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TW201906188A - 具有保護對抗週遭背光的半導體光偵測器裝置 - Google Patents

具有保護對抗週遭背光的半導體光偵測器裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種半導體光偵測器裝置，包括：第一型電傳導性的半導體材料的基底(1)、相反的第二型電傳導性的磊晶層(2)、該第一型電傳導性的另一磊晶層(3)、以及光偵測器(4)。該磊晶層用作由該光偵測器的相對背側入射光線所產生電荷載子(e-/h+)的遮蔽層。

Description

具有保護對抗週遭背光的半導體光偵測器裝置
本發明是關於一種光偵測二極體，尤指一種具有保護對抗週遭背光的半導體光偵測器裝置。
US 5,162,887已揭示一種埋入型P-N接面式的光偵測二極體，其具有被嵌入於第一P型摻雜磊晶層及第二P型摻雜磊晶層之間的高N型摻雜區，該第一及第二P型摻雜磊晶層成長於高P型摻雜的基底上。該高N型摻雜區的接觸由另一N型摻雜區及重N型摻雜的接觸區所提供，該另一N型摻雜區由該裝置的表面延伸至該高N型摻雜區，而該重N型摻雜的接觸區在該裝置的該表面處的該另一N型摻雜區內。該光偵測二極體相容於雙極性電晶體及互補式金屬氧化物半導體製程。
在包括極薄基底的光偵測器裝置中，不想要的背側照射會在該基底中、該光偵測器的該主動區下方產生自由載子。這些電荷載子會部分往該主動區飄移，並因此使得該輸出訊號失真。光敏裝置通常藉由包含非透明塗層及該塗層的圖案化的額外製程步驟，來予以保護以對 抗不想要的光線。
US 2012/0248560 A1揭示一種影像感測器，其包括：半導體基底、在該基底的上部分中的複數個分離的光偵測組件、以及形成於該光偵測組件之間的該基底的下部分中的背側保護圖案。
本發明之目的在於揭露一種半導體光偵測器裝置，其可有效地被保護免於由週遭光線所造成的不必要照射。
此目的是由根據申請專利範圍第1項或申請專利範圍第8項的該半導體光偵測器裝置所完成。實施例裝置是來自附屬申請專利範圍。
提供遮蔽層作為磊晶半導體層結構的一部分。於關閉狀態下，這些層當作pnp雙載子接面電晶體。即使於任何加工製程發生之前，該遮蔽層是於易碎裂薄膜之前就已產生的。因此，無須於易碎裂的薄基底(膜)上，沉積非透明屏蔽塗層、微影或圖案轉換，且顯著的降低了製造過程中對於主動區的機械性損害的風險。
該半導體光偵測器裝置包括：第一型電傳導性的半導體材料的基底；該基底上的磊晶層；該磊晶層上的另一磊晶層，以致於該磊晶層是設置於該基底及該另一磊晶層之間；以及設置於該基底中或該另一磊晶層中的一個光偵測器或複數個光偵測器。該磊晶層被摻雜成第二型電傳導性，該第二型電傳導性相對於該第一型電傳導性。 該另一磊晶層被摻雜成該第一型電傳導性。
尤其是，相較於該另一磊晶層，該基底可被較高地摻雜為第一型電傳導性。該第一型電傳導性可以是P型電傳導性，而該第二型電傳導性可以是N型電傳導性，反之亦然。
在一種半導體光偵測器裝置的實施例，該光偵測器或複數個光偵測器是設置於該另外磊晶層中。
在另一實施例中，電導體將該基底、該磊晶層及該另一磊晶層短路。
另一實施例包括溝渠，在該磊晶層及該另一磊晶層中，該溝渠到達該基底。該溝渠中的鍍金屬形成將該基底、該磊晶層及該另一磊晶層短路的該電導體。可採用該第一型電傳導性的導電多晶矽的填充，以取代該鍍金屬。
在本發明的另一方面，該半導體光偵測器裝置包括：半導體材料的基底，該基底被摻雜成第一型電傳導性；該基底上的磊晶層，該磊晶層被摻雜成第二型電傳導性，該第二型電傳導性相對於該第一型電傳導性；該磊晶層上的另一磊晶層，該另一磊晶層被摻雜成該第一型電傳導性，該磊晶層設置於該基底和該另一磊晶層之間；以及該另一磊晶層的功能區域，該功能區域包括一個光偵測器或複數個光偵測器及積體電路。
在該裝置的實施例中，相較於該另一磊晶層，該基底具有較高摻雜。在另一實施例中，該第一型電 傳導性可特定是P型電傳導性，而該第二型電傳導性可特定是N型電傳導性。
在另外實施例中，溝渠形成於該磊晶層及該另一磊晶層之中，該溝渠到達該基底。電導體是設置於該溝渠，以將該基底、該磊晶層及該另一磊晶層短路。
1‧‧‧基底
2‧‧‧磊晶層
3‧‧‧另一磊晶層
4‧‧‧功能區域
5‧‧‧前表面
6‧‧‧背側
7‧‧‧溝渠
7'‧‧‧溝渠
8‧‧‧電導體
9‧‧‧電導體
e-‧‧‧電荷載子
h+‧‧‧電荷載子
根據附圖第1圖，下列是該半導體光偵測器裝置的範例及詳細敘述，該圖為半導體光偵測器裝置的截面，其包括磊晶遮蔽層。
附圖第1圖是半導體材料(例如：矽)的基底1上的半導體光偵測器裝置的截面。該基底1是被摻雜、並且尤其是可被重摻雜成為第一型電傳導性，該第一型電傳導性可以特定是p型導電性。
磊晶層2是經由磊晶生長合適的半導體材料而形成在基底1上，該半導體材料尤其可以是與該基底1的半導體材料相同種類的半導體材料，特別是矽。該磊晶層2被摻雜成第二型電傳導性，其相對於該第一型電傳導性。若該第一型電傳導性是P型電傳導性，則該第二型電傳導性便是N型電傳導性。這些電傳導性的型態在第1圖中以示例的方式表示。相對的，導電類型可以被顛倒改變。
另一磊晶層3是經由磊晶生長合適的半導體材料而形成於磊晶層2上，該半導體材料尤其可以是與 基底1的半導體材料相同種類的半導體材料，特別是矽。該另一磊晶層3被摻雜成該第一型電傳導性。
該另一磊晶層3的功能區域4設置有光偵測器，該光偵測器可以是例如光二極體或具有多個光偵測器，其可以形成例如用於圖像檢測的陣列，並且具有積體電路的組件。例如，該積體電路可以是互補式金氧半電路。該積體電路可以設置佈線，特別是包括嵌入金屬間電介質中的金屬層佈線，該金屬層可以設置在該另一磊晶層3的前表面5上。
該功能區域4可包括容納不同的組件的隔離部分。該功能區域4中所提供的該組件可包括光偵測器裝置的任何傳統的常規組件。該功能區域4的具體細節與本發明並無相關性，而無需於此敘述。
如第1圖的範例所述，該基底1及該磊晶層2、3的組成次序形成雙載子接面電晶體的結構，其為一個PNP雙載子接面電晶體。待檢測的入射光線於該前表面5上並到達該光偵測器及該積體電路4的區域，且不通過該磊晶層2。
在第1圖中，由箭頭示意並表示光線的吸收及由該背側6入射的光線所產生的電子-電洞對(e-/h+)。該磊晶層2於其邊界處阻擋所產生的載子，而避免該載子飄移進入該功能區域4。
該磊晶層2及該另一磊晶層3可以經由形成溝渠7、7'及設置電導體8、9於該溝渠7、7'中而被短 路和接地，該溝渠7、7'貫穿該另一磊晶層3及該磊晶層2並到達該基底1。經由此電導結構，所產生的載子e-/h+將被移除。該溝渠7、7'可在該另一磊晶層3及該磊晶層2的該半導體材料中被蝕刻，直至到達該基底為止。
如第1圖中之位置a所示，該電導體可以是電導多晶矽8。該溝渠7可由該多晶矽8全部或部分所填滿。該電導體可改為鍍金屬(metallization)9。這樣的鍍金屬可藉由化學氣相沉積(CVD)所實施，例如，尤其是依據於金屬介電層製程中的通孔並沉積鎢。該溝渠7'可藉由該鍍金屬9完全被填充。相反的，如第1圖中之位置b所示，該鍍金屬9可塗佈於該溝渠7'的側壁及底部上的一層。如第1圖中之位置a及b所示，該溝渠7、7'中之一即可滿足，但溝渠7、7'均可以替代的存在及提供電導體。
在該半導體光偵測器裝置的另一實施例中，功能區域包括可被設置於該基底1中的光偵測器或複數個光偵測器及/或積體電路。該功能區域的該組件的設置可被改分為介於該基底1及該另一磊晶區域3之間。特別是，例如，光偵測二極體可設置於該另一磊晶區域3中，及於該基底1中的該積體電路。在各案例中，該磊晶層2阻擋該載子的擴散，這是由於不必要的入射光線是來自於該光偵測器或複數個光偵測器的相對側。
所提出的遮蔽層結構使得光偵測器裝置的操作得到實質性改進，該光偵測器裝置暴露於環境中的不必要的光照射。

Claims (10)

  1. 一種半導體光偵測器裝置，包括：第一型電傳導性的半導體材料的基底(1)；磊晶層(2)，在該基底上，該磊晶層被摻雜成第二型電傳導性，該第二型電傳導性相對於該第一型電傳導性，另一磊晶層(3)位於該磊晶層(2)上，該另一磊晶層(3)被摻雜成該第一型電傳導性，該磊晶層(2)設置於該基底(1)及該另一磊晶層(3)之間；以及一個光偵測器或複數個光偵測器(4)，設置於該基底(1)中或於該另一磊晶層(3)中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體光偵測器裝置，其中，該光偵測器或複數個光偵測器(4)設置於該另一磊晶層(3)中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的半導體光偵測器裝置，復包括：電導體(8、9)，將該基底(1)、該磊晶層(2)及該另一磊晶層(3)短路。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的半導體光偵測器裝置，復包括：溝渠(7、7')，在該磊晶層(2)及該另一磊晶層(3)中，該溝渠(7、7')到達該基底(1)；以及鍍金屬，在該溝渠中形成該導電體。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的半導體光偵測器裝置，復包括： 溝渠(7、7')，在該磊晶層(2)及該另一磊晶層(3)中，該溝渠(7、7')到達該基底(1)，以及該第一型電傳導性的導電多晶矽(8)的填充，在該溝渠(7、7')形成該電導體。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述的半導體光偵測器裝置，其中，該基底(1)比該另一磊晶層(3)為較高摻雜該第一型電傳導性。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述的半導體光偵測器裝置，其中，該第一型電傳導性是P型電傳導性，以及該第二型電傳導性是N型電傳導性。
  8. 一種半導體光偵測器裝置，包括：半導體材料的基底(1)，該基底(1)被摻雜成第一型電傳導性，磊晶層(2)在該基底(1)上，該磊晶層(2)被摻雜成第二型電傳導性，該第二型電傳導性相對於該第一型電傳導性；另一磊晶層(3)在該磊晶層(2)上，該另一磊晶層(3)被摻雜成該第一型電傳導性，該磊晶層(2)設置於該基底(1)及該另一磊晶層(3)之間；以及該另一磊晶層(3)的功能區域(4)，該功能區域(4)包括一個光偵測器或複數個光偵測器及積體電路。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的半導體光偵測器裝置，其中， 該基底(1)相較於該另一磊晶層(3)具有較高的摻雜，該第一型電傳導性是P型電傳導性，以及該第二型電傳導性是N型電傳導性。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述的半導體光偵測器裝置，復包括：溝渠(7、7')，在該磊晶層(2)及該另一磊晶層(3)中，該溝渠(7、7')到達該基底(1)；以及電導體(8、9)，在該溝渠(7、7')中，該電導體(8、9)將該基底(1)、該磊晶層(2)及該另一磊晶層(3)短路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162887A (en) 1988-10-31 1992-11-10 Texas Instruments Incorporated Buried junction photodiode
JP2001284568A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Sharp Corp 固体撮像装置
JP3976185B2 (ja) * 2001-10-31 2007-09-12 シャープ株式会社 受光素子、回路内蔵受光素子および光ピックアップ
US7110028B1 (en) * 2002-08-13 2006-09-19 Foveon, Inc. Electronic shutter using buried layers and active pixel sensor and array employing same
KR100555526B1 (ko) * 2003-11-12 2006-03-03 삼성전자주식회사 포토 다이오드 및 그 제조방법
US7205584B2 (en) * 2003-12-22 2007-04-17 Micron Technology, Inc. Image sensor for reduced dark current
US20070045668A1 (en) * 2005-08-26 2007-03-01 Micron Technology, Inc. Vertical anti-blooming control and cross-talk reduction for imagers
US20080138926A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-12 Lavine James P Two epitaxial layers to reduce crosstalk in an image sensor
US7388187B1 (en) * 2007-03-06 2008-06-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Cross-talk reduction through deep pixel well implant for image sensors
JP4979513B2 (ja) * 2007-08-22 2012-07-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及びその製造方法
US7875918B2 (en) * 2009-04-24 2011-01-25 Omnivision Technologies, Inc. Multilayer image sensor pixel structure for reducing crosstalk
US8492865B2 (en) * 2009-09-24 2013-07-23 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with contact dummy pixels
TWI426603B (zh) * 2010-12-01 2014-02-11 Himax Imaging Inc 互補式金屬氧化物半導體影像感測器之電洞型超深光二極體及其製程方法
KR20120110377A (ko) 2011-03-29 2012-10-10 삼성전자주식회사 이미지 센서
US8633095B2 (en) * 2011-06-30 2014-01-21 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with voltage compensation structure
US10163959B2 (en) * 2015-11-16 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor and method for manufacturing the same
US9806117B2 (en) * 2016-03-15 2017-10-31 Omnivision Technologies, Inc. Biased deep trench isolation

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Publication number Publication date
US20200251520A1 (en) 2020-08-06
TWI782031B (zh) 2022-11-01
US11145686B2 (en) 2021-10-12
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