DE102011102007A1

DE102011102007A1 - Fotodiode und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102011102007A1
Application number: DE102011102007A
Authority: DE
Inventors: Jochen Kraft; Rainer Minixhofer; Ingrid Jonak-Auer; Jordi Teva; Herbert Truppe
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: US20140203340A1; DE102011102007B4; CN103597600B; US9018726B2; WO2012156215A3; CN103597600A; WO2012156215A2

Abstract

Die Fotodiode besitzt einen p-leitend dotierten Bereich (2) und einen n-leitend dotierten Bereich (3) in einem Halbleiterkörper (1) sowie einen pn-Übergang (4) zwischen dem p-leitend dotierten Bereich und dem n-leitend dotierten Bereich. Der Halbleiterkörper besitzt eine Aussparung (5), so dass der pn-Übergang (4) einen Abstand (d) von höchstens 30 μm von dem Boden (7) der Aussparung aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fotodiode, die zur Integration mit einer Schaltung, insbesondere mit einer CMOS-Schaltung, vorgesehen ist und rückseitig einfallende Strahlung detektiert.
In der US 2010/0213560 A1 ist ein Bildsensor beschrieben, bei dem eine Anordnung von Bildpunkten mit einer Kontrollschaltung und einer vorderseitigen Verdrahtung in einem ersten Substrat gebildet sind. Eine Durchkontaktierung eines zweiten Substrates ist mit einer obersten Leiterschicht der Verdrahtung verbunden und mit einem elektrischen Anschluss auf einer freien Oberseite des zweiten Substrates versehen. Lichteinfall ist von der Rückseite des ersten Substrates vorgesehen.
In der US 2010/0193893 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Halbleiterkörper mit einer Schaltung versehen und mittels eines Waferbond-Verfahrens mit einem weiteren Substrat, in dem eine Fotodiode ausgebildet ist, verbunden wird. Über Durchkontaktierungen im Halbleiterkörper wird die Schaltung mit der Fotodiode verbunden. Die Rückseite des mit der Fotodiode versehenen Substrates wird gedünnt, um einen Lichteinfall von dieser Seite her zu ermöglichen.
In der Veröffentlichung von R. L. Gealer, R. H. Hammerle, H. Karsten und H. S. Wroblowa: „Electrochemical etch-stop control for silicon containing electronic components" in J. Appl. Electrochemistry, Band 18, Seiten 463–468 (1988) ist ein Ätzverfahren beschrieben, bei dem ein elektrochemischer Ätzstopp durch eine Raumladungszone bewirkt wird. Ätzverfahren, bei denen ein Ätzstopp am Übergang zwischen hoch und niedrig dotiertem Halbleitermaterial bewirkt wird, werden von Marc J. Madou in „Fundamentals of Microfabrication: the science of minituarization", CRC Press, zweite Auflage 2001 beschrieben, insbesondere ab Seite 211 für isotropes Ätzen und ab Seite 232 für anisotropes Ätzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fotodiode, die für eine Integration mit einer Schaltung geeignet ist, und ein zugehöriges Herstellungsverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit der Fotodiode mit den Merkmalen des Anspruches 1 beziehungsweise mit dem Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Die Fotodiode besitzt einen p-leitend dotierten Bereich und einen n-leitend dotierten Bereich in einem Halbleiterkörper sowie einen pn-Übergang zwischen dem p-leitend dotierten Bereich und dem n-leitend dotierten Bereich. Der Halbleiterkörper besitzt eine Aussparung, so dass der pn-Übergang einen Abstand von höchstens 30 um von der Aussparung aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen weist der pn-Übergang einen Abstand von höchstens 15 μm oder von höchstens 10 μm von der Aussparung auf.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Fotodiode weist die Aussparung eine Seitenwand und einen Boden auf, und der pn-Übergang hat im Bereich des Bodens den geringsten Abstand von der Aussparung. Auf der Seitenwand ist eine Metallisierung vorhanden, die den Boden frei lässt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Fotodiode ist die Metallisierung am Boden der Aussparung entweder mit dem p-leitend datierten Bereich oder mit dem n-leitend dotierten Bereich elektrisch leitend verbunden. An der Vorderseite des Halbleiterkörpers ist eine Verdrahtung vorhanden, und an der gegenüberliegenden Rückseite befindet sich eine weitere Verdrahtung, die elektrisch leitend mit der Metallisierung verbunden ist. In dem Halbleiterkörper ist eine Durchkontaktierung vorhanden, die die Verdrahtung mit der weiteren Verdrahtung elektrisch leitend verbindet.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Fotodiode weist die Aussparung eine Seitenwand und einen Boden auf, und entweder der p-leitend dotierte Bereich oder der n-leitend dotierte Bereich ist angrenzend an den Boden angeordnet.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Fotodiode werden in einem Halbleiterkörper ein p-leitend dotierter Bereich und ein n-leitend dotierter Bereich hergestellt, so dass zwischen dem p-leitend dotierten Bereich und dem n-leitend dotierten Bereich ein pn-Übergang gebildet wird, und eine Aussparung wird in den Halbleiterkörper geätzt. Hierbei werden der pn-Übergang und die Aussparung so gebildet, dass der pn-Übergang einen Abstand von höchstens 30 μm von der Aussparung aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen werden der pn-Übergang und die Aussparung so gebildet, dass der pn-Übergang einen Abstand von höchstens 15 μm von der Aussparung aufweist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist der Halbleiterkörper mit einer vergrabenen Isolationsschicht versehen. Der pn-Übergang und die Aussparung werden auf einander gegenüberliegenden Seiten der Isolationsschicht hergestellt, und die Aussparung wird geätzt, bis die Isolationsschicht erreicht wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der pn-Übergang vor dem Ätzen der Aussparung gebildet. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den pn-Übergang wird eine Raumladungszone erzeugt, und die Aussparung wird geätzt, bis die Raumladungszone erreicht wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist die Aussparung eine Seitenwand und einen Boden auf, und der pn-Übergang wird nach dem Ätzen der Aussparung mittels einer Implantation von Dotierstoff in den Boden der Aussparung gebildet.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist die Aussparung eine Seitenwand und einen Boden auf, und eine Metallisierung wird in der Aussparung aufgebracht und an deren Boden entfernt.
Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen der Fotodiode und des Herstellungsverfahrens anhand der beigefügten Figuren.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Fotodiode.
Die 2 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer als Ätzstoppschicht verwendeten Isolationsschicht im Halbleiterkörper.
Die 3 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer als Ätzstoppschicht wirkenden Raumladungszone.
Die 4 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Metallisierung in der Aussparung aufgebracht ist.
Die 5 zeigt einen Querschnitt gemäß 4 für ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Metallisierung am Boden der Aussparung entfernt ist.
Die 6 zeigt einen Querschnitt gemäß 5 nach dem Herstellen einer Linse in der Aussparung.
Die 7 zeigt einen Querschnitt gemäß 1 für ein Ausführungsbeispiel, bei dem am Boden der Aussparung eine weitere Dotierung desselben Vorzeichens vorgenommen wurde.
Die 8 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit einem selbstjustiert bezüglich der Aussparung am Boden der Aussparung hergestellten dotierten Bereich.
Die 9 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fotodiode mit einer Durchkontaktierung.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Fotodiode. Ein Halbleiterkörper 1 enthält einen p-leitend dotierten Bereich und einen n-leitend dotierten Bereich, die einen pn-Übergang bilden. Der Halbleiterkörper 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Grunddotierung versehen und bildet den p-leitend dotierten Bereich 2. Der n-leitend dotierte Bereich 3 ist an der Vorderseite 1a des Halbleiterkörpers 1 zum Beispiel durch eine Implantation von Dotierstoff ausgebildet. Die Verwendung eines p-leitenden Halbleiterkörpers 1 ist zweckmäßig; n-Leitung und p-Leitung können aber auch vertauscht sein. Der pn-Übergang 4 befindet sich an der Grenze des n-leitend dotierten Bereiches 3 in dem Halbleitermaterial. Bei Ausführungsbeispielen der Fotodiode kann der pn-Übergang 4 in einem p-leitend dotierten Halbleiterkörper 1 zum Beispiel mit einer n-leitend oder hoch n-leitend (n⁺-leitend) dotierten Wanne, mit einer vergrabenen n-leitenden Schicht oder auch mit einer p-leitenden oder p⁺-leitenden Wanne in einer tiefen n-leitenden Wanne gebildet werden. Diese Aufzählung von Möglichkeiten, den pn-Übergang 4 zu bilden, ist nicht erschöpfend.
Eine Aussparung 5, die insbesondere eine Seitenwand 6 und einen Boden 7 aufweisen kann, befindet sich an der Rückseite 11 des Halbleiterkörpers 1, so dass zwischen dem pn-Übergang 4 und der Aussparung 5 ein Abstand d von höchstens 30 μm vorhanden ist. Zwischen dem n-leitend dotierten Bereich 3 und dem Boden 7 der Aussparung 5 ist folglich nur eine relativ dünne Schicht aus p-leitend dotiertem Halbleitermaterial vorhanden. Der Abstand d kann je nach der Anwendung, für die die Fotodiode vorgesehen ist, auch kleiner sein, zum Beispiel höchstens 15 μm oder auch höchstens 10 μm. Die Aussparung 5 ist in den Figuren mit einem ebenen Boden 7 dargestellt; der Boden 7 kann aber stattdessen gewölbt sein. Die Seitenwand 6 kann in der Zeichenebene der Figuren ebenfalls eine Wölbung aufweisen und/oder geneigt sein.
Eine von integrierten Schaltungen an sich bekannte Verdrahtung 9, die zu Leiterbahnen strukturierte Metallebenen in einem Zwischenmetalldielektrikum aufweist und in den Figuren nur schematisch wiedergegeben ist, kann an der Vorderseite 10 angeordnet und für einen elektrischen Anschluss zum Beispiel an eine in dem Halbleiterkörper 1 integrierte Schaltung, insbesondere eine CMOS-Schaltung, vorgesehen sein. Ein niedriger Anschlusswiderstand zum Anlegen einer elektrischen Spannung wird vorzugsweise durch einen in dem p-leitend dotierten Bereich 2 gebildeten hoch p-leitend dotierten Kontaktbereich 12 und einen in dem n-leitend dotierten Bereich 3 gebildeten hoch n-leitend dotierten Kontaktbereich 13 bewirkt.
Im Betrieb der Fotodiode wird eine Spannung in Sperrrichtung angelegt, so dass sich an dem pn-Übergang 4 eine Raumladungszone 8 bildet oder vergrößert. Da die Raumladungszone 8, die in den Figuren schraffiert eingezeichnet ist, in einem geringen Abstand s von dem Boden 7 der Aussparung 5 vorhanden ist, kann Strahlung, die von der Rückseite 11 her einfällt und auf den Boden 7 der Aussparung 5 trifft, in den Bereich der Raumladungszone 8 gelangen und dort detektiert werden.
Elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von beispielsweise 410 nm, 660 nm, 780 nm oder 850 nm wird in Silizium auf einer Länge von etwa 0,14 μm, 3,9 μm, 10 μm beziehungsweise 15 μm zu 70% absorbiert. Der Abstand d zwischen dem pn-Übergang 4 und der Aussparung 5 muss hinreichend klein gewählt werden, damit die am Boden 7 der Aussparung 5 einfallende Strahlung bis zu der Raumladungszone 8 gelangt, deren Größe von der angelegten Spannung abhängt. Der Abstand s zwischen der Raumladungszone 8 und der Aussparung 5 sollte für die Detektion von grünem Licht nicht größer als etwa 10 μm und für die Detektion von infrarotem Licht nicht größer als etwa 15 μm sein, wenn der Halbleiterkörper 1 Silizium ist.
Komponenten einer Schaltung, die außerhalb des Bereichs der Aussparung 5 an der Vorderseite 10 in dem Halbleiterkörper 1 integriert sind, werden durch die filternde Wirkung des Halbleitermaterials des seitlich der Aussparung 5 relativ dicken Halbleiterkörpers 1 vor rückseitig einfallender Strahlung geschützt. Dadurch wird verhindert, dass die Funktion der Schaltung durch einfallendes Licht beeinträchtigt wird. Diese Fotodiode ist daher zur Integration mit einer Schaltung, insbesondere mit einer CMOS-Schaltung besonders geeignet und vorteilhaft.
Die Aussparung 5 wird vorzugsweise nach dem Erzeugen des pn-Überganges 4 hergestellt; sie kann aber stattdessen auch vor dem Erzeugen des pn-Überganges 4 hergestellt werden. Die Aussparung 5 wird vorzugsweise durch Ätzen des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers 1 hergestellt. Hierfür ist insbesondere DRIE (deep reactive ion etching) geeignet. Mit einem derartigen Ätzprozess kann eine Genauigkeit bis auf Abweichungen von wenigen Mikrometern erreicht werden, wenn die erreichte Ätztiefe zunächst an Proben gemessen wird. Wie dabei vorzugehen ist, ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden.
Eine Möglichkeit für einen genau definierten Ätzstopp bietet ein Übergang von einem niedrig dotierten Halbleiterbereich zu einem hoch dotierten Halbleiterbereich. Das ist in der eingangs zitierten Veröffentlichung von Marc J. Madou beschrieben. Ein abrupter und genau lokalisierter Übergang von hoch dotiertem Halbleitermaterial zu niedrig dotiertem Halbleitermaterial kann mittels einer niedrig dotierten Epitaxieschicht auf einem hoch dotierten Halbleitersubstrat oder mittels einer hoch dotierten Epitaxieschicht auf einem niedrig dotierten Halbleitersubstrat gebildet werden.
Die 2 zeigt einen Querschnitt gemäß der 1 für ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Isolationsschicht 20, die zum Beispiel ein Oxid des Halbleitermaterials sein kann, in dem Halbleiterkörper 1 vergraben ist. Hierbei handelt es sich um die Struktur eines SOI-Substrates (silicon an insulator). Die übrigen Komponenten der Fotodiode entsprechen dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Ausführungsbeispiel der 2 hat den Vorteil, dass die Isolationsschicht 20 beim Ätzen der Aussparung 5 als Ätzstoppschicht verwendet werden kann, so dass der Abstand d zwischen dem pn-Übergang 4 und dem Boden 7 der Aussparung 5 sehr genau hergestellt werden kann.
Die 3 zeigt einen Querschnitt gemäß der 1 für ein weiteres Ausführungsbeispiel, das mittels elektrochemischen Ätzens (ECE) hergestellt werden kann. Hierzu wird eine elektrische Spannung in Sperrrichtung an den pn-Übergang 4 angelegt, um die Raumladungszone 8 in der gewünschten Größe zu bilden. Die Aussparung 5 kann dann zum Beispiel nasschemisch geätzt werden, und das Ätzen stoppt an der Raumladungszone 8. Dieses an sich bekannte Ätzverfahren mit elektrochemischem Ätzstopp ist in der eingangs zitierten Veröffentlichung von R. L. Gealer et al. beschrieben.
Die 4 zeigt einen Querschnitt gemäß der 1 für ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 innerhalb der Aussparung 5 mit einer Isolation 14 und einer darauf aufgebrachten Metallisierung 15 versehen ist. Die Isolation 14 kann zum Beispiel eine dünne Schicht aus einem Oxid des Halbleitermaterials sein. Die Metallisierung 15 kann zum Beispiel aus einer dünnen TiN-Schicht als Haftvermittler und einer Wolframschicht gebildet sein. TiN kann beispielsweise mittels ALD (atomic layer deposition) und Wolfram kann beispielsweise mittels CVD (chemical vapor deposition) aufgebracht werden. Die Metallisierung 15 wird vorzugsweise als Spiegel auf der Seitenwand 6 der Aussparung 5 vorgesehen, um einfallende Strahlung zum Boden 7 der Aussparung 5 zu reflektieren und auf diese Weise den Anteil der Strahlung, der in die Fotodiode gelangt und detektiert werden kann, zu erhöhen. Vorzugsweise wird die Metallisierung 15 vom Boden 7 der Aussparung 5 entfernt.
Die 5 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels gemäß der 4, bei dem die Metallisierung 15 vom Boden 7 der Aussparung 5 entfernt worden ist. Die übrigen Komponenten der Fotodiode entsprechen dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 und sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Am Boden 7 der Aussparung 5 kann eine Antireflexschicht 17 aufgebracht werden. Eine derartige Antireflexschicht 17 kann auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen vorgesehen werden.
Die 6 zeigt einen Querschnitt eines Bereiches um die Aussparung 5 für ein Ausführungsbeispiel gemäß der 5, bei dem eine Linse 16 in der Aussparung 5 angeordnet ist. Die Linse 16 ist für eine Bündelung der einfallenden Strahlung vorgesehen und wird aus einem für die zu detektierende Strahlung transparenten Material, insbesondere einem optisch transparenten Material hergestellt, mit dem die Aussparung 5 gefüllt wird. Die gewölbte Oberfläche der Linse 16 kann zum Beispiel mittels Nanolithographie (nanoimprint lithography) erzeugt werden. Das Material der Linse 16 kann gegebenenfalls unter Einsatz von UV-Strahlung ausgehärtet werden. Es ist von Vorteil, wenn die Aussparung 5 gefüllt ist, weil hierdurch die am Boden 7 der Aussparung 5 verbliebene dünne restliche Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers 1 stabilisiert wird. Eine derartige Linse 16, die hier nur in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß der 5 beschrieben wurde, kann auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen vorgesehen werden.
Die 7 zeigt einen Querschnitt gemäß 1 für ein Ausführungsbeispiel, bei dem am Boden 7 der Aussparung 5 eine weitere Dotierung desselben Vorzeichens, also in diesem Beispiel für p-Leitung, vorgenommen wurde. Das kann zum Beispiel mittels einer Implantation von Dotierstoff in die Aussparung 5 geschehen. Vorzugsweise erfolgt anschließend eine Rekristallisierung des Halbleitermaterials. Auf diese Weise wird am Boden 7 der Aussparung 5 ein p-leitend dotierter Teilbereich 2a gebildet, der höher dotiert ist als der übrige p-leitend dotierte Bereich 2. Die höhere Dotierung bewirkt eine höhere elektrische Leitfähigkeit, wodurch die Ansprechzeit der Fotodiode verringert wird.
Die 8 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der n-leitend dotierte Bereich 3a am Boden 7 der Aussparung 5 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterkörper 1 dotiert und bildet einen dotierten Bereich, zum Beispiel den p-leitend dotierten Bereich 2, der Fotodiode. Der pn-Übergang 4 wird nach dem Herstellen der Aussparung 5 erzeugt. Das geschieht vorzugsweise, indem in den Boden 7 der Aussparung 5 ein Dotierstoff implantiert wird, der für den Leitungstyp vorgesehen ist, der dem Leitungstyp des dort vorhandenen Halbleitermaterials entgegengesetzt und in dem angegebenen Beispiel n-Leitung ist. Durch die Implantation des Dotierstoffes wird der n-leitend dotierte Bereich 3a gebildet, der zusammen mit dem angrenzenden p-leitend dotierten Halbleitermaterial den pn-Übergang 4 bildet. Die schraffiert eingezeichnete Raumladungszone 8 befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel sehr dicht an dem Boden 7 der Aussparung 5 und kann, wenn an den pn-Übergang 4 eine entsprechend hohe elektrische Spannung in Sperrrichtung angelegt ist, insbesondere bis an den Boden 7 der Aussparung 5 heran reichen. Für den elektrischen Anschluss des n-leitend dotierten Bereiches 3a kann ein n-leitend dotierter Anschlussbereich 13a vorgesehen werden. Der Anschlussbereich 13a kann zum Beispiel nach Art einer Durchkontaktierung (via) gebildet werden oder als Graben, der mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt ist. Tief in einen Halbleiterkörper reichende Anschlussbereiche sind auch unter der Bezeichnung Sinker-Kontakte bekannt.
Die 9 zeigt einen Querschnitt gemäß der 8 für ein ähnliches Ausführungsbeispiel, bei dem der in diesem Beispiel n-leitend dotierte Bereich 3a mittels einer in der Aussparung 5 aufgebrachten Metallisierung 15 am Boden 7 der Aussparung 5 angeschlossen ist. Die Metallisierung 15 kann außerhalb ihres Kontaktes zu dem dotierten Bereich 3a wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 5 am Boden 7 der Aussparung 5 entfernt sein, um den Boden 7 frei zu lassen. Eine Isolation 14, die zwischen dem Halbleiterkörper 1 und der Metallisierung 15 angeordnet sein kann, ist vorzugsweise ebenfalls am Boden 7 der Aussparung 5 entfernt oder weggelassen. Zur elektrischen Verbindung des n-leitend dotierten Bereiches 3a mit einer an der Vorderseite 10 angeordneten integrierten Schaltung können eine mit der Verdrahtung 9 verbundene Durchkontaktierung 18 im Halbleiterkörper 1 und eine weitere Verdrahtung 19 auf der Rückseite 11 vorgesehen sein.
In den Figuren sind einander entsprechende Elemente der Ausführungsbeispiele mit denselben Bezugszeichen versehen. Komponenten einer integrierten Schaltung werden seitlich des von der Aussparung 5 eingenommenen Bereiches und vorzugsweise an der Vorderseite 10 angeordnet. Eine Metallisierung 15 wie bei den Ausführungsbeispielen der 4, 5, 6 und 9, eine Linse 16 wie bei dem Ausführungsbeispiel der 6 und/oder eine Antireflexschicht 17 wie bei dem Ausführungsbeispiel der 5 können bei allen Ausführungsbeispielen unabhängig voneinander vorgesehen werden, um den von der Fotodiode detektierten Anteil der einfallenden Strahlung zu erhöhen.
Die Fotodiode ist besonders für alle Anwendungen geeignet, bei denen vorgesehen ist, dass eine Schaltung an der Vorderseite des Bauelementes integriert ist und die zu detektierende Strahlung von der Rückseite der Fotodiode her einfällt. Die Fotodiode bietet den besonderen Vorteil, dass die elektronischen Komponenten der Schaltung durch den dicken Halbleiterkörper abgeschirmt sind, während die zu detektierende Strahlung bis zu der Raumladungszone der Fotodiode gelangt. Aufgrund der filternden Wirkung des Halbleitermateriales kann durch die Wahl des Abstandes zwischen dem pn-Übergang der Fotodiode und dem Boden der Aussparung des Halbleiterkörpers außerdem der Bereich der zu detektierenden Wellenlängen eingegrenzt werden. Die Anordnung des pn-Überganges bietet vielfältige Möglichkeiten, die Fotodiode an eine integrierte Schaltung anzuschließen. Verschiedene Herstellungsverfahren, insbesondere Ätzverfahren, sind kostengünstig einsetzbar, um die Abmessungen der für die Funktion der Fotodiode wesentlichen Elemente innerhalb enger Toleranzgrenzen zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterkörper
2: p-leitend dotierter Bereich
2a: p-leitend dotierter Teilbereich
3: n-leitend dotierter Bereich
3a: n-leitend dotierter Bereich
4: pn-Übergang
5: Aussparung
6: Seitenwand
7: Boden
8: Raumladungszone
9: Verdrahtung
10: Vorderseite
11: Rückseite
12: p-leitend dotierter Kontaktbereich
13: n-leitend dotierter Kontaktbereich
13a: Anschlussbereich
14: Isolation
15: Metallisierung
16: Linse
17: Antireflexschicht
18: Durchkontaktierung
19: weitere Verdrahtung
20: Isolationsschicht
d: Abstand
s: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0213560 A1 [0002]
US 2010/0193893 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

R. L. Gealer, R. H. Hammerle, H. Karsten und H. S. Wroblowa: „Electrochemical etch-stop control for silicon containing electronic components” in J. Appl. Electrochemistry, Band 18, Seiten 463–468 (1988) [0004]
Marc J. Madou in „Fundamentals of Microfabrication: the science of minituarization”, CRC Press, zweite Auflage 2001 beschrieben, insbesondere ab Seite 211 für isotropes Ätzen und ab Seite 232 für anisotropes Ätzen [0004]
R. L. Gealer et al. [0037]

Claims

Fotodiode mit – einem Halbleiterkörper (1), – einem p-leitend dotierten Bereich (2) in dem Halbleiterkörper (1), – einem n-leitend dotierten Bereich (3, 3a) in dem Halbleiterkörper (1), – einem pn-Übergang (4) zwischen dem p-leitend dotierten Bereich (2) und dem n-leitend dotierten Bereich (3, 3a) und – einer Aussparung (5) des Halbleiterkörpers (1), dadurch gekennzeichnet, dass – der pn-Übergang (4) einen Abstand (d) von höchstens 30 μm von der Aussparung (5) aufweist.
Fotodiode nach Anspruch 1, bei der der pn-Übergang (4) einen Abstand (d) von höchstens 15 μm von der Aussparung (5) aufweist.
Fotodiode nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Aussparung (5) eine Seitenwand (6) und einen Boden (7) aufweist, der pn-Übergang (4) im Bereich des Bodens (7) einen geringsten Abstand (d) von der Aussparung (5) aufweist und auf der Seitenwand (6) eine Metallisierung (15) vorhanden ist, die den Boden (7) frei lässt.
Fotodiode nach Anspruch 3, bei der die Metallisierung (15) am Boden (7) der Aussparung (5) entweder mit dem p-leitend dotierten Bereich (2) oder mit dem n-leitend dotierten Bereich (3a) elektrisch leitend verbunden ist, an einer Vorderseite (10) des Halbleiterkörpers (1) eine Verdrahtung (9) vorhanden ist, an einer der Vorderseite (10) gegenüberliegenden Rückseite (11) eine weitere Verdrahtung (19) vorhanden und elektrisch leitend mit der Metallisierung (15) verbunden ist und in dem Halbleiterkörper (1) eine Durchkontaktierung (18) vorhanden ist, die die Verdrahtung (9) mit der weiteren Verdrahtung (19) elektrisch leitend verbindet.
Fotodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Aussparung (5) eine Seitenwand (6) und einen Boden (7) aufweist und entweder der p-leitend dotierte Bereich (2) oder der n-leitend dotierte Bereich (3a) angrenzend an den Boden (7) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Fotodiode, bei dem – in einem Halbleiterkörper (1) ein p-leitend dotierter Bereich (2) und ein n-leitend dotierter Bereich (3, 3a) hergestellt werden, so dass zwischen dem p-leitend dotierten Bereich (2) und dem n-leitend dotierten Bereich (3, 3a) ein pn-Übergang (4) gebildet wird, und – eine Aussparung (5) in den Halbleiterkörper (1) geätzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der pn-Übergang (4) und die Aussparung (5) so gebildet werden, dass der pn-Übergang (4) einen Abstand (d) von höchstens 30 μm von der Aussparung (5) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Halbleiterkörper (1) mit einer vergrabenen Isolationsschicht (20) versehen ist, der pn-Übergang (4) und die Aussparung (5) auf einander gegenüberliegenden Seiten der Isolationsschicht (20) hergestellt werden und die Aussparung (5) geätzt wird, bis die Isolationsschicht (20) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der pn-Übergang (4) vor dem Ätzen der Aussparung (5) gebildet wird, durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den pn-Übergang (4) eine Raumladungszone (8) erzeugt wird und die Aussparung (5) geätzt wird, bis die Raumladungszone (8) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Aussparung (5) eine Seitenwand (6) und einen Boden (7) aufweist und der pn-Übergang (4) nach dem Ätzen der Aussparung (5) mittels einer Implantation von Dotierstoff in den Boden (7) der Aussparung (5) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Aussparung (5) eine Seitenwand (6) und einen Boden (7) aufweist und eine Metallisierung (15) in der Aussparung (5) aufgebracht und an dem Boden (7) entfernt wird.