光敏元件及光电部件制造技术

本公开涉及一种光敏元件以及包括至少一个这样的光敏元件的光电部件。光敏元件(100、200)包括半导体基板(102、202)、在半导体基板(102、202)中形成的至少一个光敏区(108、208)、至少部分围绕光敏区(108、208)的非活性区、以及保护层(116、216)，该保护层具有使光敏区(108、208)不被保护层(116、216)覆盖的开口，其中，保护层(116、216)包括防反射涂层，该防反射涂层在300nm到1200nm之间的光谱范围的至少一部分中具有小于10％的反射率和小于0.1％的透光率。光率。光率。

【技术实现步骤摘要】
光敏元件及光电部件


[0001]本公开涉及光敏元件以及包括至少一个这样的光敏元件的光电部件。

技术介绍

[0002]光电部件在例如用于工业自动化或汽车应用、以及用于例如智能手机的消费产品的安全设备领域是众所周知的。
[0003]特别是，LIDAR(光探测和测距)技术将用于高级驾驶员辅助系统(ADAS)，并且是实现自主驾驶的关键技术。在这些LIDAR系统中，使用不同的探测器类型，它们基于不同的光敏元件如雪崩光电二极管(APD)和硅光电倍增管(SiPM)。
[0004]APD是二极管器件，其可以基于硅并且具有非常紧凑的尺寸、高量子效率和相对高的增益。下图显示了拉通型APD的内部结构，它由本征或轻掺杂的p型半导体构成，夹在两个重掺杂的p型和n型区域之间，其中p型区域在本征和n型区域之间。通过使用高掺杂的硅晶体，横跨p
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n结保持很高的内场，这产生高的内增益。重掺杂的p区和n区作为与金属接触部连接的接触部工作。通过这些金属接触部，提供外部高反向偏置电压。
[0005]重掺杂的p区被制作得尽可能薄并作为入射光的窗口工作。电子从这个电子空穴对中朝向n区移动，在那里电子经受高场并获得足够的能量来释放次级电子。随着过程的进行这些次级电子也在这个高场中获得能量而释放三级电子，然后雪崩发生。这导致了内增益，其产生了高于噪声水平的电流脉冲并且可以通过二极管的电极读出。
[0006]由于它们的高灵敏度，APD容易受到由入射辐射的内反射造成的所谓的重象信号(ghost signal)的影响。<br/>[0007]已经通过实验表明，目前的APD设计中，探测器的非活性区被金属覆盖，导致假阳性信号和降低的信噪比(SNR)。这些效应的来源主要是光被金属漫反射到光学活性区。此外，特别是在汽车应用中，必须满足在挑战性的环境条件下对保质期、长期稳定性和鲁棒性的极高需求。特别是，有利地满足汽车电子理事会(AEC)的要求。关于离散光电器件的认证，AECQ
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102认证(AEC
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Q102
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Rev A，2020年4月6日)是相关的。AEC部件技术委员会是为可靠、高质量的电子元器件建立标准的标准化组织。满足这些规范的部件适合在恶劣的汽车环境中使用，而无需额外的部件级别的认证测试。这个网站提供由AEC部件技术委员会产生的技术文件。这些文档可以直接从www.aecouncil.com下载。
[0008]为了避免光敏元件和光电部件的损坏和失效，在大气条件下工作时，使用保护层作为钝化以防止腐蚀效应。施加这种钝化层涉及额外的制造步骤，从而提高了制造的复杂性和成本。因此特别需要减少内反射和提供保护免受环境影响的技术。
[0009]因此，还需要对现有的光敏元件和光电部件进行改进，以减轻或克服传统技术的缺点并且提供显著降低的制造成本和复杂性，并且提高精度和操作稳定性。

技术实现思路

[0010]该目的由独立权利要求的主题来解决。本专利技术的有利实施例是从属权利要求的主
题。
[0011]本公开基于提供防反射涂层的想法，该防反射涂层在光敏元件的那些不是活性的区域同时具有低反射和高吸收。
[0012]术语“活性区”是指光敏元件的敏感区，辐射进入该区域以被检测。如上所述，对于APD，活性区是重掺杂的p区，其作为入射光的窗口工作。
[0013]术语“光”是指在紫外至红外光谱范围内的电磁辐射，换句话说，不一定在可见光的光谱范围内。
[0014]根据本公开的光敏元件包括半导体基板、在半导体基板中形成的至少一个光敏区、至少部分围绕光敏区的非活性区、以及保护层，该保护层具有使光敏区不被该保护层覆盖的开口。
[0015]术语“保护层”是指保护光敏元件不受光的反射和/或导致腐蚀或类似情况的化学或物理的恶化影响的层。
[0016]保护层包括防反射涂层，该防反射涂层在300nm到1200nm之间的光谱范围的至少一部分中具有小于10％的反射率和小于0.1％的透光率。优选地，防反射涂层反射率小于10％的光谱范围基本上与光敏元件敏感的范围相同。对于一些APD来说，这可以是例如500nm和1000nm之间的或400nm到1000nm之间的光谱范围。
[0017]通过设置同时防反射并具有低透光率的层，可以避免入射辐射在非活性区的漫反射。因此，可以减少甚至完全避免由于这种内反射而导致的重象信号的产生，从而导致提高单个像素以及光敏元件阵列的信噪比。此外，取决于为防反射保护层选择的材料，保护层可以作为有效的钝化，其保护下面的层免受腐蚀和湿气的侵入。
[0018]为了在除了活性的光敏区之外的所有区域屏蔽光敏元件免受入射辐射，在保护层下方布置光屏蔽层。光屏蔽层对于在300nm到1200nm之间的光谱范围的至少一部分中的辐射具有小于0.1％的透光率。优选地，光屏蔽层透光率小于0.1％的光谱范围基本上与光敏元件敏感的范围相同。对于一些APD来说，这可以是例如500nm到1000nm或400nm到1000nm之间的光谱范围。
[0019]如果防反射涂层覆盖了用于接触布置在外围区域中的光敏元件的至少一个电接触部，则该防反射涂层是特别有效的。原因是电接触部由金属制成，并且因此当它们没有被覆盖时产生明显的反射。
[0020]特别地，电接触部可以包括围绕光敏区的环形金属层。这是对于APD的通常配置，其中防反射涂层在信噪比和精度方面产生了特别显著的改进。在保护层是导电的情况下，必须在电接触部和光屏蔽层之间提供电绝缘。
[0021]如上所述，本公开的想法可以有利地用于APD，其中因为其极高的灵敏度，光敏区包括雪崩光电二极管。然而，也有不同的光电探测器概念，例如Si光电倍增管，可以得益于本公开提供的解决方案。例如，光敏区可以形成雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)和/或光电倍增管(SiPM)的光敏区。
[0022]根据进一步有利的示例，光敏元件可以包括覆盖光敏区的第二防反射涂层，其中第二防反射涂层对300nm到1200nm之间的光谱范围的至少一部分中的辐射具有大于99％的透光率。优选地，第二防反射涂层透光率大于99％的光谱范围基本上与光敏元件敏感的范围相同。对于一些APD来说，这可以是例如400nm到1000nm之间、或者500nm到1000nm之间的
光谱范围。
[0023]根据有利的示例，保护层包括钛/二氧化硅层和/或钛/五氧化二钽层和/或黑色抗蚀层。
[0024]当保护层包括钛/二氧化硅和/或钛/五氧化二钽层时，它可以作为下面的金属镀层的钝化层。
[0025]黑色抗蚀层可以是例如已公开的欧洲专利申请EP 2466341 A1第[0050]至[0197]段所述的黑色抗蚀剂。当保护层是这样的黑色抗蚀层时，可能需要额外的钝化。此外，在这种情况下，通过使用贵金属(例如铂)用于下面的金属镀层也可以改进抗腐蚀的总体鲁棒性。
[0026]有利地，光屏蔽层包括具有二氧化硅/氮化硅钝化层的铝层、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光敏元件(100、200)，包括：半导体基板(102、202)，至少一个光敏区(108、208)，所述至少一个光敏区形成在所述半导体基板(102、202)中，非活性区，所述非活性区至少部分地围绕所述光敏区(108、208)，以及保护层(116、216)，所述保护层具有使所述光敏区(108、208)不被所述保护层(116、216)覆盖的开口，其中，所述保护层(116、216)包括防反射涂层，所述防反射涂层在300nm到1200nm之间的光谱范围的至少一部分中具有小于10％的反射率和小于0.1％的透光率。2.根据权利要求1所述的光敏元件，还包括光屏蔽层(110、210)，所述光屏蔽层布置在所述保护层(116、216)下方并且对于在300nm到1200nm之间的光谱范围的至少一部分中的辐射具有小于0.1％的透光率。3.根据权利要求1或2所述的光敏元件，其中，用于接触所述光敏元件(100、200)的至少一个电接触部(124)布置在外围区域。4.根据权利要求3所述的光敏元件，其中，所述电接触部(106、206)包括围绕所述光敏区(108、208)的环形金属层(126)。5.根据前述权利要求中任一项所述的光敏元件，其中，所述光敏区(108、208)形成雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)和/或光电倍增管(SiPM)的光敏区。6.根据前述权利要求中任一项所述的光敏元件，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：第一传感器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：