DE102017120499A1

DE102017120499A1 - Radiation detecting semiconductor device

Info

Publication number: DE102017120499A1
Application number: DE102017120499.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Steglich; David Schmelz; Michael Oehme; Jörg Schulze
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU; Universitaet Stuttgart
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU; Universitaet Stuttgart
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2018-11-29
Also published as: WO2018219915A1

Abstract

Es wird ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement (10) angegeben, umfassend
- ein Siliziumsubstrat (1), das eine Oberflächenstruktur (3) aufweist, wobei die Oberflächenstruktur (3) einer Strahlungseintrittsfläche (5) des Halbleiterbauelements (10) zugewandt ist und sich mindestens bis in eine Tiefe von 100 nm in das Siliziumsubstrat (1) hinein erstreckt, und
- eine laterale Anordnung von Detektorpixeln (2) auf einer der Strahlungseintrittsfläche (5) gegenüberliegenden Vorderseite (6) des Siliziumsubstrats (1), wobei die Detektorpixel (2) jeweils eine strahlungsabsorbierende Schicht (8) umfassen und zur Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 1100 nm geeignet sind.

A radiation-detecting semiconductor component (10) is specified, comprising
- A silicon substrate (1) having a surface structure (3), wherein the surface structure (3) of a radiation entrance surface (5) of the semiconductor device (10) facing and at least to a depth of 100 nm in the silicon substrate (1) inside extends, and
a lateral arrangement of detector pixels (2) on a front side (6) of the silicon substrate (1) opposite the radiation entrance surface (5), the detector pixels (2) each comprising a radiation absorbing layer (8) and absorbing radiation having a wavelength of more than 1100 nm are suitable.

Description

Die Erfindung betrifft ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement, insbesondere ein ein- oder zweidimensionales Sensorarray.The invention relates to a radiation-detecting semiconductor component, in particular a one- or two-dimensional sensor array.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 005 096.1 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.This patent application claims the priority of German patent application 10 2017 005 096.1 , the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Strahlungsdetektierende Halbleiterbauelemente, die auf den Materialien Silizium und Germanium basieren, können zum Beispiel zur Herstellung von CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)-kompatiblen Sensoren eingesetzt werden. Germanium-Silizium-Detektoren sind insbesondere für den nahen infraroten Spektralbereich (NIR) bzw. den kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR) bei Wellenlängen von mehr als 1100 nm geeignet.Radiation-detecting semiconductor devices based on the materials silicon and germanium can be used, for example, for the production of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) -compatible sensors. Germanium-silicon detectors are particularly suitable for the near infrared spectral range (NIR) or the short-wave infrared range (SWIR) at wavelengths of more than 1100 nm.

Bei Wellenlängen von mehr als 1100 nm erfolgt die Strahlungsabsorption im Wesentlichen in der Germanium-Schicht eines Germanium-Silizium-Detektors, da Silizium im infraroten Spektralbereich für Strahlung transparent ist. Die strahlungsabsorbierende Germanium-Schicht kann beispielsweise durch Heteroepitaxie auf einem Siliziumsubstrat hergestellt werden.At wavelengths greater than 1100 nm, radiation absorption occurs essentially in the germanium layer of a germanium-silicon detector, since silicon is transparent to radiation in the infrared spectral range. The radiation-absorbing germanium layer can be produced for example by heteroepitaxy on a silicon substrate.

Da die Absorptionslänge bei senkrechtem Strahlungseinfall durch die Dicke der Germanium-Schicht bestimmt wird, kann mit einer vergleichsweise dicken Germanium-Schicht eine hohe Empfindlichkeit erzielt werden. Allerdings erhöht sich dadurch die Transitzeit der Ladungsträger, das heißt die Zeit, welche die erzeugten Ladungsträger zum Durchqueren der Absorptionsschicht benötigen. Durch eine Erhöhung der Schichtdicke der strahlungsabsorbierenden Schicht wird daher die Geschwindigkeit des Detektors und somit die Frequenzbandbreite des Detektors limitiert. Zudem ist die Herstellung der Germanium-Schicht ein kostspieliger Prozess, sodass sehr dicke Germanium-Schichten im Allgemeinen unwirtschaftlich sind. Weiterhin behindert eine zu hohe Germanium-Schichtdicke die weitere Prozessierung (z.B. die lithografische Genauigkeit der Strukturierung), speziell bei standardisierten Herstellungsabläufen, wie beispielsweise der CMOS-Fertigung.Since the absorption length at normal radiation incidence is determined by the thickness of the germanium layer, a high sensitivity can be achieved with a comparatively thick germanium layer. However, this increases the transit time of the charge carriers, that is to say the time which it takes for the generated charge carriers to pass through the absorption layer. By increasing the layer thickness of the radiation-absorbing layer, therefore, the speed of the detector and thus the frequency bandwidth of the detector is limited. In addition, the production of the germanium layer is a costly process, so that very thick germanium layers are generally uneconomical. Furthermore, too high a germanium layer thickness hinders further processing (e.g., structuring lithographic accuracy), especially in standardized manufacturing operations such as CMOS fabrication.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, einen Detektor mit vergleichsweise dünner Germanium-Schicht innerhalb eines optischen Resonators hoher Güte herzustellen. Bei einer anderen Lösung wird eine Detektorgeometrie verwendet, bei der das Licht parallel zum Substrat in einen Wellenleiter eingekoppelt wird, dessen Kern aus dem Germanium-Absorber besteht. Die Ladungsträgerabführung erfolgt in diesem Fall senkrecht zur Richtung des Strahlungseinfalls, so dass die Transitlänge und die Absorptionsstrecke voneinander entkoppelt werden.
Beide bekannten Lösungsansätze führen zu einer Erhöhung des Herstellungsaufwands.One way to solve this problem is to fabricate a detector with a comparatively thin germanium layer within a high quality optical resonator. In another solution, a detector geometry is used in which the light is coupled parallel to the substrate in a waveguide whose core consists of the germanium absorber. In this case, the charge carrier discharge takes place perpendicular to the direction of the radiation incidence so that the transit length and the absorption path are decoupled from one another.
Both known approaches lead to an increase in the production cost.

Die Verwendung von Resonatorstrukturen schränkt außerdem die optische Bandbreite ein. Die Verwendung einer Wellenleiterstruktur für die Detektoren erschwert zudem die Herstellung von Sensorarrays enorm, da für jeden Pixel ein separates Einkoppelgitter sowie ein Wellenleiter bereitgestellt werden muss. Insbesondere zweidimensionale Arrays hoher Pixelzahl (z.B. für Bildsensoren) sind dadurch praktisch nicht realisierbar.The use of resonator structures also limits the optical bandwidth. The use of a waveguide structure for the detectors also hampers the production of sensor arrays enormously, since for each pixel a separate coupling grid and a waveguide must be provided. In particular, two-dimensional arrays of high number of pixels (for example for image sensors) are thus practically unrealizable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement anzugeben, das sich durch eine hohe Empfindlichkeit, insbesondere im infraroten Spektralbereich, auszeichnet und insbesondere zur Bilderfassung in diesem Spektralbereich geeignet ist. Das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement soll sich weiterhin durch einen vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand auszeichnen.The invention has for its object to provide a radiation-detecting semiconductor device, which is characterized by a high sensitivity, especially in the infrared spectral range, and is particularly suitable for image acquisition in this spectral range. The radiation-detecting semiconductor component should continue to be characterized by a comparatively low production cost.

Diese Aufgabe wird durch ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a radiation-detecting semiconductor component according to independent claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung umfasst das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement ein Siliziumsubstrat, das eine Oberflächenstruktur aufweist, wobei die Oberflächenstruktur einer Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterbauelements zugewandt ist und sich mindestens bis in eine Tiefe von 100 nm in das Siliziumsubstrat hinein erstreckt.In accordance with at least one embodiment, the radiation-detecting semiconductor component comprises a silicon substrate which has a surface structure, wherein the surface structure faces a radiation entrance surface of the semiconductor component and extends into the silicon substrate at least to a depth of 100 nm.

Die Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats ist vorzugsweise eine stochastische Struktur, das heißt eine Struktur, die statistisch verteilte Erhebungen und Vertiefungen aufweist. Eine stochastische Oberflächenstruktur kann beispielsweise mit vorteilhaft geringem Herstellungsaufwand durch einen Plasmaätzprozess erzeugt werden. Bei diesem Herstellungsverfahren ist es vorteilhaft nicht notwendig, eine Maskenschicht auf die Oberfläche aufzubringen und zu strukturieren. Mit anderen Worten wird die Oberflächenstruktur vorzugsweise mit einem maskenfreien Verfahren hergestellt.The surface structure of the silicon substrate is preferably a stochastic structure, that is, a structure having randomly distributed peaks and valleys. A stochastic surface structure can be produced, for example, with advantageously low production costs by a plasma etching process. In this manufacturing method, it is advantageously not necessary to apply a mask layer to the surface and to structure. In other words, the surface structure is preferably produced by a mask-free process.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Oberflächenstruktur eine deterministische Struktur ist, die beispielsweise durch ein Lithografieverfahren hergestellt wird.Alternatively, it is also possible that the surface structure is a deterministic structure prepared, for example, by a lithographic process.

Weiterhin umfasst das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement eine laterale Anordnung von Detektorpixeln auf einer der Strahlungseintrittsfläche gegenüberliegenden Vorderseite des Siliziumsubstrats, wobei die Detektorpixel jeweils eine strahlungsabsorbierende Schicht umfassen und zur Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 1100 nm geeignet sind. Die Detektorpixel sind insbesondere vereinzelte Strukturen eines Materials, die zur Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 1100 nm geeignet sind.Furthermore, the radiation-detecting semiconductor component comprises a lateral arrangement of detector pixels on one of Radiation entrance surface facing the front of the silicon substrate, wherein the detector pixels each comprise a radiation-absorbing layer and are suitable for absorbing radiation having a wavelength of more than 1100 nm. The detector pixels are in particular isolated structures of a material which are suitable for absorbing radiation with a wavelength of more than 1100 nm.

Das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement ist insbesondere zur parallelen Detektion von Strahlung im nahen infraroten Spektralbereich durch mehrere lateral nebeneinander angeordnete Detektorpixel geeignet. Das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement ist insbesondere ein array-artiges strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement. Bei zweidimensional lateraler Anordnung der Detektorpixel kann es vorteilhaft in Kombination mit einer abbildenden Optik insbesondere zur Aufnahme von Bildern, also als Bildsensor, verwendet werden. In eindimensional lateraler Anordnung der Detektorpixel eignet es sich insbesondere als Zeilensensor für z.B. Linienscanner. Das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement ist insbesondere für Strahlung empfindlich, deren Wellenlänge oberhalb der Absorptionskante von Silizium liegt.The radiation-detecting semiconductor component is particularly suitable for the parallel detection of radiation in the near infrared spectral range by a plurality of laterally juxtaposed detector pixels. The radiation-detecting semiconductor component is in particular an array-type radiation-detecting semiconductor component. In the case of a two-dimensional lateral arrangement of the detector pixels, it can advantageously be used in combination with an imaging optical system, in particular for taking pictures, that is to say as an image sensor. In one-dimensionally lateral arrangement of the detector pixels, it is particularly suitable as a line sensor for e.g. Line scanner. The radiation-detecting semiconductor component is particularly sensitive to radiation whose wavelength is above the absorption edge of silicon.

Durch die der Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterbauelements zugewandte Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats wird vorteilhaft eine reflexionsmindernde Wirkung für die einfallende Strahlung erzielt und auf diese Weise die Effizienz des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements erhöht. Insbesondere wird die einfallende Strahlung an der strukturierten Oberfläche des Siliziumsubstrates geringer reflektiert als bei einem Halbleiterbauelement mit einer ebenen Siliziumoberfläche.The surface structure of the silicon substrate facing the radiation entrance surface of the semiconductor component advantageously achieves a reflection-reducing effect for the incident radiation and thus increases the efficiency of the radiation-detecting semiconductor component. In particular, the incident radiation is reflected less at the structured surface of the silicon substrate than in a semiconductor device with a planar silicon surface.

Darüber hinaus kann mit der Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats nicht nur eine reflexionsmindernde Wirkung erzielt werden, sondern auch die Absorption in den strahlungsabsorbierenden Schichten der Detektorpixel verstärkt werden. Die Erhöhung der Absorption in den strahlungsabsorbierenden Schichten beruht insbesondere auf einer Streuung von Strahlung an der Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats.Moreover, with the surface structure of the silicon substrate, not only a reflection-reducing effect can be obtained but also the absorption in the radiation-absorbing layers of the detector pixels can be enhanced. The increase in the absorption in the radiation-absorbing layers is based in particular on a scattering of radiation on the surface structure of the silicon substrate.

Insbesondere wird zumindest ein Teil der einfallenden Strahlung derart an der Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats gestreut, dass sie an einer gegenüberliegenden Grenzfläche des Halbleiterbauelements totalreflektiert wird. Das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement wird daher zumindest von einem Teil der einfallenden Strahlung zweifach oder sogar mehrfach durchquert, wodurch sich die Absorption in den strahlungsabsorbierenden Schichten der Detektorpixel erhöht. In particular, at least part of the incident radiation is scattered on the surface structure of the silicon substrate so as to be totally reflected at an opposite boundary surface of the semiconductor device. The radiation-detecting semiconductor component is therefore traversed twice or even several times by at least part of the incident radiation, which increases the absorption in the radiation-absorbing layers of the detector pixels.

Die strahlungsabsorbierende Schicht innerhalb eines jeden Detektorpixels weist vorteilhaft eine Dicke von weniger als 2 µm auf. Dadurch, dass das Siliziumsubstrat mit der Oberflächenstruktur durch eine Verminderung der Reflexion und durch Streuung der einfallenden Strahlung die Effizienz des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements erhöht, kann vorteilhaft mit einer vergleichsweise dünnen strahlungsabsorbierenden Schicht eine hohe Absorption erzielt werden. Bevorzugt beträgt die Dicke der strahlungsabsorbierenden Schicht weniger als 1 µm, besonders bevorzugt weniger als 0,5 µm. Die geringe Schichtdicke der strahlungsabsorbierenden Schicht hat den Vorteil, dass sich die Transitzeit der erzeugten Ladungsträger vermindert, dass sich der Herstellungsaufwand verringert, und dass die Kompatibilität mit anderen Herstellungsschritten gewahrt bleibt.The radiation-absorbing layer within each detector pixel advantageously has a thickness of less than 2 μm. The fact that the silicon substrate having the surface structure increases the efficiency of the radiation-detecting semiconductor component by reducing the reflection and by scattering the incident radiation advantageously enables a high absorption to be achieved with a comparatively thin radiation-absorbing layer. The thickness of the radiation-absorbing layer is preferably less than 1 μm, more preferably less than 0.5 μm. The small layer thickness of the radiation-absorbing layer has the advantage that the transit time of the charge carriers produced is reduced, that the production costs are reduced, and that the compatibility with other production steps is maintained.

Die Funktionen der Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats als reflexionsmindernde Struktur und als lichtstreuende Struktur können durch die Größen der Strukturelemente der Oberflächenstruktur gezielt beeinflusst werden. Die Strukturelemente sind zum Beispiel eine Vielzahl von vorzugsweise statistisch verteilten Erhebungen.The functions of the surface structure of the silicon substrate as a reflection-reducing structure and as a light-scattering structure can be influenced in a targeted manner by the sizes of the structural elements of the surface structure. The structural elements are, for example, a multiplicity of preferably statistically distributed elevations.

Bevorzugt weist die Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats Strukturelemente auf, deren Breite im Mittel zwischen 10 nm und 5 µm beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Breite der Strukturelemente zwischen nicht mehr als 1 µm, beispielsweise zwischen 100 nm und 1 µm.The surface structure of the silicon substrate preferably has structural elements whose average width is between 10 nm and 5 μm. The width of the structural elements is particularly preferably between not more than 1 μm, for example between 100 nm and 1 μm.

Die Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats weist vorzugsweise Strukturelemente auf, deren Höhe im Mittel zwischen 500 nm und 10 µm beträgt. Die Höhe der Strukturelemente ist vorzugsweise größer als die Breite der Strukturelemente. Die Oberflächenstruktur zeichnet sich vorteilhaft durch ein hohes Aspektverhältnis aus. Das Aspektverhältnis der Oberflächenstruktur, das heißt das Verhältnis der Höhe zur Breite der Strukturen, beträgt vorteilhaft mindestens 1, bevorzugt mindestens 2, mindestens 5 oder sogar mindestens 10.The surface structure of the silicon substrate preferably has structural elements whose height is on average between 500 nm and 10 microns. The height of the structural elements is preferably greater than the width of the structural elements. The surface structure is advantageously characterized by a high aspect ratio. The aspect ratio of the surface structure, that is to say the ratio of the height to the width of the structures, is advantageously at least 1, preferably at least 2, at least 5 or even at least 10.

Die Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats kann insbesondere nadelförmige Strukturen aufweisen. Die Herstellung derartiger Strukturen mit einem Plasmaätzverfahren ist an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert.The surface structure of the silicon substrate may in particular have needle-shaped structures. The production of such structures with a plasma etching process is known per se and is therefore not explained in detail.

Durch die Streuung der einfallenden Strahlung in das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement erhöht sich zwar die gesamte optische Absorption in den strahlungsabsorbierenden Schichten. Allerdings wird ein Teil der Strahlung, die in einer einem Detektorpixel direkt gegenüberliegenden Teilfläche der Strahlungseintrittsfläche eingekoppelt wird, in Folge der Streuung nicht in eben jenem der Teilfläche gegenüberliegenden Detektorpixel absorbiert, sondern vielmehr in benachbarten Pixeln. Dies führt, insofern das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement als Bildsensor verwendet wird, zu einem zumindest teilweisen Verlust der Bildinformation.Although the scattering of the incident radiation into the radiation-detecting semiconductor component increases the total optical absorption in the radiation-absorbing layers. However, a part of the radiation which is coupled in a partial surface of the radiation entrance surface which is directly opposite a detector pixel, as a result of the scattering, is not absorbed in precisely that detector pixel opposite the partial surface, but rather in neighboring pixels. This leads, insofar as the radiation-detecting semiconductor component is used as an image sensor, to an at least partial loss of the image information.

Um den Verlust der Bildqualität durch die gestreute Lichteinkopplung an der Oberflächenstruktur zu verhindern und gleichzeitig von der damit einhergehenden Absorptionserhöhung in den Detektorpixeln zu profitieren, können vorteilhaft zwei Maßnahmen, idealerweise gemeinsam, ergriffen werden.In order to prevent the loss of image quality due to the scattered coupling of light on the surface structure and at the same time benefit from the associated increase in absorption in the detector pixels, advantageously two measures can be taken, ideally together.

Erstens ist dies die vorteilhafte Verwendung möglichst dünner Siliziumsubstrate, da hierdurch der laterale Strahlversatz eines gestreut an der Oberflächenstruktur in das Halbleiterbauelement eingekoppelten Lichtstrahls verringert wird. Hierdurch verringert sich der Anteil des eingekoppelten Lichtes, das in benachbarten Pixeln absorbiert wird (im Folgenden als „Übersprechen“ bezeichnet), kontinuierlich mit sinkender Substratdicke. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Siliziumsubstrat dünner als 100 µm. Das Siliziumsubstrat kann insbesondere dünner als 50 µm oder sogar dünner als 10 µm sein.First, this is the advantageous use of the thinnest possible silicon substrates, as this reduces the lateral beam offset of a light beam scattered on the surface structure into the semiconductor component. As a result, the proportion of the coupled-in light which is absorbed in adjacent pixels (referred to as "crosstalk" hereinafter) decreases continuously as the substrate thickness decreases. In a preferred embodiment, the silicon substrate is thinner than 100 microns. The silicon substrate may in particular be thinner than 50 μm or even thinner than 10 μm.

Da der Verwendung sehr dünner Substrate prozesstechnische Grenzen, z.B. hinsichtlich der mechanischen Stabilität während der Herstellung, gesetzt sind, ist die vorteilhafte Ausdünnung dickerer Substrate im Anschluss an die Prozessführung auf der dem Strahlungseintritt gegenüberliegenden Seite eine weitere praktikable Methode zur Verringerung des Übersprechens. Dieses Ausdünnen kann vorteilhaft und insbesondere im Anschluss an die Wafer- bzw. Sensorfertigung auf der Substratvorderseite von der Substratrückseite her, welche mit der Strahlungseintrittsfläche übereinstimmt, erfolgen. Nach erfolgtem Ausdünnen kann dann auf der Substratrückseite die Herstellung der streuenden oder beugenden Oberflächenstruktur am Ende der Prozesskette erfolgen.Since the use of very thin substrates has process limitations, e.g. With regard to the mechanical stability during production, the advantageous thinning of thicker substrates following the process control on the side opposite the radiation entrance is another practical method for reducing crosstalk. This thinning can be carried out advantageously and in particular following the wafer or sensor production on the substrate front side from the substrate rear side, which coincides with the radiation entrance surface. After thinning out, the production of the scattering or diffractive surface structure at the end of the process chain can then take place on the substrate back side.

Eine zweite vorteilhafte Methode zur Verringerung des Übersprechens ist die Herstellung niedrigbrechender Gräben oder Einschlüsse (im Folgenden als „optische Gräben“ bezeichnet) zwischen den einzelnen Detektorpixeln. In Folge von innerer Totalreflexion und partieller Reflexion wird somit das, in der einem Detektorpixel gegenüberliegenden Teilfläche der Strahlungseintrittsfläche gestreut eingekoppelte Licht effizient zum dem betreffenden Detektorpixel hingeführt. Dieser Lichtführungseffekt kann analog zur Lichtführung in optischen Wellenleitern verstanden werden. Der maximale Akzeptanzwinkel für Lichtführung steigt hierbei mit der Brechzahldifferenz zwischen dem Siliziumsubstrat und einem Füllmaterial der optischen Gräben. Das Füllmaterial ist daher vorteilhaft möglichst niedrigbrechend. Die Brechzahl beträgt vorteilhaft maximal 3, bevorzugt maximal 2 und besonders bevorzugt maximal 1,5.A second advantageous method for reducing crosstalk is the production of low-index trenches or inclusions (referred to as "optical trenches" hereinafter) between the individual detector pixels. As a result of total internal reflection and partial reflection, the light which is scattered and scattered in the partial surface of the radiation entrance surface opposite a detector pixel is thus efficiently guided to the relevant detector pixel. This light guiding effect can be understood analogously to the light guidance in optical waveguides. In this case, the maximum acceptance angle for light guidance increases with the refractive index difference between the silicon substrate and a filling material of the optical trenches. The filler is therefore advantageous as low as possible. The refractive index is advantageously at most 3, preferably at most 2 and particularly preferably at most 1.5.

Die die Detektorpixel trennenden Gräben oder Einschlüsse können sich von der Strahlungseintrittsfläche aus oder von einer der Strahlungseintrittsfläche abgewandten Substratvorderseite, oder gleichzeitig von beiden Seiten aus in das Siliziumsubstrat hinein erstrecken.The trenches or inclusions separating the detector pixels may extend from the radiation entrance surface or from a substrate front side facing away from the radiation entrance surface, or simultaneously into the silicon substrate from both sides.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements sind die Detektorpixel durch Gräben oder Einschlüsse eines niedrigbrechenden, nichtleitenden Materials mit einer Brechzahl kleiner 3,5, besonders bevorzugt mit einer Brechzahl von weniger als 2, optisch und elektrisch voneinander separiert. Vorzugsweise sind die Detektorpixel durch Gräben, die mit Siliziumoxid, Siliziumnitrid, einem Polymer oder Luft gefüllt sind, voneinander separiert.In a preferred embodiment of the radiation-detecting semiconductor component, the detector pixels are optically and electrically separated from one another by trenches or inclusions of a low-refractive, non-conductive material having a refractive index of less than 3.5, particularly preferably having a refractive index of less than 2. Preferably, the detector pixels are separated from each other by trenches filled with silicon oxide, silicon nitride, a polymer or air.

Für realistische Streuwinkelverteilungen der Oberflächenstruktur reduzieren optische Gräben, welche sich über die gesamte Dicke des Substrats erstrecken, das Übersprechen in Nachbarpixel nahezu vollständig. Die optischen Gräben erstrecken sich vorteilhaft allerdings nicht über die gesamte Substratdicke. Vielmehr bleibt, insbesondere aus Gründen der mechanischen Stabilität des Substrats, eine gewisse Restdicke eines durchgängigen Siliziumsubstrats, bestehen. In diesem Fall tritt ein endliches Übersprechen auf, welches die Bildqualität mit zunehmender Restdicke des durchgängigen Substrats verringert. Aus diesem Grund ist die Restdicke so dünn wie möglich zu wählen. Die Restdicke des Siliziumsubstrats im Bereich der optischen Gräben beträgt daher vorteilhaft maximal 30 µm, bevorzugt maximal 10 µm und besonders bevorzugt maximal 5 µm.For realistic scattering angle distributions of the surface structure, optical trenches which extend over the entire thickness of the substrate reduce the crosstalk in neighboring pixels almost completely. However, the optical trenches advantageously do not extend over the entire substrate thickness. Rather, remains, in particular for reasons of mechanical stability of the substrate, a certain residual thickness of a continuous silicon substrate exist. In this case, a finite crosstalk occurs which reduces image quality as the residual substrate thickness increases. For this reason, the remaining thickness should be as thin as possible. The residual thickness of the silicon substrate in the region of the optical trenches is therefore advantageously not more than 30 μm, preferably not more than 10 μm and particularly preferably not more than 5 μm.

Alternativ können die optischen Gräben vorteilhaft nur lokal geätzt werden. So können beispielsweise lokale Stege als Stützstrukturen zwischen den Detektorpixeln beibehalten werden, um die mechanische Stabilität des Substrats zu erhalten. Die optischen Gräben zwischen den Detektorpixeln wären demnach zwar an den Positionen der Stege lokal unterbrochen. Sind die Stege hingegen nur klein genug, ist ein weitgehendes Unterdrücken des Übersprechens dennoch möglich. Im Extremfall wäre es damit sogar möglich, die optischen Gräben über die gesamte Substratdicke herzustellen, wobei die Detektorpixel nur noch über die verbliebenen Stegstrukturen mechanisch miteinander verbunden sind.Alternatively, the optical trenches can advantageously only be etched locally. For example, local lands may be maintained as support structures between the detector pixels to maintain the mechanical stability of the substrate. The optical trenches between the detector pixels would accordingly be locally interrupted at the positions of the webs. By contrast, if the bars are only small enough, it is still possible to suppress the crosstalk as far as possible. In extreme cases, it would even be possible to produce the optical trenches over the entire substrate thickness, wherein the detector pixels are mechanically connected to one another only via the remaining web structures.

Die strahlungsabsorbierende Schicht der Detektorpixel enthält vorzugsweise Germanium oder besteht daraus. Insbesondere umfasst die strahlungsabsorbierende Schicht Si_xGe_ySn_zPb_w mit 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1, 0 ≤ z < 1 und 0 ≤ w < 1 oder besteht daraus. Diese Legierungen sind insbesondere zur Herstellung eines strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements für Wellenlängen, die größer als 1100 nm sind, geeignet. Insbesondere sind folgende Materialien für die strahlungsabsorbierenden Schichten geeignet: Si_xGe_ySn_z mit 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1 und 0 ≤ z < 1; Si_xGe_y mit 0 ≤ x < 1 und 0 < y ≤ 1 sowie Pb_xGe_y mit 0 ≤ x < 1 und 0 < y ≤ 1.The radiation-absorbing layer of the detector pixels preferably contains or consists of germanium. In particular, the radiation-absorbing layer comprises Si _x Ge _y Sn _z Pb _w with 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1, 0 ≦ z <1 and 0 ≦ w <1 or consists thereof. These alloys are particularly suitable for producing a radiation-detecting semiconductor device for wavelengths greater than 1100 nm. In particular, the following are Materials suitable for the radiation-absorbing layers: Si _x Ge _y Sn _z with 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1 and 0 ≦ z <1; Si _x Ge _y with 0 ≤ x <1 and 0 <y ≤ 1 and Pb _x Ge _y with 0 ≤ x <1 and 0 <y ≤ 1.

Bei dem strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelement sind die strahlungssensitiven Detektorpixel vorteilhaft an einer der Strahlungseintrittsfläche gegenüber liegenden Vorderseite des Siliziumsubstrats angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung trifft die einfallende Strahlung zunächst auf die Oberflächenstruktur des Siliziumsubstrats auf der Substratrückseite und erreicht die Detektorpixel nach der Durchquerung des Siliziumsubstrats. Die Vorderseite des Siliziumsubstrats, auf welcher sich die Detektorpixel befinden, kann bei dieser Ausgestaltung eine ebene Fläche sein. Bei dieser Ausgestaltung unterscheiden sich die Brechungsindizes des Siliziumsubstrats und der strahlungsabsorbierenden Schicht vorzugsweise nur geringfügig voneinander, so dass die Reflexion der einfallenden Strahlung an der Grenzfläche zwischen der Vorderseite des Siliziumsubstrats und der strahlungsabsorbierenden Schicht in den Detektorpixeln nur gering ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die strahlungsabsorbierende Schicht aus Germanium besteht, da sich die Brechungsindizes von Silizium und Germanium nur geringfügig voneinander unterscheiden.In the case of the radiation-detecting semiconductor component, the radiation-sensitive detector pixels are advantageously arranged on a front side of the silicon substrate opposite the radiation entrance surface. In this embodiment, the incident radiation first strikes the surface structure of the silicon substrate on the substrate rear side and reaches the detector pixels after passing through the silicon substrate. The front side of the silicon substrate on which the detector pixels are located may be a flat surface in this embodiment. In this embodiment, the refractive indices of the silicon substrate and the radiation-absorbing layer preferably differ only slightly from one another, so that the reflection of the incident radiation at the interface between the front side of the silicon substrate and the radiation-absorbing layer in the detector pixels is only slight. This is the case, for example, when the radiation-absorbing layer consists of germanium, since the refractive indices of silicon and germanium differ only slightly from one another.

Bei einer Ausgestaltung ist zwischen dem Siliziumsubstrat und der strahlungsabsorbierenden Schicht mindestens eine Zwischenschicht angeordnet. Die mindestens eine Zwischenschicht ist beispielsweise eine Pufferschicht, die vorteilhaft die Fehlanpassung der Kristallgitter von Silizium und Germanium bzw. Si_xGe_ySn_zPb_w ausgleicht und so das epitaktische Aufwachsen der Germanium-Schicht bzw. Si_xGe_ySn_zPb_w-Schicht in hoher Schichtqualität ermöglicht. Die mindestens eine Zwischenschicht kann beispielsweise eine Gradientenschicht mit räumlich variierender Materialzusammensetzung sein, z.B. die Si_xGe_1-x mit 0 ≤ x ≤ 1 aufweist. In der Gradientenschicht kann der Germaniumanteil beispielsweise in Richtung der Germanium-Schicht schrittweise oder kontinuierlich zunehmen. Weiterhin kann diese mindestens eine Zwischenschicht nur aus Germanium bestehen, die durch spezielle Ausheilprozesse bei hohen Temperaturen eine geringe Durchstoßversetzungsdichte aufweist.In one embodiment, at least one intermediate layer is arranged between the silicon substrate and the radiation-absorbing layer. The at least one intermediate layer is, for example, a buffer layer which advantageously compensates for the mismatch of the crystal lattice of silicon and germanium or Si _x Ge _y Sn _z Pb _w and thus the epitaxial growth of the germanium layer or Si _x Ge _y Sn _z Pb _w . Layer in high quality layer allows. The at least one intermediate layer may be, for example, a gradient layer with spatially varying material composition, for example having Si _x Ge _1-x with 0 ≦ x ≦ 1. In the gradient layer, the germanium content may increase stepwise or continuously in the direction of the germanium layer, for example. Furthermore, this at least one intermediate layer may consist only of germanium, which has a low puncture dislocation density by special annealing processes at high temperatures.

Die Detektorpixel des Halbleiterbauelements können insbesondere Photodioden, Photowiderstände, Metall-Oxid-Halbleiter-Kapazitäten oder Phototransistoren sein. Zur elektrischen Kontaktierung der Detektorpixel können diese mit Elektroden versehen werden, ebenso wie die Substratvorderseite oder die Substratrückseite.The detector pixels of the semiconductor component may in particular be photodiodes, photoresistors, metal oxide semiconductor capacitors or phototransistors. For electrical contacting of the detector pixels they can be provided with electrodes, as well as the substrate front side or the substrate rear side.

Das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Bilderfassung im Spektralbereich größer 1100 nm geeignet. Dadurch, dass die Detektorpixel des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements jeweils eine strahlungsabsorbierende Schicht enthalten, die zur Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 1100 nm geeignet sind, können die Detektorpixel vorteilhaft Strahlung im infraroten Spektralbereich detektieren, wodurch Bilder im infraroten Spektralbereich aufgenommen werden können. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement sowohl Strahlung im sichtbaren Spektralbereich als auch Strahlung im infraroten Spektralbereich detektiert, sodass gleichzeitig sowohl Bilder im sichtbaren, als auch im infraroten Spektralbereich aufgenommen werden können. Beispielsweise kann unterhalb eines Infrarotabsorbers aus Si_xGe_ySn_zPb_w, dem Siliziumsubstrat zugewandt, ein reiner Siliziumabsorber nur zur Absorption von Strahlung im sichtbaren Spektralbereich eingesetzt werden.The radiation-detecting semiconductor component is particularly suitable for image acquisition in the spectral range greater than 1100 nm. By virtue of the fact that the detector pixels of the radiation-detecting semiconductor component each contain a radiation-absorbing layer which is suitable for absorbing radiation having a wavelength of more than 1100 nm, the detector pixels can advantageously detect radiation in the infrared spectral range, as a result of which images in the infrared spectral range can be recorded. In particular, it can also be provided that the radiation-detecting semiconductor component detects both radiation in the visible spectral range and radiation in the infrared spectral range, so that both images in the visible and in the infrared spectral range can be recorded simultaneously. For example, below an infrared absorber of Si _x Ge _y Sn _z Pb _w , facing the silicon substrate, a pure silicon absorber can only be used for absorbing radiation in the visible spectral range.

Das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement ist vorteilhaft zur parallelen, mehrkanaligen Detektion von Strahlung geeignet. Die strahlungsabsorbierenden Schichten der Detektorpixel des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements sind vorzugsweise Bestandteil von Photodioden, Phototransistoren, Photowiderständen oder Metall-Oxid-Halbleiter-Kapazitäten.The radiation-detecting semiconductor component is advantageously suitable for parallel, multi-channel detection of radiation. The radiation-absorbing layers of the detector pixels of the radiation-detecting semiconductor component are preferably part of photodiodes, phototransistors, photoresistors or metal-oxide-semiconductor capacitances.

Die Ansteuerung und Auslesung der in jedem Detektorpixel einfallenden oder über ein Zeitintervall gesammelten Lichtmenge erfolgt vorzugsweise mittels einer pixelweisen Verarbeitungselektronik.The activation and readout of the amount of light incident in each detector pixel or collected over a time interval is preferably effected by means of pixel-by-pixel processing electronics.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer zweidimensionalen Detektorpixelanordnung,
2 mehrere Rasterelektronenmikroskopaufnahmen exemplarischer Oberflächenstrukturen in Silizium, die zur Lichtstreuung oder -beugung verwendet werden können,
3 eine schematische Darstellung eines strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer eindimensionalen Detektorpixelanordnung,
4 eine skizzenhafte Erklärung des optischen Übersprechens anhand von Querschnittsskizzen eines Ausführungsbeispiels mitsamt den genannten Möglichkeiten zur Unterdrückung des Übersprechens,
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
8 das mittels einer Kombination aus strahlenoptischen und rigoros-optischen Berechnungsmethoden ermittelte Verhalten von Hauptpixelabsorption und Übersprechen als Funktion der Restdicke d_r des durchgängigen Siliziumsubstrats für ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement mit einem zweidimensionalen Sensorarray mit einer Pixelgröße von 30 µm × 30 µm und je 500 nm dicken strahlungsabsorbierenden Schichten je Pixel,
9 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer beispielhaften Ausführung eines eindimensionalen Arrays von tiefen optischen Gräben zur Unterdrückung von Übersprechen.

Show it:

1 FIG. 2 a schematic representation of a radiation-detecting semiconductor component according to a first exemplary embodiment with a two-dimensional detector pixel arrangement, FIG.
2 several scanning electron micrographs of exemplary surface structures in silicon that can be used for light scattering or diffraction
3 FIG. 2 a schematic representation of a radiation-detecting semiconductor component according to a further exemplary embodiment with a one-dimensional detector pixel arrangement, FIG.
4 a sketchy explanation of the optical crosstalk with reference to cross-sectional sketches of an embodiment, together with the said possibilities for suppressing crosstalk,
5 FIG. 2 a schematic representation of a cross section through a radiation-detecting semiconductor component according to a further exemplary embodiment, FIG.
6 FIG. 2 a schematic representation of a cross section through a radiation-detecting semiconductor component according to a further exemplary embodiment, FIG.
7 FIG. 2 a schematic representation of a cross section through a radiation-detecting semiconductor component according to a further exemplary embodiment, FIG.
8th the behavior of main pixel absorption and crosstalk as a function of the residual thickness d _{r of} the continuous silicon substrate for a radiation-detecting semiconductor component with a two-dimensional sensor array having a pixel size of 30 μm × 30 μm and 500 nm thick radiation-absorbing layers, respectively, determined by a combination of optical radiation and rigorous optical calculation methods each pixel,
9 a scanning electron micrograph of an exemplary embodiment of a one-dimensional array of deep optical trenches to suppress crosstalk.

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.Identical or equivalent components are each provided with the same reference numerals in the figures. The components shown and the size ratios of the components with each other are not to be considered as true to scale.

Das in 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements 10 enthält ein Siliziumsubstrat 1, das eine Oberflächenstruktur 3 aufweist. Die Oberflächenstruktur 3 erstreckt sich mindestens 100 nm, bevorzugt mindestens 500 nm in das Siliziumsubstrat 1 hinein. Insbesondere kann das Siliziumsubstrat 1 Strukturelemente 14 in Form von statistisch verteilten Erhebungen aufweisen, deren Höhe im Mittel zwischen 500 nm und 10 µm beträgt. Die Breite der einzelnen Strukturelemente, aus der sich die Oberflächenstruktur 3 zusammensetzt, beträgt bevorzugt zwischen 10 nm und 5 µm, besonders bevorzugt zwischen 50 nm und 1 µm.This in 1 schematically illustrated embodiment of a radiation-detecting semiconductor device 10 contains a silicon substrate 1 that has a surface texture 3 having. The surface structure 3 extends at least 100 nm, preferably at least 500 nm in the silicon substrate 1 into it. In particular, the silicon substrate 1 structural elements 14 in the form of statistically distributed elevations whose height is on average between 500 nm and 10 microns. The width of the individual structural elements that make up the surface structure 3 is preferably between 10 nm and 5 microns, more preferably between 50 nm and 1 micron.

Eine derartige Oberflächenstruktur 3 mit statistisch verteilten Erhebungen kann vorteilhaft mit vergleichsweise geringem Herstellungsaufwand mittels eines selbstorganisierten Plasmaätzverfahrens in Silizium hergestellt werden. Beispiele von Oberflächenstrukturen 3 mit statistisch verteilten Erhebungen sind in den oberen beiden Rasterelektronenmikroskopieaufnahmen in 2 dargestellt. Die mittlere Breite und die mittlere Höhe der Strukturelemente können dabei durch die Ätzparameter des Plasmaätzprozesses eingestellt werden.Such a surface structure 3 With statistically distributed elevations can be advantageously produced with relatively low production costs by means of a self-organized plasma etching in silicon. Examples of surface structures 3 with statistically distributed elevations are in the top two scanning electron micrographs in 2 shown. The average width and the average height of the structural elements can be adjusted by the etching parameters of the plasma etching process.

Neben statistischen optischen Streustrukturen können auch deterministische Streustrukturen eingesetzt werden. Derartige diffraktive optische Elemente (DOE) bzw. computer-generierte Hologramme (CGH) können mittels Lithografie und Strukturübertrag durch Ätzen im Siliziumsubstrat 1 hergestellt werden. Die untere Rasterelektronenmikroskopieaufnahme in 2 zeigt hierzu exemplarisch eine solche Oberflächenstruktur.In addition to statistical optical scattering structures, deterministic scattering structures can also be used. Such diffractive optical elements (DOE) or computer-generated holograms (CGH) can by means of lithography and structure transfer by etching in the silicon substrate 1 getting produced. The lower scanning electron micrograph in 2 shows an example of such a surface structure.

Wie in 1 zu sehen, ist auf der Vorderseite 6 des Siliziumsubstrats 1 eine laterale Anordnung strahlungsabsorbierender Detektorpixel 2 aufgebracht, bei der es sich bei einem Ausführungsbeispiel um PIN-Photodioden aus Germanium oder einer Germanium-Zinn-Legierung handelt. Diese Materialien sind vorteilhaft zur Absorption von Strahlung mit Wellenlängen von mehr als 1100 nm geeignet, bei denen das Siliziumsubstrat 1 im Wesentlichen transparent ist und somit nur unwesentlich zur Absorption beiträgt. Die Beleuchtung des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements 10 mit Wellenlängen größer als 1100 nm kann somit über die oberflächenstrukturierte Strahlungseintrittsfläche 5 an der Substratrückseite erfolgen, wobei das Siliziumsubstrat 1 ein transparentes Fenster darstellt.As in 1 to see is on the front 6 of the silicon substrate 1 a lateral arrangement of radiation-absorbing detector pixels 2 applied, which is in an embodiment to PIN photodiodes of germanium or a germanium-tin alloy. These materials are advantageously suitable for absorbing radiation with wavelengths greater than 1100 nm, in which the silicon substrate 1 is substantially transparent and thus contributes only slightly to the absorption. The illumination of the radiation-detecting semiconductor component 10 with wavelengths greater than 1100 nm can thus over the surface-structured radiation entrance surface 5 take place at the substrate back, wherein the silicon substrate 1 represents a transparent window.

Aufgrund der Oberflächenstruktur 3 ändert sich der Brechungsindex an der Strahlungseintrittsfläche 5 nicht abrupt, sondern weist einen Gradienten auf, wobei der Brechungsindex vorzugsweise kontinuierlich in Richtung des Siliziumsubstrats 1 ansteigt. Auf diese Weise wird insbesondere die Rückwärtsstreuung bzw. Reflexion der einfallenden Strahlung vorteilhaft vermindert. Dadurch erhöht sich vorteilhaft die Nachweiseffizienz der Detektorpixel 2 des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements 10.Due to the surface structure 3 the refractive index changes at the radiation entrance surface 5 not abrupt, but has a gradient, wherein the refractive index is preferably continuous in the direction of the silicon substrate 1 increases. In this way, in particular the backward scattering or reflection of the incident radiation is advantageously reduced. This advantageously increases the detection efficiency of the detector pixels 2 the radiation-detecting semiconductor device 10 ,

Ein weiterer vorteilhafter Effekt der Oberflächenstruktur 3 ist, dass die einfallende Strahlung zumindest teilweise an der Oberflächenstruktur 3 in Vorwärtsrichtung gestreut wird. Dies bewirkt, dass sich zumindest ein Teil der in das Siliziumsubstrat 1 eintretenden einfallenden Strahlung unter einem derartigen Winkel in dem Siliziumsubstrat 1 ausbreitet, dass sie an der dem Strahlungseinfall abgewandten Seite der Detektorpixel 2 bzw. der Substratvorderseite 6 totalreflektiert wird. Dieser Anteil der gestreuten Strahlung kann nach einer ein- oder mehrfachen Reflexion innerhalb des Substrats 1 erneut auf die strahlungssensitiven Detektorpixel 2 treffen, wodurch sich die Lichtausbeute weiter erhöht. Die reflexionsmindernde Wirkung und streuende Wirkung der Oberflächenstruktur 3 ergeben zusammen eine signifikante Erhöhung der Absorption in den strahlungsabsorbierenden Schichten 8 der Detektorpixel 2 des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements 10, die insbesondere ein Vielfaches der Absorption betragen kann, die bei Verwendung eines unstrukturierten Siliziumsubstrats erzielt würde.Another beneficial effect of the surface structure 3 is that the incident radiation is at least partially due to the surface structure 3 is scattered in the forward direction. This causes at least a portion of the silicon substrate 1 incoming incident radiation at such an angle in the silicon substrate 1 spreads that they on the side facing away from the radiation incident side of the detector pixels 2 or the front of the substrate 6 is totally reflected. This portion of the scattered radiation may be after single or multiple reflection within the substrate 1 again on the radiation-sensitive detector pixels 2 meet, whereby the luminous efficacy increases further. The reflection-reducing effect and scattering effect of the surface structure 3 together give a significant increase in absorption in the radiation-absorbing layers 8th the detector pixel 2 the radiation-detecting semiconductor device 10 , the in particular, can be a multiple of the absorption that would be achieved using an unstructured silicon substrate.

Aufgrund der durch die vorteilhaften Wirkungen der Oberflächenstruktur 3 erzielten hohen Absorptionseffizienz können bei dem strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelement 10 vorteilhaft vergleichsweise dünne strahlungsabsorbierende Schichten 8 in den Detektorpixeln 2 verwendet werden. Insbesondere kann die Dicke der strahlungsabsorbierenden Schichten 8 weniger als 1 µm, bevorzugt weniger als 500 nm oder besonders bevorzugt sogar weniger als 200 nm betragen. Due to the beneficial effects of the surface structure 3 achieved high absorption efficiency can in the radiation-detecting semiconductor device 10 advantageously comparatively thin radiation-absorbing layers 8th in the detector pixels 2 be used. In particular, the thickness of the radiation-absorbing layers 8th less than 1 micron, preferably less than 500 nm or more preferably even less than 200 nm.

Durch die vergleichsweise geringen Dicken der strahlungsabsorbierenden Schichten 8 in den Detektorpixeln 2 verkürzen sich die Transitzeiten der in den Detektorpixeln 8 durch Absorption erzeugten Ladungsträger. In Folge ist die Impulsantwortgeschwindigkeit der Detektorpixel 2 nahezu vollständig durch die RC-Zeitkonstante des Pixels bestimmt. Letztere kann durch eine Verringerung der Pixelfläche sehr stark reduziert werden, sodass sehr hohe Detektorpixelbandbreiten von über 10 GHz erzielt werden können. Ergo erlaubt das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement 10 durch den Einsatz sehr dünner Absorberschichten 8 vorteilhaft sehr hohe Messgeschwindigkeiten.Due to the comparatively small thicknesses of the radiation-absorbing layers 8th in the detector pixels 2 Shorten the transit times of those in the detector pixels 8th absorption carriers generated by absorption. As a result, the impulse response speed of the detector pixels 2 almost completely determined by the RC time constant of the pixel. The latter can be greatly reduced by reducing the pixel area, so that very high detector pixel bandwidths of over 10 GHz can be achieved. Ergo allows the radiation-detecting semiconductor device 10 through the use of very thin absorber layers 8th advantageously very high measuring speeds.

Ein weiterer Vorteil der geringen Dicken der strahlungsabsorbierenden Schichten ist der geringe Herstellungsaufwand. Nicht zuletzt erlauben hoch standardisierte Fertigungsverfahren der Halbleiterindustrie keine beliebig dicken strahlungsabsorbierenden Schichten 8, sodass diese hinsichtlich ihrer Dicke begrenzt sind.Another advantage of the low thicknesses of the radiation-absorbing layers is the low production cost. Last but not least, highly standardized manufacturing processes in the semiconductor industry do not allow any thickness-rich radiation-absorbing layers 8th so that they are limited in thickness.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des strahlungsdetektierenden Halbleiterbauelements 10, bei dem die Detektorpixel 2 nicht zweidimensional lateral angeordnet sind, sondern sich nur in einer lateralen Dimension periodisch wiederholen. Solche eindimensionalen Arraysensoren sind für eine Vielzahl von Messaufgaben von großem Interesse, z.B. in 3D-Linienscannern. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen entspricht das Ausführungsbeispiel der 3 dem Ausführungsbeispiel der 1, so dass diese nicht nochmals erläutert werden. 3 shows a further embodiment of the radiation-detecting semiconductor device 10 in which the detector pixels 2 are not arranged two-dimensionally laterally, but repeat only periodically in a lateral dimension. Such one-dimensional array sensors are of great interest for a variety of measurement tasks, eg in 3D line scanners. With regard to further advantageous embodiments, the embodiment corresponds to 3 the embodiment of the 1 so that they will not be explained again.

Eine negative Begleiterscheinung der streuenden Lichteinkopplung in das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement 10 über die Oberflächenstruktur 3 ist ein Effekt, der als „optisches Übersprechen“ bekannt ist. Dieser ist in 4 links in der Teilfigur (a) schematisch dargestellt. Optisches Übersprechen bezeichnet den Umstand, dass Strahlung 9, die direkt unterhalb eines Detektorpixels 2 an der Oberflächenstruktur 3 in das Halbleiterbauelement eintritt, durch die Lichtstreuung beim Eintritt zu einem gewissen Anteil nicht in dem Detektorpixel 2 selbst, sondern in benachbarten oder sogar weiter entfernten Detektorpixeln 2 absorbiert wird. Wird das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement z.B. als Bildsensor verwendet, führt das Streulicht 11 zu einem „Verwaschen“ des Bildes, im Extremfall sogar zu einer nahezu völligen Unkenntlichkeit des Bildes.A negative concomitant of the scattering light coupling into the radiation-detecting semiconductor component 10 about the surface structure 3 is an effect known as "optical crosstalk". This one is in 4 on the left in the partial figure (a) shown schematically. Optical crosstalk refers to the fact that radiation 9 which is directly below a detector pixel 2 on the surface structure 3 enters the semiconductor device, by the light scattering on entry to a certain extent not in the detector pixel 2 itself, but in neighboring or even more distant detector pixels 2 is absorbed. If the radiation-detecting semiconductor component is used, for example, as an image sensor, the scattered light results 11 to a "blurring" of the image, in extreme cases, even to a nearly complete unrecognizability of the image.

Da der laterale Strahlversatz eines gestreut eingekoppelten Lichtstrahls 9 auf der Substratvorderseite, auf welcher sich die Detektorpixel 2 befinden, proportional zur Substratdicke ist, besteht eine Möglichkeit zur Minimierung des Übersprechens in einer Reduzierung der Dicke des Siliziumsubstrates 1, wie 4b skizzenhaft verdeutlicht. Das Substrat 1 ist vorzugsweise dünner als 100 µm. Das Substrat 1 kann auch dünner als 50 µm oder sogar dünner als 10 µm sein. Die für die Sensorfertigung und - handhabung erforderliche mechanische Stabilität des (teil-)fertigen Halbleiterbauelementes setzt einer maximalen Ausdünnung des Siliziumsubstrates allerdings Grenzen. Sehr geringe Substratdicken von weniger als 50 µm, insbesondere aber von weniger als 10 µm, können problematisch in der Fertigung sein.Since the lateral beam offset of a scattered coupled light beam 9 on the substrate front, on which the detector pixels 2 One way to minimize crosstalk is to reduce the thickness of the silicon substrate 1 , as 4b sketchy clarified. The substrate 1 is preferably thinner than 100 μm. The substrate 1 may also be thinner than 50 microns or even thinner than 10 microns. However, the mechanical stability of the (semi-) finished semiconductor component required for sensor production and handling sets limits to maximum thinning of the silicon substrate. Very low substrate thicknesses of less than 50 microns, but in particular less than 10 microns, can be problematic in manufacturing.

Eine weitere Möglichkeit zur Unterdrückung des optischen Übersprechens, ggf. in Kombination mit einer geringen Substratdicke, ist in der Teilfigur (c) der 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen den Detektorpixeln 2 Gräben 4 ausgebildet, die sich so tief wie möglich in das Siliziumsubstrat 1 erstrecken. In den Gräben 4 ist die Dicke des Substrats 1 auf eine Restdicke d_r reduziert. Bleiben die Gräben 4 ungefüllt, d.h. sie beinhalten also Luft mit einer Brechzahl von 1, oder werden mit einem niedrigbrechenden Medium gefüllt, bewirken die Gräben 4 eine Lichtführung für das gestreut eingekoppelte Licht, die im Wesentlichen auf Totalreflexion des Streulichts 11 an den vertikalen Wänden der Gräben 4 beruht. Aufgrund des hohen Brechungsindex des Siliziumsubstrates 1 von ca. 3,5 ist die Lichtführung außerordentlich stark ausgeprägt. Sind die Gräben 4 mit Luft gefüllt, so beträgt der Grenzwinkel für innere Totalreflexion an den vertikalen Grabenwänden beispielsweise etwa 16°. Das heißt, dass Licht, welches an der Oberflächenstruktur 3 in Winkel kleiner ca. 90°- 16° = 74° gestreut eingekoppelt wird, eine vollständige Lichtführung erfährt.Another possibility for suppressing the optical crosstalk, possibly in combination with a small substrate thickness, is in the subfigure (c) of 4 shown. In this embodiment, there are between the detector pixels 2 trenches 4 formed as deeply as possible in the silicon substrate 1 extend. In the trenches 4 is the thickness of the substrate 1 reduced to a residual thickness d _r . Stay the trenches 4 unfilled, ie they contain air with a refractive index of 1, or are filled with a low refractive medium, cause the trenches 4 a light guide for the scattered coupled light, which is essentially on total reflection of the scattered light 11 on the vertical walls of the trenches 4 based. Due to the high refractive index of the silicon substrate 1 of about 3.5, the light is extremely strong. Are the trenches 4 filled with air, for example, the critical angle for total internal reflection at the vertical trench walls is about 16 °. That is, light, which is attached to the surface structure 3 in angles less than 90 ° - 16 ° = 74 ° scattered coupled, undergoes complete light guidance.

Damit die Herstellung der optischen Gräben 4 nicht mit einer verminderten Verringerung der Detektorstabilität einhergeht, ist es sinnvoll, die Gräben 4 mit einem optisch niedrigbrechenden Material aufzufüllen. Verwendet man hierfür beispielsweise Siliziumoxid SiO₂ mit einem Brechungsindex von etwa 1,5, so ergibt sich noch immer ein sehr niedriger Grenzwinkel für Totalreflexion von ca. 25°, sodass eine vollständige Lichtführung noch bis zu Streuwinkeln von 65° erfolgt. Lichtführung tritt grundsätzlich für jede niedrigbrechende dielektrische Grabenfüllung auf, wobei der Grenzwinkel für innere Totalreflexion kontinuierlich mit der Brechzahl des Füllmaterials abnimmt. Es ist daher insbesondere vorteilhaft möglichst niedrigbrechende Füllmaterialen zu verwenden. Alternativ können auch metallische Füllungen als Spiegel verwendet werden, allerdings mit dem Nachteil einer nicht vollständig verlustfreien Reflexion.Thus the production of the optical trenches 4 not associated with a reduced reduction in detector stability, it makes sense the trenches 4 to be filled with a material of low refractive index. Used for this purpose, for example, silicon oxide SiO ₂ with a refractive index of about 1.5, then still gives a very low critical angle for total reflection of approximately 25 °, so that a complete light guidance is still up to scattering angles of 65 °. Light guide occurs basically for each low-refractive dielectric trench filling, wherein the critical angle for total internal reflection decreases continuously with the refractive index of the filling material. It is therefore particularly advantageous to use as low-refractive filling materials. Alternatively, metallic fillings can be used as mirrors, but with the disadvantage of not completely lossless reflection.

Aus optischer Sicht ist es unerheblich, ob die Herstellung der optischen Gräben 4 zur Unterdrückung des Übersprechens von der Substratvorderseite 6 oder von der Substratrückseite erfolgt, oder sogar von beiden Substratseiten her. Die 5, 6 und 7 stellen diese Varianten schematisch jeweils anhand eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel dar. Insbesondere zeigt hierbei 5 Gräben 4 an der Vorderseite 6 des Substrats 1.From an optical point of view, it does not matter if the production of optical trenches 4 for suppressing crosstalk from the substrate front 6 or from the back of the substrate, or even from both sides of the substrate. The 5 . 6 and 7 illustrate these variants schematically each with reference to a cross section through an exemplary embodiment. In particular, this shows 5 trenches 4 on the front side 6 of the substrate 1 ,

Im Ausführungsbeispiel der 6 sind die Gräben 4 an der Rückseite des Substrats 1, d.h. an einer der Strahlungseintrittsfläche 5 zugewandten Seite des Substrats 1, ausgebildet.In the embodiment of 6 are the trenches 4 at the back of the substrate 1 , ie at one of the radiation entrance surface 5 facing side of the substrate 1 , educated.

Im Ausführungsbeispiel der 7 sind die Gräben 4 sowohl an der Vorderseite 6 des Substrats 1 als auch an der Rückseite des Substrats 1 ausgebildet.In the embodiment of 7 are the trenches 4 both at the front 6 of the substrate 1 as well as on the back of the substrate 1 educated.

Mit Hilfe von numerischen Berechnungen, welche sowohl die diffraktive Wirkung der streuend einkoppelnden Oberflächenstruktur 3, als auch den Strahlengang einer Vielzahl von Einzelstrahlen durch das Halbleiterbauelement berücksichtigen, kann die Wirksamkeit der optischen Gräben 4 theoretisch nachgewiesen werden. 8 zeigt entsprechende Ergebnisse für eine zweidimensionale Anordnung von Detektorpixeln auf einem Siliziumsubstrat 1. Als Oberflächenstruktur 3 wurde hier eine stochastische „Black Silicon“ Struktur (vgl. 2, Bild rechts oben) angenommen. Die strahlungsabsorbierenden Schichten 8 in den Detektorpixeln 2 bestehen aus kristallinem Germanium einer Dicke von 500 nm. Die Pixelgröße beträgt 30 µm × 30 µm. Die Grabentiefe wurde konstant als 50 µm angenommen. Die einfallende Lichtwellenlänge beträgt 1400 nm. Im Sinne einer realitätsnahen Berechnung wurde darüber hinaus eine endliche Restdicke d_r des durchgängigen Siliziumsubstrates (entsprechend 4c) angenommen. Die Gräben 4 sind ungefüllt, beinhalten also Luft mit einer Brechzahl von 1.With the help of numerical calculations, which show both the diffractive effect of the scattering surface structure 3 , as well as the beam path of a plurality of individual beams through the semiconductor device, the effectiveness of the optical trenches 4 be proved theoretically. 8th shows corresponding results for a two-dimensional arrangement of detector pixels on a silicon substrate 1 , As a surface structure 3 Here, a stochastic "black silicon" structure (cf. 2 , Picture on the top right). The radiation-absorbing layers 8th in the detector pixels 2 consist of crystalline germanium of a thickness of 500 nm. The pixel size is 30 microns × 30 microns. The trench depth was assumed to be constant at 50 μm. The incident light wavelength is 1400 nm. In the sense of a realistic calculation beyond a finite residual thickness d _{r of} the continuous silicon substrate (corresponding 4c ) accepted. The trenches 4 are unfilled, so they contain air with a refractive index of 1.

8 stellt die Absorption A der Hauptpixel in Kurve 12 und das gesamte Übersprechen, d.h. die Summe aller Nebenpixelabsorptionen, in Kurve 13 dar. Um diese zu ermitteln, wird ausschließlich die oberflächenstrukturierte Teilfläche der Substratrückseite, die dem Hauptpixel exakt gegenüberliegt (ergo eine Fläche von 30 µm × 30 µm), homogen unter senkrechtem Lichteinfall ausgeleuchtet. Mit diesen Beleuchtungsbedingungen wird dann die Lichtabsorption, die in jenem Hauptpixel auftritt, sowie jegliche weitere Lichtabsorptionen in anderen Detektorpixeln ermittelt. Die Summe der Letztgenannten entspricht somit letztlich dem gesamten Übersprechen und sollte daher möglichst gering sein, wenn das Halbleiterbauelement z.B. als Bildsensor verwendet werden soll. 8th represents the absorption A of the main pixels in curve 12 and the total crosstalk, ie the sum of all minor pixel absorptions, in curve 13 In order to determine this, only the surface-structured partial surface of the substrate rear side, which lies exactly opposite the main pixel (ergo an area of 30 μm × 30 μm), is illuminated homogeneously under normal incidence of light. With these illumination conditions, the light absorption occurring in that main pixel as well as any further light absorption in other detector pixels is then determined. The sum of the latter thus corresponds ultimately to the total crosstalk and should therefore be as low as possible when the semiconductor device is to be used, for example, as an image sensor.

Wie der 8 klar zu entnehmen ist, nimmt das optische Übersprechen (Kurve 13) kontinuierlich mit geringer werdender Restdicke d_r des durchgängigen Siliziumsubstrates ab. Gleichzeitig steigt wie gewünscht die optische Absorption im Hauptpixel (Kurve 12) an und strebt einem Maximum bei einer verschwindenden Restdicke entgegen. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass die optische Trennwirkung der Gräben 4 nahezu ideal ist. Das Übersprechen hängt letztlich primär von der Restdicke d_r des Siliziumsubstrates (wie in 4c dargestellt) ab, welche es daher zu minimieren gilt. Weitere optische Simulationen ergaben ein analoges Verhalten für Gräben 4, die von der Substratvorderseite oder gleichzeitig von beiden Seiten eingeführt werden. Lediglich die Restdicke d_r des Substrats ist für die Reduzierung des optischen Übersprechens entscheidend, nicht aber die konkrete Ausführung (entsprechend den in den 5, 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispielen).Again 8th can be clearly seen, the optical crosstalk (curve 13 ) continuously with decreasing residual thickness d _{r of} the continuous silicon substrate. At the same time, the optical absorption in the main pixel increases as desired (curve 12 ) and aims for a maximum with a vanishing residual thickness. It can be concluded that the optical separation effect of the trenches 4 is almost ideal. The crosstalk ultimately depends primarily on the residual thickness d _{r of} the silicon substrate (as in 4c shown), which therefore has to be minimized. Further optical simulations revealed an analogous behavior for trenches 4 which are introduced from the front of the substrate or simultaneously from both sides. Only the residual thickness d _{r of} the substrate is decisive for the reduction of the optical crosstalk, but not the concrete design (corresponding to those in the 5 . 6 and 7 illustrated embodiments).

Praktisch kann die Umsetzung derart tiefer optischer Gräben 4 in Silizium mittels des sogenannten Reaktiven Ionenätzens, einem weit verbreiteten Trockenätzverfahren in der Mikrosystemtechnik, erfolgen. Damit können, nach entsprechender Prozessoptimierung, extrem tiefe und zugleich schmale Gräben geätzt werden. Schmale Gräben sind insbesondere von Vorteil, da sie einen hohen optischen Füllfaktor, also eine hohe Flächenbelegung mit optisch aktiven Sensorelementen, ermöglichen. Optisch nicht aktive Totflächen werden so minimiert und die Lichtausbeute des Sensorelements maximiert.Practically, the implementation of such deep optical trenches 4 in silicon by means of the so-called reactive ion etching, a widespread dry etching in microsystem technology done. Thus, after appropriate process optimization, extremely deep and at the same time narrow trenches can be etched. Narrow trenches are particularly advantageous because they allow a high optical filling factor, ie a high surface coverage with optically active sensor elements. Optically non-active dead areas are minimized and the light output of the sensor element is maximized.

Eine beispielhafte experimentelle Umsetzung eines derart tiefen und zugleich schmalen Grabens ist in 9 dargestellt. Zu sehen ist eine Rasterelektronenmikroskopische Querschnittsaufnahme von ca. 5 µm breiten und etwa 250 µm tiefen Gräben 4, die mit Hilfe eines gepulsten Reaktiven Ionenätzverfahren in Silizium hergestellt wurden.An exemplary experimental implementation of such a deep and at the same time narrow trench is in 9 shown. A scanning electron micrograph of about 5 μm wide and about 250 μm deep trenches can be seen 4 , which were produced by means of a pulsed reactive ion etching process in silicon.

Zur Füllung der optischen Gräben 4 mit einem niedrigbrechenden dielektrischen Material kann beispielsweise ein Chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD) oder ein Atomlagenabscheidungsverfahren (ALD) verwendet werden. Insbesondere CVD-Verfahren zur Herstellung von beispielsweise Siliziumoxid SiO₂, Siliziumnitrid SiN oder Siliziumoxynitriden SiO_xN_y sind Standard in der Mikroelektronik und sind dank ihres chemischen Abscheidungscharakters hervorragend zur konformen Beschichtung bzw. Auffüllung auch tiefer Gräben geeignet. Hinsichtlich der Beschichtungskonformität sind zudem ALD-Verfahren zur Herstellung relativ niedrigbrechender Dielektrika wie z.B. SiO₂ oder Aluminiumoxid Al₂O₃ im Allgemeinen sogar noch besser geeignet als CVD.To fill the optical trenches 4 For example, with a low-refractive dielectric material, a chemical vapor deposition (CVD) method or an atomic layer deposition (ALD) method can be used. In particular, CVD methods for producing, for example, silicon oxide SiO ₂ , silicon nitride SiN or silicon oxynitrides SiO _x N _y are standard in US Pat Microelectronics and are thanks to their chemical deposition character excellent for conformal coating or filling even deep trenches suitable. With regard to coating conformity, ALD processes for producing relatively low-index dielectrics, such as, for example, SiO ₂ or aluminum oxide Al ₂ O _3, are generally even better suited than CVD.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Siliziumsubstratsilicon substrate
22: Detektorpixeldetector pixels
33: Oberflächenstruktursurface structure
44: optische Gräbenoptical trenches
55: Strahlungseintrittsfläche auf SubstratrückseiteRadiation entrance surface on the back of the substrate
66: SubstratvorderseiteSubstrate front
77: Boden der optischen GräbenGround of the optical trenches
88th: strahlungsabsorbierende Schichtradiation-absorbing layer
99: Strahlungradiation
1010: strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelementradiation-detecting semiconductor component
1111: Streulichtscattered light
1212: KurveCurve
1313: KurveCurve
1414: Strukturelementstructural element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102017005096 [0002]

Claims

A radiation detecting semiconductor device (10) comprising - A silicon substrate (1) having a surface structure (3), wherein the surface structure (3) of a radiation entrance surface (5) of the semiconductor device (10) facing and at least to a depth of 100 nm in the silicon substrate (1) inside extends, and a lateral arrangement of detector pixels (2) on a front side (6) of the silicon substrate (1) opposite the radiation entrance surface (5), the detector pixels (2) each comprising a radiation absorbing layer (8) and absorbing radiation having a wavelength of more than 1100 nm are suitable.

Radiation detecting semiconductor device according to Claim 1 wherein the radiation-absorbing layer (8) has a thickness of not more than 2 μm.

A radiation-detecting semiconductor device according to any one of the preceding claims, wherein the radiation-absorbing layer (8) has a thickness of not more than 1 μm.

A radiation-detecting semiconductor device according to any one of the preceding claims, wherein the radiation-absorbing layer (8) has a thickness of not more than 0.5 μm.

A radiation-detecting semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the surface structure (3) of the silicon substrate (1) has structural elements (14) whose average width is between 10 nm and 5 μm.

A radiation-detecting semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the surface structure (3) of the silicon substrate (1) has structural elements (14) whose average width is between 100 nm and 1 μm.

A radiation-detecting semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the surface structure (3) of the silicon substrate (1) has structural elements (14) whose mean height is between 500 nm and 10 μm.

A radiation detecting semiconductor device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the silicon substrate (1) is thinner than 100 μm.

Radiation-detecting semiconductor component (10) according to one of the preceding claims, wherein the detector pixels (2) are optically and electrically separated from one another by trenches (4) or inclusions of a low-refractive, non-conductive material (4) with a refractive index of less than 3.5.

A radiation-detecting semiconductor component (10) according to one of the preceding claims, wherein the detector pixels (2) are optically and electrically separated from one another by trenches (4) or inclusions of a low-refractive non-conductive material (4) with a refractive index of less than 2.

A radiation detecting semiconductor device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the detector pixels (2) are separated from each other by trenches (4) filled with silicon oxide, silicon nitride, a polymer or air.

Radiation-detecting semiconductor component (10) according to one of Claims 9 to 11 , wherein the silicon substrate (1) in the region of the trenches (4) has a residual thickness of not more than 30 microns.

A radiation-detecting semiconductor device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the radiation-absorbing layer (8) comprises germanium.

A radiation-detecting semiconductor component (10) according to any one of the preceding claims, wherein the radiation-absorbing layer (8) Si _x Ge _y Sn _z Pb _w with 0 ≤ x <1, 0 <y ≤ 1, 0 ≤ z <1 and 0 ≤ w <1 having.

Radiation-detecting semiconductor component (10) according to one of the preceding claims, wherein the radiation-detecting semiconductor component (10) is suitable for image acquisition in the spectral range greater than 1100 nm.