CN102569319A - 光电传感器组件及用于提供光电传感器组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电传感器组件及用于提供光电传感器组件的方法。光电二极管组件包括半导体衬底、光电二极管单元、接地扩散区和保护带。该光电二极管单元包括衬底的用第一类型掺杂剂掺杂的第一体积。该接地扩散区包括衬底的用第二、相反类型掺杂剂掺杂的第二体积。该保护带设置在该衬底中并且至少部分围绕该光电二极管单元的外围延伸。该保护带包括衬底的用该第一类型掺杂剂掺杂的第三体积。该接地扩散区或该保护带中的至少一个与接地参考传导地耦合以传导从该光电二极管单元漂移通过该衬底的电子或空穴中的一个或多个。该保护带可比该接地扩散区更接近该光电二极管设置。
Description
技术领域
本文描述的主旨涉及半导体器件，例如光电二极管和光电传感器。
背景技术
一些已知的成像系统包括光敏检测器，其接收例如x射线等入射辐射来生成图像。该辐射由该检测器中的光电二极管接收并且转换成电荷或信号。该电荷或信号的幅度可以代表该入射辐射的衰减量并且可以用于生成图像。
为了给图像提供相对高的分辨率，检测器中的光电二极管可需要彼此相对接近地安置。光电二极管可能产生不代表由个体光电二极管接收的辐射的电信号。这些信号称为电串扰。该串扰可以采用电子和电子空穴(例如，检测器的半导体结构中的晶格点处的电子空缺)的形式漂移通过光电二极管阵列。该串扰可从光电二极管阵列的一个单元漂移到相同的光电二极管阵列内的另一个附近的单元并且响应于接收入射辐射而更改由光电二极管产生的电荷或信号。因此，由光电二极管生成的图像可负面地受到串扰的影响。
一些检测器包括大量用n+掺杂剂(例如磷(P))掺杂以便使衬底更具传导性的半导体衬底的区域。这些区域试图通过将串扰的电子从光电二极管阵列传导出以防止串扰在光电二极管阵列的单元之间漂移。然而，n+掺杂区的使用可能减小从检测器去除的串扰的量。例如，n+掺杂区可使串扰的一部分(例如串扰的电子空穴)反射回到光电二极管单元，而不是将电子空穴从检测器传导出。因此，串扰中的至少一些可继续漂移到光电二极管并且降低图像质量。
发明内容
在一个实施例中，提供光电二极管组件。该组件包括半导体衬底、光电二极管单元、接地扩散区和保护带。该光电二极管单元设置在该衬底中并且包括用第一类型掺杂剂掺杂的该衬底的第一体积。该接地扩散区设置在该衬底中并且包括用第二类型掺杂剂(其相对于该第一类型掺杂剂具有相反的电荷)掺杂的该衬底的第二体积。该保护带设置在该衬底中并且至少部分围绕该光电二极管单元的外围延伸。该保护带包括用该第一类型掺杂剂掺杂的该衬底的第三体积。该接地扩散区或该保护带中的至少一个与接地参考传导地耦合以传导从该光电二极管单元漂移通过该衬底的电子或空穴中的一个或多个。该保护带设置成比该接地扩散区更接近光电二极管单元。
在另一个实施例中，提供用于提供光电二极管组件的方法。该方法包括将第一类型掺杂剂扩散进入衬底的第一体积来形成光电二极管单元以及在衬底中通过将第二类型掺杂剂扩散进入衬底而形成接地扩散区。该第一和第二类型掺杂剂是带相反电荷的掺杂剂。该方法还包括在衬底中形成保护带，其至少部分围绕该光电二极管单元的外围延伸。该保护带通过将该第一类型掺杂剂扩散进入衬底的收集区而形成并且设置成比该接地扩散区更接近该光电二极管单元。该接地扩散区或该保护带中的至少一个与接地参考传导地耦合以传导从该光电二极管单元漂移通过衬底的电子或空穴中的一个或多个。
在另一个实施例中，提供另一个光电二极管组件。该组件包括半导体衬底、光电二极管单元阵列、保护带和接地扩散区。该光电二极管单元阵列设置在该衬底中并且包括用第一类型掺杂剂掺杂的衬底的间隔开的体积。该保护带设置在衬底中的光电二极管单元之间并且包括用该第一类型掺杂剂掺杂的衬底的共同掺杂体积。该接地扩散区设置在衬底中且比保护带更远离光电二极管单元并且用不同于该第一类型掺杂剂的第二类型掺杂剂掺杂。该保护带配置成传导从光电二极管单元漂移通过衬底到接地参考的电子或空穴中的至少一个，并且该接地扩散区配置成传导电子或空穴中的另一个，其从光电二极管单元漂移通过衬底到接地参考。
附图说明
目前公开的主旨将参照附图从阅读非限制性实施例的下列说明中更好理解，其中：
图1是光电二极管组件的一部分的一个实施例的透视图。
图2是在图1中示出的光电二极管组件的剖视图。
图3是光电二极管组件的另一个实施例的顶视图。
图4是光电二极管组件在图3中沿着线4-4的剖视图。
图5是根据另一个实施例的光电二极管组件的顶视图。
图6是光电二极管组件在图5中沿着线6-6的剖视图。
图7是根据另一个实施例的光电二极管组件的顶视图。
图8是光电二极管组件在图8中沿着线8-8的剖视图。
图9是根据另一个实施例的光电二极管组件的顶视图。
图10是光电二极管组件在图9中沿着线10-10的剖视图。
图11是对于用于提供光电二极管组件的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
如本文使用的，以单数列举的并且具有单词“一”在前的元件或步骤应该理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非这样的排除明确地规定。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不排除也包含列举的特征的另外的实施例的存在。除非对相反情况的明确规定，“包括”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的另外的这样的元件。
本文描述的主旨涉及在成像系统中使用的光电传感器组件。这些光电传感器组件可用于基于入射辐射生成图像。例如，这些光电传感器组件可与计算机断层摄影(CT)系统一起使用以将入射辐射转换成图像。备选地，这些光电传感器组件可与安全系统一起使用以将入射辐射转换成图像或以检测物体的存在，例如入侵者的存在。然而，不是本文描述的所有实施例都限于CT系统或安全系统。将辐射转换成电信号用于形成图像或为了其他目的的其他系统或设备可包括本文描述的一个或多个实施例。
光电传感器组件包括衬底，其具有设置在其中的光电二极管单元，该光电二极管单元将入射辐射转换成用于形成图像的电信号或电荷。掺杂剂沿着衬底的内部(例如，在一个实施例中不沿着外边界)扩散进入光电二极管单元之间的衬底中以形成保护带和接地扩散区。这些保护带和接地扩散区在光电二极管组件中提供以防止或减少在一个光电二极管单元中或其附近产生的电子和/或空穴漂移到另一个相邻的光电二极管单元。电子和/或空穴的这样的漂移否则可改变由相邻的光电二极管单元产生的信号或电荷。
当接地扩散区可以朝保护带排斥空穴时，保护带可吸引和/或接受从光电二极管单元漂移的空穴。接地扩散区可以吸引和/或接受从光电二极管单元漂移的电子。保护带和接地扩散区可互相传导地耦合并且接地扩散区可与电接地参考传导地耦合。例如，保护带和接地扩散区可传导地耦合于公共电极或总线。在电子和空穴到达附近的或相邻的光电二极管单元之前，保护带和接地扩散区将电子和空穴传导到接地参考。
在一个实施例中，保护带可包括用与光电二极管单元相同的掺杂剂或相同类型的掺杂剂掺杂的衬底的空穴收集区(“共同掺杂区”)。接地扩散区可包括用不同的掺杂剂或不同类型的掺杂剂掺杂的衬底的电子收集区(“不同掺杂区”)。例如，如果光电二极管单元由n掺杂的半导体衬底的p-或p+掺杂区形成，则接地扩散区可由收集或接受漂移通过衬底作为串扰的电组成部分的电子空穴(或衬底的半导体晶格中的电子的空缺)的半导体衬底的n或n+掺杂区形成。空穴和/或电子被传导通过保护带和/或接地扩散区到电气接地参考并且被防止漂移到另一个光电二极管单元。
图1是光电二极管组件100的一部分的一个实施例的透视图。图2是在图1中示出的光电二极管组件100的剖视图。该光电二极管组件100是辐射检测装置，其可以用作图像检测器，例如对于CT成像系统或安全系统的检测器。例如，该光电二极管组件100可在该光电二极管组件100的光输入侧104上接受入射辐射102，例如来自光闪烁体的x射线或光以及衰减的x射线(用于将物体成像)。该光电二极管组件100包括光电二极管单元108阵列106。这些光电二极管单元108响应于撞击该光电二极管组件100的辐射102的光子而产生电信号或电荷。可读出或检查这些信号或电荷以基于入射在光电二极管组件100上各种光电二极管单元108处的辐射102的强度或幅度产生图像。例如，这些光电二极管单元108可以与读出电极200(在图2中示出)传导地耦合，这些读出电极200与传导总线202(在图2中示出)传导地耦合。总线202将这些信号或电荷运送到计算装置或处理器，其基于这些信号或电荷产生图像。
光电二极管组件100包括由一个或多个半导体材料形成的半导体衬底110。仅通过示例，衬底110的半导体材料可包括硅(Si)、砷化锗(GeAs)、碲化镉(CdTe)、碲化锌镉(CdZnTe或CZT)等。衬底110可以是本征半导体材料，其不用任何带电掺杂剂掺杂，例如受体或p型掺杂剂(例如，硼(B))，或供体或n型掺杂剂(例如，磷(P))。备选地，衬底110可用带相反电荷的p或n型掺杂剂中的一个掺杂。
光电二极管单元108可通过将一个或多个掺杂剂沉积和/或扩散(在本文中统称为“扩散”)进入在图1中示出的区域中的衬底110而形成。例如，p或n型掺杂剂可通过衬底110的背面112扩散进入衬底110来形成光电二极管单元108。备选地，掺杂剂可通过衬底110的相对的光输入侧104扩散进入衬底110来形成光电二极管单元108。在一个实施例中，衬底110用n型掺杂剂(例如磷(P))掺杂，并且光电二极管单元108通过将带相反电荷的p型掺杂剂(例如硼(B))扩散进入衬底110而形成。备选地，光电二极管单元108可通过蚀刻衬底110以形成空隙并且用掺杂的半导体材料填充这些空隙来形成光电二极管单元108而形成。掺杂剂扩散进入衬底110形成掺杂剂结，例如p/n掺杂剂结(例如，当p型掺杂剂扩散进入n掺杂的衬底110时)和/或n/p掺杂剂结(例如，当n型掺杂剂扩散进入p掺杂的衬底110时)。
掺杂剂可采用多种深度扩散进入衬底110来形成光电二极管单元108。仅通过示例，掺杂剂可从衬底110的背面112扩散进入衬底110到大约0.05微米和大约50微米之间的深度。光电二极管单元108示出为方形。备选地，光电二极管单元108可具有除了其他形状以外的不同的形状，例如六边形，八边形，三角形，圆、椭圆、平行四边形。
光电二极管组件100包括至少部分围绕光电二极管单元108的外围延伸的保护带114。例如，如在图1中示出的，这些保护带114可采用规则间隔的网格设置并且沿着正交或垂直方向设置在相邻的光电二极管单元108之间。保护带114可以通过将例如p或n型掺杂剂的掺杂剂扩散进入衬底110而形成。备选地，保护带114可通过在衬底110中蚀刻沟槽并且在衬底110中沉积掺杂的半导体而形成。在一个实施例中，保护带114通过扩散用于形成光电二极管单元108的相同类型的掺杂剂而形成。例如，在n掺杂的衬底110中，光电二极管单元108和保护带114通过将p型掺杂剂扩散进入衬底110而形成。扩散掺杂剂以形成保护带114在衬底110中创建掺杂剂结，例如p/n和/或n/p掺杂剂结。掺杂剂可采用多种深度扩散进入衬底110来形成保护带114。仅通过示例，掺杂剂可从衬底110的膜侧112扩散进入衬底110到大约0.20微米和大约50微米之间的深度。
保护带114减少在相邻的光电二极管单元108(例如，邻近的单元)之间传导或漂移的电串扰的量。在一个实施例中，保护带114与信号接地参考116传导地耦合。例如，保护带114可与一个或多个传导接地电极118(其与该信号接地参考116传导地耦合)联接。到达保护带的电串扰被运送到接地参考使得串扰没有传导到相邻的光电二极管单元108。例如，光电二极管单元108的半导体材料中的没有从光电二极管单元108读出作为图像信号的电子和/或空穴可通过衬底110从光电二极管单元108漂移出。电子和/或空穴可连续移动通过衬底110的晶格结构直到电子和/或空穴到达保护带114并且传导到接地参考116。
备选地，保护带114中的一个或多个可与能调整的电压源120(例如电池、直流电源或向保护带114施加能调整的偏置电压的其他电流源)传导地耦合。该偏置电压可以手动或自动变化或改变。该偏置电压可以施加于保护带114以抵消或消除从光电二极管单元108漂移到保护带114的电子和/或空穴。例如，该偏置电压可改变保护带114的有效电荷或电势。改变保护带114的有效电荷或电势可更改保护带114的有效深度和/或宽度。例如，施加负电势或电压于保护带114可使保护带114吸引更少的空穴并且由此有效地减小保护带114的有效深度和/或宽度。相反地，施加正电势或电压于保护带114可使保护带114吸引更多的空穴并且由此增加保护带114的有效深度和/或宽度。例如，如果由光电二极管单元108产生的电串扰大约是+10毫伏，则可由电压源120向保护带114供应大约-10毫伏的抵消偏置电压来抵消和/或中和到达保护带114的电串扰。
在一个实施例中，光电二极管组件100包括在衬底110的入射侧104上的背面钝化层122。该钝化层122是使衬底100化学和/或电钝化的层。例如，该钝化层122可扩散到衬底110上来防止污染物通过入射侧104扩散进入衬底110、防止衬底110和在入射侧104处的其他化学物种之间的化学反应以及/或防止入射侧104和另一个物体之间的传导接触。该钝化层122可扩散为二氧化硅(SiO2)和/或氮化硅(Si3N4)或另一个化学和/或电钝化物质的层。该钝化层122还可增强光子传输用于在光电二极管单元108中收集光子。该钝化层122的厚度可以是大约0.01微米至大约5微米。备选地，可使用更小或更大的厚度。还可使用二氧化硅和氮化硅的组合。
图3至10图示光电二极管组件的若干实施例的底视图和剖视图。在图3至10中示出的实施例可与在图1和2中示出的光电二极管组件100相似地操作。例如，光电传感器组件包括将入射辐射转换成电信号或电荷(其被读出以产生图像)的光电二极管单元。光电传感器组件包括保护带和接地扩散区，其减少或消除电子和/或空穴在相邻的光电二极管单元之间的漂移。光电传感器组件可包括比在图中示出的更大数量的光电二极管、保护带和/或接地扩散区。
图3是光电二极管组件300的一部分的一个实施例的顶视图。图4是该光电二极管组件300的该部分在图3中沿着线4-4的剖视图。该光电二极管组件300包括半导体衬底302，例如p掺杂、n掺杂或本征硅(Si)衬底。在一个实施例中，衬底302是n掺杂半导体衬底。备选地，衬底302可由另一个半导体材料形成。
衬底302包括光电二极管单元304，其将入射辐射转换成电信号或电荷。这些光电二极管单元304可采用光电二极管单元304的规则间隔阵列设置。这些光电二极管单元304包括衬底302的掺杂体积306或由掺杂体积306形成。在一个实施例中，衬底302的体积306可掺杂以在衬底302中形成掺杂剂结，其中这些掺杂剂结形成光电二极管单元304。在一个实施例中，光电二极管单元304通过将例如硼(B)等p型掺杂剂扩散进入衬底302的体积306来形成p/n结而形成。在另一个实施例中，光电二极管单元304通过将另一个受体或p型掺杂剂扩散进入衬底302而形成。备选地，光电二极管单元304可通过从衬底302去除体积306(例如通过蚀刻)并且将掺杂的半导体沉积进入体积306而形成。在另一个实施例中，光电二极管单元304通过将n型掺杂剂扩散进入衬底302而形成。
尽管未在图4中示出，与光电二极管单元108(在图1中示出)相似地，光电二极管单元304可与读出总线传导地耦合以允许获得由光电二极管单元304产生的信号或电荷并且允许这些信号或电荷用于生成图像。光电二极管单元304可以彼此相对接近地安置以提高使用光电二极管组件300获得的图像的分辨率。分离距离320可以代表光电二极管单元304与彼此的空间分离。在一个实施例中，相邻的光电二极管单元304之间的该分离距离320不大于250微米或9.8密耳。在另一个实施例中，该分离距离320不大于150微米或5.9密耳。备选地，该分离距离320不大于30微米或1.2密耳。同样预想其他分离距离320。
光电二极管组件300包括至少部分围绕个体光电二极管单元304的外围延伸的细长保护带308。保护带308包括共同掺杂的收集区312、314。如本文使用，术语“共同掺杂”用于识别用与光电二极管单元相同类型的掺杂剂或相同掺杂剂掺杂的衬底的部分或体积。通过示例，如果光电二极管单元304通过用p型或受体掺杂剂(例如硼(B))掺杂衬底302的体积形成，则用硼(B)或用另一个p型或受体掺杂剂掺杂的衬底302的其他体积可称为共同掺杂体积或区。另一方面，用磷(P)或用另一个n型或供体掺杂剂掺杂的衬底的体积可称为不同掺杂体积或区。根据一个实施例，保护带包括衬底的共同掺杂区。
收集区312可称为水平区并且收集区314可称为垂直区。另外，如本文使用的，术语“水平”和“垂直”仅仅指示衬底中的不同扩散区的取向并且不意在限制公开的主旨的全部实施例。例如，收集区312、314可在其他方向上取向。尽管收集区312、314在图示的实施例中关于彼此垂直取向，备选地，收集区312、314可关于彼此倾斜取向(例如，在除了九十度以外的角度取向)。例如，收集区312、314可关于彼此在横向或非平行角度取向。
在图示的实施例中，共同掺杂收集区312、314互相分离。在图示的实施例中，垂直收集区314沿着第一方向326设置在相邻的光电二极管单元304之间并且水平收集区312沿着第二正交或垂直方向328设置在相邻的光电二极管单元304之间。如在图3中示出的，收集区312、314间隔开使得收集区312、314互相不直接耦合(例如区312、314没有互相邻接)。
保护带308的收集区312、314包括衬底302的掺杂体积310或由掺杂体积310形成。衬底302的体积310用n或p型掺杂剂掺杂以在衬底302中形成掺杂剂结，其中这些掺杂剂结形成收集区312、314。在一个实施例中，形成收集区312、314的保护带308的个体和单独段通过扩散与光电二极管单元304相同类型的掺杂剂而创建。例如，光电二极管单元304、水平收集段312和垂直收集段314可通过将例如硼(B)等p型掺杂剂掺杂进入衬底302的体积306和体积310而形成。备选地，收集段312、314可通过从衬底302中去除体积310(例如通过蚀刻)并且将掺杂的半导体扩散进入体积310而形成。
在图示的实施例中，接地扩散区318设置在光电二极管单元304的角落处或附近。例如，接地扩散区318可沿着关于方向326、328成倾斜角度的方向设置在相邻的光电二极管单元304之间。在图3中示出的实施例(其中保护带308具有方形)中，接地扩散区318可位于这些方形的角落处，这些方形由保护带308近似形成，其中收集区312、314形成方形保护带308的边。备选地，保护带308可具有不同的形状，例如六边形，八边形，三角形，圆、椭圆、平行四边形等。
接地扩散区318包括用n或p型掺杂剂掺杂的衬底302的体积或由这样的体积形成。在一个实施例中，接地扩散区318代表在衬底302中形成掺杂剂结的衬底302的掺杂体积。接地扩散区318可使用与光电二极管单元304和/或收集区312、314的带相反电荷的掺杂剂形成。例如，接地扩散区318可由衬底302的n掺杂体积形成，而光电二极管单元304和收集区312、314由衬底302的p掺杂体积形成。
与保护带114(在图1中示出)相似，保护带308可与保护带114(在图1中示出)相似地与接地参考传导地耦合。例如，接地扩散区318可与信号接地参考耦合并且收集区312、314可与接地扩散区318联接。备选地，接地扩散区318和收集区312、314都可联接于公共传导接地电极。收集区312、314可通过将收集区312、314和接地扩散区318扩散成互相邻近而与接地扩散区318耦合。备选地或另外，可提供传导体或总线，其通过将这些区312、314、318之间的连接金属化来使收集区312、314与扩散区318接触。
电串扰(例如，电子和/或空穴)可由光电二极管单元304产生。串扰的空穴可漂移到收集区312、314和/或接地扩散区318。在一个实施例中，空穴被吸引到收集区312、314但被接地扩散区318排斥。被接地扩散区318排斥可引导空穴中的至少一些朝向收集区。串扰的电子可漂移到接地扩散区318。空穴传导通过收集区312、314到接地扩散区318以及然后到电气接地参考，从而传导到接地参考。电子传导通过接地扩散区318到接地参考，从而传导到接地参考。
在图示的实施例中，衬底302在保护带308与光电二极管单元304之间延伸并且将保护带308与光电二极管单元304分离，且没有任何其他扩散区或结设置在光电二极管单元304和保护带308之间。例如，衬底302可从光电二极管单元304的外围连续延伸到设置在光电二极管单元304和相邻的光电二极管单元304之间的保护带308的收集区312、314。通过“连续延伸”，衬底302可设置在光电二极管单元304和保护带308之间使得光电二极管单元304和保护带308(其使光电二极管单元304与相邻的光电二极管单元304分离)之间的衬底302中没有掺杂区、掺杂剂结和/或蚀刻的体积。衬底302可从光电二极管单元304延伸到保护带308且其中没有中断或不包含另外的掺杂体积。使光电二极管单元304与保护带308分离并且从光电二极管单元304延伸到保护带308的衬底302的体积或区段称为衬底302的分离区316。电串扰可从光电二极管单元304穿过分离区316到保护带308并且由保护带308传导到信号接地参考。
保护带308的宽度可以变化以改变有多少由光电二极管单元304产生的串扰信号由保护带308捕获并且传导到信号接地参考。例如，宽度尺寸322可代表在衬底302的膜侧324处的保护带308的水平和/或垂直收集区312、314的横向宽度或大小。增加宽度尺寸322可允许保护带308相对于更小的宽度尺寸322捕获更大的串扰信号(例如，具有更大量的能量的串扰信号)。在一个实施例中，宽度尺寸322不大于100微米或3.9密耳。在另一个实施例中，宽度尺寸322不大于50微米或2.0密耳。备选地，宽度尺寸322不大于1微米或0.04密耳。接地扩散区318的大小相似地可调整以使传导到信号接地参考的串扰信号的幅度变化。
图5是根据另一个实施例的光电二极管组件500的一部分的顶视图。图6是该光电二极管组件500在图5中沿着线6-6的剖视图。与光电二极管组件100(在图1中示出)相似，光电二极管组件500包括半导体衬底502，例如p掺杂、n掺杂或本征半导体衬底。在一个实施例中，衬底502是n掺杂硅(Si)衬底。
衬底502包括光电二极管单元504，其包括用n或p型掺杂剂掺杂的衬底502的体积506或由体积506形成。在一个实施例中，光电二极管单元504由衬底502的p掺杂体积506形成。与光电二极管单元108(在图1中示出)相似地，光电二极管单元504可与读出总线传导地耦合以允许获得由光电二极管单元504产生的信号或电荷并且允许这些信号或电荷用于生成图像。
光电二极管组件500包括环绕保护带508，其至少部分围绕个体光电二极管单元504的外缘延伸。在图示的实施例中，保护带508围绕光电二极管单元504的外围连续延伸。在一个实施例中，保护带508包括衬底502的共同掺杂体积。例如，保护带508可包括用与光电二极管单元504相同掺杂剂或相同类型的掺杂剂掺杂的衬底502的体积510或由体积510形成。共同掺杂体积可称为收集区。
保护带508可包围光电二极管单元504使得保护带508设置在相邻的光电二极管单元504之间。在图示的实施例中，保护带508包括共同掺杂收集区512和共同掺杂互连区516。收集区512、514包括水平和垂直收集区512、514，其可由用于创建光电二极管单元504的相同类型的掺杂剂形成。例如，光电二极管单元504和收集区512、514可通过将例如硼(B)等p型掺杂剂扩散进入衬底502形成，而接地扩散区518通过将例如磷(P)等n型掺杂剂扩散进入衬底502形成。
衬底502包括接地扩散区518，其包括用相对于用于创建光电二极管单元540和/或收集和互连区512、514、516的掺杂剂不同或带相反电荷的掺杂剂掺杂的衬底520的体积。例如，接地扩散区518可通过将n型掺杂剂(例如磷)扩散进入衬底502形成。接地扩散区518可与电气接地参考传导地耦合。例如，一个或多个传导接地电极可将接地扩散区518与接地参考传导地耦合。
与光电二极管组件300(在图3中示出)相比之下，保护带508的收集区512、514互相耦合。例如，收集区512、514通过保护带508的互连区516而互相耦合使得收集区512、514和互连区516形成围绕光电二极管单元504的连续体。互连区516可以是联接水平和垂直收集区512、514的水平和/或垂直收集区512、514的延伸。如在图5中示出的，在一个实施例中，互连区516耦合收集区512、514使得水平、垂直和互连区512、514、516完全环绕接地扩散区(如在图5中示出的)。
与在图3中示出的光电二极管组件300相似，衬底502在保护带508与光电二极管单元504之间延伸并且使保护带508与光电二极管单元504分离。衬底502可从光电二极管单元504的外围连续延伸到至少部分包围光电二极管单元504并且使光电二极管单元504与相邻的光电二极管单元504分离的保护带508的收集和互连区512、514、516。
同样与光电二极管组件300(在图3中示出)相似，接地扩散区518可与信号接地参考传导地耦合。互连区516可与接地扩散区518邻接或重叠使得接地扩散区518和互连区518之间的界面形成掺杂剂结。来自光电二极管单元504的电串扰信号可传导通过衬底502到水平和/或垂直收集区512、514。收集区512、514可掺杂以便比衬底502更具传导性。因此，收集区512、514中的串扰信号可经由互连区516传导到接地扩散区518。然后接地扩散区518可将串扰信号传导到接地参考。
图7是根据另一个实施例的光电二极管组件700的一部分的顶视图。图8是该光电二极管组件700在图8中沿着线8-8的的剖视图。与光电二极管组件100(在图1中示出)相似，光电二极管组件700包括半导体衬底702，例如p掺杂、n掺杂或本征半导体衬底。在一个实施例中，衬底702是n掺杂硅(Si)衬底。
衬底702包括光电二极管单元704，其包括用n或p型掺杂剂掺杂的衬底702的体积706或由体积706形成。在一个实施例中，光电二极管单元704由衬底702的p掺杂体积706形成。与光电二极管单元108(在图1中示出)相似地，光电二极管单元704可与读出总线耦合以允许获得由光电二极管单元704产生信号或电荷并且允许这些信号或电荷用于生成图像。
光电二极管组件700包括个体单元保护带708，其至少部分围绕个体光电二极管单元704的外围延伸。与保护带108、308、508(在图1、3和5中示出)相似，保护带708使个体光电二极管单元704互相分离。在图示的实施例中，保护带708包括细长共同掺杂收集区712、714。收集区712、714包括水平收集区712和垂直收集区714。如上文描述的，共同掺杂收集区712、714可以通过扩散与用于形成光电二极管单元704的掺杂剂相同的类型或带电的掺杂剂(例如，p掺杂剂)而形成。
光电二极管组件700还包括细长内部接地扩散区716和接地扩散区718。接地扩散区716、718包括用相对于用于形成收集区712、714和/或光电二极管单元704的掺杂剂的不同类型或带相反电荷的掺杂剂掺杂的衬底702的体积。例如，接地扩散区716、718可形成作为衬底702的n掺杂体积。在一个实施例中，接地扩散区716、718共同与组件700的信号接地参考耦合。如在图7中示出的，细长内部接地扩散区716互连接地扩散区718使得接地扩散区716、718环绕在图7中示出的光电二极管单元704的每个。
收集区712、714设置在互连区716的对侧上。例如，互连区716可设置在一对水平收集区712中的水平收集区712之间以及一对垂直收集区714中的垂直收集区714之间。如在图7中示出的，每对水平收集区712和每对垂直收集区714包括比互连区716更接近光电二极管单元704设置的一个水平或垂直收集区712、714以及比互连区716更远离光电二极管单元704设置的一个水平或垂直收集区712、714。
在图示的实施例中，接地扩散区718沿着每个光电二极管单元704的外围互相间隔开。互连区716可在接地扩散区718之间延伸并且耦合接地扩散区718，接地扩散区718围绕光电二极管单元704延伸。内部收集区712、714可以在相邻的接地扩散区718之间延伸并且耦合该相邻的接地扩散区718。在图示的实施例中，内部收集区712、714没有互相联接。备选地，接地扩散区718可与互连区716、水平收集区712和/或垂直收集区714中的一个或多个去耦合或空间分离。如在图7中示出的，接地扩散区718和互连区716至少部分环绕光电二极管单元704和内部收集区712、714。例如，内部收集区712、714设置在互连区716和光电二极管单元704之间。
衬底702可在保护带708的水平和垂直收集区712、714与光电二极管单元704之间连续延伸并且使保护带708的水平和垂直收集区712、714与光电二极管单元704分离。例如，衬底702可从光电二极管单元704的外围连续延伸到内部收集区712、714，而在它们之间的衬底702内没有任何其他掺杂区或结设置。内部收集区712、714与互连区716间隔开。例如，衬底702可在水平收集区712与互连区716之间连续延伸并且使该水平收集区712与互连区716分离以及在垂直收集区714与互连区716之间连续延伸并且使该垂直收集区714与互连区716分离。
接地扩散区718可与信号接地参考传导地耦合以传导从光电二极管单元704漂移到该信号接地参考的电子。保护带708可与接地扩散区耦合。因此，从光电二极管单元704漂移的空穴可漂移到水平和垂直收集区712、714并且收集在其中。来自光电二极管单元704的串扰信号可通过衬底702传导到内部水平和/或处置收集区712、714。内部收集区712、714中的这些串扰信号可经由接地扩散区718传导到信号接地参考。备选地，这些串扰信号中的至少一些可从水平和/或垂直收集区712、714传导到互连区716，并且从互连区716通过接地扩散区718传导到信号接地参考。
图9是根据另一个实施例的光电二极管组件900的一部分的顶视图。图10是该光电二极管组件900在图9中沿着线10-10的剖视图。与光电二极管组件100(在图1中示出)相似，光电二极管组件900包括半导体衬底902，例如p掺杂、n掺杂或本征半导体衬底。在一个实施例中，衬底902是n掺杂硅(Si)衬底。
衬底902包括光电二极管单元904，其包括用n或p型掺杂剂掺杂的衬底902的体积906或由体积906形成。在一个实施例中，光电二极管单元904由衬底902的p掺杂体积906形成。与光电二极管单元108(在图1中示出)相似地，光电二极管单元904可与读出总线传导地耦合以允许获得由光电二极管单元904产生的信号或电荷并且允许这些信号或电荷用于生成图像。
光电二极管组件900包括同心保护带908，其至少部分围绕个体光电二极管单元904的外围延伸。与保护带108、308、508、708(在图1、3和5和7中示出)相似，保护带908使个体光电二极管单元704互相分离。在图示的实施例中，保护带908包括共同掺杂内部收集区912，其环绕光电二极管单元904。不同掺杂接地扩散区914环绕内部收集区912。备选地，内部收集区912可包括分离、间隙或裂口使得内部收集区912没有完全环绕光电二极管单元904并且/或接地扩散区914可包括分离、间隙或裂口使得接地扩散区914没有完全环绕内部收集区912。
内部收集区912可由用于创建光电二极管单元904(例如，p型掺杂剂)的相同类型的掺杂剂形成，而接地扩散区914可由相反的掺杂剂(例如，n型掺杂剂)形成。如上文描述的，区912、914中的一个或多个可通过将掺杂剂扩散进入衬底902的体积和/或通过蚀刻衬底902并且将掺杂的半导体扩散进入衬底902而形成。
在图示的实施例中，由衬底902将内部收集区912与扩散带区域914间隔开。例如，衬底902可在内部收集区912与扩散带区域914之间连续延伸并且使该内部收集区912与扩散带区域914分离。备选地，内部收集区912中的一个或多个可与扩散带区域914中的一个或多个邻接或接触。衬底902可以在保护带908与光电二极管单元904之间连续延伸并且使该保护带908与光电二极管单元904分离。例如，衬底902可从光电二极管单元904的外围连续延伸到保护带908的内部收集区912，其中在光电二极管单元904和收集区912之间的衬底902中没有掺杂剂扩散区或掺杂剂结。
在一个实施例中，收集区912和接地扩散区914可与接地参考传导地耦合以传导从光电二极管单元904漂移到接地参考的电子和/或空穴。例如，接地扩散带区域914可与电极(其与信号接地参考耦合)传导地耦合。收集区912可与接地扩散带区域914联接和/或与相同的电极(其将接地扩散带区域914耦合于接地参考)传导地耦合。从光电二极管单元904漂移出的空穴可由收集区912收集并且运送到接地参考。从光电二极管单元904漂移出的电子可由接地扩散区914收集并且传导到接地参考。
图11是用于提供光电二极管组件的方法1100的一个实施例的流程图。该方法1100可用于制造上文描述的光电传感器组件100、300、500、700、900(在图1、3、5、7和9中示出)中的一个或多个。在1102，提供衬底。例如，可提供例如衬底110、302、502、702、902(在图1、3、5、7和9中示出)中的一个或多个等半导体衬底。
在1104，第一掺杂剂扩散进入衬底来形成一个或多个光电二极管单元。例如，p型掺杂剂(例如硼(B))可扩散进入衬底来形成光电二极管单元。光电二极管单元可采用规则间隔的网格或阵列设置。
在1106，第一掺杂剂扩散进入衬底来形成保护带的第一部分。例如，第一掺杂剂或与用于形成光电二极管单元的掺杂剂的电荷类型相同的掺杂剂在一个或多个位置(其与光电二极管单元间隔开)扩散进入衬底来形成收集区。第一掺杂剂扩散进入与光电二极管单元间隔开的位置来形成保护带的第一部分。光电二极管单元和保护带的第一部分可通过掩蔽衬底并且将第一类型掺杂剂扩散进入不同的区域(其与光电二极管单元和保护带的第一部分对应)而同时形成。
在1108，第二、带相反电荷的掺杂剂扩散进入衬底来形成衬底的接地扩散区。例如，具有与第一掺杂剂的电荷相反的电荷的第二掺杂剂扩散进入衬底。该第二掺杂剂可以是n型掺杂剂，例如磷(P)。在一个实施例中，该第二掺杂剂在衬底的比保护带的由第一掺杂剂形成的部分更远离光电二极管单元的位置中扩散。
在1110，光电二极管单元与读出电极传导地耦合。例如，光电二极管单元可耦合于电极，其与读出电子器件传导地耦合。当入射辐射撞击光电二极管单元时，这些读出电子器件可以确定由光电二极管单元形成的电荷的大小或幅度来创建图像，如上文描述的。
在1112，保护带和接地扩散区与接地参考传导地耦合。例如，一个或多个电极可耦合于保护带和/或收集区。这些电极可以在半导体衬底内与接地参考联接。这些电极与信号接地参考传导地耦合以便从光电二极管单元运送电串扰到接地参考。例如，保护带可设置在光电二极管单元之间使得从光电二极管单元漂移的电串扰在其到达相邻的光电二极管单元之前由保护带传导到接地参考。
根据一个或多个实施例，公开用于提供光电二极管组件的方法。该方法可用于制造本文公开的并且在图1至10中示出的光电传感器组件100、300、500、700、900中的一个或多个。该方法包括提供可用p或n型掺杂剂掺杂的衬底。光电二极管单元通过将掺杂剂扩散进入该衬底而在该衬底中形成。用于形成光电二极管单元的掺杂剂可以是相对于该衬底中的掺杂剂带相反电荷的掺杂剂。例如，当衬底用n型掺杂剂掺杂时，p型掺杂剂可用于扩散光电二极管单元。
方法还包括在衬底中围绕光电二极管单元形成保护带。这些保护带使个体光电二极管单元互相分离。这些保护带可通过将两个或以上不同类型的掺杂剂扩散进入衬底而提供。在一个实施例中，这些保护带通过在相邻的光电二极管单元之间的衬底中形成共同掺杂和不同掺杂区两者而提供。例如，这些保护带可通过采用与光电二极管单元不同的掺杂剂或不同类型的掺杂剂扩散衬底的体积并且通过在不同掺杂区和具有共同掺杂区的光电二极管单元之间扩散衬底的体积而提供。如在图1-10中示出的，可使用光电二极管单元和保护带的各种设置和模式。
保护带防止、阻止或明显减少来自一个光电二极管单元的串扰信号漂移到相邻的光电二极管单元。保护带的不同掺杂体积可以与信号接地参考传导地耦合。保护带的共同掺杂体积位于光电二极管单元和不同掺杂体积之间。共同掺杂体积可以收集由光电二极管单元产生的串扰信号。这些串扰信号可从共同掺杂体积运送到不同掺杂体积，其中这些串扰信号传导到信号接地参考。
要理解上文的说明意在说明性而非限制性。例如，上文描述的实施例(和/或其的方面)可互相结合使用。另外，可做出许多修改以使特定情况或材料适应本文公开的主旨的教导而没有偏离它的范围。尽管本文描述的材料的尺寸和类型意在限定主旨的一个或多个实施例的参数，实施例绝不是限制性的而是示范性的实施例。当回顾上文的说明时，许多其他的实施例对于本领域内技术人员将是明显的。本文描述的主旨的范围因此应该参照附上的权利要求与这样的权利要求拥有的等同物的全范围而确定。在附上的权利要求中，术语“包含”和“在...中”用作相应术语“包括”和“其中”的易懂语的等同物。此外，在下列权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并且不意在对它们的对象施加数值要求。此外，下列权利要求的限制没有采用部件加功能格式书写并且不意在基于35U.S.C§112的第六段解释，除非并且直到这样的权利要求限定明确地使用后跟功能描述而无其他结构的短语“用于...的部件”。
该书面说明使用示例以公开各种实施例，其包括最佳模式，并且还使本领域内技术人员能够实践各种实施例，包括制作和使用任何装置或系统和进行任何包含的方法。各种实施例的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果其具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果其包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则意在权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种光电二极管组件(100、300、500、700、900)，其包括：
半导体衬底(110、302、502、702、902)；
在所述衬底(110、302、502、702、902)中的光电二极管单元(108、304、504、704、904)，所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)包括用第一类型掺杂剂掺杂的所述衬底(110、302、502、702、902)的第一体积；
在所述衬底(110、302、502、702、902)中的接地扩散区(318、518、716、718、914)，所述接地扩散区(318、518、716、718、914)包括用相对于所述第一类型掺杂剂具有相反电荷的第二类型掺杂剂掺杂的所述衬底(110、302、502、702、902)的第二体积；和
在所述衬底(110、302、502、702、902)中并且至少部分围绕所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)的外围延伸的保护带(312、314、512、514、712、714)，所述保护带(312、314、512、514、712、714)包括用所述第一类型掺杂剂掺杂的所述衬底(110、302、502、702、902)的第三体积，所述接地扩散区(318、518、716、718、914)或所述保护带(312、314、512、514、712、714)中的至少一个与接地参考(116)传导地耦合以传导从所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)漂移通过所述衬底(110、302、502、702、902)的电子或空穴中的一个或多个，其中所述保护带(312、314、512、514、712、714)比所述接地扩散区(318、518、716、718、914)更接近所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)设置。
2.如权利要求1所述的光电二极管组件(100、300、500、700、900)，其中所述保护带(312、314、512、514、712、714)由所述衬底(110、302、502、702、902)的分离部分(316)与所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)分离，所述衬底(110、302、502、702、902)的所述分离部分(316)从所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)连续延伸到所述保护带(312、314、512、514、712、714)并且用所述第二类型掺杂剂掺杂。
3.如权利要求1所述的光电二极管组件(100、300、500、700、900)，其中所述保护带(312、314、512、514、712、714)包括所述衬底(110、302、502、702、902)的关于彼此成非平行角度取向的细长掺杂区。
4.如权利要求1所述的光电二极管组件(100、300、500、700、900)，其中所述保护带(312、314、512、514、712、714)包括所述衬底(110、302、502、702、902)的围绕所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)并且围绕所述接地扩散区延伸的细长掺杂区。
5.如权利要求1所述的光电二极管组件(100、300、500、700、900)，其进一步包括与所述保护带(312、314、512、514、712、714)传导地耦合的能调整的电压源(120)，所述保护带(312、314、512、514、712、714)配置成从所述电压源(120)接收偏置电压。
6.用于提供光电二极管组件(100、300、500、700、900)的方法(1100)，所述方法(1100)包括：
将第一类型掺杂剂扩散进入衬底(110、302、502、702、902)的第一体积来形成光电二极管单元(108、304、504、704、904)；
在所述衬底(110、302、502、702、902)中通过将第二类型掺杂剂扩散进入所述衬底(110、302、502、702、902)形成接地扩散区(318、518、716、718、914)，所述第一和第二类型掺杂剂是带相反电荷的掺杂剂；以及
在所述衬底(110、302、502、702、902)中形成保护带(312、314、512、514、712、714)，其至少部分围绕所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)的外围延伸，所述保护带(312、314、512、514、712、714)通过将所述第一类型掺杂剂扩散进入所述衬底(110、302、502、702、902)的收集区而形成，所述保护带(312、314、512、514、712、714)比所述接地扩散区(318、518、716、718、914)更接近所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)设置，其中所述接地扩散区(318、518、716、718、914)或所述保护带(312、314、512、514、712、714)中的至少一个与接地参考(116)传导地耦合以传导从所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)漂移通过所述衬底(110、302、502、702、902)的电子或空穴中的一个或多个。
7.如权利要求6所述的方法(1100)，其中形成所述保护带(312、314、512、514、712、714)包括将所述第一类型掺杂剂扩散进入所述衬底(110、302、502、702、902)的由所述衬底(110、302、502、702、902)的分离部分(316)与所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)间隔开的体积，所述衬底(110、302、502、702、902)的分离部分(316)从所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)连续延伸到所述接地扩散区(318、518、716、718、914)。
8.如权利要求7所述的方法(1100)，其中所述衬底(110、302、502、702、902)的所述分离部分(316)在所述光电二极管单元(108、304、504、704、904)和所述保护带(312、314、512、514、712、714)之间延伸而不存在所述第二类型掺杂剂或掺杂剂结。
9.如权利要求6所述的方法(1100)，其进一步包括将所述保护带(312、314、512、514、712、714)与能调整的电压源(120)传导地耦合，所述保护带(312、314、512、514、712、714)配置成从所述电压源(120)接收偏置电压。
10.如权利要求6所述的方法(1100)，其中形成所述保护带(312、314、512、514、712、714)包括将所述第一类型掺杂剂扩散进入所述衬底(110、302、502、702、902)的体积，该体积包括所述衬底(110、302、502、702、902)的关于彼此成非平行角度取向的细长掺杂区，以及将所述第二类型掺杂剂扩散进入所述接地扩散区，其包括与所述细长掺杂区联接的所述衬底(110、302、502、702、902)的联接区。
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