同面電極光電二極管陣列及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明的實施例涉及光電二極管，具體涉及一種同面電極光電二極管陣列結構及其制作方法。
【背景技術】
[0002]半導體光電二極管陣列通過直接入射光線或者X射線在閃爍體中產生可見光線，與半導體中原子發生電離反應，從而產生非平衡載流子來檢測入射光的。衡量光電二極管陣列性能的關鍵參數包括分辨率、信噪比、讀出速度以及像素間電荷串擾等。此外，暗電流和單像素內部光線收集有源區的電荷收集均勻性也尤為重要。
【發明內容】
[0003]鑒于現有技術中的一個或多個問題，提出了同面電極光電二極管陣列及其制作方法。
[0004]在本發明的一個方面，提出了一種同面電極光電二極管陣列，包括多個同面電極光電二極管，每個同面電極光電二極管包括:第一導電型重摻雜半導體襯底;在第一導電型重摻雜半導體襯底上形成的第一導電型輕摻雜半導體層;在所述第一導電型輕摻雜半導體層的上部形成的第二導電型重摻雜半導體區域，其中所述第二導電型重摻雜半導體區域與所述第一導電型輕摻雜半導體層形成PN結二極管，并且第二電極從所述第二導電型重摻雜半導體層在光線入射側引出；圍繞所述第二導電型重摻雜半導體區域的第一導電型重摻雜半導體區域，并且第一電極從所述第一導電型重摻雜半導體區域在光線入射側引出；以及設置在所述第二導電型重摻雜半導體區域和所述第一導電型重摻雜半導體區域之間的溝槽結構。
[0005]根據一些實施例，所述溝槽結構是由一種絕緣材料或多種復合絕緣材料，或光線反射材料填充溝槽而形成的。
[0006]根據一些實施例，所述溝槽結構是由與第一導電類型的重摻雜單晶半導體或多晶半導體材料填充溝槽而形成的。
[0007]根據一些實施例，所述溝槽結構包括且在所述溝槽周圍形成第一導電型的重摻雜區域。
[0008]根據一些實施例，所述溝槽結構包括未填充的溝槽，且在溝槽底部及側壁覆蓋一層絕緣層、多層復合絕緣層或光線反射材料。
[0009]根據一些實施例，在溝槽周圍形成第一導電型的重摻雜區域，在溝槽底部及側壁覆蓋一層絕緣層、多層復合絕緣層或光線反射材料。
[0010]根據一些實施例，所述溝槽結構包括溝槽，且在溝槽底部及側壁覆蓋一種絕緣材料，或多種復合絕緣材料，或光線反射材料，然后由單晶半導體材料或多晶半導體材料填充溝槽。
[0011]根據一些實施例，填充溝槽的單晶半導體材料或多晶半導體材料，相對于第二電極連接到高電位。
[0012]根據一些實施例，在第二導電型重摻雜半導體區域的上部形成較薄的第一導電型重摻雜區域或第二導電型輕摻雜區域，且四周被所述第二導電型重摻雜區域包圍。
[0013]根據一些實施例，在所述第二導電型重摻雜區域下部形成連續第一導電類型重摻雜區域，或僅在第二導電類型重摻雜區域下方設置一段第一導電類型重摻雜區域。
[0014]根據一些實施例，在所述第二導電型重摻雜區域下面，形成連續的絕緣材料區域，或僅在所述第二導電型重摻雜區域下方設置一段絕緣材料區域。
[0015]根據一些實施例，所述第一導電型重摻雜區域形成為溝槽結構，向下延伸至所述第一導電型重摻雜區域或絕緣材料區域，并與之連接。
[0016]根據一些實施例，在所述第二導電型重摻雜區域下面，形成連續帶絕緣層的傳導結構，或僅在所述第二導電型重摻雜區域下方設置一段帶絕緣層的傳導結構，該傳導結構由絕緣材料或半導體材料構成。
[0017]根據一些實施例，所述第一導電型重摻雜區域為溝槽結構，向下延伸至帶絕緣層的傳導結構中的半導體材料區域，并與之連接。
[0018]在本發明的另一方面，提出了一種制作同面電極光電二極管的方法，包括步驟:在第一導電型重摻雜半導體襯底上形成第一導電型輕摻雜半導體層;在所述第一導電型輕摻雜半導體層的上部形成第二導電型重摻雜半導體區域，其中所述第二導電型重摻雜半導體區域與所述第一導電型輕摻雜半導體層形成PN結二極管，并且第二電極從所述第二導電型重摻雜半導體層在光線入射側引出；圍繞所述第二導電型重摻雜半導體區域形成第一導電型重摻雜半導體區域，并且第一電極從所述第一導電型重摻雜半導體區域在光線入射側引出；以及在所述第二導電型重摻雜半導體區域和所述第一導電型重摻雜半導體區域之間設置溝槽結構。
[0019]利用上述實施例的方案，能夠在探測X射線時有效阻擋空穴載流子向非有源區擴散，提高有源區邊緣位置的光響應及收集效率。
【附圖說明】
[0020]根據以下結合附圖的詳細描述，本發明的以上及其其他目標、特征和優點將更明顯，附圖中:
[0021 ]圖1A是描述本發明實施例的光電二極管的俯視圖；
[0022]圖1B是用以對所涉及的光電二極管的剖面A-A’結構進行說明的示意圖；
[0023]圖2是用以對第1、2實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0024]圖3是用以對第3實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0025]圖4是用以對第4實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0026]圖5是用以對第5實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0027]圖6是用以對第6實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0028]圖7是用以對所涉及的光電二極管光線收集有源區邊緣部分光響應進行說明的示意圖；
[0029]圖8是用以對所涉及的光電二極管光線收集有源區邊緣部分收集效率進行說明的示意圖。
[0030]圖9是用以對第7實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0031]圖10是用以對第8實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0032]圖11是用以對第9實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0033]圖12是用以對第10實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0034]圖13是用以對第11實施方式所涉及的光電二極管的結構進行說明的示意圖；
[0035]符號的說明
[0036]1.N+型半導體層，2.N-型半導體層，3.N+型半導體區域，4.P+型半導體區域，5.—層絕緣層、多層復合絕緣層或光線反射材料，6.空間電荷區，7.—層絕緣層、多層復合絕緣層或光線反射材料，或P+型半導體材料，8.空隙區域，10.N+或P+摻雜的單晶半導體材料或多晶半導體材料，11.較薄N+型半導體區域或P-型半導體區域，12.N+型半導體區域或二氧化硅、氮化硅等絕緣材料區域，13.N-型半導體層，14，二氧化硅、氮化硅等絕緣材料，15.單晶硅、多晶硅或鍺等重摻雜半導體材料，16，二氧化硅、氮化硅等絕緣材料，21.N+型半導體區域引出電極，22.P+型半導體區域引出電極，31.N+型半導體區域，32.N+型半導體區域，34.一層絕緣層、多層復合絕緣層或光線反射材料。
【具體實施方式】
[0037]下面，將參考附圖描述本發明的示范性實施例。如果對公知的功能或結構的描述使得本發明的主題不簡潔，則將其省略。而且，為了清楚地說明的目的，附圖中實處的部分被簡化或放大。此處，特點層或區域的位置可以表示相對位置，但實際情況不一定與示意圖中比例相同。參照圖1?圖13對實施方式所涉及的光電二極管結構特點進行說明。
[0038]本發明實施例的光電二極管陣列中，像素對應的光檢測通道形成于第一導電類型的外延娃片中。該外延娃片為低電阻率襯底，高電阻率外延類型的外延娃片。包括:第一導電類型的離子注入，在硅外延片表面形成重摻雜區域，具有使通過被檢測光的入射而產生的多數載流子進行收集區域;第二導電類型的離子注入，在硅外延片表面形成重摻雜區域，與第一導電類型的外延片形成PN結，并且按照光檢測通道的方式設置其對應的注入位置，具有使通過被檢測光的入射而產生的少數載流子進行收集區域，該區域為光線收集有源區。該兩種導電類型重摻雜區域不能夠相鄰放置，以防止發生遂穿效應，而其間則為半導體基板的高阻外延材料。該光電二極管陣列的PN結可以工作在反偏模式，在像素中的光線收集有源區附近形成反偏條件下較寬的空間電荷區;光電二極管陣列的PN結也可以工作在零偏模式，在像素中的光線收集有源區附近形成零偏條件下較窄的內建空間電荷區。
[0039]光線通過入射窗口進入到硅半導體中，在光線收集有源區中同硅原子發生碰撞電離，從而產生電子空穴對，電子會在內建電場或外加偏置電場條件下，向第一導電類型重摻雜區域漂移或擴散，最終被收集;而空穴會在內建電場或外加偏置電場條件下，向第二導電類型重摻雜區域漂移或擴散，最終被收集，從而讀出電信號。考慮到PN結電容效應，第一導電類型和第二導電類型摻雜區域間距可能較大，像素有源區邊緣位置激發的載流子很容易被光電二極管陣列中的臨近像素收集;此外也可能被硅體中陷阱或缺陷所捕獲。
[0040]例如，同面電極光電二極管陣列包括多個同面電極光電二極管，每個同面電極光電二極管包括:第一導電型重摻雜半導體襯底;在第一導電型重摻雜半導體襯底上形成的第一導電型輕摻雜半導體層;在第一導電型輕摻雜半導體層的上部形成的第二導電型重摻雜半導體區域，其中所述第二導電型重摻雜半導體區域與所述第一導電型輕摻雜半導體層形成PN結二極管，并且第二電極從所述第二導電型重摻雜半導體層在光線入