光电探测元件及其制作方法
光电探测元件及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可接收800~900nm波长，且含有可实现小型化及批量生产的带通过滤层的光电探测元件及其制作方法，其特征为包括由第1传导类型的半导体材料组成的第1导电型半导体层、与上述第1导电型半导体层形成pn结并由与第1传导类型相反的第2传导类型的半导体材料形成的第2导电型半导体层以及为反射小于800nm大于900nm的波长在上述第2导电型半导体层沉积Ti02/Si02介质膜而形成的带通过滤层。
【专利说明】光电探测元件及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可接收特定范围的波长，且含有可实现小型化及批量生产的带通过滤 层的光电探测元件及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 光电探测元件是指可检测到光信号后将其转换为电信号的元件。这种光电探测元 件一般具有光电转换层结构，可在两个电极之间将光能转换为电能。
[0003] 上述光电探测元件广泛应用于车用传感器、家庭用传感器、各种数码相机中使用 的图像传感器（image sensor)和太阳能电池 （Photovoltaic cell)等领域。另外，近年来 正在开发对入射光波长具有优秀的选择性受光能力且拥有更高的光电流对暗电流比例的 光电探测元件。
[0004] 另一方面，为了利用光电探测元件探测特定波长，采用了将带通过滤层膜涂敷在 作为window使用的基片上的方法，使package中相当于window部分的glass、Qurartz 或有机玻璃基板只探测到特定波长，但这样会难以实现package的小型化且不利于批量生 产。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是解决上述问题，提供可接收特定范围的波长且含有可实现小型化 及批量生产的带通过滤层的光电探测元件及其制作方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供一种光电探测元件，包括以下部分并以其为特点： 由第1传导类型的半导体材料形成的第1导电型半导体层。
[0007] 与上述第1导电型半导体层形成pn结，由与上述第1传导类型相反的第2传导 类型的半导体材料形成的第2导电型半导体层。
[0008] 为反射除特定范围波长以外的波长，在上述第2导电型半导体层上沉积Ti02/ Si02介质膜形成的带通过滤层。
[0009] 另外，在上述第2导电型半导体层与上述带通过滤层之间最好具备可防止特定范 围波长被反射的抗反射层，上述抗反射层可由SiN或Si02形成。
[0010] 并且，本发明提供一种光电探测元件的制作方法，包含以下阶段并以其为特点： 由第1传导类型的半导体材料形成的第1导电型半导体层，在上述第1导电型半导体 层将由与第1传导类型相反的第2传导类型的半导体材料形成的第2导电型半导体层形 成pn结的阶段。
[0011] 为反射除特定范围波长以外的波长，在上述第2导电型半导体层沉积Ti02/Si02 介质膜形成带通过滤层的阶段。
[0012] 另外，最好具备在上述第2导电型半导体层与上述带通过滤层之间形成可防止特 定范围波长被反射的抗反射层的阶段，上述抗反射层建议由SiN或Si02形成。
[0013] 发明效果 本发明的光电探测元件对特定范围波长具有非常高的光谱灵敏度，而对其他的光谱灵 敏度为0. 1 A/W以下，不仅可探测特定范围的波长带，且因带通过滤层在第2导电型半导 体层或抗反射层沉积而成，具有可实现小型化及批量生产的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明一实施例中光电探测元件的简略示意图。
[0015] 图2为具有pin结结构的光电探测元件的简略示意图。
[0016] 图3为具有抗反射层的光电探测元件的示意图。
[0017] 图4为在n+传导类型的第1导电型半导体层上形成η-传导类型的本征半导体 层的状态示意图。
[0018] 图5为在第1导电型半导体层形成氧化层的状态示意图。
[0019] 图6为在本征半导体层的局部形成的第2导电型半导体层的状态示意图。
[0020] 图7为形成环形沟道截断环的状态示意图。
[0021] 图8为形成抗反射层的状态示意图。
[0022] 图9为抗反射层的局部被蚀刻的状态示意图。
[0023] 图10为在抗反射层中被局部去掉的部分形成金属电极的状态示意图。
[0024] 图11为形成带通过滤层的状态示意图。
[0025] 图12为带通过滤层的局部被去掉的状态示意图。
[0026] 图13为在η++传导类型的半导体层底面形成金属电极的状态示意图。
[0027] 图14为本发明的光电探测元件的光谱灵敏度特性的曲线图。
[0028] 图15为由厚度为2137 nm的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图。
[0029] 图16为由厚度为2811 nm的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图。
[0030] 图17为由厚度为4302 A的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图。
[0031] 图18为由厚度为4 um的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线图。
[0032] 上述图中，110 :第1导电型半导体层；120 :本征半导体层；130 :氧化层；140 :第 2导电型半导体层；150 :n++传导类型的半导体层；160 :沟道截断环；170 :抗反射层；180 : 金属电极；190 :带通过滤层。
【具体实施方式】
[0033] 下面将结合实施实例对本发明的光电探测元件及其制作方法进行详细说明，而本 发明的权力范围并不限于下述实施实例。
[0034] 图1为本发明一个实施例中光电探测元件的简略示意图，图2为具有pin结结构 的光电探测元件的简略示意图，图3为具有抗反射层的光电探测元件的示意图。
[0035] 本发明的光电探测元件大致由如图1所示的第1导电型半导体层（110)，第2导 电型半导体层（140)及带通过滤层（190)形成。
[0036] 上述第1导电型半导体层（110)与上述第2导电型半导体层（140)可形成pn 结。
[0037] 上述第1导电型半导体层（110)具有第1传导类型，上述第2导电型半导体层 (140)具有第2传导类型。上述第1导电型半导体层（110)与上述第2导电型半导体层 (140)的组成只要能形成pn结即可，对其传导类型并无特别限定。
[0038] 如可使上述第1导电型半导体层（110)由n+传导类型形成，上述第2导电型半 导体层由P+传导类型组成。
[0039] 进而，为了提高应答速度与转换效率也可使上述第1导电型半导体层（110)与上 述第2导电型半导体层（140)形成pin结(如图2)。在上述第1导电型半导体层（110) 与上述第2导电型半导体层（140)之间设有具有η-型传导度等的本征半导体层（120) (intrinsic layer) (120)〇
[0040] 上述第2导电型半导体层（140)上具备通过沉积Ti02/Si02介质膜而形成的带通 过滤层（190)。上述带通过滤层（190)是为了反射特定范围波长以外的波长，在上述第2 导电型半导体层（140)交替沉积Ti02与Si02介质膜而形成。
[0041] 具体而言，如在汽车自动光传感器等情况下，上述特定范围波长则相当于40(Γ700 1。为了在上述带通过滤层（190)反射400?700 11111范围以外的波长，其厚度需为4302八。
[0042] 此外，用于R. G. Β彩色传感器、BLU White balance adjustment、验钞机等时，上 述特定范围波长可由550?780 nm、470 nnT625 nm、400 ηπΓ500 nm中的任一组成。如果要在 上述带通过滤层（190)反射55(T780 nm范围以外的波长，其厚度最好为2978 nm;要反射 47(T625 nm以外的波长，其厚度最好为2137 nm ;要反射40(T500 nm范围以外的波长，其厚 度最好为2811 nm。
[0043] 另外，上述特定范围波长也可由80(T900 nm组成，而要使上述带通过滤层（190) 反射80(T900 nm范围以外的波长，其厚度最好为4 Mm。
[0044] 而且，如图3上述第2导电型半导体层（140)与上述带通过滤层（190)之间最好 设有可防止上述特定范围波长被反射的抗反射层（170)。上述抗反射层（170)是为了防止 入射到上述带通过滤层（190)的特定范围波长的光被反射，其可由SiN或Si02形成。
[0045] 另一方面，如上述抗反射层（170)由SiN层形成，而防止80(T900 nm范围的波长 被反射时，几乎不会反射到si以垂直入射的光。在这里采用PECVD或LPCVD将 相对入射光波长的1/4波长层沉积形成SiN层厚度，95(Tl 150 Α较为理想，1050 Α为最佳 值。
[0046] 接下来将对本发明的光电探测元件的制作方法进行说明。
[0047] 如上所述，本发明的光电探测元件由pn结形成阶段、带通过滤层形成阶段等组 成。
[0048] 上述形成pn结阶段是使第1导电型半导体层与第2导电型半导体层形成pn结 的阶段。上述pn结包括pin结。对上述第1导电型半导体层及上述第2导电型半导体层 的传导类型并没有特别限定，只要是能形成pn结或pin结即可。
[0049] 例如，上述第1导电型半导体层可由n+传导类型形成，上述第2导电型半导体层 可由P+传导类型形成。这样，在上述第1导电型半导体层与上述第2导电型半导体层之间 可形成具有η-传导类型等的本征半导体层（intrinsic layer)。要在具有n+传导类型的 上述第1导电型半导体层上形成具有η-传导类型的本征半导体层，可利用Epixaxial工 程，在η型高阻基片上扩散n+等方法。
[0050] 下面结合【专利附图】
【附图说明】如何采用在η传导类型高阻基片上扩散n+的方法形成pin结 结构。
[0051] 图4为在n+传导类型的第1导电型半导体层上形成η-传导类型的本征半导体 层的状态示意图。
[0052] 首先在η-传导类型的高阻基片上扩散磷（phosphorus)等η+源，形成了如图4 所示的η+传导类型的第1导电型半导体层（110)。而η-传导类型的高阻基片则相当于本 征半导体层（120)。
[0053] 图5为在第1导电型半导体层形成氧化层（130)的状态示意图。 然后在η-传导类型的本征半导体层（120)上形成氧化层（130)。要仅在上述本征半 导体层（120)的活性区域形成ρη结，可在活性区域以外的部分形成Si02等氧化层（130) 防止P型源扩散到此区域。此时，为了防止P型源扩散到活性区域以外的部分，上述氧化层 (130)的厚度最好为6000 A以上。
[0054] 图6为在本征半导体层的局部形成的第2导电型半导体层的状态示意图。
[0055] 对要注入P型源的上述氧化层（130)的中间部分进行蚀刻，向蚀刻部分注入并扩 散P型源，如图6所示在上述本征半导体层（120)的局部形成具有p+传导类型的第2导 电型半导体层（140)。
[0056] 注入上述p型源可使用Implant注入硼、形成PBF (Poly Boron Film)薄膜层后进 行热处理等方法，但从便于调整结深的角度出发建议使用Implant方法。最好在扩散温度 为1000 ° C以上，结深为1. 5 μπι以下的条件进行。且扩散时氧化层（130)会成长。
[0057] 图7为形成环形沟道截断环（160)的状态示意图。
[0058] -方面最好在上述本征半导体层（120)活性区域的侧面形成η++传导类型的环 形沟道截断环（160)。首先对相应上述本征半导体层（120)活性区域的侧面进行蚀刻，然 后将磷（phosphorus)等作为η++源注入并使其扩算，从而形成η++传导类型的环形沟道 截断环（160)。且扩散时氧化层（130)会成长。另外，为最小化上述第1导电型半导体层 (110)底面的欧姆（ohmic)阻抗，建议将磷（phosphorus)等作为η++源注入，形成高浓度 η++传导类型的半导体层（150)。
[0059] 图8为形成抗反射层的状态示意图，图9为抗反射层局部被蚀刻的状态示意图。
[0060] 并且在形成上述带通过滤层（图11的190)前，建议按照如图8所示在Ρ+传导 类型的上述第2导电型半导体层（140)上形成抗反射层（170)。上述抗反射层（170)的目 的是防止反射通过上述带通过滤层（190)入射的特定范围波长，从而提高应答速度与转换 效率。
[0061] 建议上述抗反射层（170)采用SiN层或Si02层。上述抗反射层（170)可通 过米用 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)或 LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition)在第2导电型半导体层（140)上沉积SiN层或Si02层而形 成。
[0062] 另一方面，为了形成ρη结电极，如图9所示用湿法蚀刻等方法去除在上述第2导 电型半导体层（140)上形成的上述抗反射层（170)的一部分（172)。此时，为防止在晶 圆（wafer)状态中进行晶粒划片时发生氧化破片（oxide chipping),同时去除上述氧化层 (130)的边部（132)。
[0063] 图10为在抗反射层中被局部去掉的部分形成金属电极的状态示意图。
[0064] 如图10在上述抗反射层（170)中被局部去掉的部分沉积金属形成金属电极 (180)。与此同时，要仅接收特定范围的波长，防止对其他波长进行反映，最好在上述沟道截 断环（160)区域也以环（ring)型沉积金属（185)。上述金属可采用A1等。
[0065] 图11为形成带通过滤层的状态示意图，图12为带通过滤层的局部被去除的状态 示意图，图13为在n++传导类型的半导体层底面形成金属电极的状态示意图。
[0066] 接下来，上述带通过滤层的形成阶段是为了有效反射上述特定范围波长以外的波 长，对上述特定范围波长进行有效反应，如图11所示沉积Ti02/Si02介质膜形成带通过滤 层（190)的阶段。
[0067] 如果没有形成上述抗反射层（170)，则会在上述第2导电型半导体层（140)形成 上述带通过滤层（190)，如果形成了上述抗反射层（170)则会在上述抗反射层（170)上形 成。
[0068] 沉积上述带通过滤层（190)的方法包含进行E-beam沉积后使用Ion beam提高密 度、进行E-beam沉积后使用等离子体提高密度等方法。
[0069] 另外，如图12所示去除上述带通过滤层（190)中的上述金属电极（180)上形成 的部分（192)。另外,去除上述带通过滤层（190)中的环（ring)形金属（185)上形成的部 分（195)。此时，可利用 ICP (Inductively coupled plasma)等去除。
[0070] 如图13所示，在上述n++传导类型的半导体层（150)底面形成金属电极（200)。 可使用金属Au等。
[0071] 另一方面，通过这样的方法仅改变上述带通过滤层的厚度就能够以各种形态制作 光电探测元件，并可通过光谱灵敏度测量装置测量光谱灵敏度。
[0072] 图14为由厚度为2978 nm的带通过滤层组成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图，如图14所示，可判定55(T780 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱 灵敏度。
[0073] 图15为由厚度为2137 nm的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图，如图15所示，可判定47(T625 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱 灵敏度。
[0074] 图16为由厚度为2811 nm的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图，如图16所示，可判定40(T500 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱 灵敏度。
[0075] 图17为由厚度为4302 A的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图，如图17所示，可判定40(T700 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱 灵敏度。
[0076] 图18为由厚度为4 um的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线图， 如图18所示，可判定80(T900 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱灵 敏度。
【权利要求】
1. 一种光电探测元件，其特征在于包括由第1传导类型的半导体材料形成的第1导电 型半导体层， 与上述第1导电型半导体层形成pn结，由与上述第1传导类型相反的第2传导类型 的半导体材料形成的第2导电型半导体层， 为反射除特定范围波长以外的波长，在上述第2导电型半导体层上沉积Ti02/Si02介 质膜形成的带通过滤层。
2. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述第2导电型半导体层与上述 带通过滤层之间具备防止特定范围波长被反射的抗反射层。
3. 根据权利要求2项所述的光电探测元件，其特征在于上述抗反射层由SiN或Si02 形成。
4. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为55(Γ780 nm，上述带通过滤层厚度为2978 nm。
5. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为47(Γ625 nm，上述带通过滤层厚度为2137 nm。
6. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为40(Γ500 nm，上述带通过滤层厚度为2811 nm。
7. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为40(Γ700 nm，上述带通过滤层厚度为4302 A。
8. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为80(Γ900 nm，上述带通过滤层厚度为4 Mm。
9. 一种光电探测元件的制作方法，其特征为在于包括由第1传导类型的半导体材料形 成的第1导电型半导体层与在上述第1导电型半导体层与由与第1传导类型相反的第2 传导类型的半导体材料形成的第2导电型半导体层形成pn结的阶段，为反射除特定范围 波长以外的波长，在上述第2导电型半导体层上沉积Ti02/Si02介质膜形成的带通过滤层 的阶段。
10. 根据权利要求9所述的光电探测元件的制作方法，其特征在于具备：在上述第2 导电型半导体层与上述带通过滤层之间形成防止特定范围波长被反射的抗反射层的阶段。
11. 根据权利要求10所述的光电探测元件的制作方法，其特征在于上述抗反射层由 SiN或Si02形成。
12. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为55(Γ780 nm，上述带通过滤层厚度为2978 nm。
13. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为47(Γ625 nm，上述带通过滤层厚度为2137 nm。
14. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为40(Γ500 nm，上述带通过滤层厚度为2811 nm。
15. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为40(Γ700 nm，上述带通过滤层厚度为4302 A。
16. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为80(Γ900 nm，上述带通过滤层厚度为4 Mm。
【文档编号】H01L31/0216GK104051554SQ201410295138
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】高成旻, 姜庚岷, 赵世珍, 崔峰敏 申请人:傲迪特半导体(南京)有限公司
【专利摘要】本发明公开了一种可接收800~900nm波长，且含有可实现小型化及批量生产的带通过滤层的光电探测元件及其制作方法，其特征为包括由第1传导类型的半导体材料组成的第1导电型半导体层、与上述第1导电型半导体层形成pn结并由与第1传导类型相反的第2传导类型的半导体材料形成的第2导电型半导体层以及为反射小于800nm大于900nm的波长在上述第2导电型半导体层沉积Ti02/Si02介质膜而形成的带通过滤层。
【专利说明】光电探测元件及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可接收特定范围的波长，且含有可实现小型化及批量生产的带通过滤 层的光电探测元件及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 光电探测元件是指可检测到光信号后将其转换为电信号的元件。这种光电探测元 件一般具有光电转换层结构，可在两个电极之间将光能转换为电能。
[0003] 上述光电探测元件广泛应用于车用传感器、家庭用传感器、各种数码相机中使用 的图像传感器（image sensor)和太阳能电池 （Photovoltaic cell)等领域。另外，近年来 正在开发对入射光波长具有优秀的选择性受光能力且拥有更高的光电流对暗电流比例的 光电探测元件。
[0004] 另一方面，为了利用光电探测元件探测特定波长，采用了将带通过滤层膜涂敷在 作为window使用的基片上的方法，使package中相当于window部分的glass、Qurartz 或有机玻璃基板只探测到特定波长，但这样会难以实现package的小型化且不利于批量生 产。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是解决上述问题，提供可接收特定范围的波长且含有可实现小型化 及批量生产的带通过滤层的光电探测元件及其制作方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供一种光电探测元件，包括以下部分并以其为特点： 由第1传导类型的半导体材料形成的第1导电型半导体层。
[0007] 与上述第1导电型半导体层形成pn结，由与上述第1传导类型相反的第2传导 类型的半导体材料形成的第2导电型半导体层。
[0008] 为反射除特定范围波长以外的波长，在上述第2导电型半导体层上沉积Ti02/ Si02介质膜形成的带通过滤层。
[0009] 另外，在上述第2导电型半导体层与上述带通过滤层之间最好具备可防止特定范 围波长被反射的抗反射层，上述抗反射层可由SiN或Si02形成。
[0010] 并且，本发明提供一种光电探测元件的制作方法，包含以下阶段并以其为特点： 由第1传导类型的半导体材料形成的第1导电型半导体层，在上述第1导电型半导体 层将由与第1传导类型相反的第2传导类型的半导体材料形成的第2导电型半导体层形 成pn结的阶段。
[0011] 为反射除特定范围波长以外的波长，在上述第2导电型半导体层沉积Ti02/Si02 介质膜形成带通过滤层的阶段。
[0012] 另外，最好具备在上述第2导电型半导体层与上述带通过滤层之间形成可防止特 定范围波长被反射的抗反射层的阶段，上述抗反射层建议由SiN或Si02形成。
[0013] 发明效果 本发明的光电探测元件对特定范围波长具有非常高的光谱灵敏度，而对其他的光谱灵 敏度为0. 1 A/W以下，不仅可探测特定范围的波长带，且因带通过滤层在第2导电型半导 体层或抗反射层沉积而成，具有可实现小型化及批量生产的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明一实施例中光电探测元件的简略示意图。
[0015] 图2为具有pin结结构的光电探测元件的简略示意图。
[0016] 图3为具有抗反射层的光电探测元件的示意图。
[0017] 图4为在n+传导类型的第1导电型半导体层上形成η-传导类型的本征半导体 层的状态示意图。
[0018] 图5为在第1导电型半导体层形成氧化层的状态示意图。
[0019] 图6为在本征半导体层的局部形成的第2导电型半导体层的状态示意图。
[0020] 图7为形成环形沟道截断环的状态示意图。
[0021] 图8为形成抗反射层的状态示意图。
[0022] 图9为抗反射层的局部被蚀刻的状态示意图。
[0023] 图10为在抗反射层中被局部去掉的部分形成金属电极的状态示意图。
[0024] 图11为形成带通过滤层的状态示意图。
[0025] 图12为带通过滤层的局部被去掉的状态示意图。
[0026] 图13为在η++传导类型的半导体层底面形成金属电极的状态示意图。
[0027] 图14为本发明的光电探测元件的光谱灵敏度特性的曲线图。
[0028] 图15为由厚度为2137 nm的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图。
[0029] 图16为由厚度为2811 nm的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图。
[0030] 图17为由厚度为4302 A的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图。
[0031] 图18为由厚度为4 um的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线图。
[0032] 上述图中，110 :第1导电型半导体层；120 :本征半导体层；130 :氧化层；140 :第 2导电型半导体层；150 :n++传导类型的半导体层；160 :沟道截断环；170 :抗反射层；180 : 金属电极；190 :带通过滤层。
【具体实施方式】
[0033] 下面将结合实施实例对本发明的光电探测元件及其制作方法进行详细说明，而本 发明的权力范围并不限于下述实施实例。
[0034] 图1为本发明一个实施例中光电探测元件的简略示意图，图2为具有pin结结构 的光电探测元件的简略示意图，图3为具有抗反射层的光电探测元件的示意图。
[0035] 本发明的光电探测元件大致由如图1所示的第1导电型半导体层（110)，第2导 电型半导体层（140)及带通过滤层（190)形成。
[0036] 上述第1导电型半导体层（110)与上述第2导电型半导体层（140)可形成pn 结。
[0037] 上述第1导电型半导体层（110)具有第1传导类型，上述第2导电型半导体层 (140)具有第2传导类型。上述第1导电型半导体层（110)与上述第2导电型半导体层 (140)的组成只要能形成pn结即可，对其传导类型并无特别限定。
[0038] 如可使上述第1导电型半导体层（110)由n+传导类型形成，上述第2导电型半 导体层由P+传导类型组成。
[0039] 进而，为了提高应答速度与转换效率也可使上述第1导电型半导体层（110)与上 述第2导电型半导体层（140)形成pin结(如图2)。在上述第1导电型半导体层（110) 与上述第2导电型半导体层（140)之间设有具有η-型传导度等的本征半导体层（120) (intrinsic layer) (120)〇
[0040] 上述第2导电型半导体层（140)上具备通过沉积Ti02/Si02介质膜而形成的带通 过滤层（190)。上述带通过滤层（190)是为了反射特定范围波长以外的波长，在上述第2 导电型半导体层（140)交替沉积Ti02与Si02介质膜而形成。
[0041] 具体而言，如在汽车自动光传感器等情况下，上述特定范围波长则相当于40(Γ700 1。为了在上述带通过滤层（190)反射400?700 11111范围以外的波长，其厚度需为4302八。
[0042] 此外，用于R. G. Β彩色传感器、BLU White balance adjustment、验钞机等时，上 述特定范围波长可由550?780 nm、470 nnT625 nm、400 ηπΓ500 nm中的任一组成。如果要在 上述带通过滤层（190)反射55(T780 nm范围以外的波长，其厚度最好为2978 nm;要反射 47(T625 nm以外的波长，其厚度最好为2137 nm ;要反射40(T500 nm范围以外的波长，其厚 度最好为2811 nm。
[0043] 另外，上述特定范围波长也可由80(T900 nm组成，而要使上述带通过滤层（190) 反射80(T900 nm范围以外的波长，其厚度最好为4 Mm。
[0044] 而且，如图3上述第2导电型半导体层（140)与上述带通过滤层（190)之间最好 设有可防止上述特定范围波长被反射的抗反射层（170)。上述抗反射层（170)是为了防止 入射到上述带通过滤层（190)的特定范围波长的光被反射，其可由SiN或Si02形成。
[0045] 另一方面，如上述抗反射层（170)由SiN层形成，而防止80(T900 nm范围的波长 被反射时，几乎不会反射到si以垂直入射的光。在这里采用PECVD或LPCVD将 相对入射光波长的1/4波长层沉积形成SiN层厚度，95(Tl 150 Α较为理想，1050 Α为最佳 值。
[0046] 接下来将对本发明的光电探测元件的制作方法进行说明。
[0047] 如上所述，本发明的光电探测元件由pn结形成阶段、带通过滤层形成阶段等组 成。
[0048] 上述形成pn结阶段是使第1导电型半导体层与第2导电型半导体层形成pn结 的阶段。上述pn结包括pin结。对上述第1导电型半导体层及上述第2导电型半导体层 的传导类型并没有特别限定，只要是能形成pn结或pin结即可。
[0049] 例如，上述第1导电型半导体层可由n+传导类型形成，上述第2导电型半导体层 可由P+传导类型形成。这样，在上述第1导电型半导体层与上述第2导电型半导体层之间 可形成具有η-传导类型等的本征半导体层（intrinsic layer)。要在具有n+传导类型的 上述第1导电型半导体层上形成具有η-传导类型的本征半导体层，可利用Epixaxial工 程，在η型高阻基片上扩散n+等方法。
[0050] 下面结合【专利附图】
【附图说明】如何采用在η传导类型高阻基片上扩散n+的方法形成pin结 结构。
[0051] 图4为在n+传导类型的第1导电型半导体层上形成η-传导类型的本征半导体 层的状态示意图。
[0052] 首先在η-传导类型的高阻基片上扩散磷（phosphorus)等η+源，形成了如图4 所示的η+传导类型的第1导电型半导体层（110)。而η-传导类型的高阻基片则相当于本 征半导体层（120)。
[0053] 图5为在第1导电型半导体层形成氧化层（130)的状态示意图。 然后在η-传导类型的本征半导体层（120)上形成氧化层（130)。要仅在上述本征半 导体层（120)的活性区域形成ρη结，可在活性区域以外的部分形成Si02等氧化层（130) 防止P型源扩散到此区域。此时，为了防止P型源扩散到活性区域以外的部分，上述氧化层 (130)的厚度最好为6000 A以上。
[0054] 图6为在本征半导体层的局部形成的第2导电型半导体层的状态示意图。
[0055] 对要注入P型源的上述氧化层（130)的中间部分进行蚀刻，向蚀刻部分注入并扩 散P型源，如图6所示在上述本征半导体层（120)的局部形成具有p+传导类型的第2导 电型半导体层（140)。
[0056] 注入上述p型源可使用Implant注入硼、形成PBF (Poly Boron Film)薄膜层后进 行热处理等方法，但从便于调整结深的角度出发建议使用Implant方法。最好在扩散温度 为1000 ° C以上，结深为1. 5 μπι以下的条件进行。且扩散时氧化层（130)会成长。
[0057] 图7为形成环形沟道截断环（160)的状态示意图。
[0058] -方面最好在上述本征半导体层（120)活性区域的侧面形成η++传导类型的环 形沟道截断环（160)。首先对相应上述本征半导体层（120)活性区域的侧面进行蚀刻，然 后将磷（phosphorus)等作为η++源注入并使其扩算，从而形成η++传导类型的环形沟道 截断环（160)。且扩散时氧化层（130)会成长。另外，为最小化上述第1导电型半导体层 (110)底面的欧姆（ohmic)阻抗，建议将磷（phosphorus)等作为η++源注入，形成高浓度 η++传导类型的半导体层（150)。
[0059] 图8为形成抗反射层的状态示意图，图9为抗反射层局部被蚀刻的状态示意图。
[0060] 并且在形成上述带通过滤层（图11的190)前，建议按照如图8所示在Ρ+传导 类型的上述第2导电型半导体层（140)上形成抗反射层（170)。上述抗反射层（170)的目 的是防止反射通过上述带通过滤层（190)入射的特定范围波长，从而提高应答速度与转换 效率。
[0061] 建议上述抗反射层（170)采用SiN层或Si02层。上述抗反射层（170)可通 过米用 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)或 LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition)在第2导电型半导体层（140)上沉积SiN层或Si02层而形 成。
[0062] 另一方面，为了形成ρη结电极，如图9所示用湿法蚀刻等方法去除在上述第2导 电型半导体层（140)上形成的上述抗反射层（170)的一部分（172)。此时，为防止在晶 圆（wafer)状态中进行晶粒划片时发生氧化破片（oxide chipping),同时去除上述氧化层 (130)的边部（132)。
[0063] 图10为在抗反射层中被局部去掉的部分形成金属电极的状态示意图。
[0064] 如图10在上述抗反射层（170)中被局部去掉的部分沉积金属形成金属电极 (180)。与此同时，要仅接收特定范围的波长，防止对其他波长进行反映，最好在上述沟道截 断环（160)区域也以环（ring)型沉积金属（185)。上述金属可采用A1等。
[0065] 图11为形成带通过滤层的状态示意图，图12为带通过滤层的局部被去除的状态 示意图，图13为在n++传导类型的半导体层底面形成金属电极的状态示意图。
[0066] 接下来，上述带通过滤层的形成阶段是为了有效反射上述特定范围波长以外的波 长，对上述特定范围波长进行有效反应，如图11所示沉积Ti02/Si02介质膜形成带通过滤 层（190)的阶段。
[0067] 如果没有形成上述抗反射层（170)，则会在上述第2导电型半导体层（140)形成 上述带通过滤层（190)，如果形成了上述抗反射层（170)则会在上述抗反射层（170)上形 成。
[0068] 沉积上述带通过滤层（190)的方法包含进行E-beam沉积后使用Ion beam提高密 度、进行E-beam沉积后使用等离子体提高密度等方法。
[0069] 另外，如图12所示去除上述带通过滤层（190)中的上述金属电极（180)上形成 的部分（192)。另外,去除上述带通过滤层（190)中的环（ring)形金属（185)上形成的部 分（195)。此时，可利用 ICP (Inductively coupled plasma)等去除。
[0070] 如图13所示，在上述n++传导类型的半导体层（150)底面形成金属电极（200)。 可使用金属Au等。
[0071] 另一方面，通过这样的方法仅改变上述带通过滤层的厚度就能够以各种形态制作 光电探测元件，并可通过光谱灵敏度测量装置测量光谱灵敏度。
[0072] 图14为由厚度为2978 nm的带通过滤层组成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图，如图14所示，可判定55(T780 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱 灵敏度。
[0073] 图15为由厚度为2137 nm的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图，如图15所示，可判定47(T625 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱 灵敏度。
[0074] 图16为由厚度为2811 nm的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图，如图16所示，可判定40(T500 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱 灵敏度。
[0075] 图17为由厚度为4302 A的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线 图，如图17所示，可判定40(T700 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱 灵敏度。
[0076] 图18为由厚度为4 um的带通过滤层形成的光电探测元件的光谱灵敏度曲线图， 如图18所示，可判定80(T900 nm波长表现出高光谱灵敏度，而其他波长表现出低光谱灵 敏度。
【权利要求】
1. 一种光电探测元件，其特征在于包括由第1传导类型的半导体材料形成的第1导电 型半导体层， 与上述第1导电型半导体层形成pn结，由与上述第1传导类型相反的第2传导类型 的半导体材料形成的第2导电型半导体层， 为反射除特定范围波长以外的波长，在上述第2导电型半导体层上沉积Ti02/Si02介 质膜形成的带通过滤层。
2. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述第2导电型半导体层与上述 带通过滤层之间具备防止特定范围波长被反射的抗反射层。
3. 根据权利要求2项所述的光电探测元件，其特征在于上述抗反射层由SiN或Si02 形成。
4. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为55(Γ780 nm，上述带通过滤层厚度为2978 nm。
5. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为47(Γ625 nm，上述带通过滤层厚度为2137 nm。
6. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为40(Γ500 nm，上述带通过滤层厚度为2811 nm。
7. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为40(Γ700 nm，上述带通过滤层厚度为4302 A。
8. 根据权利要求1所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为80(Γ900 nm，上述带通过滤层厚度为4 Mm。
9. 一种光电探测元件的制作方法，其特征为在于包括由第1传导类型的半导体材料形 成的第1导电型半导体层与在上述第1导电型半导体层与由与第1传导类型相反的第2 传导类型的半导体材料形成的第2导电型半导体层形成pn结的阶段，为反射除特定范围 波长以外的波长，在上述第2导电型半导体层上沉积Ti02/Si02介质膜形成的带通过滤层 的阶段。
10. 根据权利要求9所述的光电探测元件的制作方法，其特征在于具备：在上述第2 导电型半导体层与上述带通过滤层之间形成防止特定范围波长被反射的抗反射层的阶段。
11. 根据权利要求10所述的光电探测元件的制作方法，其特征在于上述抗反射层由 SiN或Si02形成。
12. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为55(Γ780 nm，上述带通过滤层厚度为2978 nm。
13. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为47(Γ625 nm，上述带通过滤层厚度为2137 nm。
14. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为40(Γ500 nm，上述带通过滤层厚度为2811 nm。
15. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为40(Γ700 nm，上述带通过滤层厚度为4302 A。
16. 根据权利要求9所述的光电探测元件，其特征在于上述特定范围波长为80(Γ900 nm，上述带通过滤层厚度为4 Mm。
【文档编号】H01L31/0216GK104051554SQ201410295138
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】高成旻, 姜庚岷, 赵世珍, 崔峰敏 申请人:傲迪特半导体(南京)有限公司
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