械抛光；

形成所述第一硅通孔和第二硅通孔后且沉积第四介质层前，沉积第二停止层。

5.根据权利要求4所述的表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，其特征在于，形成所述电极、第二接触孔和第三接触孔的步骤包括：

在所述第四介质层的顶层分别刻蚀形成若干电极槽，并自所述电极槽的槽底分别向下刻蚀以形成第三孔和第四孔；

在所述电极槽、第三孔和第四孔的侧壁和底部均沉积第三隔离层；

在所述电极槽、第三孔和第四孔内电化学镀膜或沉积第三金属；

化学机械抛光或刻蚀，以去除所述第四介质层表面的所述第三金属和所述第三隔离层。

6.根据权利要求5所述的表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，其特征在于，所述第一隔离层、第二隔离层、第三隔离层均为Ta、TaN或Ta+TaN中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层均为二氧化硅介质层。

8.根据权利要求4所述的表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，其特征在于，所述第一停止层和第二停止层均为氮化硅。