表面电极离子阱与硅光寻址及探测器、及架构的集成方法
专利汇可以提供表面电极离子阱与硅光寻址及探测器、及架构的集成方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供表面 电极 离子阱 与 硅 光寻址及探测器的集成方法，包括步骤：在 晶圆 上形成硅光栅和硅结构并对硅结构 离子注入 及 退火 ；沉积第一介质层于硅结构的上方 刻蚀 外延 窗口并外延硅或锗，离子注入及退火后形成硅基光电探测器；沉积第二介质层并形成第一 接触 孔；沉积第三介质层并形成若干硅通孔；沉积第四介质层并形成电极，包括与硅基光电探测器对应的第一电极以及表面电极离子阱的第二电极；自第一电极向下形成第二接触孔和第三接触孔；自第二电极向下形成与硅通孔相对的第三接触孔； 研磨 晶圆的背面使硅通孔露出；沉积并 钝化 层成硅通孔的 钝化层 窗口，并在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。本发明还提供架构的集成方法。，下面是表面电极离子阱与硅光寻址及探测器、及架构的集成方法专利的具体信息内容。
1.表面电极离子阱与硅光寻址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硅通孔，且自每一个所述第二电极的底部向下形成与所述硅通孔连接的所述第三接触孔；
研磨所述晶圆的背面，使所述硅通孔露出；
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。
2.根据权利要求1所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的表面电极离子阱与硅光寻址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。
4.根据权利要求3所述的表面电极离子阱与硅光寻址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。
5.根据权利要求4所述的表面电极离子阱与硅光寻址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；
形成所述硅通孔后且沉积第四介质层前，沉积第二停止层。
6.根据权利要求5所述的表面电极离子阱与硅光寻址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。
7.根据权利要求6所述的表面电极离子阱与硅光寻址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。
8.根据权利要求1所述的表面电极离子阱与硅光寻址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。
9.根据权利要求5所述的表面电极离子阱与硅光寻址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。
10.根据权利要求1所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，采用等离子增强化学的气相沉积法形成所述第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层。
11.根据权利要求6所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，采用干法刻蚀形成所述第一孔、第三孔、第四孔和电极槽。
12.根据权利要求4所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，采用DRIE刻蚀形成所述第二孔。
13.根据权利要求1所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，
所述硅通孔与所述硅单光子雪崩探测器或硅基锗单光子雪崩探测器的相邻面的垂直距离不小于所述硅通孔直径的1.5倍；
且相邻两所述硅通孔的中心轴线之间的垂直距离不小于所述硅通孔直径的3倍。
14.表面电极离子阱与硅光寻址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、刻蚀形成硅结构，或，所述硅结构和硅光栅；对所述硅结构进行离子注入及退火；
依次沉积第一介质层和氮化硅层，并在所述氮化硅层的顶层光刻、刻蚀形成氮化硅光栅；
沉积第二介质层，刻蚀所述硅结构上方的所述第一介质层和第二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；
沉积第三介质层并刻蚀、化学机械抛光，自所述第三介质层的顶层向下形成面入射型所述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；
沉积第四介质层；自所述第四介质层的顶层向下形成若干硅通孔；
沉积第五介质层；在所述第五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硅通孔，且自每一个所述第二电极的底部分别向下形成与所述硅通孔相对的所述第三接触孔；
研磨所述晶圆的背面，使所述硅通孔露出；
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。
15.根据权利要求14所述的表面电极离子阱与硅光寻址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接触孔的步骤包括：
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，以去除所述第三介质层表面的所述第一金属和第一隔离层。
16.根据权利要求15所述的表面电极离子阱与硅光寻址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四介质层前，沉积第一停止层。
17.根据权利要求16所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，自所述第四介质层的顶层向下形成硅通孔的步骤包括：
自所述第四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，以去除所述第四介质层表面的所述第二金属和所述第二隔离层。
18.根据权利要求17所述的表面电极离子阱与硅光寻址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；形成所述硅通孔后且沉积第五介质层前，沉积第二停止层。
19.根据权利要求18所述的表面电极离子阱与硅光寻址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：
在所述第五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，以去除所述第五介质层表面的所述第三金属和所述第三隔离层。
20.根据权利要求19所述的表面电极离子阱与硅光寻址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。
21.根据权利要求14所述的表面电极离子阱与硅光寻址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、第四介质层和第五介质层均为二氧化硅介质层。
22.根据权利要求18所述的表面电极离子阱与硅光寻址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。
23.根据权利要求14所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，采用等离子增强化学的气相沉积法形成所述第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层和第五介质层。
24.根据权利要求19所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，采用干法刻蚀形成所述第一孔、第三孔、第四孔和电极槽。
25.根据权利要求17所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，采用DRIE刻蚀形成所述第二孔。
26.根据权利要求14所述的表面电极离子阱与硅光寻址及探测器的集成方法，其特征在于，所述硅通孔与所述硅单光子雪崩探测器或硅基锗单光子雪崩探测器的相邻面之间的垂直距离不小于所述硅通孔直径的1.5倍；
且相邻两所述硅通孔的中心轴线之间的垂直距离不小于所述硅通孔直径的3倍。
27.一种架构的集成方法，其特征在于，包括以下步骤：
将利用权利要求1-13或14-26任一项集成方法制备的集成结构的重布线层和第一微凸块或第一微凸块下金属键合硅转接板，或者利用所述集成结构的所述第一微凸块或第一微凸块下金属键合所述硅转接板；
所述硅转接板通过设置在其背面的第二微凸块或第二微凸块下金属与封装基板连通，或通过引线与所述封基板连通；
或，利用所述集成结构的重布线层和第一微凸块或第一微凸块下金属直接与所述封装基板连通。
28.根据权利要求27所述的架构的集成方法，其特征在于，第二微凸块下金属为Cu/Ni/Au；所述第二微凸块为Cu/Ni/SnAg。
表面电极离子阱与硅光寻址及探测器、及架构的集成方法
技术领域
背景技术
发明内容
沉积第一介质层，刻蚀硅结构上方的第一介质层以形成外延窗口，并通过外延窗口自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，自第三介质层的顶层向下形成若干硅通孔；
沉积第四介质层，在第四介质层的顶层形成电极，电极包括与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；每一个第一电极均对应第一接触孔和硅通孔，且自每一个第一电极的底部分别向下形成与第一接触孔和硅通孔连接的第二接触孔和第三接触孔；每一个第二电极均对应硅通孔，且自每一个第二电极的底部向下形成与硅通孔连接的第三接触孔；
研磨晶圆的背面，使硅通孔露出；
在晶圆的背面沉积钝化层；
刻蚀钝化层，形成硅通孔的钝化层窗口，并在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；或在钝化层窗口处形成第一微凸块下金属或第一微凸块。
在第一孔的侧壁和底部沉积第一隔离层；
在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，以去除第二介质层表面的第一金属和第一隔离层。
在第二孔的侧壁和底部沉积第二隔离层；
在第二孔内电化学镀膜第二金属；
化学机械抛光，以去除第三介质层表面的第二金属和第二隔离层。
在电极槽、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，以去除第四介质层表面的第三金属和第三隔离层。
依次沉积第一介质层和氮化硅层，并在氮化硅层的顶层光刻、刻蚀形成氮化硅光栅；
沉积第二介质层，刻蚀硅结构上方的第一介质层和第二介质层以形成外延窗口，并通过外延窗口自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；
沉积第三介质层并刻蚀、化学机械抛光，自第三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；
沉积第四介质层；自第四介质层的顶层向下形成若干硅通孔；
沉积第五介质层；在第五介质层的顶层形成电极，电极包括与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；每一个第一电极均对应第一接触孔和硅通孔，且自每一个第一电极的底部分别向下形成与第一接触孔和硅通孔连接的第二接触孔和第三接触孔；每一个第二电极均对应硅通孔，且自每一个第二电极的底部分别向下形成与硅通孔相对的第三接触孔；
研磨晶圆的背面，使硅通孔露出；
在晶圆的背面沉积钝化层；
刻蚀钝化层，形成硅通孔的钝化层窗口，并在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；或在钝化层窗口处形成第一微凸块下金属或第一微凸块。
硅转接板通过设置在其背面的第二微凸块或第二微凸块下金属与封装基板连通，或通过引线与封基板连通；
或，利用集成结构的重布线层和第一微凸块或第一微凸块下金属直接与封装基板连通。
图3是本发明提供的一个实施例的架构的集成方法流程图。
具体实施方式
需要进一步说明的是：晶圆优选为具有高阻抗衬底的SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）晶圆，其具有顶层硅、背衬底和介于两者之间的埋氧化层。
继续在具有第二隔离层、第二铜种子层的第二孔内采用电化学镀膜的方式填充铜，铜也会被镀在第三介质层上，具体是被镀在第二铜种子层上；
之后，采用退火及化学机械抛光的方式去除第三介质层表面上的铜、第二铜种子层和第二隔离层，最终由第二孔、以及形成在第二孔内的第二隔离层、第二铜种子层和铜形成与第三介质层的顶层面齐平的硅通孔。
在具有第三隔离层和第三铜种子层的第三铜种子层的电极槽、第三孔和第四孔内采用电化学镀膜的方式填充铜，铜也会被镀在第三介质层上，具体是被镀在第二铜种子层上；
之后，采用退火及化学机械抛光的方式去除第四介质层上的铜、第三铜种子层和第三隔离层。
本步骤提供的晶圆的结构可以与第一实施例步骤S10中提供的晶圆的结构相同，与步骤S10不同的是，可以在晶圆的顶层采用现有任意一种光刻和刻蚀方法仅形成硅结构，而不形成硅光栅，或者，与步骤S10相同，既形成硅结构又形成硅光栅。
S31、硅转接板通过设置在其背面的第二微凸块或第二微凸块下金属与封装基板连通，或通过引线与封基板连通；
或，利用集成结构的重布线层和第一微凸块或第一微凸块下金属直接与封装基板连通。
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