同面电极光电二极管阵列的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型的实施例涉及光电二极管，具体涉及一种同面电极光电二极管阵列结构。
【背景技术】
[0002]半导体光电二极管阵列通过直接入射光线或者X射线在闪烁体中产生可见光线，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关键参数包括分辨率、信噪比、读出速度以及像素间电荷串扰等。此外，暗电流和单像素内部光线收集有源区的电荷收集均匀性也尤为重要。
【实用新型内容】
[0003]鉴于现有技术中的一个或多个问题，提出了同面电极光电二极管阵列及其制作方法。
[0004]在本实用新型的一个方面，提出了一种同面电极光电二极管阵列，包括多个同面电极光电二极管，每个同面电极光电二极管包括:第一导电型重掺杂半导体衬底;在第一导电型重掺杂半导体衬底上形成的第一导电型轻掺杂半导体层;在所述第一导电型轻掺杂半导体层的上部形成的第二导电型重掺杂半导体区域，其中所述第二导电型重掺杂半导体区域与所述第一导电型轻掺杂半导体层形成PN结二极管，并且第二电极从所述第二导电型重掺杂半导体层在光线入射侧引出；围绕所述第二导电型重掺杂半导体区域的第一导电型重掺杂半导体区域，并且第一电极从所述第一导电型重掺杂半导体区域在光线入射侧引出；以及设置在所述第二导电型重掺杂半导体区域和所述第一导电型重掺杂半导体区域之间的沟槽结构。
[0005]根据一些实施例，所述沟槽结构是由一种绝缘材料或多种复合绝缘材料，或光线反射材料填充沟槽而形成的。
[0006]根据一些实施例，所述沟槽结构是由与第一导电类型的重掺杂单晶半导体或多晶半导体材料填充沟槽而形成的。
[0007]根据一些实施例，所述沟槽结构包括且在所述沟槽周围形成第一导电型的重掺杂区域。
[0008]根据一些实施例，所述沟槽结构包括未填充的沟槽，且在沟槽底部及侧壁覆盖一层绝缘层、多层复合绝缘层或光线反射材料。
[0009]根据一些实施例，在沟槽周围形成第一导电型的重掺杂区域，在沟槽底部及侧壁覆盖一层绝缘层、多层复合绝缘层或光线反射材料。
[0010]根据一些实施例，所述沟槽结构包括沟槽，且在沟槽底部及侧壁覆盖一种绝缘材料，或多种复合绝缘材料，或光线反射材料，然后由单晶半导体材料或多晶半导体材料填充沟槽。
[0011]根据一些实施例，填充沟槽的单晶半导体材料或多晶半导体材料，相对于第二电极连接到高电位。
[0012]根据一些实施例，在第二导电型重掺杂半导体区域的上部形成较薄的第一导电型重掺杂区域或第二导电型轻掺杂区域，且四周被所述第二导电型重掺杂区域包围。
[0013]根据一些实施例，在所述第二导电型重掺杂区域下部形成连续第一导电类型重掺杂区域，或仅在第二导电类型重掺杂区域下方设置一段第一导电类型重掺杂区域。
[0014]根据一些实施例，在所述第二导电型重掺杂区域下面，形成连续的绝缘材料区域，或仅在所述第二导电型重掺杂区域下方设置一段绝缘材料区域。
[0015]根据一些实施例，所述第一导电型重掺杂区域形成为沟槽结构，向下延伸至所述第一导电型重掺杂区域或绝缘材料区域，并与之连接。
[0016]根据一些实施例，在所述第二导电型重掺杂区域下面，形成连续带绝缘层的传导结构，或仅在所述第二导电型重掺杂区域下方设置一段带绝缘层的传导结构，该传导结构由绝缘材料或半导体材料构成。
[0017]根据一些实施例，所述第一导电型重掺杂区域为沟槽结构，向下延伸至带绝缘层的传导结构中的半导体材料区域，并与之连接。
[0018]利用上述实施例的方案，能够在探测X射线时有效阻挡空穴载流子向非有源区扩散，提高有源区边缘位置的光响应及收集效率。
【附图说明】
[0019]根据以下结合附图的详细描述，本实用新型的以上及其其他目标、特征和优点将更明显，附图中:
[0020]图1A是描述本实用新型实施例的光电二极管的俯视图；
[0021]图1B是用以对所涉及的光电二极管的剖面A-A’结构进行说明的示意图；
[0022]图2是用以对第1、2实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0023]图3是用以对第3实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0024]图4是用以对第4实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0025]图5是用以对第5实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0026]图6是用以对第6实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0027]图7是用以对所涉及的光电二极管光线收集有源区边缘部分光响应进行说明的示意图；
[0028]图8是用以对所涉及的光电二极管光线收集有源区边缘部分收集效率进行说明的示意图。
[0029]图9是用以对第7实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0030]图10是用以对第8实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0031]图11是用以对第9实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0032]图12是用以对第10实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0033]图13是用以对第11实施方式所涉及的光电二极管的结构进行说明的示意图；
[0034]符号的说明
[0035]1.N+型半导体层，2.N-型半导体层，3.N+型半导体区域，4.P+型半导体区域，5.—层绝缘层、多层复合绝缘层或光线反射材料，6.空间电荷区，7.—层绝缘层、多层复合绝缘层或光线反射材料，或P+型半导体材料，8.空隙区域，10.N+或P+掺杂的单晶半导体材料或多晶半导体材料，11.较薄N+型半导体区域或P-型半导体区域，12.N+型半导体区域或二氧化硅、氮化硅等绝缘材料区域，13.N-型半导体层，14，二氧化硅、氮化硅等绝缘材料，15.单晶硅、多晶硅或锗等重掺杂半导体材料，16，二氧化硅、氮化硅等绝缘材料，21.N+型半导体区域引出电极，22.P+型半导体区域引出电极，31.N+型半导体区域，32.N+型半导体区域，34.一层绝缘层、多层复合绝缘层或光线反射材料。
【具体实施方式】
[0036]下面，将参考附图描述本实用新型的示范性实施例。如果对公知的功能或结构的描述使得本实用新型的主题不简洁，则将其省略。而且，为了清楚地说明的目的，附图中实处的部分被简化或放大。此处，特点层或区域的位置可以表示相对位置，但实际情况不一定与示意图中比例相同。参照图1?图13对实施方式所涉及的光电二极管结构特点进行说明。
[0037]本实用新型实施例的光电二极管阵列中，像素对应的光检测通道形成于第一导电类型的外延硅片中。该外延硅片为低电阻率衬底，高电阻率外延类型的外延硅片。包括:第一导电类型的离子注入，在硅外延片表面形成重掺杂区域，具有使通过被检测光的入射而产生的多数载流子进行收集区域;第二导电类型的离子注入，在硅外延片表面形成重掺杂区域，与第一导电类型的外延片形成PN结，并且按照光检测通道的方式设置其对应的注入位置，具有使通过被检测光的入射而产生的少数载流子进行收集区域，该区域为光线收集有源区。该两种导电类型重掺杂区域不能够相邻放置，以防止发生遂穿效应，而其间则为半导体基板的高阻外延材料。该光电二极管阵列的P N结可以工作在反偏模式，在像素中的光线收集有源区附近形成反偏条件下较宽的空间电荷区;光电二极管阵列的PN结也可以工作在零偏模式，在像素中的光线收集有源区附近形成零偏条件下较窄的内建空间电荷区。
[0038]光线通过入射窗口进入到硅半导体中，在光线收集有源区中同硅原子发生碰撞电离，从而产生电子空穴对，电子会在内建电场或外加偏置电场条件下，向第一导电类型重掺杂区域漂移或扩散，最终被收集;而空穴会在内建电场或外加偏置电场条件下，向第二导电类型重掺杂区域漂移或扩散，最终被收集，从而读出电信号。考虑到PN结电容效应，第一导电类型和第二导电类型掺杂区域间距可能较大，像素有源区边缘位置激发的载流子很容易被光电二极管阵列中的临近像素收集;此外也可能被硅体中陷阱或缺陷所捕获。
[0039]例如，同面电极光电二极管阵列包括多个同面电极光电二极管，每个同面电极光电二极管包括:第一导电型重掺杂半导体衬底;在第一导电型重掺杂半导体衬底上形成的第一导电型轻掺杂半导体层;在第一导电型轻掺杂半导体层的上部形成的第二导电型重掺杂半导体区域，其中所述第二导电型重掺杂半导体区域与所述第一导电型轻掺杂半导体层形成PN结二极管，并且第二电极从所述第二导电型重掺杂半导体层在光线入射侧引出；围绕所述第二导电型重掺杂半导体区域的第一导电型重掺杂半导体区域，并且第一电极从所述第一导电型重掺杂半导体区域在光线入射侧引出；以及设置在所述第二导电型重掺杂半导体区域和所述第一导电型重掺杂半导体区域之间的沟槽结构。
[0040]图1A和IB给出了所涉及的光电二极管阵列的单个元胞结构，其中图1A示