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特表2024-525075クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードおよびその製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-09
(54)【発明の名称】クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードおよびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 31/107 20060101AFI20240702BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240702BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 B
H01L27/146 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024500165
(86)(22)【出願日】2022-12-13
(85)【翻訳文提出日】2024-01-05
(86)【国際出願番号】 CN2022138575
(87)【国際公開番号】W WO2023116501
(87)【国際公開日】2023-06-29
(31)【優先権主張番号】202111599112.X
(32)【優先日】2021-12-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512154998
【氏名又は名称】無錫華潤上華科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＣＳＭＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＦＡＢ２ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．８ Ｘｉｎｚｈｏｕ Ｒｏａｄ Ｗｕｘｉ Ｎｅｗ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２１４０２８ Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】卞 錚
(72)【発明者】
【氏名】肖 魁
(72)【発明者】
【氏名】趙 愛峰
(72)【発明者】
【氏名】胡 金節
(72)【発明者】
【氏名】楊 涛
【テーマコード（参考）】
4M118
5F149
【Ｆターム（参考）】
4M118AA10
4M118AB01
4M118BA09
4M118CA03
4M118EA14
4M118EA16
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4M118GB03
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5F149AA07
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(57)【要約】
本発明はクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードおよびその製造方法に関し、前記方法は、ウエハを取得するステップと、ベースの正面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップであって、隔離トレンチの幅はクエンチング抵抗トレンチの幅より大きいステップと、クエンチング抵抗トレンチの内面に絶縁層を形成するステップと、ベースの正面にポリシリコンを堆積し、ポリシリコンをクエンチング抵抗トレンチに充填してそれを塞ぎ、隔離トレンチに充填するが、それを塞がないステップと、隔離トレンチ内のポリシリコンを酸化するステップと、前記隔離トレンチに遮光導電材料を充填するステップと、を含む。本発明は、ＣＭＯＳプロセスと互換性がある。クエンチング抵抗トレンチと隔離トレンチは１枚のマスクを共用できるため、クエンチング抵抗の製造に１枚のマスクを単独で用いる必要がなく、製造コストを削減する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法であって、ウエハを取得するステップであって、前記ウエハはベースと、ベース内に形成されたアバランシェフォトダイオードセルと、を含むステップと、
前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップであって、前記隔離トレンチの幅は前記クエンチング抵抗トレンチの幅より大きいステップと、
前記クエンチング抵抗トレンチの内面に絶縁層を形成するステップと、
前記ベースの第１の面にポリシリコンを堆積し、ポリシリコンを前記クエンチング抵抗トレンチに充填して前記クエンチング抵抗トレンチを塞ぎ、ポリシリコンを前記隔離トレンチに充填するが、前記隔離トレンチを塞がないステップと、
前記隔離トレンチの露出構造に対して酸化処理を行うステップと、
前記隔離トレンチに遮光導電材料を充填するステップと、を含み、
ここで、前記隔離トレンチは前記アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗トレンチの外側に位置し、前記アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗を隔離するために用いられる、
クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項2】
ウエハを取得するステップでは、前記アバランシェフォトダイオードセルはアバランシェフォトダイオードカソード領域を含み、前記ベースの第１の面において前記遮光導電材料を覆う誘電体層を形成するステップと、
カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホールを形成するステップであって、前記カソードコンタクトホールの底部は前記アバランシェフォトダイオードカソード領域まで延在し、前記クエンチング抵抗コンタクトホールの底部は前記クエンチング抵抗トレンチ内のポリシリコンまで延在し、前記カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホールに第１の導電材料が充填されるステップと、
前記誘電体層上に金属層を形成するステップであって、前記金属層の一部の構造が前記カソードコンタクトホールおよび前記クエンチング抵抗コンタクトホールにおける第１の導電材料に電気的に接続されるステップと、
前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の一部の領域の上方の前記誘電体層を除去することにより、外部光が光入射窓から前記アバランシェフォトダイオードカソード領域に入射できるように前記ベースの第１の面に光入射窓を形成するステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項3】
前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップは、第１のマスクを用いてフォトリソグラフィを行い、前記ベースの第１の面上のフォトレジスト内にクエンチング抵抗トレンチエッチング窓および隔離トレンチエッチング窓を形成するステップであって、前記隔離トレンチエッチング窓の幅は前記クエンチング抵抗トレンチエッチング窓の幅より大きいステップと、
前記クエンチング抵抗トレンチエッチング窓および隔離トレンチエッチング窓により前記ベースをエッチングし、前記クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップと、を含み、
ここで、前記隔離トレンチの深さは前記クエンチング抵抗トレンチの深さより大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項4】
前記ベースの第１の面にポリシリコンを堆積するステップは、前記クエンチング抵抗トレンチ内のポリシリコンを、ポリシリコンクエンチング抵抗とし、ポリシリコンクエンチング抵抗の抵抗率を調整するように前記ポリシリコンをドーピングするステップを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項5】
前記遮光導電材料の光透過率はシリコンおよびシリカの光透過率より低い、ことを特徴とする請求項１に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項6】
前記隔離トレンチに遮光導電材料を充填するステップでは、前記遮光導電材料はタングステンプラグであり、前記タングステンプラグは、前記隔離トレンチに電位を導入するために用いられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項7】
ウエハを取得するステップでは、前記ベースは第２の導電型の基板と、基板上のエピタキシャル層と、を含み、前記エピタキシャル層は第２の導電型を有し、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域は前記エピタキシャル層内に位置し且つ第１の導電型を有し、前記第１の導電型と第２の導電型は逆の導電型である、ことを特徴とする請求項２に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項8】
ウエハを取得するステップでは、前記アバランシェフォトダイオードセルは、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の両側に位置する第２の導電型ウェル領域と、
前記エピタキシャル層内に位置し且つ前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の下方に位置する第２の導電型埋め込み層と、をさらに含み、
ここで、前記エピタキシャル層のドーピング濃度は前記基板および第２の導電型埋め込み層のドーピング濃度より小さい、
ことを特徴とする請求項７に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項9】
前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップでは、前記隔離トレンチの深さはエピタキシャル層の厚さ以上である、
ことを特徴とする請求項７に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項10】
前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングするステップの前に、前記ベースの第１の面に透光性窒化シリコン層を形成するステップと、前記透光性窒化シリコン層にハードマスクを形成するステップと、をさらに含み、前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップは、前記ハードマスクにフォトリソグラフィを行い、前記ハードマスク、透光性窒化シリコン層およびベースをエッチングし、前記クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項11】
前記ハードマスクの材料はシリコン酸化物を含み、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップの後、前記クエンチング抵抗トレンチの内面に絶縁層を形成するステップの前に、
前記クエンチング抵抗トレンチの内面および隔離トレンチの内面に対して酸化処理を行うステップと、
前記クエンチング抵抗トレンチの内面および隔離トレンチの内面の酸化層を湿式除去すると共に、前記ハードマスクを除去するステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法。
【請求項12】
ベースと、前記ベース内に設けられたアバランシェフォトダイオードセルと、を含むクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードであって、
前記ベース内には、クエンチング抵抗トレンチと、前記アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗トレンチの外側に位置する隔離トレンチとがさらに形成され、前記隔離トレンチの幅は前記クエンチング抵抗トレンチの幅より大きく、前記クエンチング抵抗トレンチの内面および隔離トレンチの内面に絶縁層が形成され、
前記単一光子アバランシェダイオードは、
前記クエンチング抵抗トレンチ内に位置するポリシリコンクエンチング抵抗と、前記隔離トレンチ内に位置する遮光導電材料と、をさらに含み、
前記隔離トレンチは前記アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗を隔離するために用いられる、
ことを特徴とするクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオード。
【請求項13】
前記ベースは、第２の導電型の基板と、基板上の第２の導電型のエピタキシャル層とを含み、前記アバランシェフォトダイオードセルは、前記エピタキシャル層内に位置するアバランシェフォトダイオードカソード領域を含み、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域は第１の導電型を有し、前記第１の導電型と第２の導電型は逆の導電型であり、前記単一光子アバランシェダイオードは、
前記エピタキシャル層上に位置し且つ前記遮光導電材料を覆う誘電体層と、
前記誘電体層上に位置する金属層と、をさらに含み、
ここで、前記金属層とアバランシェフォトダイオードカソード領域との間にカソードコンタクトホールが形成され、前記金属層とポリシリコンクエンチング抵抗との間にクエンチング抵抗コンタクトホールが形成され、前記カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホールに第１の導電材料が充填され、前記金属層の一部の構造が前記カソードコンタクトホールおよび前記クエンチング抵抗コンタクトホールにおける第１の導電材料に電気的に接続され、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の上方には、外部光を光入射窓から前記アバランシェフォトダイオードカソード領域に入射させるための光入射窓が形成される、
ことを特徴とする請求項１２に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオード。
【請求項14】
前記アバランシェフォトダイオードセルは、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の両側に位置する第２の導電型ウェル領域と、
前記エピタキシャル層内に位置し且つ前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の下方に位置する第２の導電型埋め込み層と、をさらに含み、
ここで、前記エピタキシャル層のドーピング濃度は前記基板および第２の導電型埋め込み層のドーピング濃度より小さい、
ことを特徴とする請求項１３に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオード。
【請求項15】
前記隔離トレンチの深さは前記クエンチング抵抗トレンチの深さより大きい、ことを特徴とする請求項１２に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオード。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本発明は、２０２１年１２月２４日に中国専利局に提出された、出願番号が２０２１１１５９９１１２．Ｘで、出願の名称が「クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードおよびその製造方法」である中国特許出願の優先権を主張し、そのすべての内容が参照により本発明に組み込まれる。
【技術分野】
【0002】
本発明は半導体製造分野に関し、特にクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードに関し、さらにクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【0003】
自動車のインテリジェント化が進んでおり、運転支援や自動運転技術は新しい車種に搭載されることが多くなっている。これに関連するコアハードウェアはＬｉＤＡＲ（ライダー）であり、ＬｉＤＡＲの信号収集部を構成する素子はＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｉｏｄｅ、アバランシェフォトダイオ）、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ、単一光子アバランシェダイオード）等の光電ディスクリート素子である。ＡＰＤ技術に比べて、ＳＰＡＤ技術は、アナログ回路に対するデジタル回路のようなものである。ＡＰＤと比較して利得が高く、集積化が容易であり、消費電力が低く、温度による影響が小さい等の利点を有し、応用が期待されている。
【0004】
連続検出を可能とし、次の光子信号に対するタイムリーな応答を可能とするためには、ＳＰＡＤには、ＳＰＡＤを光子受容状態に戻すように、アバランシェが発生した後に速やかにアバランシェをクエンチングするクエンチング回路を構成する必要がある。多くのクエンチング方式の中で、パッシブ型クエンチング回路は最も単純である。その原理は図４を参照し、ＳＰＡＤのカソードにはクエンチング抵抗ＲＬが接続される。
【0005】
例示的なＳＰＡＤプロセスは、ＡＰＤサブセルを隔離する必要があるため、タングステンプラグＤＴＩ（ディープトレンチ隔離）プロセスを導入するが、クエンチング抵抗を形成する必要があるため、タングステンプラグＤＴＩ金属プロセス後のクエンチング抵抗ポリシリコン堆積を必要とし、これは従来の半導体工場における金属プロセスの規制ルールと相反し、それによりそのプロセスが従来の半導体プロセスラインと互換性がないことをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
これに基づき、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、相補性金属酸化膜半導体）プロセスに対応できるクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法であって、ベースと、ベース内に形成されたアバランシェフォトダイオードセルと、を含むウエハを取得するステップと、前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップであって、前記隔離トレンチの幅は前記クエンチング抵抗トレンチの幅より大きいステップと、前記クエンチング抵抗トレンチの内面に絶縁層を形成するステップと、前記ベースの第１の面にポリシリコンを堆積し、ポリシリコンを前記クエンチング抵抗トレンチに充填するが、前記クエンチング抵抗トレンチを塞ぎ、ポリシリコンを前記隔離トレンチに充填して前記隔離トレンチを塞がないステップと、前記隔離トレンチの露出構造に対して酸化処理を行うステップと、前記隔離トレンチに遮光導電材料を充填するステップと、を含み、ここで、前記隔離トレンチは前記アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗トレンチの外側に位置し、前記アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗を隔離するために用いられる。
【0008】
上記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法は、クエンチング抵抗トレンチにおいてポリシリコンクエンチング抵抗を形成する。隔離トレンチの幅がクエンチング抵抗トレンチの幅より大きいため、クエンチング抵抗トレンチ内にポリシリコンが満杯に充填される場合では、隔離トレンチ内に後で遮光導電材料を充填するためのスペースを残すことができる。隔離トレンチ内のポリシリコンは、隔離トレンチに対して酸化処理を行う時に絶縁層として酸化され、クエンチング抵抗トレンチにはポリシリコンが満杯に充填されるため、隔離トレンチ内のポリシリコンを酸化するときにクエンチング抵抗トレンチ内のポリシリコンは表面のみが酸化され、クエンチング抵抗トレンチ内のポリシリコンはポリシリコンクエンチング抵抗として残ることができる。要約すると、上記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法は、まずポリシリコンクエンチング抵抗を堆積し、そして遮光導電材料を堆積することを実現でき、ＣＭＯプロセスと交換性がある。
【0009】
そのうちの一実施例では、前記アバランシェフォトダイオードセルはアバランシェフォトダイオードカソード領域を含み、前記製造方法は、前記ベースの第１の面において前記遮光導電材料を覆う誘電体層を形成するステップと、カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホールを形成するステップであって、前記カソードコンタクトホールの底部は前記アバランシェフォトダイオードカソード領域まで延在し、前記クエンチング抵抗コンタクトホールの底部は前記クエンチング抵抗トレンチ内のポリシリコンまで延在し、前記カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホールに第１の導電材料が充填されるステップと、前記誘電体層上に金属層を形成するステップであって、前記金属層の一部の構造が前記カソードコンタクトホールおよび前記クエンチング抵抗コンタクトホールにおける第１の導電材料に電気的に接続されるステップと、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の一部の領域の上方の前記誘電体層を除去することにより、外部光が光入射窓から前記アバランシェフォトダイオードカソード領域に入射できるように前記ベースの第１の面に光入射窓を形成するステップと、をさらに含む。
【0010】
そのうちの一実施例では、第１の導電材料は金属タングステンを含む。
【0011】
そのうちの一実施例では、カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホールを形成するステップでは、カソードコンタクトホールは、前記光入射窓の一側に位置する第１のコンタクトホールと、他側に位置する第２のコンタクトホールと、を含む。
【0012】
そのうちの一実施例では、前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップは、第１のマスクを用いてフォトリソグラフィを行い、前記ベースの第１の面上のフォトレジスト内にクエンチング抵抗トレンチエッチング窓および隔離トレンチエッチング窓を形成するステップであって、前記隔離トレンチエッチング窓の幅は前記クエンチング抵抗トレンチエッチング窓の幅より大きいステップと、前記クエンチング抵抗トレンチエッチング窓および隔離トレンチエッチング窓により前記ベースをエッチングし、前記クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップと、を含み、ここで、前記隔離トレンチの深さは前記クエンチング抵抗トレンチの深さより大きい。
【0013】
そのうちの一実施例では、前記遮光導電材料の光透過率はシリコンおよびシリカの光透過率より低い。
【0014】
そのうちの一実施例では、遮光導電材料は金属タングステンを含む。
【0015】
そのうちの一実施例では、ウエハを取得するステップでは、取得されたウエハのベースは、第２の導電型の基板と、基板上のエピタキシャル層と、を含み、前記エピタキシャル層は第２の導電型を有し、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域は前記エピタキシャル層内に位置し且つ第１の導電型を有し、前記第１の導電型と第２の導電型は逆の導電型である。
【0016】
そのうちの一実施例では、ウエハを取得するステップでは、取得されたウエハのアバランシェフォトダイオードセルは、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の両側に位置する第２の導電型ウェル領域と、前記エピタキシャル層内に位置し且つ前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の下方に位置する第２の導電型埋め込み層と、をさらに含み、ここで、前記エピタキシャル層のドーピング濃度は前記基板および第２の導電型埋め込み層のドーピング濃度より小さい。
【0017】
そのうちの一実施例では、ウエハを取得するステップでは、取得されたウエハのアバランシェフォトダイオードセルは、前記エピタキシャル層内に位置する環状のドーピング領域をさらに含み、前記環状のドーピング領域は、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の両側の第２の導電型ウェル領域の内側に位置し、前記環状のドーピング領域は第１の導電型を有する。
【0018】
そのうちの一実施例では、前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングするステップの前に、さらに前記ベースの第１の面に透光性窒化シリコン層を形成するステップと、前記透光性窒化シリコン層にハードマスクを形成するステップとを含み、前記ベースの第１の面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップは、前記ハードマスクにフォトリソグラフィを行い、前記ハードマスク、透光性窒化シリコン層およびベースをエッチングし、前記クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップを含む。
【0019】
そのうちの一実施例では、前記ハードマスクの材料はシリコン酸化物を含み、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成するステップの後、前記クエンチング抵抗トレンチの内面に絶縁層を形成するステップの前に、さらに、前記クエンチング抵抗トレンチの内面および隔離トレンチの内面に対して酸化処理を行うステップと、前記クエンチング抵抗トレンチの内面および隔離トレンチの内面の酸化層を湿式除去すると共に、前記ハードマスクを除去するステップと、を含む。
【0020】
そのうちの一実施例では、前記第１の導電型はＮ型であり、前記第２の導電型はＰ型である。
【0021】
そのうちの一実施例では、前記クエンチング抵抗トレンチの内面に絶縁層を形成するステップは、前記クエンチング抵抗トレンチの内面および隔離トレンチの内面に熱酸化により酸化層を成長させるステップを含む。
【0022】
そのうちの一実施例では、前記隔離トレンチ内のポリシリコンを酸化するステップの前に、前記クエンチング抵抗トレンチ内のポリシリコンをドーピングして抵抗率を調整するステップをさらに含む。
【0023】
そのうちの一実施例では、前記隔離トレンチ内のポリシリコンを酸化するステップの同時に、前記ベースの第１の面のポリシリコンを酸化する。
【0024】
クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードは、ベースと、前記ベース内に設けられたアバランシェフォトダイオードセルと、を含み、前記ベース内には、クエンチング抵抗トレンチと、前記アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗トレンチの外側に位置する隔離トレンチとがさらに形成され、前記隔離トレンチの幅は前記クエンチング抵抗トレンチの幅より大きく、前記クエンチング抵抗トレンチの内面および隔離トレンチの内面に絶縁層が形成され、前記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードは、前記クエンチング抵抗トレンチ内に位置するポリシリコンクエンチング抵抗と、前記隔離トレンチ内に位置する遮光導電材料と、をさらに含み、前記隔離トレンチは前記アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗を隔離するために用いられる。
【0025】
上記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードでは、ポリシリコンクエンチング抵抗はクエンチング抵抗トレンチ内に形成され、且つクエンチング抵抗トレンチの幅は隔離トレンチの幅より小さいため、クエンチング抵抗の製造に１枚のマスクを単独で用いる必要がなく（クエンチング抵抗トレンチと隔離トレンチは１枚のマスクを共用する）、製造コストを削減する。
【0026】
そのうちの一実施例では、前記ベースは、第２の導電型の基板と、基板上の第２の導電型のエピタキシャル層とを含み、前記アバランシェフォトダイオードセルは、前記エピタキシャル層内に位置するアバランシェフォトダイオードカソード領域を含み、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域は第１の導電型を有し、前記第１の導電型と第２の導電型は逆の導電型であり、前記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードは、前記エピタキシャル層上に位置し且つ前記遮光導電材料を覆う誘電体層と、前記誘電体層上に位置する金属層と、をさらに含み、ここで、前記金属層とアバランシェフォトダイオードカソード領域との間にカソードコンタクトホールが形成され、前記金属層とポリシリコンクエンチング抵抗との間にクエンチング抵抗コンタクトホールが形成され、前記カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホールに第１の導電材料が充填され、前記金属層の一部の構造が前記カソードコンタクトホールおよび前記クエンチング抵抗コンタクトホールにおける第１の導電材料に電気的に接続され、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の上方には、外部光を光入射窓から前記アバランシェフォトダイオードカソード領域に入射させるための光入射窓が形成される。
【0027】
そのうちの一実施例では、カソードコンタクトホールは、前記光入射窓の一側に位置する第１のコンタクトホールと、他側に位置する第２のコンタクトホールと、を含む。
【0028】
そのうちの一実施例では、前記アバランシェフォトダイオードセルは、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の両側に位置する第２の導電型ウェル領域と、前記エピタキシャル層内に位置し且つ前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の下方に位置する第２の導電型埋め込み層と、をさらに含み、ここで、前記エピタキシャル層のドーピング濃度は前記基板および第２の導電型埋め込み層のドーピング濃度より小さい。
【0029】
そのうちの一実施例では、アバランシェフォトダイオードセルは、前記エピタキシャル層内に位置する環状のドーピング領域をさらに含み、前記環状のドーピング領域は、前記アバランシェフォトダイオードカソード領域の両側の第２の導電型ウェル領域の内側に位置し、前記環状のドーピング領域は第１の導電型を有する。
【図面の簡単な説明】
【0030】
本発明の実施例または従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下は実施例または従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明し、明らかなように、以下の説明における図面は本発明の一部の実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な仕事なしで、添付図面に基づいて他の図面を得ることができる。
【0031】
【図1】一実施例におけるクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法のフローチャートである。
【図3】例示的なクエンチング抵抗を組み込んだＳＰＡＤの構造概略図である。
【図4】例示的なＳＰＡＤおよびクエンチング抵抗の回路原理図である。
【図5】別の実施例におけるクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0032】
本発明を理解しやすくするために、以下は関連図面を参照し、本発明をより詳細に説明する。図面には、本発明の好ましい実施例が示されている。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実現されてもよく、本明細書に記載された実施例に限定されない。むしろ、これらの実施例は、本発明の開示内容をより完全に網羅する目的で提供される。
【0033】
別段の定義がある限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。本発明の明細書に使用される用語は、特定の実施例を説明することのみを目的としており、本発明を限定するために使用されるものではない。本明細書において用いられる用語「および／または」は、１つまたは複数の関連する項目の任意の組み合わせおよび全ての組み合わせを含む。
【0034】
要素または層が他の要素または層「…の上にある」、「…に隣接する」、「に接続される」または「に結合される」と呼ばれる場合、他の要素または層の上に直接あるか、それに直接隣接するか、他の要素または層に直接接続または結合されるか、または介在する要素または層が存在してもよいことを理解しなければならない。逆に、ある要素が他の要素または層「…の上に直接ある」、「…に直接隣接する」、「に直接接続される」または「に直接結合される」と呼ばれる場合、介在する要素または層が存在しない。第１、第２、第３等の用語を用いて様々な要素、部材、領域、層および／または部分を説明することができるが、これらの要素、部材、領域、層および／または部分はこれらの用語に限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は単に１つの要素、部材、領域、層または部分と他の要素、部材、領域、層または部分を区別するためにのみ用いられる。したがって、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、以下に検討する第１の要素、部材、領域、層または部分は、第２の要素、部材、領域、層または部分として示されてもよい。
【0035】
空間的関係の用語例えば「…下にある」、「…の下方にある」、「下の」、「…の下にある」、「…の上にある」、「上の」等は、ここで説明の便宜上使用して図に示された１つの要素または特徴と他の要素または特徴との関係を説明するために用いられる。なお、図示された方向以外、空間的な用語の意図は、使用時と操作時とで異なる配向をさらに含んでもよい。例えば、図における素子がひっくり返った場合、「他の要素の下方にある」または「その下にある」または「その下に位置する」と記載されている要素または特徴は、他の要素または特徴の「上」として配向される。したがって、例示的な「…の下方にある」および「…の下にある」という用語は、上下の２つの配向を含んでもよい。素子は、さらに配向されてもよく（９０度または他の配向）、本明細書で使用される空間記述語は、それに応じて解釈される。
【0036】
なお、本明細書で使用される用語は、本発明を限定するものではなく、具体的な実施例のみを説明するために用いられる。ここで、単数形の「一」、「１つの」および「前記／当該」は、文脈が明らかに示さない限り、複数形を含むことを意図する。用語「構成」および／または「含む」は、本明細書で使用する場合、前記特徴、整数、ステップ、操作、要素および／または部材の存在を決定するが、１つまたはそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、部材および／またはグループの存在または追加を排除するものではない。ここで使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙項目の任意の組み合わせおよび全ての組み合わせを含む。
【0037】
以下、本発明の好適な実施例（およびその中間構造）の概略的な断面図を参照しながら本発明の実施例について説明する。このようにすれば、例えば製造技術および／または公差による形状の変化を予想することができる。したがって、本発明の実施例は、ここで示した領域の特定の形状に限定されるべきではなく、例えば製造による形状のばらつきを含むものである。例えば、矩形状に表示された注入領域は、注入領域から非注入領域への二次元的な変化ではなく、その縁部に丸いまたは湾曲した特徴および／または注入濃度勾配を有することが多い。同様に、注入により形成された埋め込み領域により、当該埋め込み領域と注入時に通過する表面との間の領域にも注入が発生する場合がある。したがって、図面に表示される領域は実質的に模式的なものであり、それらの形状は素子の領域の実際の形状を示すことを意図するものではなく且つ本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【0038】
本明細書に使用される半導体分野の語彙は当業者に一般的な技術語彙であり、例えばＰ型とＮ型不純物に対し、ドーピング濃度を区別するため、簡易的にＰ＋型を高ドーピング濃度のＰ型に代表し、Ｐ型を中ドーピング濃度のＰ型に代表し、Ｐ－型を低ドーピング濃度のＰ型に代表し、Ｎ＋型を高ドーピング濃度のＮ型に代表し、Ｎ型を中ドーピング濃度のＮ型に代表し、Ｎ－型を低ドーピング濃度のＮ型に代表する。
【0039】
例示的なＳＰＡＤプロセスではＡＰＤサブセルを隔離する必要があるため、タングステンプラグＤＴＩプロセスを導入する必要がある。まず、ポリシリコンクエンチング抵抗を製造すると、ポリシリコンがまずＤＴＩ内に充填され、後続のステップにおいて、タングステンがＤＴＩに充填できないことを引き起こす。従って、例示的なＳＰＡＤは、最初に金属タングステン、次にポリシリコンの製造プロセスを採用する。一方、半導体ｆａｂはＣＭＯＳプロセス等の生産ラインにおいて、ポリシリコン堆積は前段製造プロセスに属し、タングステンプラグ等の金属プロセスは後段製造プロセスに属し、タングステンプラグプロセスを行った後、ウエハは前段のポリシリコン堆積製造プロセスに戻って作業することが困難であり、したがって例示的なＳＰＡＤプロセスは従来のＣＭＯＳプロセスの規制ルールに反し、すなわちＣＭＯＳプロセスと互換性がない。
【0040】
図３は例示的なＳＰＡＤ素子の構造概略図であり、ＡＰＤセル全体の周囲は、ＤＴＩアイソレーションタングステンプラグで他のセルから隔離される。素子のカソードにおいて、誘電体酸化層上に浮かぶポリシリコンストリップ抵抗（クエンチング抵抗）を作製し、金属層を介してクエンチング抵抗と接続し、素子のカソードリードは、このクエンチング抵抗の他端において金属層を介して接続する。当該素子構造は、ＤＴＩトレンチが形成された後、直ちにトレンチ内側壁の酸化層の製造を行い、それと同時にクエンチング抵抗が位置する表面の隔離媒体の製造を完了し、続いてＤＴＩ内のタングステンプラグの製造を完了しなければならない。それは、先にクエンチング抵抗のポリシリコンを製造すると、ポリシリコンが先にＤＴＩに充填され、後続のタングステンが充填できないことを引き起こすからである。従って、当該ＳＰＡＤ素子は、最初に金属、次に多結晶の製造プロセスを採用し、ＣＭＯＳプロセスと互換性がない。
【0041】
本発明は主に汎用半導体工場の生産ライン動作方式に向け、従来のクエンチング抵抗を組み込んだＳＰＡＤ素子の構造および製造方法を最適化し、それを汎用半導体工場の生産ラインに適応させる。
【0042】
図１は一実施例におけるクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法のフローチャートであり、ステップＳ１１０～Ｓ１６０を含む。
【0043】
Ｓ１１０において、ウエハを取得する。
【0044】
ウエハは、ベース２１０と、ベース２１０内に形成されたアバランシェフォトダイオードセルと、を含み、すなわち、ステップＳ１２０の前に先にＡＰＤの基本構造の製造を完了することができる。図２ａに示す実施例では、アバランシェフォトダイオードセルは第２の導電型埋め込み層２２２と、第２の導電型ウェル領域２２４と、アバランシェフォトダイオードカソード領域２３２と、環状のドーピング領域２３４とを含む。本発明の一実施例では、ベース２１０は、基板と、基板上のエピタキシャル層と、を含み、基板はシリコン基板であり、エピタキシャル層はシリコンエピタキシャル層である。第２の導電型埋め込み層２２２、第２の導電型ウェル領域２２４、アバランシェフォトダイオードカソード領域２３２および環状のドーピング領域２３４はエピタキシャル層内に設けられ、第２の導電型ウェル領域２２４はアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２の両側に位置し、第２の導電型埋め込み層２２２はアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２の下方に位置し、環状のドーピング領域２３４はアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２の両側の第２の導電型ウェル領域２２４の内側に位置する。基板およびエピタキシャル層は第２の導電型を有し、アバランシェフォトダイオードカソード領域２３２および環状のドーピング領域２３４は第１の導電型を有する。本発明の一実施例では、第１の導電型はＮ型であり、第２の導電型はＰ型である。本発明のほかの実施例では、第１の導電型がＰ型で、第２の導電型がＮ型であってもよい。
【0045】
Ｓ１２０において、ベースの正面をパターニングしてエッチングし、クエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチを形成する。
【0046】
隔離トレンチ２１３の幅はクエンチング抵抗トレンチ２１１の幅より大きい。本発明の一実施例では、ステップＳ１２０の前に、さらにベース２１０の正面に透光性窒化シリコン層２４０を形成する（すなわち、エピタキシャル層上に透光性窒化シリコン層２４０を形成する）ステップと、透光性窒化シリコン層２４０にハードマスク２５２を形成するステップと、を含む。
【0047】
図２ｂおよび図２ｃを参照し、本発明の一実施例では、第１のマスクを用いてハードマスク２５２上にフォトリソグラフィを行い、ハードマスク２５２上のフォトレジスト２９２内にクエンチング抵抗トレンチエッチング窓２９１および隔離トレンチエッチング窓２９３を形成する。ここで、隔離トレンチエッチング窓２９３の幅はクエンチング抵抗トレンチエッチング窓２９１の幅より大きく、続いて、クエンチング抵抗トレンチエッチング窓２９１および隔離トレンチエッチング窓２９３によりハードマスク２５２、透光性窒化シリコン層２４０およびベース２１０をエッチングし、クエンチング抵抗トレンチ２１１および隔離トレンチ２１３を形成し、すなわち、クエンチング抵抗トレンチ２１１および隔離トレンチ２１３は同一のプロセスで形成される。隔離トレンチエッチング窓２９３の幅がクエンチング抵抗トレンチエッチング窓２９１の幅より大きいため、エッチングの負荷効果（ｌｏａｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）に基づいて、隔離トレンチ２１３のエッチング速度はクエンチング抵抗トレンチ２１１のエッチング速度より大きくなるため、隔離トレンチ２１３の深さはクエンチング抵抗トレンチ２１１の深さより大きい。クエンチング抵抗トレンチ２１１の幅および深さを制御することによりクエンチング抵抗の抵抗値を調整することができるが、必要な隔離効果を得るために隔離トレンチ２１３の深さを確保する必要がある。本発明の一実施例では、隔離トレンチ２１３の深さはエピタキシャル層の厚さ以上であり、すなわち、隔離トレンチ２１３の底部は基板まで延在する。ハードマスク２５２は基板、エピタキシャル層および透光性窒化シリコン層２４０と異なる材質を採用し、本発明の一実施例では、ハードマスク２５２の材質はシリコンの酸化物であり、例えばシリカである。ステップＳ１２０が完了した後、フォトレジスト２９２を除去する。
【0048】
Ｓ１３０において、クエンチング抵抗トレンチの内面に絶縁層を形成する。
【0049】
本発明の一実施例では、ステップＳ１３０の前に、クエンチング抵抗トレンチ２１１の内面および隔離トレンチ２１３の内面に対して酸化処理を行うステップをさらに含む。当該酸化処理により犠牲酸化層が形成される。その後、当該犠牲酸化層を湿式除去すると共に、ハードマスク２５２を除去し、図２ｄに示す構造を得る。その後、図２ｅに示すように、クエンチング抵抗トレンチ２１１の内面および隔離トレンチ２１３の内面に低温熱酸化して絶縁層２５４として酸化層を成長させる。
【0050】
Ｓ１４０において、ベースの正面にポリシリコンを堆積し、ポリシリコンをクエンチング抵抗トレンチおよび隔離トレンチに充填する。
【0051】
ポリシリコンをクエンチング抵抗トレンチ２１１内に充填してクエンチング抵抗トレンチ２１１を塞ぐと共に、ポリシリコンを隔離トレンチ２１３内に充填するが、隔離トレンチ２１３を塞がない。後続のステップは、隔離トレンチ２１３に遮光導電材料を充填する必要があるため、隔離トレンチ２１３の幅がクエンチング抵抗トレンチ２１１の幅より顕著に大きい必要があり、それにより、クエンチング抵抗トレンチ２１１がポリシリコンにより塞がれる（またはクエンチング抵抗トレンチ２１１が満杯に充填される）前提で、隔離トレンチ２１３はポリシリコンにより塞がれない。図２ｆを参照し、ポリシリコンはエピタキシャル層に堆積され、クエンチング抵抗トレンチ２１１（図２ｆに示せず）および隔離トレンチ２１３（図２ｆに示せず）内に充填される。クエンチング抵抗トレンチ２１１が満杯に充填されると、隔離トレンチ２１３が幅広いため、ポリシリコンは、隔離トレンチ２１３を塞ぐことなく、隔離トレンチ２１３の内面に形成される。クエンチング抵抗トレンチ２１１内のポリシリコン２６０は後続にポリシリコンクエンチング抵抗とする。隔離トレンチ２１３の深さをクエンチング抵抗トレンチ２１１の深さより遥かに深く設計することは、クエンチング抵抗トレンチによるアバランシェ領域電界への影響を遮蔽することができる。
【0052】
本発明の一実施例では、ポリシリコン２６０をドーピングすることにより、ポリシリコンクエンチング抵抗の抵抗率を調整することができる。ポリシリコンクエンチング抵抗の抵抗値の主な調整方式は、イオン注入により抵抗率を調整し、クエンチング抵抗トレンチ２１１の幅および全長をレイアウト計画することである。
【0053】
Ｓ１５０において、隔離トレンチにおける露出構造に対して酸化処理を行う。
【0054】
図２ｇを参照し、隔離トレンチ２１３の露出構造はポリシリコン２６０であるため、ポリシリコン２６０が酸化される。隔離トレンチ２１３（図２ｇに図示せず）中のポリシリコンを酸化すると共に、エピタキシャル層上のポリシリコン（すなわちベース正面のポリシリコン）も酸化され、絶縁層２５６を得る。クエンチング抵抗トレンチ２１１にはポリシリコンが満杯に充填されるため、クエンチング抵抗トレンチ２１１内のポリシリコン２６０は表面のみが酸化され、残りはポリシリコンクエンチング抵抗として残ることができる。隔離トレンチ２１３の内面にベース２１０の材料が露出していると、ベース２１０のシリコンは、ステップＳ１５０において酸化されて絶縁材料となる。
【0055】
Ｓ１６０において、隔離トレンチに遮光導電材料を充填する。
【0056】
遮光導電材料は光子を隔離する必要があるため、その光透過率は基板、エピタキシャル層および絶縁層２５６の光透過率より低いべきである。本発明の一実施例では、遮光導電材料の光透過率はシリコンおよびシリカの光透過率より低い。図２ｈに示す実施例では、遮光導電材料はタングステンプラグ２７０である。本発明の一実施例では、ベースの正面に金属タングステンを堆積し、続いてタングステンをエッチバックする方法によりタングステンプラグ２７０を形成してもよい。
【0057】
本発明の一実施例では、絶縁層２５４、絶縁層２５６およびタングステンプラグ２７０は共にＤＴＩ構造を構成し、ここで、タングステンプラグ２７０は所望の電位（例えば低電位）をＤＴＩに導入することができ、セル（例えばアバランシェフォトダイオードセル）間のクロストークをよりよく阻止する。
【0058】
上記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法は、クエンチング抵抗トレンチ２１１においてポリシリコンクエンチング抵抗を形成する。隔離トレンチ２１３の幅がクエンチング抵抗トレンチ２１１の幅より大きいため、クエンチング抵抗トレンチ２１１内にポリシリコン２６０が満杯に充填される場合では、隔離トレンチ２１３内に後で遮光導電材料を充填するためのスペースを残すことができる。隔離トレンチ２１３内のポリシリコンは、ステップ５１０において絶縁層２５６として酸化されるが、クエンチング抵抗トレンチ２１１にはポリシリコン２６０が満杯に充填されるため、隔離トレンチ２１３内のポリシリコンを酸化するときにクエンチング抵抗トレンチ２１１内のポリシリコン２６０は表面のみが酸化され、クエンチング抵抗トレンチ２１１内のポリシリコン２６０はポリシリコンクエンチング抵抗として残ることができる。要約すると、上記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法は、まずポリシリコンクエンチング抵抗を堆積し、そして遮光導電材料を堆積することを実現でき、ＣＭＯプロセスと交換性があり、大部分の半導体工場製造プロセスに適用する。一方、クエンチング抵抗トレンチ２１１と隔離トレンチ２１３は１枚のマスクを共用できるため、クエンチング抵抗の製造に１枚のマスクを単独で用いる必要がなく、製造コストを削減することができる。
【0059】
図５を参照し、本発明の一実施例では、ステップＳ１６０の後、ステップＳ１７０～Ｓ１９０をさらに含む。
【0060】
Ｓ１７０において、ベースの正面に遮光導電材料を覆う誘電体層を形成する。
【0061】
図２ｉを参照し、誘電体層２５８は酸化シリコン層であってもよく、例えば、熱化学気相成長（ｔｈｅｒｍａｌ ＣＶＤ）製造プロセスまたは高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）製造プロセスを利用して形成されたドーピングまたはノンドーピング酸化シリコンの材料層であり、例えばノンドーピングシリコンガラス（ＵＳＧ）、リンシリコンガラス（ＰＳＧ）またはホウ素リンシリコンガラス（ＢＰＳＧ）である。
【0062】
Ｓ１８０において、カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホールを形成する。
【0063】
図２ｊを参照し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、カソードコンタクトホール（第１のコンタクトホール２６４および第２のコンタクトホール２６６を含む）およびクエンチング抵抗コンタクトホール２６２を形成する。具体的には、誘電体層２５８にフォトレジストを塗布し、続いてコンタクトホールマスクを用いてフォトレジストを露光し、そして現像して第１のコンタクトホール２６４、第２のコンタクトホール２６６およびクエンチング抵抗コンタクトホール２６２のエッチング窓を得、さらにこれらのエッチング窓により誘電体層２５８、絶縁層２５６および透光性窒化シリコン層２４０をエッチングし、第１のコンタクトホール２６４、第２のコンタクトホール２６６およびクエンチング抵抗コンタクトホール２６２を得る。カソードコンタクトホール（第１のコンタクトホール２６４および第２のコンタクトホール２６６を含む）の底部はアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２まで延在し、クエンチング抵抗コンタクトホール２６２の底部はポリシリコン２６０まで延在する。その後、図２ｋを参照し、第１のコンタクトホール２６４、第２のコンタクトホール２６６およびクエンチング抵抗コンタクトホール２６２内に導電材料を充填する。導電材料は当業者によく知られた任意の適切な導電材料であってもよく、金属材料を含むがそれに限定されず、そのうち、前記金属材料はＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、ＷおよびＡｌのうちの一種または数種を含んでもよい。本発明の一実施例では、導電材料は金属タングステンを含む。誘電体層２５８上の余分な導電性材料を化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスで除去してもよい。
【0064】
Ｓ１９０において、誘電体層上に金属層を形成する。
【0065】
表面金属相互接続プロセス（ｔｏｐ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔａｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ、すなわち、誘電体層２５８上に金属を堆積し、続いてフォトリソグラフィおよびエッチングを行う）により金属層２８０を形成する。図２ｌを参照し、金属層２８０の一部の構造がカソードコンタクトホール（第１のコンタクトホール２６４）における導電材料およびクエンチング抵抗コンタクトホール２６２における導電材料に電気的に接続される。
【0066】
本発明の一実施例では、図２ｍを参照し、ステップＳ１９０の後、誘電体層２５８および金属層２８０にパッシベーション層２８２を堆積するステップをさらに含む。その後、パッシベーション層に対する孔開けとエッチングを行い、アバランシェフォトダイオードカソード領域２３２の一部の領域の上方の絶縁層２５６および誘電体層２５８を除去し、外部光が光入射窓２０１からアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２に入射できるように透光性窒化シリコン層２４０に光入射窓２０１を形成する。第１のコンタクトホール２６４および第２のコンタクトホール２６６は入射窓２０１の両側に位置する。
【0067】
本発明の一実施例では、基板の裏面に金属電極層を形成するステップをさらに含む。当該金属電極層をＰ＋基板の金属コネクタとする。
【0068】
本発明は、クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードを対応的に提供し、それは前述したいずれかの実施例に記載のクエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造方法で製造される。図２ｎを参照し、本発明の一実施例では、クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードはベース２１０と、ベース２１０におけるアバランシェフォトダイオードセルと、を含む。ベース２１０内には、クエンチング抵抗トレンチ、およびアバランシェフォトダイオードセルとクエンチング抵抗トレンチの外側に位置する隔離トレンチがさらに形成され、隔離トレンチの幅はクエンチング抵抗トレンチの幅より大きい。クエンチング抵抗トレンチの内面および隔離トレンチの内面に絶縁層２５４が形成される。クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードは、クエンチング抵抗トレンチ内に位置するポリシリコンクエンチング抵抗（すなわちポリシリコン２６０）と、隔離トレンチ内に位置する遮光導電材料（図２ｎに示す実施例では、遮光導電材料はタングステンプラグ２７０である）と、をさらに含む。図２ｎに示す実施例では、タングステンプラグ２７０と隔離トレンチにおける絶縁層２５４との間にさらに絶縁層２５６が形成され、隔離トレンチにおける絶縁層２５４、絶縁層２５６およびタングステンプラグ２７０は共同でディープトレンチ隔離（ＤＴＩ）構造を構成し、アバランシェフォトダイオードセルおよびクエンチング抵抗を隔離する。ここで、タングステンプラグ２７０は所望の電位（例えば低電位）をＤＴＩに導入することができ、セル（例えばアバランシェフォトダイオードセル）間のクロストークをよりよく阻止する。
【0069】
上記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードでは、ポリシリコンクエンチング抵抗はクエンチング抵抗トレンチ内に形成され、且つクエンチング抵抗トレンチの幅は隔離トレンチの幅より小さいため、クエンチング抵抗の製造に１枚のマスクを単独で用いる必要がなく（クエンチング抵抗トレンチと隔離トレンチは１枚のマスクを共用する）、製造コストを削減する。上記クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードの製造はＣＭＯプロセスと交換性がある。
【0070】
本発明の一実施例では、ベース２１０は、第２の導電型の基板と、基板上の第２の導電型のエピタキシャル層と、を含む。アバランシェフォトダイオードセルは、エピタキシャル層内に位置するアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２を含み、アバランシェフォトダイオードカソード領域２３２は第１の導電型を有する。本発明の一実施例では、第１の導電型はＮ型であり、第２の導電型はＰ型である。本発明の一実施例では、クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードは、誘電体層２５８および金属層２８０をさらに含み、誘電体層２５８はエピタキシャル層上に位置し且つ遮光導電材料（すなわちタングステンプラグ２７０）を覆い、金属層２８０は誘電体層２５８上に位置する。金属層２８０とアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２との間にカソードコンタクトホール（第１のコンタクトホール２６４および第２のコンタクトホール２６６を含む）が形成され、金属層２８０とポリシリコンクエンチング抵抗（すなわちポリシリコン２６０）との間にクエンチング抵抗コンタクトホール２６２が形成される。カソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホール２６２内に導電材料が充填され、金属層２８０の一部の構造がカソードコンタクトホールおよびクエンチング抵抗コンタクトホール２６２における導電材料に電気的に接続される。アバランシェフォトダイオードカソード領域２３２の上方に光入射窓２０１が形成され、外部光は光入射窓２０１からアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２に入射することができる。第１のコンタクトホール２６４および第２のコンタクトホール２６６は入射窓２０１の両側に形成される。
【0071】
本発明の一実施例では、クエンチング抵抗を組み込んだ単一光子アバランシェダイオードは、第２の導電型ウェル領域２２４および第２の導電型埋め込み層２２２をさらに含む。第２の導電型ウェル領域２２４はアバランシェフォトダイオードカソード領域２３２の両側に位置し、第２の導電型埋め込み層２２２はエピタキシャル層内、アバランシェフォトダイオードカソード領域２３２の下方に位置する。本発明の一実施例では、エピタキシャル層のドーピング濃度は、基板および第２の導電型埋め込み層２２２のドーピング濃度より小さい。
【0072】
本発明の一実施例では、アバランシェフォトダイオードセルは、エピタキシャル層内に位置する環状のドーピング領域２３４をさらに含む。環状のドーピング領域は、アバランシェフォトダイオードカソード領域２３２の両側の第２の導電型ウェル領域２２４の内側に位置し、環状のドーピング領域２３４は第１の導電型を有する。
【0073】
本発明の一実施例では、エピタキシャル層と絶縁層２５６との間にさらに透光性窒化シリコン層２４０が設けられる。
【0074】
本発明の一実施例では、隔離トレンチの深さはクエンチング抵抗トレンチの深さより大きい。
【0075】
本発明の一実施例では、基板の裏面にはさらに、金属電極層がＰ＋基板の金属コネクタとして形成される。
【0076】
本発明のフローチャートの各ステップは、矢印で示すように順番に表示されているが、これらのステップは、必ずしも矢印で示す順序で順番に実行されるとは限らないことを理解されたい。本明細書に明確な説明がない限り、これらのステップの実行には厳密な順序はなく、これらのステップは他の順序で実行されてもよい。また、本発明のフローチャートにおける少なくとも一部のステップは、複数のステップまたは複数のステージを含んでもよく、これらのステップまたはステージは、必ずしも同時に実行されるとは限らないが、異なる時刻に実行されてもよく、これらのステップまたはステージの実行順序は、必ずしも順番に実行されるとは限らないが、他のステップまたは他のステップにおけるステップまたはステージの少なくとも一部と順番にまたは交互に実行されてもよい。
【0077】
本明細書の説明において、「いくつかの実施例」、「他の実施例」、「好ましい実施例」等の用語を参照する説明は、当該実施例や例を組み合わせて説明された具体的な特徴、構造、材料または特性が、本発明の少なくとも１つの実施例や例に含まれることを意味する。本明細書では、上記の用語に対する概略的な説明は、必ずしも同じ実施例や例を指すとは限らない。
【0078】
上記実施例の各技術的特徴は任意に組み合わせることができ、説明を簡潔にするために、上記の実施例における各技術的特徴のすべての可能な組み合わせは記載されておらず、ただし、これらの技術的特徴の組み合わせに矛盾がない限り、それは本明細書に記載の範囲と見なされるべきである。
【0079】
上記実施例は本発明のいくつかの実施形態を示しただけであり、その説明は具体的かつ詳細なものであり、本発明の特許範囲を限定するものとして理解されるべきではない。当業者にとって、本発明の趣旨から逸脱することなく、いくつかの修正および改善を行うことができ、これらはすべて本発明の保護範囲に含まれることを指摘しておかなければならない。したがって、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲を基準とすべきである。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図2d】
【図2e】
【図2f】
【図2g】
【図2h】
【図2i】
【図2j】
【図2k】
【図2l】
【図2m】
【図2n】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】