光電傳感器組件及用於提供光電傳感器組件的方法

2023-05-27 13:40:01

專利名稱：光電傳感器組件及用於提供光電傳感器組件的方法
技術領域：
本文描述的主旨涉及半導體器件，例如光電ニ極管和光電傳感器。
背景技術：
ー些已知的成像系統包括光敏檢測器，其接收例如χ射線等入射輻射來生成圖像。該輻射由該檢測器中的光電ニ極管接收並且轉換成電荷或信號。該電荷或信號的幅度可以代表該入射輻射的衰減量並且可以用於生成圖像。為了給圖像提供相對高的解析度，檢測器中的光電ニ極管可需要彼此相對接近地安置。光電ニ極管可能產生不代表由個體光電ニ極管接收的輻射的電信號。這些信號稱為電串擾。該串擾可以採用電子和電子空穴(例如，檢測器的半導體結構中的晶格點處的電子空缺)的形式漂移通過光電ニ極管陣列。該串擾可從光電ニ極管陣列的一個單元漂移到相同的光電ニ極管陣列內的另ー個附近的單元並且響應於接收入射輻射而更改由光電ニ 極管產生的電荷或信號。因此，由光電ニ極管生成的圖像可負面地受到串擾的影響。一些檢測器包括大量用η+摻雜劑(例如磷⑵)摻雜以便使襯底更具傳導性的半導體襯底的區域。這些區域試圖通過將串擾的電子從光電ニ極管陣列傳導出以防止串擾在光電ニ極管陣列的単元之間漂移。然而，η+摻雜區的使用可能減小從檢測器去除的串擾的量。例如，η+摻雜區可使串擾的一部分(例如串擾的電子空穴)反射回到光電ニ極管単元， 而不是將電子空穴從檢測器傳導出。因此，串擾中的至少ー些可繼續漂移到光電ニ極管並且降低圖像質量。

發明內容
在一個實施例中，提供光電ニ極管組件。該組件包括半導體襯底、光電ニ極管單元、接地擴散區和保護帶。該光電ニ極管單元設置在該襯底中並且包括用第一類型摻雜劑摻雜的該襯底的第一體積。該接地擴散區設置在該襯底中並且包括用第二類型摻雜劑(其相對於該第一類型摻雜劑具有相反的電荷)摻雜的該襯底的第二體積。該保護帶設置在該襯底中並且至少部分圍繞該光電ニ極管単元的外圍延伸。該保護帶包括用該第一類型摻雜劑摻雜的該襯底的第三體積。該接地擴散區或該保護帶中的至少ー個與接地參考傳導地耦合以傳導從該光電ニ極管単元漂移通過該襯底的電子或空穴中的ー個或多個。該保護帶設置成比該接地擴散區更接近光電ニ極管単元。在另ー個實施例中，提供用於提供光電ニ極管組件的方法。該方法包括將第一類型摻雜劑擴散進入襯底的第一體積來形成光電ニ極管單元以及在襯底中通過將第二類型摻雜劑擴散進入襯底而形成接地擴散區。該第一和第二類型摻雜劑是帶相反電荷的摻雜劑。該方法還包括在襯底中形成保護帶，其至少部分圍繞該光電ニ極管単元的外圍延伸。該保護帶通過將該第一類型摻雜劑擴散進入襯底的收集區而形成並且設置成比該接地擴散區更接近該光電ニ極管單元。該接地擴散區或該保護帶中的至少ー個與接地參考傳導地耦合以傳導從該光電ニ極管単元漂移通過襯底的電子或空穴中的ー個或多個。
在另ー個實施例中，提供另ー個光電ニ極管組件。該組件包括半導體襯底、光電ニ 極管單元陣列、保護帶和接地擴散區。該光電ニ極管單元陣列設置在該襯底中並且包括用第一類型摻雜劑摻雜的襯底的間隔開的體積。該保護帶設置在襯底中的光電ニ極管単元之間並且包括用該第一類型摻雜劑摻雜的襯底的共同摻雜體積。該接地擴散區設置在襯底中且比保護帶更遠離光電ニ極管単元並且用不同於該第一類型摻雜劑的第二類型摻雜劑摻雜。該保護帶配置成傳導從光電ニ極管単元漂移通過襯底到接地參考的電子或空穴中的至少ー個，並且該接地擴散區配置成傳導電子或空穴中的另ー個，其從光電ニ極管単元漂移通過襯底到接地參考。


目前公開的主旨將參照附圖從閱讀非限制性實施例的下列說明中更好理解，其中圖1是光電ニ極管組件的一部分的一個實施例的透視圖。圖2是在圖1中示出的光電ニ極管組件的剖視圖。圖3是光電ニ極管組件的另ー個實施例的頂視圖。圖4是光電ニ極管組件在圖3中沿著線4-4的剖視圖。圖5是根據另ー個實施例的光電ニ極管組件的頂視圖。圖6是光電ニ極管組件在圖5中沿著線6-6的剖視圖。圖7是根據另ー個實施例的光電ニ極管組件的頂視圖。圖8是光電ニ極管組件在圖8中沿著線8-8的剖視圖。圖9是根據另ー個實施例的光電ニ極管組件的頂視圖。圖10是光電ニ極管組件在圖9中沿著線10-10的剖視圖。圖11是對於用於提供光電ニ極管組件的方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式如本文使用的，以單數列舉的並且具有單詞「一」在前的元件或步驟應該理解為不排除複數個所述元件或步驟，除非這樣的排除明確地規定。此外，對本發明的「一個實施例」 的引用不排除也包含列舉的特徵的另外的實施例的存在。除非對相反情況的明確規定，「包括」或「具有」具有特定性質的元件或多個元件的實施例可包括不具有該性質的另外的這樣的元件。本文描述的主旨涉及在成像系統中使用的光電傳感器組件。這些光電傳感器組件可用於基於入射輻射生成圖像。例如，這些光電傳感器組件可與計算機斷層攝影(CT)系統一起使用以將入射輻射轉換成圖像。備選地，這些光電傳感器組件可與安全系統一起使用以將入射輻射轉換成圖像或以檢測物體的存在，例如入侵者的存在。然而，不是本文描述的所有實施例都限於CT系統或安全系統。將輻射轉換成電信號用於形成圖像或為了其他目的的其他系統或設備可包括本文描述的ー個或多個實施例。光電傳感器組件包括襯底，其具有設置在其中的光電ニ極管単元，該光電ニ極管單元將入射輻射轉換成用於形成圖像的電信號或電荷。摻雜劑沿著襯底的內部(例如，在一個實施例中不沿著外邊界)擴散進入光電ニ極管単元之間的襯底中以形成保護帶和接地擴散區。這些保護帶和接地擴散區在光電ニ極管組件中提供以防止或減少在ー個光電ニ 極管單元中或其附近產生的電子和/或空穴漂移到另ー個相鄰的光電ニ極管単元。電子和 /或空穴的這樣的漂移否則可改變由相鄰的光電ニ極管單元產生的信號或電荷。當接地擴散區可以朝保護帶排斥空穴吋，保護帶可吸引和/或接受從光電ニ極管単元漂移的空穴。接地擴散區可以吸引和/或接受從光電ニ極管單元漂移的電子。保護帶和接地擴散區可互相傳導地耦合併且接地擴散區可與電接地參考傳導地耦合。例如，保護帶和接地擴散區可傳導地耦合於公共電極或總線。在電子和空穴到達附近的或相鄰的光電 ニ極管單元之前，保護帶和接地擴散區將電子和空穴傳導到接地參考。在一個實施例中，保護帶可包括用與光電ニ極管単元相同的摻雜劑或相同類型的摻雜劑摻雜的襯底的空穴收集區(「共同摻雜區」)。接地擴散區可包括用不同的摻雜劑或不同類型的摻雜劑摻雜的襯底的電子收集區(「不同摻雜區」)。例如，如果光電ニ極管單元由η摻雜的半導體襯底的ρ-或ρ+摻雜區形成，則接地擴散區可由收集或接受漂移通過襯底作為串擾的電組成部分的電子空穴(或襯底的半導體晶格中的電子的空缺)的半導體襯底的η或η+摻雜區形成。空穴和/或電子被傳導通過保護帶和/或接地擴散區到電氣接地參考並且被防止漂移到另ー個光電ニ極管単元。圖1是光電ニ極管組件100的一部分的一個實施例的透視圖。圖2是在圖1中示出的光電ニ極管組件100的剖視圖。該光電ニ極管組件100是輻射檢測裝置，其可以用作圖像檢測器，例如對於CT成像系統或安全系統的檢測器。例如，該光電ニ極管組件100可在該光電ニ極管組件100的光輸入側104上接受入射輻射102，例如來自光閃爍體的X射線或光以及衰減的χ射線(用於將物體成像)。該光電ニ極管組件100包括光電ニ極管單元108陣列106。這些光電ニ極管単元108響應於撞擊該光電ニ極管組件100的輻射102 的光子而產生電信號或電荷。可讀出或檢查這些信號或電荷以基於入射在光電ニ極管組件 100上各種光電ニ極管單元108處的輻射102的強度或幅度產生圖像。例如，這些光電ニ極管単元108可以與讀出電極200 (在圖2中示出)傳導地耦合，這些讀出電極200與傳導總線202(在圖2中示出)傳導地耦合。總線202將這些信號或電荷運送到計算裝置或處理器，其基於這些信號或電荷產生圖像。光電ニ極管組件100包括由一個或多個半導體材料形成的半導體襯底110。僅通過示例，襯底110的半導體材料可包括矽(Si)、砷化鍺(GeAs)、碲化鎘(CdTe)、碲化鋅鎘 (CdSiTe或CZT)等。襯底110可以是本徵半導體材料，其不用任何帶電摻雜劑摻雜，例如受體或P型摻雜劑(例如，硼(B))，或供體或η型摻雜劑(例如，磷(P))。備選地，襯底110 可用帶相反電荷的P或η型摻雜劑中的ー個摻雜。光電ニ極管単元108可通過將ー個或多個摻雜劑沉積和/或擴散(在本文中統稱為「擴散」)進入在圖1中示出的區域中的襯底Iio而形成。例如，P或η型摻雜劑可通過襯底110的背面112擴散進入襯底110來形成光電ニ極管単元108。備選地，摻雜劑可通過襯底110的相対的光輸入側104擴散進入襯底110來形成光電ニ極管単元108。在ー個實施例中，襯底110用η型摻雜劑(例如磷(P))摻雜，並且光電ニ極管単元108通過將帶相反電荷的P型摻雜劑(例如硼(B))擴散進入襯底110而形成。備選地，光電ニ極管単元 108可通過蝕刻襯底110以形成空隙並且用摻雜的半導體材料填充這些空隙來形成光電ニ 極管單元108而形成。摻雜劑擴散進入襯底110形成摻雜劑結，例如ρ/η摻雜劑結(例如，當P型摻雜劑擴散進入η摻雜的襯底110吋)和/或η/ρ摻雜劑結(例如，當η型摻雜劑擴散進入P摻雜的襯底110吋)。摻雜劑可採用多種深度擴散進入襯底110來形成光電ニ極管単元108。僅通過示例，摻雜劑可從襯底Iio的背面112擴散進入襯底110到大約0. 05微米和大約50微米之間的深度。光電ニ極管単元108示出為方形。備選地，光電ニ極管単元108可具有除了其他形狀以外的不同的形狀，例如六邊形，八邊形，三角形，圓、橢圓、平行四邊形。光電ニ極管組件100包括至少部分圍繞光電ニ極管単元108的外圍延伸的保護帶 114。例如，如在圖1中示出的，這些保護帶114可採用規則間隔的網格設置並且沿著正交或垂直方向設置在相鄰的光電ニ極管単元108之間。保護帶114可以通過將例如ρ或η型摻雜劑的摻雜劑擴散進入襯底110而形成。備選地，保護帶114可通過在襯底110中蝕刻溝槽並且在襯底110中沉積摻雜的半導體而形成。在一個實施例中，保護帶114通過擴散用於形成光電ニ極管単元108的相同類型的摻雜劑而形成。例如，在η摻雜的襯底110中， 光電ニ極管単元108和保護帶114通過將ρ型摻雜劑擴散進入襯底110而形成。擴散摻雜劑以形成保護帶114在襯底110中創建摻雜劑結，例如ρ/η和/或η/ρ摻雜劑結。摻雜劑可採用多種深度擴散進入襯底110來形成保護帶114。僅通過示例，摻雜劑可從襯底110的膜側112擴散進入襯底110到大約0. 20微米和大約50微米之間的深度。保護帶114減少在相鄰的光電ニ極管単元108(例如，鄰近的単元)之間傳導或漂移的電串擾的量。在一個實施例中，保護帶114與信號接地參考116傳導地耦合。例如，保護帶114可與一個或多個傳導接地電極118(其與該信號接地參考116傳導地耦合)聯接。 到達保護帶的電串擾被運送到接地參考使得串擾沒有傳導到相鄰的光電ニ極管単元108。 例如，光電ニ極管単元108的半導體材料中的沒有從光電ニ極管單元108讀出作為圖像信號的電子和/或空穴可通過襯底110從光電ニ極管單元108漂移出。電子和/或空穴可連續移動通過襯底110的晶格結構直到電子和/或空穴到達保護帶114並且傳導到接地參考 116。備選地，保護帶114中的一個或多個可與能調整的電壓源120(例如電池、直流電源或向保護帶114施加能調整的偏置電壓的其他電流源)傳導地耦合。該偏置電壓可以手動或自動變化或改變。該偏置電壓可以施加於保護帶114以抵消或消除從光電ニ極管單元 108漂移到保護帶114的電子和/或空穴。例如，該偏置電壓可改變保護帶114的有效電荷或電勢。改變保護帶114的有效電荷或電勢可更改保護帶114的有效深度和/或寬度。 例如，施加負電勢或電壓於保護帶114可使保護帶114吸引更少的空穴並且由此有效地減小保護帶114的有效深度和/或寬度。相反地，施加正電勢或電壓於保護帶114可使保護帶114吸引更多的空穴並且由此增加保護帶114的有效深度和/或寬度。例如，如果由光電ニ極管単元108產生的電串擾大約是+10毫伏，則可由電壓源120向保護帶114供應大約-10毫伏的抵消偏置電壓來抵消和/或中和到達保護帶114的電串擾。在一個實施例中，光電ニ極管組件100包括在襯底110的入射側104上的背面鈍化層122。該鈍化層122是使襯底100化學和/或電鈍化的層。例如，該鈍化層122可擴散到襯底110上來防止汙染物通過入射側104擴散進入襯底110、防止襯底110和在入射側104處的其他化學物種之間的化學反應以及/或防止入射側104和另ー個物體之間的傳導接觸。該鈍化層122可擴散為ニ氧化矽(SiO2)和/或氮化矽(Si3N4)或另ー個化學和/或電鈍化物質的層。該鈍化層122還可增強光子傳輸用於在光電ニ極管単元108中收集光子。該鈍化層122的厚度可以是大約0.01微米至大約5微米。備選地，可使用更小或更大的厚度。還可使用ニ氧化矽和氮化矽的組合。圖3至10圖示光電ニ極管組件的若干實施例的底視圖和剖視圖。在圖3至10中示出的實施例可與在圖1和2中示出的光電ニ極管組件100相似地操作。例如，光電傳感器組件包括將入射輻射轉換成電信號或電荷(其被讀出以產生圖像)的光電ニ極管単元。 光電傳感器組件包括保護帶和接地擴散區，其減少或消除電子和/或空穴在相鄰的光電ニ 極管單元之間的漂移。光電傳感器組件可包括比在圖中示出的更大數量的光電ニ極管、保護帶和/或接地擴散區。圖3是光電ニ極管組件300的一部分的一個實施例的頂視圖。圖4是該光電ニ極管組件300的該部分在圖3中沿著線4-4的剖視圖。該光電ニ極管組件300包括半導體襯底302，例如ρ摻雜、η摻雜或本徵矽(Si)襯底。在一個實施例中，襯底302是η摻雜半導體襯底。備選地，襯底302可由另ー個半導體材料形成。襯底302包括光電ニ極管単元304，其將入射輻射轉換成電信號或電荷。這些光電ニ極管単元304可採用光電ニ極管単元304的規則間隔陣列設置。這些光電ニ極管単元 304包括襯底302的摻雜體積306或由摻雜體積306形成。在一個實施例中，襯底302的體積306可摻雜以在襯底302中形成摻雜劑結，其中這些摻雜劑結形成光電ニ極管単元304。 在一個實施例中，光電ニ極管単元304通過將例如硼(B)等ρ型摻雜劑擴散進入襯底302 的體積306來形成ρ/η結而形成。在另ー個實施例中，光電ニ極管単元304通過將另ー個受體或P型摻雜劑擴散進入襯底302而形成。備選地，光電ニ極管単元304可通過從襯底 302去除體積306(例如通過蝕刻)並且將摻雜的半導體沉積進入體積306而形成。在另ー 個實施例中，光電ニ極管単元304通過將η型摻雜劑擴散進入襯底302而形成。儘管未在圖4中示出，與光電ニ極管単元108(在圖1中示出)相似地，光電ニ極管単元304可與讀出總線傳導地耦合以允許獲得由光電ニ極管単元304產生的信號或電荷並且允許這些信號或電荷用於生成圖像。光電ニ極管単元304可以彼此相對接近地安置以提高使用光電ニ極管組件300獲得的圖像的解析度。分離距離320可以代表光電ニ極管單元304與彼此的空間分離。在一個實施例中，相鄰的光電ニ極管単元304之間的該分離距離320不大於250微米或9. 8密耳。在另ー個實施例中，該分離距離320不大於150微米或5. 9密耳。備選地，該分離距離320不大於30微米或1.2密耳。同樣預想其他分離距離 320。光電ニ極管組件300包括至少部分圍繞個體光電ニ極管単元304的外圍延伸的細長保護帶308。保護帶308包括共同摻雜的收集區312、314。如本文使用，術語「共同摻雜」 用於識別用與光電ニ極管単元相同類型的摻雜劑或相同摻雜劑摻雜的襯底的部分或體積。 通過示例，如果光電ニ極管單元304通過用ρ型或受體摻雜劑(例如硼(B))摻雜襯底302 的體積形成，則用硼(B)或用另ー個ρ型或受體摻雜劑摻雜的襯底302的其他體積可稱為共同摻雜體積或區。另ー方面，用磷(P)或用另ー個η型或供體摻雜劑摻雜的襯底的體積可稱為不同摻雜體積或區。根據ー個實施例，保護帶包括襯底的共同摻雜區。收集區312可稱為水平區並且收集區314可稱為垂直區。另外，如本文使用的，術語「水平」和「垂直」僅僅指示襯底中的不同擴散區的取向並且不意在限制公開的主旨的全部實施例。例如，收集區312、314可在其他方向上取向。儘管收集區312、314在圖示的實施例中關於彼此垂直取向，備選地，收集區312、314可關於彼此傾斜取向(例如，在除了九十度以外的角度取向)。例如，收集區312、314可關於彼此在橫向或非平行角度取向。在圖示的實施例中，共同摻雜收集區312、314互相分離。在圖示的實施例中，垂直收集區314沿著第一方向3 設置在相鄰的光電二極體單元304之間並且水平收集區312沿著第二正交或垂直方向3 設置在相鄰的光電二極體單元304之間。如在圖3中示出的，收集區312、314間隔開使得收集區312、314互相不直接耦合(例如區312、314沒有互相鄰接)。保護帶308的收集區312、314包括襯底302的摻雜體積310或由摻雜體積310形成。襯底302的體積310用η或ρ型摻雜劑摻雜以在襯底302中形成摻雜劑結，其中這些摻雜劑結形成收集區312、314。在一個實施例中，形成收集區312、314的保護帶308的個體和單獨段通過擴散與光電二極體單元304相同類型的摻雜劑而創建。例如，光電二極體單元304、水平收集段312和垂直收集段314可通過將例如硼(B)等ρ型摻雜劑摻雜進入襯底302的體積306和體積310而形成。備選地，收集段312、314可通過從襯底302中去除體積310 (例如通過蝕刻)並且將摻雜的半導體擴散進入體積310而形成。在圖示的實施例中，接地擴散區318設置在光電二極體單元304的角落處或附近。例如，接地擴散區318可沿著關於方向3沈、3觀成傾斜角度的方向設置在相鄰的光電二極體單元304之間。在圖3中示出的實施例(其中保護帶308具有方形)中，接地擴散區318可位於這些方形的角落處，這些方形由保護帶308近似形成，其中收集區312、314形成方形保護帶308的邊。備選地，保護帶308可具有不同的形狀，例如六邊形，八邊形，三角形，圓、橢圓、平行四邊形等。接地擴散區318包括用η或ρ型摻雜劑摻雜的襯底302的體積或由這樣的體積形成。在一個實施例中，接地擴散區318代表在襯底302中形成摻雜劑結的襯底302的摻雜體積。接地擴散區318可使用與光電二極體單元304和/或收集區312、314的帶相反電荷的摻雜劑形成。例如，接地擴散區318可由襯底302的η摻雜體積形成，而光電二極體單元304和收集區312、314由襯底302的ρ摻雜體積形成。與保護帶114(在圖1中示出)相似，保護帶308可與保護帶114(在圖1中示出)相似地與接地參考傳導地耦合。例如，接地擴散區318可與信號接地參考耦合併且收集區312,314可與接地擴散區318聯接。備選地，接地擴散區318和收集區312、314都可聯接於公共傳導接地電極。收集區312、314可通過將收集區312、314和接地擴散區318擴散成互相鄰近而與接地擴散區318耦合。備選地或另外，可提供傳導體或總線，其通過將這些區312、314、318之間的連接金屬化來使收集區312、314與擴散區318接觸。電串擾(例如，電子和/或空穴)可由光電二極體單元304產生。串擾的空穴可漂移到收集區312、314和/或接地擴散區318。在一個實施例中，空穴被吸引到收集區312、314但被接地擴散區318排斥。被接地擴散區318排斥可引導空穴中的至少一些朝向收集區。串擾的電子可漂移到接地擴散區318。空穴傳導通過收集區312、314到接地擴散區318以及然後到電氣接地參考，從而傳導到接地參考。電子傳導通過接地擴散區318到接地參考，從而傳導到接地參考。在圖示的實施例中，襯底302在保護帶308與光電二極體單元304之間延伸並且將保護帶308與光電二極體單元304分離，且沒有任何其他擴散區或結設置在光電二極體單元304和保護帶308之間。例如，襯底302可從光電二極體單元304的外圍連續延伸到設置在光電二極體單元304和相鄰的光電二極體單元304之間的保護帶308的收集區312、314。通過「連續延伸」，襯底302可設置在光電二極體單元304和保護帶308之間使得光電二極體單元304和保護帶308 (其使光電二極體單元304與相鄰的光電二極體單元304分離)之間的襯底302中沒有摻雜區、摻雜劑結和/或蝕刻的體積。襯底302可從光電二極體單元304延伸到保護帶308且其中沒有中斷或不包含另外的摻雜體積。使光電二極體單元304與保護帶308分離並且從光電二極體單元304延伸到保護帶308的襯底302的體積或區段稱為襯底302的分離區316。電串擾可從光電二極體單元304穿過分離區316到保護帶308並且由保護帶308傳導到信號接地參考。保護帶308的寬度可以變化以改變有多少由光電二極體單元304產生的串擾信號由保護帶308捕獲並且傳導到信號接地參考。例如，寬度尺寸322可代表在襯底302的膜側3M處的保護帶308的水平和/或垂直收集區312、314的橫向寬度或大小。增加寬度尺寸322可允許保護帶308相對於更小的寬度尺寸322捕獲更大的串擾信號(例如，具有更大量的能量的串擾信號)。在一個實施例中，寬度尺寸322不大於100微米或3. 9密耳。在另一個實施例中，寬度尺寸322不大於50微米或2. 0密耳。備選地，寬度尺寸322不大於1微米或0. 04密耳。接地擴散區318的大小相似地可調整以使傳導到信號接地參考的串擾信號的幅度變化。圖5是根據另一個實施例的光電二極體組件500的一部分的頂視圖。圖6是該光電二極體組件500在圖5中沿著線6-6的剖視圖。與光電二極體組件100(在圖1中示出)相似，光電二極體組件500包括半導體襯底502，例如ρ摻雜、η摻雜或本徵半導體襯底。在一個實施例中，襯底502是η摻雜矽(Si)襯底。襯底502包括光電二極體單元504，其包括用η或ρ型摻雜劑摻雜的襯底502的體積506或由體積506形成。在一個實施例中，光電二極體單元504由襯底502的ρ摻雜體積506形成。與光電二極體單元108(在圖1中示出)相似地，光電二極體單元504可與讀出總線傳導地耦合以允許獲得由光電二極體單元504產生的信號或電荷並且允許這些信號或電荷用於生成圖像。光電二極體組件500包括環繞保護帶508，其至少部分圍繞個體光電二極體單元504的外緣延伸。在圖示的實施例中，保護帶508圍繞光電二極體單元504的外圍連續延伸。在一個實施例中，保護帶508包括襯底502的共同摻雜體積。例如，保護帶508可包括用與光電二極體單元504相同摻雜劑或相同類型的摻雜劑摻雜的襯底502的體積510或由體積510形成。共同摻雜體積可稱為收集區。保護帶508可包圍光電二極體單元504使得保護帶508設置在相鄰的光電二極體單元504之間。在圖示的實施例中，保護帶508包括共同摻雜收集區512和共同摻雜互連區516。收集區512、514包括水平和垂直收集區512、514，其可由用於創建光電二極體單元504的相同類型的摻雜劑形成。例如，光電二極體單元504和收集區512、514可通過將例如硼(B)等ρ型摻雜劑擴散進入襯底502形成，而接地擴散區518通過將例如磷(P)等η型摻雜劑擴散進入襯底502形成。襯底502包括接地擴散區518，其包括用相對於用於創建光電二極體單元540和/或收集和互連區512、514、516的摻雜劑不同或帶相反電荷的摻雜劑摻雜的襯底520的體積。例如，接地擴散區518可通過將η型摻雜劑(例如磷)擴散進入襯底502形成。接地擴散區518可與電氣接地參考傳導地耦合。例如，一個或多個傳導接地電極可將接地擴散區518與接地參考傳導地耦合。與光電二極體組件300(在圖3中示出)相比之下，保護帶508的收集區512、514互相耦合。例如，收集區512、514通過保護帶508的互連區516而互相耦合使得收集區512、514和互連區516形成圍繞光電二極體單元504的連續體。互連區516可以是聯接水平和垂直收集區512、514的水平和/或垂直收集區512、514的延伸。如在圖5中示出的，在一個實施例中，互連區516耦合收集區512、514使得水平、垂直和互連區512、514、516完全環繞接地擴散區(如在圖5中示出的)。與在圖3中示出的光電二極體組件300相似，襯底502在保護帶508與光電二極體單元504之間延伸並且使保護帶508與光電二極體單元504分離。襯底502可從光電二極體單元504的外圍連續延伸到至少部分包圍光電二極體單元504並且使光電二極體單元504與相鄰的光電二極體單元504分離的保護帶508的收集和互連區512、514、516。同樣與光電二極體組件300(在圖3中示出)相似，接地擴散區518可與信號接地參考傳導地耦合。互連區516可與接地擴散區518鄰接或重疊使得接地擴散區518和互連區518之間的界面形成摻雜劑結。來自光電二極體單元504的電串擾信號可傳導通過襯底502到水平和/或垂直收集區512、514。收集區512、514可摻雜以便比襯底502更具傳導性。因此，收集區512、514中的串擾信號可經由互連區516傳導到接地擴散區518。然後接地擴散區518可將串擾信號傳導到接地參考。圖7是根據另一個實施例的光電二極體組件700的一部分的頂視圖。圖8是該光電二極體組件700在圖8中沿著線8-8的的剖視圖。與光電二極體組件100(在圖1中示出)相似，光電二極體組件700包括半導體襯底702，例如ρ摻雜、η摻雜或本徵半導體襯底。在一個實施例中，襯底702是η摻雜矽(Si)襯底。襯底702包括光電二極體單元704，其包括用η或ρ型摻雜劑摻雜的襯底702的體積706或由體積706形成。在一個實施例中，光電二極體單元704由襯底702的ρ摻雜體積706形成。與光電二極體單元108(在圖1中示出)相似地，光電二極體單元704可與讀出總線耦合以允許獲得由光電二極體單元704產生信號或電荷並且允許這些信號或電荷用於生成圖像。光電二極體組件700包括個體單元保護帶708，其至少部分圍繞個體光電二極體單元704的外圍延伸。與保護帶108、308、508 (在圖1、3和5中示出)相似，保護帶708使個體光電二極體單元704互相分離。在圖示的實施例中，保護帶708包括細長共同摻雜收集區712、714。收集區712、714包括水平收集區712和垂直收集區714。如上文描述的，共同摻雜收集區712、714可以通過擴散與用於形成光電二極體單元704的摻雜劑相同的類型或帶電的摻雜劑(例如，P摻雜劑)而形成。光電二極體組件700還包括細長內部接地擴散區716和接地擴散區718。接地擴散區716、718包括用相對於用於形成收集區712、714和/或光電二極體單元704的摻雜劑的不同類型或帶相反電荷的摻雜劑摻雜的襯底702的體積。例如，接地擴散區716、718可形成作為襯底702的η摻雜體積。在一個實施例中，接地擴散區716、718共同與組件700的信號接地參考耦合。如在圖7中示出的，細長內部接地擴散區716互連接地擴散區718使得接地擴散區716、718環繞在圖7中示出的光電二極體單元704的每個。收集區712、714設置在互連區716的對側上。例如，互連區716可設置在一對水平收集區712中的水平收集區712之間以及一對垂直收集區714中的垂直收集區714之間。如在圖7中示出的，每對水平收集區712和每對垂直收集區714包括比互連區716更接近光電二極體單元704設置的一個水平或垂直收集區712、714以及比互連區716更遠離光電二極體單元704設置的一個水平或垂直收集區712、714。在圖示的實施例中，接地擴散區718沿著每個光電二極體單元704的外圍互相間隔開。互連區716可在接地擴散區718之間延伸並且耦合接地擴散區718，接地擴散區718圍繞光電二極體單元704延伸。內部收集區712、714可以在相鄰的接地擴散區718之間延伸並且耦合該相鄰的接地擴散區718。在圖示的實施例中，內部收集區712、714沒有互相聯接。備選地，接地擴散區718可與互連區716、水平收集區712和/或垂直收集區714中的一個或多個去耦合或空間分離。如在圖7中示出的，接地擴散區718和互連區716至少部分環繞光電二極體單元704和內部收集區712、714。例如，內部收集區712、714設置在互連區716和光電二極體單元704之間。襯底702可在保護帶708的水平和垂直收集區712、714與光電二極體單元704之間連續延伸並且使保護帶708的水平和垂直收集區712、714與光電二極體單元704分離。例如，襯底702可從光電二極體單元704的外圍連續延伸到內部收集區712、714，而在它們之間的襯底702內沒有任何其他摻雜區或結設置。內部收集區712、714與互連區716間隔開。例如，襯底702可在水平收集區712與互連區716之間連續延伸並且使該水平收集區712與互連區716分離以及在垂直收集區714與互連區716之間連續延伸並且使該垂直收集區714與互連區716分離。接地擴散區718可與信號接地參考傳導地耦合以傳導從光電二極體單元704漂移到該信號接地參考的電子。保護帶708可與接地擴散區耦合。因此，從光電二極體單元704漂移的空穴可漂移到水平和垂直收集區712、714並且收集在其中。來自光電二極體單元704的串擾信號可通過襯底702傳導到內部水平和/或處置收集區712、714。內部收集區712、714中的這些串擾信號可經由接地擴散區718傳導到信號接地參考。備選地，這些串擾信號中的至少一些可從水平和/或垂直收集區712、714傳導到互連區716，並且從互連區716通過接地擴散區718傳導到信號接地參考。圖9是根據另一個實施例的光電二極體組件900的一部分的頂視圖。圖10是該光電二極體組件900在圖9中沿著線10-10的剖視圖。與光電二極體組件100(在圖1中示出)相似，光電二極體組件900包括半導體襯底902，例如ρ摻雜、η摻雜或本徵半導體襯底。在一個實施例中，襯底902是η摻雜矽(Si)襯底。襯底902包括光電二極體單元904，其包括用η或ρ型摻雜劑摻雜的襯底902的體積906或由體積906形成。在一個實施例中，光電二極體單元904由襯底902的ρ摻雜體積906形成。與光電二極體單元108(在圖1中示出)相似地，光電二極體單元904可與讀出總線傳導地耦合以允許獲得由光電二極體單元904產生的信號或電荷並且允許這些信號或電荷用於生成圖像。光電二極體組件900包括同心保護帶908，其至少部分圍繞個體光電二極體單元904的外圍延伸。與保護帶108、308、508、708(在圖1、3和5和7中示出)相似，保護帶908使個體光電二極體單元704互相分離。在圖示的實施例中，保護帶908包括共同摻雜內部收集區912，其環繞光電二極體單元904。不同摻雜接地擴散區914環繞內部收集區912。備選地，內部收集區912可包括分離、間隙或裂口使得內部收集區912沒有完全環繞光電二極體單元904並且/或接地擴散區914可包括分離、間隙或裂口使得接地擴散區914沒有完全環繞內部收集區912。內部收集區912可由用於創建光電二極體單元904(例如，ρ型摻雜劑)的相同類型的摻雜劑形成，而接地擴散區914可由相反的摻雜劑(例如，η型摻雜劑)形成。如上文描述的，區912、914中的一個或多個可通過將摻雜劑擴散進入襯底902的體積和/或通過蝕刻襯底902並且將摻雜的半導體擴散進入襯底902而形成。在圖示的實施例中，由襯底902將內部收集區912與擴散帶區域914間隔開。例如，襯底902可在內部收集區912與擴散帶區域914之間連續延伸並且使該內部收集區912與擴散帶區域914分離。備選地，內部收集區912中的一個或多個可與擴散帶區域914中的一個或多個鄰接或接觸。襯底902可以在保護帶908與光電二極體單元904之間連續延伸並且使該保護帶908與光電二極體單元904分離。例如，襯底902可從光電二極體單元904的外圍連續延伸到保護帶908的內部收集區912，其中在光電二極體單元904和收集區912之間的襯底902中沒有摻雜劑擴散區或摻雜劑結。在一個實施例中，收集區912和接地擴散區914可與接地參考傳導地耦合以傳導從光電二極體單元904漂移到接地參考的電子和/或空穴。例如，接地擴散帶區域914可與電極(其與信號接地參考耦合)傳導地耦合。收集區912可與接地擴散帶區域914聯接和/或與相同的電極(其將接地擴散帶區域914耦合於接地參考)傳導地耦合。從光電二極體單元904漂移出的空穴可由收集區912收集並且運送到接地參考。從光電二極體單元904漂移出的電子可由接地擴散區914收集並且傳導到接地參考。圖11是用於提供光電二極體組件的方法1100的一個實施例的流程圖。該方法1100可用於製造上文描述的光電傳感器組件100、300、500、700、900(在圖1、3、5、7和9中示出)中的一個或多個。在1102，提供襯底。例如，可提供例如襯底110、302、502、702、902(在圖1、3、5、7和9中示出)中的一個或多個等半導體襯底。在1104，第一摻雜劑擴散進入襯底來形成一個或多個光電二極體單元。例如，ρ型摻雜劑(例如硼(B))可擴散進入襯底來形成光電二極體單元。光電二極體單元可採用規則間隔的網格或陣列設置。在1106，第一摻雜劑擴散進入襯底來形成保護帶的第一部分。例如，第一摻雜劑或與用於形成光電二極體單元的摻雜劑的電荷類型相同的摻雜劑在一個或多個位置(其與光電二極體單元間隔開)擴散進入襯底來形成收集區。第一摻雜劑擴散進入與光電二極體單元間隔開的位置來形成保護帶的第一部分。光電二極體單元和保護帶的第一部分可通過掩蔽襯底並且將第一類型摻雜劑擴散進入不同的區域(其與光電二極體單元和保護帶的第一部分對應)而同時形成。在1108，第二、帶相反電荷的摻雜劑擴散進入襯底來形成襯底的接地擴散區。例如，具有與第一摻雜劑的電荷相反的電荷的第二摻雜劑擴散進入襯底。該第二摻雜劑可以是η型摻雜劑，例如磷(P)。在一個實施例中，該第二摻雜劑在襯底的比保護帶的由第一摻雜劑形成的部分更遠離光電二極體單元的位置中擴散。在1110，光電二極體單元與讀出電極傳導地耦合。例如，光電二極體單元可耦合於電極，其與讀出電子器件傳導地耦合。當入射輻射撞擊光電二極體單元時，這些讀出電子器件可以確定由光電二極體單元形成的電荷的大小或幅度來創建圖像，如上文描述的。在1112，保護帶和接地擴散區與接地參考傳導地耦合。例如，一個或多個電極可耦合於保護帶和/或收集區。這些電極可以在半導體襯底內與接地參考聯接。這些電極與信號接地參考傳導地耦合以便從光電二極體單元運送電串擾到接地參考。例如，保護帶可設置在光電二極體單元之間使得從光電二極體單元漂移的電串擾在其到達相鄰的光電二極體單元之前由保護帶傳導到接地參考。根據一個或多個實施例，公開用於提供光電二極體組件的方法。該方法可用於製造本文公開的並且在圖1至10中示出的光電傳感器組件100、300、500、700、900中的一個或多個。該方法包括提供可用P或η型摻雜劑摻雜的襯底。光電二極體單元通過將摻雜劑擴散進入該襯底而在該襯底中形成。用於形成光電二極體單元的摻雜劑可以是相對於該襯底中的摻雜劑帶相反電荷的摻雜劑。例如，當襯底用η型摻雜劑摻雜時，P型摻雜劑可用於擴散光電二極體單元。方法還包括在襯底中圍繞光電二極體單元形成保護帶。這些保護帶使個體光電二極體單元互相分離。這些保護帶可通過將兩個或以上不同類型的摻雜劑擴散進入襯底而提供。在一個實施例中，這些保護帶通過在相鄰的光電二極體單元之間的襯底中形成共同摻雜和不同摻雜區兩者而提供。例如，這些保護帶可通過採用與光電二極體單元不同的摻雜劑或不同類型的摻雜劑擴散襯底的體積並且通過在不同摻雜區和具有共同摻雜區的光電二極體單元之間擴散襯底的體積而提供。如在圖1-10中示出的，可使用光電二極體單元和保護帶的各種設置和模式。保護帶防止、阻止或明顯減少來自一個光電二極體單元的串擾信號漂移到相鄰的光電二極體單元。保護帶的不同摻雜體積可以與信號接地參考傳導地耦合。保護帶的共同摻雜體積位於光電二極體單元和不同摻雜體積之間。共同摻雜體積可以收集由光電二極體單元產生的串擾信號。這些串擾信號可從共同摻雜體積運送到不同摻雜體積，其中這些串擾信號傳導到信號接地參考。要理解上文的說明意在說明性而非限制性。例如，上文描述的實施例(和/或其的方面)可互相結合使用。另外，可做出許多修改以使特定情況或材料適應本文公開的主旨的教導而沒有偏離它的範圍。儘管本文描述的材料的尺寸和類型意在限定主旨的一個或多個實施例的參數，實施例絕不是限制性的而是示範性的實施例。當回顧上文的說明時，許多其他的實施例對於本領域內技術人員將是明顯的。本文描述的主旨的範圍因此應該參照附上的權利要求與這樣的權利要求擁有的等同物的全範圍而確定。在附上的權利要求中，術語「包含」和「在...中」用作相應術語「包括」和「其中」的易懂語的等同物。此外，在下列權利要求中，術語「第一」、「第二」和「第三」等僅僅用作標籤，並且不意在對它們的對象施加數值要求。此外，下列權利要求的限制沒有採用部件加功能格式書寫並且不意在基於35U. S. C §112的第六段解釋，除非並且直到這樣的權利要求限定明確地使用後跟功能描述而無其他結構的短語「用於...的部件」。該書面說明使用示例以公開各種實施例，其包括最佳模式，並且還使本領域內技術人員能夠實踐各種實施例，包括製作和使用任何裝置或系統和進行任何包含的方法。各種實施例的專利範圍由權利要求限定，並且可包括本領域內技術人員想到的其他示例。這樣的其他示例如果其具有不與權利要求的書面語言不同的結構元件，或者如果其包括與權利要求的書面語言無實質區別的等同結構元件則意在權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種光電ニ極管組件(100、300、500、700、900)，其包括半導體襯底(110、302、502、702、902)；在所述襯底(110、302、502、702、902)中的光電ニ極管單元(108,304,504,704,904), 所述光電ニ極管單元(108、304、504、704、904)包括用第一類型摻雜劑摻雜的所述襯底 (110、302、502、702、902)的第一體積；在所述襯底(110、302、502、702、902)中的接地擴散區(318、518、716、718、914)，所述接地擴散區(318、518、716、718、914)包括用相對於所述第一類型摻雜劑具有相反電荷的第二類型摻雜劑摻雜的所述襯底(110、302、502、702、90幻的第二體積；和在所述襯底(110、302、502、702、90幻中並且至少部分圍繞所述光電ニ極管單元(108、 304、504、704、904)的外圍延伸的保護帶(312、314、512、514、712、714)，所述保護帶(312、 314、512、514、712、714)包括用所述第一類型摻雜劑摻雜的所述襯底(110、302、502、702、 902)的第三體積，所述接地擴散區(318、518、716、718、914)或所述保護帶(312、314、512、 514、712、714)中的至少ー個與接地參考(116)傳導地耦合以傳導從所述光電ニ極管單元 (108、304、504、704、904)漂移通過所述襯底(110、302、502、702、902)的電子或空穴中的一個或多個，其中所述保護帶(312、314、512、514、712、714)比所述接地擴散區(318、518、 716、718、914)更接近所述光電ニ極管單元(108、304、504、704、904)設置。
2.如權利要求1所述的光電ニ極管組件(100、300、500、700、900)，其中所述保護帶 (312、314、512、514、712、714)由所述襯底(110、302、502、702、902)的分離部分(316)與所述光電ニ極管單元(108、304、504、704、904)分離，所述襯底(110、302、502、702、902)的所述分離部分(316)從所述光電ニ極管単元(108、304、504、704、904)連續延伸到所述保護帶 (312、314、512、514、712、714)並且用所述第二類型摻雜劑摻雜。
3.如權利要求1所述的光電ニ極管組件(100、300、500、700、900)，其中所述保護帶 (312、314、512、514、712、714)包括所述襯底(110、302、502、702、902)的關於彼此成非平行角度取向的細長摻雜區。
4.如權利要求1所述的光電ニ極管組件(100、300、500、700、900)，其中所述保護帶 (312、314、512、514、712、714)包括所述襯底(110、302、502、702、902)的圍繞所述光電ニ極管単元(108、304、504、704、904)並且圍繞所述接地擴散區延伸的細長摻雜區。
5.如權利要求1所述的光電ニ極管組件(100、300、500、700、900)，其進ー步包括與所述保護帶(312、314、512、514、712、714)傳導地耦合的能調整的電壓源(120)，所述保護帶 (312、314、512、514、712、714)配置成從所述電壓源(120)接收偏置電壓。
6.用於提供光電ニ極管組件(100、300、500、700、900)的方法(1100)，所述方法(1100) 包括將第一類型摻雜劑擴散進入襯底(110、302、502、702、90幻的第一體積來形成光電ニ 極管單元(108、304、504、704、904)；在所述襯底(110、302、502、702、90幻中通過將第二類型摻雜劑擴散進入所述襯底 (110、302、502、702、902)形成接地擴散區(318、518、716、718、914)，所述第一和第二類型摻雜劑是帶相反電荷的摻雜劑；以及在所述襯底(110、302、502、702、902)中形成保護帶(312、314、512、514、712、714)， 其至少部分圍繞所述光電ニ極管單元(108、304、504、704、904)的外圍延伸，所述保護帶(312、314、512、514、712、714)通過將所述第一類型摻雜劑擴散進入所述襯底(110,302, 502,702,902)的收集區而形成，所述保護帶(312、314、512、514、712、714)比所述接地擴散區(318、518、716、718、914)更接近所述光電ニ極管單元(108、304、504、704、904)設置，其中所述接地擴散區(318、518、716、718、914)或所述保護帶(312、314、512、514、712、714) 中的至少ー個與接地參考(116)傳導地耦合以傳導從所述光電ニ極管單元(108、304、504、 704,904)漂移通過所述襯底(110、302、502、702、90幻的電子或空穴中的ー個或多個。
7.如權利要求6所述的方法(1100)，其中形成所述保護帶(312、314、512、514、712、 714)包括將所述第一類型摻雜劑擴散進入所述襯底(110、302、502、702、90幻的由所述襯底(110、302、502、702、902)的分離部分(316)與所述光電ニ極管單元(108、304、504、704、 904)間隔開的體積，所述襯底(110、302、502、702、902)的分離部分(316)從所述光電ニ極管單元(108、304、504、704、904)連續延伸到所述接地擴散區(318、518、716、718、914)。
8.如權利要求7所述的方法(1100)，其中所述襯底(110、302、502、702、902)的所述分離部分(316)在所述光電ニ極管單元(108、304、504、704、904)和所述保護帶(312、314、 512、514、712、714)之間延伸而不存在所述第二類型摻雜劑或摻雜劑結。
9.如權利要求6所述的方法(1100)，其進ー步包括將所述保護帶(312、314、512、514、 712,714)與能調整的電壓源(120)傳導地耦合，所述保護帶(312、314、512、514、712、714) 配置成從所述電壓源(120)接收偏置電壓。
10.如權利要求6所述的方法(1100)，其中形成所述保護帶(312、314、512、514、712、 714)包括將所述第一類型摻雜劑擴散進入所述襯底(110、302、502、702、90幻的體積，該體積包括所述襯底(110、302、502、702、90幻的關於彼此成非平行角度取向的細長摻雜區，以及將所述第二類型摻雜劑擴散進入所述接地擴散區，其包括與所述細長摻雜區聯接的所述襯底(110、302、502、702、902)的聯接區。
全文摘要
本發明涉及光電傳感器組件及用於提供光電傳感器組件的方法。光電二極體組件包括半導體襯底、光電二極體單元、接地擴散區和保護帶。該光電二極體單元包括襯底的用第一類型摻雜劑摻雜的第一體積。該接地擴散區包括襯底的用第二、相反類型摻雜劑摻雜的第二體積。該保護帶設置在該襯底中並且至少部分圍繞該光電二極體單元的外圍延伸。該保護帶包括襯底的用該第一類型摻雜劑摻雜的第三體積。該接地擴散區或該保護帶中的至少一個與接地參考傳導地耦合以傳導從該光電二極體單元漂移通過該襯底的電子或空穴中的一個或多個。該保護帶可比該接地擴散區更接近該光電二極體設置。
文檔編號H01L27/146GK102569319SQ20111042940
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者F·塞伊德, G·S·澤曼, J·考策爾 申請人:通用電氣公司