光电二极管器件、光电二极管探测器及其制造方法技术

公开了光电二极管器件、光电二极管探测器及其制造方法。根据实施例，一种光电二极管器件可以包括：在衬底的第一表面上生长外延层，其中，该外延层被第一类型轻掺杂，且在衬底中形成与该第一类型轻掺杂的外延层相接触的第一类型重掺杂区；从衬底的与第一表面相对的第二表面一侧，减薄衬底，并露出第一类型重掺杂区；从衬底的第二表面一侧，对第一类型重掺杂区进行构图，以在其中形成沟槽，该沟槽穿透第一类型重掺杂区而进入外延层中，其中，构图后的第一类型重掺杂区充当光电二极管器件的第一电极区域；以及在沟槽底部形成第二类型重掺杂的区域，该区域充当光电二极管器件的第二电极区域。

Photodiode device, photodiode detector, and method of manufacturing the same

Disclosed are a photodiode device, a photodiode detector, and a method of manufacturing the same. According to one embodiment, a photoelectric diode device includes: the growth of epitaxial layer on the first surface of the substrate wherein the epitaxial layer is the first type of lightly doped, the first type of heavily doped region and the formation of epitaxial layer and the first type lightly doped in the substrate contact; from the second surface side of the substrate and the first the relative surface, the substrate is thinned, and exposes the first type heavily doped region; from the second surface side of the substrate, the composition of the first type of heavily doped region, to form a groove in which the groove penetrates the first type heavily doped region into the epitaxial layer, wherein the first type heavily doped region composition after the first act the electrode region photodiode device; and second types of heavily doped region is formed at the bottom of the trench, the area serves as the second electrode area photoelectric diode device.

【技术实现步骤摘要】
光电二极管器件、光电二极管探测器及其制造方法
本公开涉及光电探测器件，具体地，涉及具有改进性能的光电二极管器件及光电二极管探测器及其制造方法。
技术介绍
半导体光电二极管阵列通过入射光(例如，直接入射的光线，或者X射线在闪烁体中产生的可见光线)与半导体中原子发生电离反应，从而产生非平衡载流子来检测入射光的。衡量光电二极管阵列性能的参数包括分辨率、信噪比、读出速度、光响应以及像素间电荷串扰等。例如，X射线经过闪烁体产生的短波长可见光，在硅光器件一侧较浅的深度内产生电子和空穴载流子。这些光生载流子在器件中漂移或扩散而被另一侧的电极所收集，从而产生电信号。由于晶圆中存在缺陷，为避免大部分的光生载流子被缺陷所收集，在制作背入式光电二极管阵列探测器时，常采用较薄的晶圆片，一般为100～150微米。但是，过薄的晶圆片会降低其整体的机械强度，容易发生翘曲和碎片等现象。晶圆片出厂再打磨(以使其减薄)也容易引入颗粒污染，降低入射光收集的量子效率。需要提供新的结构来改进光电二极管器件或光电二极管阵列的至少一部分性能。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种具有改进性能的光电二极管器件及光电二极管探测器及其制造方法。根据本公开的一个方面，提供了一种制造光电二极管器件的方法，包括：在衬底的第一表面上生长外延层，其中，该外延层被第一类型轻掺杂，且在衬底中形成与该第一类型轻掺杂的外延层相接触的第一类型重掺杂区；从衬底的与第一表面相对的第二表面一侧，减薄衬底，并露出第一类型重掺杂区；从衬底的第二表面一侧，对第一类型重掺杂区进行构图，以在其中形成沟槽，该沟槽穿透第一类型重掺杂区而进入外延层中，其中，构图后的第一类型重掺杂区充当光电二极管器件的第一电极区域；以及在沟槽底部形成第二类型重掺杂的区域，该区域充当光电二极管器件的第二电极区域。根据本公开的另一方面，提供了一种光电二极管器件，包括：第一类型重掺杂的衬底，包括彼此相对的第一表面和第二表面，该第一类型重掺杂的衬底充当光电二极管器件的第一电极区域；在衬底的第一表面上生长的外延层，其中，该外延层被第一类型轻掺杂，且衬底中包括沟槽以露出外延层；以及在沟槽内形成的第二类型重掺杂的第二电极区域，其中，该第二电极区域与第一电极区域电隔离。根据本公开的另一方面，提供了一种光电二极管探测器，包括由多个上述光电二极管器件构成的阵列。根据本公开的实施例，一方面，器件的总体厚度可以相对较厚，以保持一定的机械强度；另一方面，第二电极区域可以相对凹入，从而可以改进电荷收集效率。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1A是示出了根据本公开实施例的光电二极管探测器的俯视图；图1B是示出了沿图1A所示的AA′线的截面图；图2A-2J是示出了根据本公开实施例的制造图1A和1B所示的光电二极管探测器的流程中部分阶段的截面图；图3是示出了根据本公开另一实施例的光电二极管探测器的截面图；图4A-4I是示出了根据本公开实施例的制造图3所示的光电二极管探测器的流程中部分阶段的截面图；图4J是示出了根据本公开另一实施例的接触部的截面图；图5是示出了根据本公开另一实施例的光电二极管探测器的截面图；图6A-6I是示出了根据本公开实施例的制造图5所示的光电二极管探测器的流程中部分阶段的截面图；图6J是示出了根据本公开另一实施例的接触部的截面图。贯穿附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。图1A是示出了根据本公开实施例的光电二极管探测器的俯视图，且图1B是示出了沿图1A所示的AA′线的截面图。如图1A和1B所示，根据该实施例的光电二极管探测器100可以包括在半导体基板101上形成的多个光电二极管器件Pix，每个光电二极管器件Pix可以构成光电二极管探测器100的一个像素。半导体基板101可以包括各种合适的半导体材料，例如是单晶片(例如，硅(Si)晶片)或者外延片(在晶片上包括外延层，例如，在Si晶片上包括Si外延层)。半导体基板101包括彼此相对的两个表面：第一表面101-1S和第二表面101-2S。半导体基板101可以掺杂为合适的导电类型，例如第一类型(例如，N型)。在此，根据掺杂浓度的不同，半导体基板101可以包括不同的区域101-1和101-2。例如，在单晶片的情况下，101-a可以是该晶片中相对重掺杂的掺杂区，而101-2可以是该晶片中相对轻掺杂的掺杂区。在外延片的情况下，101-1可以是相对重掺杂的晶片，而101-2可以是在晶片101-1上生长的相对轻掺杂的外延层。第一类型重掺杂区101-1可以充当光电二极管器件Pix的第一电极区域103。另外，在第一表面101-1S一侧，光电二极管器件Pix还可以包括第二电极区域105。在此，第二电极区域105可以被掺杂为与半导体基板101不同的导电类型，例如第二类型(例如，P型)，从而与半导体基板101特别是其中的区域101-2构成PN结。于是，在第一类型为N型且第二类型为P型的情况下，第二电极区域105可以构成光电二极管器件Pix的阳极，而半导体基板101通过第一电极区域103引出从而可以构成光电二极管器件Pix的阴极。根据本公开的实施例，第一电极区域103和第二电极区域105可以重掺杂。但是，由于存在轻掺杂区101-2，从而避免了两个重掺杂区域直接相邻，并因此可以抑制隧穿效应。例如，在单晶片的情况下，半导体基板101的厚度可以为约200-400μm，且第一电极区域103的厚度可以为约10-100μm；另外，在外延片的情况下，外延层101-2的厚度可以为约50-150μm，且第一电极区域103的厚度可以为约10-150μm。第二电极区域105的厚度可以为约0.5-5μm。第一电极区域103与第二电极区域105可以彼此电隔离，例如它们之间的间距可以为约10-100μm。入射光可以从第二表面101-2S处入射到光电二极管器件Pix上。光电二极管器件Pix可以工作于反偏模式。此时，在像素中的光收集有源区(入射面101-2S附近的区域)附近可以形成反偏条件下较宽的空间电荷区。备选地，光电二极管器件Pix也可以工作于零偏模式。此时，在像素中的光收集有源区附近可以形成零偏条件下较窄的内建空间电荷区。可以在第一电极区域103本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造光电二极管器件的方法，包括：在衬底的第一表面上生长外延层，其中，该外延层被第一类型轻掺杂，且在衬底中形成与该第一类型轻掺杂的外延层相接触的第一类型重掺杂区；从衬底的与第一表面相对的第二表面一侧，减薄衬底，并露出第一类型重掺杂区；从衬底的第二表面一侧，对第一类型重掺杂区进行构图，以在其中形成沟槽，该沟槽穿透第一类型重掺杂区而进入外延层中，其中，构图后的第一类型重掺杂区充当光电二极管器件的第一电极区域；以及在沟槽底部形成第二类型重掺杂的区域，该区域充当光电二极管器件的第二电极区域。

【技术特征摘要】
1.一种制造光电二极管器件的方法，包括：在衬底的第一表面上生长外延层，其中，该外延层被第一类型轻掺杂，且在衬底中形成与该第一类型轻掺杂的外延层相接触的第一类型重掺杂区；从衬底的与第一表面相对的第二表面一侧，减薄衬底，并露出第一类型重掺杂区；从衬底的第二表面一侧，对第一类型重掺杂区进行构图，以在其中形成沟槽，该沟槽穿透第一类型重掺杂区而进入外延层中，其中，构图后的第一类型重掺杂区充当光电二极管器件的第一电极区域；以及在沟槽底部形成第二类型重掺杂的区域，该区域充当光电二极管器件的第二电极区域。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过湿法腐蚀或干法刻蚀，对第一类型重掺杂区进行构图。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在沟槽底部形成第二类型重掺杂的区域包括：通过热氧化工艺，在第一类型重掺杂区和沟槽的表面上形成氧化层；对氧化层进行构图，以露出沟槽底部区域；以及通过离子注入，在露出的沟槽底部区域中形成第二类型重掺杂区域。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：在衬底的第二表面一侧形成覆盖第一电极区域和第二电极区域的钝化层；在钝化层中形成接触孔，以分别露出第一电极区域和第二电极区域；以及形成接触部，接触部穿过接触孔而分别与第一电极区域和第二电极区域电连接。5.根据权利要求4所述的方法，其中，形成接触部包括：在接触孔中形成掺杂半导体材料；在钝化层上形成电介质层；在电介质层中形成与所述接触孔相对应的另外的接触孔；在另外的接触孔中形成导电材料，以形成到第一电极区域和第二电极区域的导电通道。6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据外延层的厚度，确定减薄后衬底的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张岚，胡海帆，曹雪朋，李军，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11