TWI696298B - 光偵測器及其形成方法 - Google Patents

光偵測器及其形成方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI696298B
TWI696298B TW107122583A TW107122583A TWI696298B TW I696298 B TWI696298 B TW I696298B TW 107122583 A TW107122583 A TW 107122583A TW 107122583 A TW107122583 A TW 107122583A TW I696298 B TWI696298 B TW I696298B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
semiconductor region
photodetector
region
semiconductor
Prior art date
Application number
TW107122583A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201911592A (zh
Inventor
魏嘉余
許文義
高于婷
林彥良
李國政
黃薰瑩
陳信吉
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW201911592A publication Critical patent/TW201911592A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI696298B publication Critical patent/TWI696298B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
    • H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H01L31/02164—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers, cold shields for infrared detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

光偵測器包含：基底具有第一摻雜類型；第一半導體區具有第二摻雜類型，第一半導體區從基底的前側延伸進入基底中；以及第二半導體區具有第一摻雜類型，第二半導體區從第一半導體區的底部邊界進一步延伸進入基底中，其中當光偵測器在蓋格模式下操作時，第二半導體區完全空乏，以吸收從基底的背側接收的輻射源。

Description

光偵測器及其形成方法
本發明實施例係有關於半導體技術，且特別是有關於光偵測器及其形成方法。
崩潰(avalanche)過程一般用於光子感測應用的半導體裝置中。一般來說，當p-n接面在相應的崩潰電壓下被施加逆向偏壓時，可觸發崩潰過程。特別來說，為了偵測強度非常弱的光信號，p-n接面被施加大於崩潰電壓的偏壓，其一般被稱為在蓋格模式(Geiger mode)下操作。在蓋格模式下操作的光子感測裝置一般被稱為單一光子崩潰二極體(single photon avalanche diode，SPAD)。
這些單一光子崩潰二極體已被廣泛地使用於各種裝置中，例如手持設備的照相機。雖然已證明這些單一光子崩潰二極體為有用的，但是仍有改善空間。舉例來說，現有之單一光子崩潰二極體遭受的問題是單一光子崩潰二極體的光子偵測可能性(photon detection possibility，PDP)受到最大波長(例如藍光波長)的影響，因為有著較長波長(例如近紅外(near infra-red，NIR)光波長)的入射光一般來說被形成於現有的單一光子崩潰二極體的主動區上方的複數個內連線層(例如金屬/介 電層)阻擋。因此，現有的單一光子崩潰二極體並非完全令人滿意。
在一些實施例中，提供一種光偵測器，光偵測器包含基底，具有第一摻雜類型；第一半導體區，具有第二摻雜類型，第一半導體區從基底的前側延伸進入基底中；以及第二半導體區，具有第一摻雜類型，第二半導體區從第一半導體區的底部邊界進一步延伸進入基底中，其中當光偵測器在蓋格模式下操作時，第二半導體區完全空乏，以吸收從基底的背側接收的輻射源。
在一些其他實施例中，提供一種光偵測器，光偵測器包含基底，具有第一摻雜類型；第一半導體區，具有與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型，第一半導體區從基底的前側延伸進入基底中；第二半導體區，具有第一摻雜類型，第二半導體區從第一半導體區的底部邊界進一步延伸進入基底中；以及第一隔離區，從基底的背側延伸進入基底中，其中第一隔離區圍繞第一半導體區和第二半導體區，以將入射輻射源限制在第二半導體區。
在另外一些實施例中，提供一種光偵測器的形成方法，此方法包含在基底的前側形成第一半導體區，其中第一半導體區具有第一摻雜類型；從第一半導體區的底部邊界形成第二半導體區向內延伸進入基底中，其中第二半導體區具有與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型；以及從基底的背側將基底薄化，以在基底的背側上形成輻射接收表面。
100‧‧‧方法
102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128‧‧‧操作
200、300‧‧‧光偵測器
202‧‧‧半導體基底
202-1‧‧‧前側
202-2、202-3‧‧‧背側
204‧‧‧第一隔離區
204-1‧‧‧下部邊界
205‧‧‧畫素
206‧‧‧第一半導體區
206’、208’、210’‧‧‧深度
206-1‧‧‧底部邊界
206-2‧‧‧頂部邊界
208‧‧‧第二半導體區
209‧‧‧本質層
210‧‧‧第三半導體區
212‧‧‧半導體井
214‧‧‧保護環
216‧‧‧第一接觸區
218‧‧‧第二接觸區
220、222‧‧‧接觸插塞
224‧‧‧介電層
226、229‧‧‧介電層/金屬層
228‧‧‧導電反射層
230‧‧‧承載基底
232‧‧‧第二隔離區
234‧‧‧輻射接收介電層
250‧‧‧輻射源
251、253、255、257‧‧‧光子
302‧‧‧光屏蔽
304‧‧‧保護層
306‧‧‧彩色濾光片
308‧‧‧外塗層
310‧‧‧圓頂形微透鏡
根據以下的詳細說明並配合所附圖式可以更加理解本發明實施例。應注意的是，根據本產業的標準慣例，圖示中的各種部件(feature)並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小各種部件的尺寸，以做清楚的說明。
第1A-1C圖顯示依據一些實施例之形成光偵測器的例示性方法的流程圖。
第2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I、2J、2K、2L、2M和2N圖顯示依據一些實施例，透過第1圖的方法製造之在各種製造階段期間之例示性光偵測裝置的剖面示意圖。
第3圖顯示依據一些實施例之依據第2N圖的另一例示性光偵測器裝置的剖面示意圖。
以下的揭露內容描述各種例示性實施例，以實施提供之標的物的不同部件。以下敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化揭露內容的說明。當然，這些僅為範例並非用以限定本發明。例如，應當理解的是，當一個元件被稱為“連接至”或“耦接至”另一元件時，此元件可為直接連接或耦接至另一元件，或者可存在一個或多個元件在上述兩元件之間。
本揭露內容提供光感測裝置(例如光偵測器)的各種實施例，光感測裝置包含第一摻雜類型的第一半導體區和第二摻雜類型(不同於第一摻雜類型)的第二半導體區，第一半導體區和第二半導體區各自從基底的前側延伸進入基底。因此， 第一半導體區和第二半導體區形成p-n接面於基底中。在一些實施例中，p-n接面被施加大於對應之崩潰電壓的偏壓，使得光偵測器在蓋格模式下操作，以吸收(例如感測)輻射源。再者，在一些實施例中，在蓋格模式下，所揭露的光偵測器的第二半導體區被配置為完全空乏，以吸收從基底的背側接收的輻射源。如此一來，第二半導體區可作為所揭露的光偵測器的主動區，且此主動區可接收通過基底背側入射的任何輻射源，即沒有任何內連線層阻擋於主動區之上。因此，可有利地消除現有單一光子崩潰二極體所觀察到的上述問題。
第1A、1B和1C圖顯示依據本發明一個或多個實施例之形成光偵測器的方法100的流程圖。可以注意的是，方法100僅為範例，且並非用以限制本發明實施例。因此，可以理解的是，可提供額外的操作於第1A-1C圖的方法100之前、方法100中以及方法100之後，且一些其他操作可僅在此處簡要地描述。
請先參照第1A圖，在一些實施例中，方法100開始於操作102，其中提供有著第一摻雜類型的半導體基底。方法100繼續至操作104，其中在基底的前側形成第一隔離區。在一些實施例中，第一隔離區可包含被配置為圍繞光偵測器之個別畫素的淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)部件，這將於之後進一步詳細討論。方法100繼續至操作106，其中在基底中形成有著第二摻雜類型的第一半導體區。舉例來說，第一摻雜類型可為p型，第二摻雜類型可為n型。在一些實施例中，第二摻雜類型不同於第一摻雜類型。再者，在一些實施例中，第 一半導體區形成為從半導體基底的前側向內延伸至半導體基底中。
接著，方法100繼續至操作108，其中在基底中形成有著第一摻雜類型的第二半導體區，其中第二半導體區垂直延伸超過第一半導體區的底部邊界。如此一來，在一些實施例中，p-n接面形成於第一半導體區的底部邊界的周圍。方法100繼續至操作110，其中在第一半導體區中形成有著第一摻雜類型的第三半導體區。在一些實施例中，第三半導體區可沿著第一半導體區的頂部邊界延伸，並向內延伸進入第一半導體區中，其具有與第一半導體區的深度(例如約2μm)相比更淺的深度(例如約1μm)。在一些實施例中，有著第一摻雜類型的第三半導體區可具有大致大於第二半導體區的摻雜濃度，第二半導體區也有著第一摻雜類型，這使得第三半導體區為光偵測器提供隔離功能性。方法100繼續至操作112，其中形成有著第一摻雜類型的半導體井以圍繞第一隔離區。因此，在一些實施例中，半導體井也可圍繞光偵測器的畫素。
接著，請參照第1B圖，方法100繼續至操作114，其中在第一半導體區中形成有著第二摻雜類型的第一接觸區。在一些實施例中，有著第二摻雜類型的第一接觸區可具有大致大於第一半導體區的摻雜濃度，第一半導體區也有著第二摻雜類型，這使得第一接觸區更具導電性，進而使對應的接觸插塞透過第一接觸區電性耦接第一半導體區。方法100繼續至操作116，其中在基底上形成有著第一摻雜類型的第二接觸區。在一些實施例中，有著第一摻雜類型的第二接觸區可具有 大致大於基底的摻雜濃度，基底也有著第一摻雜類型，這使得第二接觸區更具導電性，進而使對應的接觸插塞透過第二接觸區電性耦接基底和第二半導體區。在一些實施例中，第二接觸區可為選擇性的。如此一來，基底可直接耦接至接觸插塞。方法100繼續至操作118，其中形成對應的接觸插塞。如上所述，形成接觸插塞以分別透過第一接觸區和第二接觸區耦接第一半導體區和基底/第二半導體區。舉例來說，當基底和第二半導體區摻雜p型摻雜物，而第一半導體區摻雜n型摻雜物時，連接第一接觸區的接觸插塞一般被稱為“陰極”，而連接第二接觸區的接觸插塞一般被稱為“陽極”。
之後，方法100繼續至操作120，其中在基底的前側上方形成一個或多個介電層/金屬層。此介電層/金屬層也被稱為“內連線層”。在一些實施例中，在一個或多個介電層/金屬層的至少一個中，導電反射層可形成於第一半導體區的正上方。方法100繼續至操作122，其中在一個或多個介電層/金屬層上方形成承載基底。方法100繼續至操作124，其中將基底翻轉，並將基底從對應的背側薄化。在一些實施例中，可使用化學機械研磨(chemical-mechanical polishing，CMP)將基底薄化(例如研磨)。在一些實施例中，在薄化製程之後，輻射接收表面可形成於基底被研磨的背側上。
接著，請參照第1C圖，方法100繼續至操作126，其中在基底被研磨的背側形成第二隔離區。在一些實施例中，第二隔離區從基底被研磨的背側向內延伸進入基底形成。在一些實施例中，第二隔離區可包含深溝槽隔離(deep trench isolation，DTI)部件，深溝槽隔離部件被被配置為圍繞光偵測器的畫素，特別來說，被配置為將入射輻射源限制在第二半導體區。方法100繼續至操作128，其中在輻射接收表面上方形成輻射接收介電層。在一些實施例中，輻射接收介電層可由有著相當薄的厚度(例如約100-300奈米(nm))的氧化矽形成，使得輻射源通過其中來傳輸。
在一些實施例中，方法100的操作可分別與第2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I、2J、2K、2L、2M和2N圖所示之各種階段的光偵測器200的剖面示意圖相關聯。光偵測器200可被包含在微處理器、記憶胞及/或其他積體電路(integrated circuit，IC)中。再者，為了更加理解本發明實施例的概念，將第2A-2N圖簡化。舉例來說，雖然圖式顯示光偵測器200，可以理解的是，積體電路可包括許多其他裝置，例如電阻、電容、電感、熔絲等，為了清楚顯示的目的，上述裝置未顯示於第2A-2N圖。
對應至第1圖的操作102，第2A圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含半導體基底202(有時也簡稱為基底)，半導體基底202具有前側202-1和背側202-2。半導體基底202包含具有第一摻雜類型之摻雜物(例如p型摻雜物，比如硼)的矽基底，在此情況下，半導體基底202為p型基底。在一些其他實施例中，半導體基底202可包含其他合適的半導體材料。舉例來說，半導體基底202可為具有第二摻雜類型之摻雜物(例如n型摻雜物，比如磷或砷)的矽基底，在此情況下，半導體基底202 為n型基底。在一些其他實施例中，半導體基底202可包含其他元素半導體，例如鍺或鑽石。半導體基底202可選擇性地包含化合物半導體及/或合金半導體。再者，在一些其他實施例中，半導體基底202可包含磊晶層，可為了效能增強讓磊晶層為可應變的，且可包含絕緣層上覆矽(silicon-on-insulator，SOI)結構。為了清楚顯示的目的，在關於第2A-2N圖的光偵測器200的以下討論中，有著第一摻雜類型和第二摻雜類型的摻雜物分別被稱為有著“p型”和“n型”的摻雜物。
在一些實施例中，半導體基底202包含各種區域，例如畫素陣列區、周邊區、接合接墊區和切割線區等。為了簡單起見，以下討論僅顯示並描述畫素陣列區。一般來說，畫素陣列區為將形成輻射感測畫素/裝置的陣列的位置。周邊區為形成非輻射感測裝置的位置，例如數位裝置或控制裝置。
對應至第1圖的操作104，第2B圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的第一隔離區204。如圖所示，第一隔離區204從前側202-1向內延伸進入半導體基底202形成。在一些實施例中，當從頂部視之，第一隔離區204可由環狀結構形成，以圍繞半導體基底202的一部分，其中半導體基底202的此部分可用以形成光偵測器200的單一畫素205。如上所述，依據一些實施例，第一隔離區204可包含淺溝槽隔離(STI)部件。
在一些實施例中，第一隔離區204可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積 (chemical vapor deposition，CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積一個或多個可移除層(例如光阻層、硬遮罩層等)於半導體基底202的前側202-1上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿一個或多個可移除層；以圖案化的可移除層作為遮罩，使用一個或多個(乾及/或濕)蝕刻製程，以將半導體基底202的上部凹陷；以及使用化學氣相沉積、物理氣相沉積及/或其他合適技術來以氧化物材料(例如氧化矽)再填充半導體基底202的凹陷上部。
對應至第1圖的操作106，第2C圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的第一半導體區206。如圖所示，第一半導體區206從前側202-1向內延伸進入半導體基底202形成，且有著深度206’約2μm。在一些實施例中，第一半導體區206摻雜有第二摻雜類型(n型)，其相反於半導體基底202的摻雜類型。
在一些實施例中，第一半導體區206可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積可移除層(例如光阻層、硬遮罩層等)於半導體基底202上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿可移除層，其中開口在第一隔離區204圈起的範圍內；以圖案化 的可移除層作為遮罩，進行摻雜製程(例如離子佈植製程、擴散製程等)來將有著第二摻雜類型(n型)的複數個摻雜物摻入半導體基底202；移除可移除層；以及進行選擇性的退火製程來活化摻入的摻雜物。
對應至第1圖的操作108，第2D圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的第二半導體區208。如圖所示，第二半導體區208進一步向內延伸進入半導體基底202形成，向內延伸的深度208’約3μm。更具體來說，第二半導體區208垂直延伸超過第一半導體區206的底部邊界206-1。在一些實施例中，第二半導體區208摻雜有第一摻雜類型(p型)，其相反於第一半導體區206的摻雜類型。如此一來，在一些實施例中，p-n接面形成於第一半導體區206的底部邊界206-1周圍。在一些其他實施例中，在形成第二半導體區208的同時，本質(intrinsic)(即並非刻意摻雜的)層209可形成於第一半導體區206與第二半導體區208之間。
在一些實施例中，第二半導體區208可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積可移除層(例如光阻層、硬遮罩層等)於半導體基底202上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿可移除層，其中開口與第一半導體區206對齊(例如橫向地限制於由第一半導體區206所定義的區域中)；以圖案化的可移除層作 為遮罩，進行摻雜製程(例如離子佈植製程、擴散製程等)來將有著第一摻雜類型(p型)的複數個摻雜物摻入半導體基底202；移除可移除層；以及進行選擇性的退火製程來活化摻入的摻雜物。
對應至第1圖的操作110，第2E圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的第三半導體區210。如圖所示，第三半導體區210沿第一半導體區206的頂部邊界206-2(也是半導體基底202的前側202-1)形成，並向內延伸進入第一半導體區206，向內延伸的深度210’約1μm。在一些實施例中，相似於第二半導體區208，第三半導體區210也摻雜有第一摻雜類型(p型)但濃度較高。如此一來，依據一些實施例，第三半導體區210可被配置來為第一半導體區206提供隔離部件。
在一些實施例中，第三半導體區210可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積可移除層(例如光阻層、硬遮罩層等)於半導體基底202上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿可移除層，其中開口與第一半導體區206對齊(例如橫向地限制於由第一半導體區206所定義的區域中)；以圖案化的可移除層作為遮罩，進行摻雜製程(例如離子佈植製程、擴散製程等)來將有著第一摻雜類型(p型)的複數個摻雜物摻入半導體基底202；移除可移除層；以及進行選擇性的退火製程來活化摻入的摻雜 物。
對應至第1圖的操作112，第2F圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的半導體井212。如圖所示，半導體井212圍繞第一隔離區204形成。換句話說，半導體井212從第一隔離區204的下部邊界204-1進一步向內延伸進入半導體基底202。如此一來，半導體井212也可形成作為圍繞畫素205的環狀結構。在一些實施例中，在形成半導體井212之後，當從頂部視之，半導體基底202的一部分在後續並非形成為任何半導體區(例如第一半導體區206、第二半導體區208、第三半導體區210等)。此部分一般被稱為畫素205的保護環214。在一些實施例中，半導體井212可摻雜有第一摻雜類型(p型)。
在一些實施例中，半導體井212可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積可移除層(例如光阻層、硬遮罩層等)於半導體基底202上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿可移除層，其中開口與第一隔離區204對齊，並且可移除層覆蓋第一半導體區206；以圖案化的可移除層作為遮罩，進行摻雜製程(例如離子佈植製程、擴散製程等)來將有著第一摻雜類型(p型)的複數個摻雜物摻入半導體基底202；移除可移除層；以及進行選擇性的退火製程來活化摻入的摻雜物。
對應至第1圖的操作114，第2G圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的第一接觸區216。如圖所示，第一接觸區216形成於第一半導體區206中，沿第一半導體區206的頂部邊界206-2，且橫向地與第三半導體區210相鄰。在一些實施例中，相似於第一半導體區206，第一接觸區216也摻雜有第二摻雜類型(n型)但濃度較高。如此一來，第一接觸區216可為第一半導體區206提供更導電的連接路徑。
在一些實施例中，第一接觸區216可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積可移除層(例如光阻層、硬遮罩層等)於半導體基底202上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿可移除層，其中開口與要形成第一接觸區216的區域對齊；以圖案化的可移除層作為遮罩，進行摻雜製程(例如離子佈植製程、擴散製程等)來將有著第二摻雜類型(n型)的複數個摻雜物摻入第一半導體區206；移除可移除層；以及進行選擇性的退火製程來活化摻入的摻雜物。
對應至第1圖的操作116，第2H圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的第二接觸區218。如圖所示，第二接觸區218形成於保護環214(即半導體基底202)中，且橫向地位於第一半導體區206與半導體井212的至少一側之 間。在一些實施例中，相似於半導體基底202，第二接觸區218也摻雜有第一摻雜類型(p型)但濃度較高。如此一來，第二接觸區218可為半導體基底202提供更導電的連接路徑。
在一些實施例中，第二接觸區218可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積可移除層(例如光阻層、硬遮罩層等)於半導體基底202上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿可移除層，其中開口與要形成第二接觸區218的區域對齊；以圖案化的可移除層作為遮罩，進行摻雜製程(例如離子佈植製程、擴散製程等)來將有著第一摻雜類型(p型)的複數個摻雜物摻入半導體基底202(保護環214)；移除可移除層；以及進行選擇性的退火製程來活化摻入的摻雜物。
對應至第1圖的操作118，第2I圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的接觸插塞220和222。如圖所示，接觸插塞220和222皆延伸貫穿形成於半導體基底202上方的介電層224，且接觸插塞220和222分別耦接至第一接觸區216和第二接觸區218。在一些實施例中，接觸插塞220和222可各包含導通孔(via)結構，其一般被稱為“via 0”。
在一些實施例中，接觸插塞220和222各由金屬材料形成，例如銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、鋅(2n)、金(Au)和前述製成的合金。在一些實施例中，介電層224由選自以下的至少 一種材料形成，這些材料為：氧化矽、低介電常數(low-k)材料、其他合適的介電材料或前述之組合。低介電常數材料可包含氟矽玻璃(fluorinated silica glass，FSG)、磷矽酸鹽玻璃(phosphosilicate glass，PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、碳摻雜氧化矽(SiOxCy)、氧化鍶(SrO)、黑鑽石®(加州聖克拉拉的應用材料公司)、乾凝膠、氣凝膠、非晶氟化碳、聚對二甲苯、二苯並環丁烯(bis-benzocyclobutenes，BCB)、SiLK(密西根州密德蘭的陶氏化學)、聚醯亞胺及/或其他未來開發的低介電常數介電材料。
在一些實施例中，接觸插塞220和222可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積介電層224的上述介電材料於半導體基底202上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿介電材料，其中開口分別與要形成接觸插塞220和222的區域對齊；使用化學氣相沉積、物理氣相沉積、電子槍及/或其他合適技術來沉積上述金屬材料來再填充開口；以及將多餘的金屬材料磨掉，以形成接觸插塞220和222。
對應至第1圖的操作120，第2J圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的至少一介電層/金屬層226。如圖所示，介電層/金屬層226形成於介電層224之上。因此，此處的介電層224和介電層/金屬層226分別被稱為“M0”層和 “M1”層。
在一些實施例中，埋置在介電層/金屬層226中的導電反射層228(或導電反射屏蔽)可形成於畫素205正上方。雖然在第2J圖顯示的實施例中導電反射層228耦接至接觸插塞220/222，但是可以注意的是，保持在本發明實施例的範圍內的同時，導電反射層228不一定耦接至任何的接觸插塞220/222。
在一些實施例中，導電反射層228可覆蓋大於、等於或小於畫素205的橫向面積。如此一來，在一些實施例中，導電反射層228可被配置為反射至少從半導體基底202的背側202-2入射進入畫素205的部分光子，這將於之後進一步詳細討論。在一些實施例中，導電反射層228可具有厚度在約10nm與200nm之間。
在一些實施例中，介電層/金屬層226由選自以下的至少一種材料形成，這些材料為：氧化矽、低介電常數(low-k)材料、其他合適的介電材料或前述之組合。低介電常數材料可包含氟矽玻璃(FSG)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、碳摻雜氧化矽(SiOxCy)、氧化鍶(SrO)、黑鑽石®(加州聖克拉拉的應用材料公司)、乾凝膠、氣凝膠、非晶氟化碳、聚對二甲苯、二苯並環丁烯(BCB)、SiLK(密西根州密德蘭的陶氏化學)、聚醯亞胺及/或其他未來開發的低介電常數介電材料。導電反射層228由金屬材料形成，例如銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、鋅(Zn)、金(Au)和前述製成的合金。
在一些實施例中，包含導電反射層228的介電層/ 金屬層226可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積介電層/金屬層226的上述介電材料於介電層224上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿介電材料，其中開口與畫素205對齊；使用化學氣相沉積、物理氣相沉積、電子槍及/或其他合適技術來沉積上述金屬材料來再填充開口；以及將多餘的金屬材料磨掉，以形成導電反射層228。
對應至第1圖的操作122，第2K圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的承載基底230。雖然第2J圖顯示的實施例僅顯示一個介電層/金屬層226，但是可以理解的是，保持在本發明實施例的範圍內的同時，可具有一個或多個介電層/金屬層(每一個介電層/金屬層大致相似於介電層/金屬層226)形成於介電層/金屬層226之上。此一個或多個介電層/金屬層在此處被統稱為介電層/金屬層229。在一些實施例中，承載基底230形成於介電層/金屬層229之上。
再者，依據一些實施例，承載基底230可透過堆疊於承載基底230與介電層/金屬層229之間的緩衝層(未顯示)接合至介電層/金屬層229的頂表面。如此一來，進一步的製程步驟可進行於半導體基底202的背側202-2上。在一些實施例中，承載基底230透過分子力接合至介電層/金屬層229。承載基底230可相似於半導體基底202，例如承載基底230為矽基底。或 者，承載基底230可選擇性地包含玻璃基底。在一些實施例中，承載基底230被配置來為形成於半導體基底202的前側202-1上的各種部件提供保護。當在半導體基底202的背側202-2上進行製程步驟時，承載基底230進一步被配置為提供機械強度和支撐，這將於之後討論。選擇性地，可進行退火製程來增強接合強度。
對應至第1圖的操作124，第2L圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，其中在此階段將半導體基底202翻轉並薄化。如圖所示，半導體基底202被翻轉並薄化，使得半導體基底202的新的背側202-3露出。在一些實施例中，薄化製程可透過在背側202-2(以虛線顯示)上使用化學機械研磨(CMP)製程直到研磨至暴露出背側202-3(也被稱為輻射接收表面)。或者，薄化製程可透過使用鑽石擦洗製程、研磨製程或其他合適技術來進行。在一些實施例中，在進行薄化製程之後，半導體基底202可從初始厚度約100μm至約3000μm減少至厚度在約4μm至約7μm。
對應至第1圖的操作126，第2M圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的第二隔離區232。如圖所示，第二隔離區232從背側202-3向內延伸進入半導體基底202形成。在一些實施例中，當從頂部視之，第二隔離區232也可由環狀結構形成來圍繞畫素205。如此一來，第二隔離區232可限制從背側202-3入射至畫素205的輻射源，或更具體地，入射至第二半導體區208的輻射源，這將於之後討論。如上所述， 依據一些實施例，第二隔離區232可包含深溝槽隔離(DTI)部件。
在一些實施例中，第二隔離區232可透過進行至少一些以下製程來形成，這些製程包含：使用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋塗及/或其他合適技術來沉積一個或多個可移除層(例如光阻層、硬遮罩層等)於半導體基底202的背側202-3上方；進行一個或多個圖案化製程(例如微影製程、乾蝕刻製程/濕蝕刻製程、清潔製程、軟烤製程/硬烤製程等)，以形成開口貫穿一個或多個可移除層；以圖案化的可移除層作為遮罩，使用一個或多個(乾及/或濕)蝕刻製程將半導體基底202的下部凹陷；以及使用化學氣相沉積、物理氣相沉積及/或其他合適技術來以氧化物材料(例如氧化矽)再填充半導體基底202的凹陷下部。
對應至第1圖的操作128，第2N圖為依據一些實施例之製造的各種階段的其中之一的光偵測器200的剖面示意圖，光偵測器200包含形成於此階段的輻射接收介電層234。如圖所示，輻射接收介電層234形成於背側202-3(輻射接收表面)之上。在一些實施例中，輻射接收介電層234可由氧化矽形成且有著相當薄的厚度(例如約100-300nm)，使得輻射源250通過其中來傳輸。
在操作中，依據一些實施例，對光偵測器200施加逆向偏壓至稍微大於對應的崩潰電壓(即蓋格模式)，此崩潰電壓在約5至10伏特直流電(約5-10VDC)的範圍中。繼續以上的範例，其中第一摻雜類型為p型，而第二摻雜類型為n型，當光偵 測器200被施加逆向偏壓時，從第二接觸區218/第二半導體區208/半導體基底202到第一接觸區216/第一半導體區206存在負電位差(即施加在第二接觸區218的電壓小於施加在第一接觸區216的電壓)。在一些其他實施例中，光偵測器200也可在小於崩潰電壓的情況下操作。依據一些實施例，在任何情況中，全部或大致全部的第二半導體區208維持在空乏狀態，即第二半導體區208為完全空乏。
如上所述，輻射接收介電層234為相當薄的，當從輻射接收介電層234接收輻射源250時，輻射源250中相當大量的光子可穿透輻射接收介電層234，且被吸收至完全空乏的第二半導體區208中。這些光子被吸收至第二半導體區208中，因此產生電子電洞對。電子電洞對遭遇第二半導體區208中建立的電場，且透過衝擊離子化製程產生額外的電子電洞對。重複此製程來誘發崩潰過程。接著，電子電洞對被收集至第一接觸區216和第二接觸區218，因此產生電性輸出電流。可以注意的是，由於輻射源250從背側202-3入射，因此在輻射源250中大部分的光子(包含有著較長波長的光子)可被第二半導體區208吸收，其有利於在更廣泛的波長範圍增加對應的光子偵測可能性。
再者，第二隔離區232可作為“邊界牆”，將並非直接入射至第二半導體區208的任何光子(例如光子251)反射回第二半導體區208(例如反射的光子253)，其可有利地降低畫素205與相鄰畫素之間的串擾。再者，在一些情況中，當輻射源250的光子的一部分不被第二半導體區208吸收時(例如光子 255)，導電反射層228可作為另一個邊界牆來將光子255反射回第二半導體區208(例如反射的光子257)。設置於背側202-3的兩側的這種邊界牆對於有著較小畫素尺寸及/或有著較長波長的輻射源可為特別有用。
在上述討論中，雖然第一半導體區206和第一接觸區216各摻雜有n型摻雜物，而半導體基底202、第二半導體區208、第三半導體區210和第二接觸區218各摻雜有p型摻雜物，但是可以理解的是，為了所期望的應用，這些摻雜物的極性可為相反的(例如p型變為n型，反之亦然)。換句話說，在一些實施例中，保持在本發明實施例的範圍內的同時，第一半導體區206和第一接觸區216可各摻雜有p型摻雜物，而半導體基底202、第二半導體區208、第三半導體區210和第二接觸區218可各摻雜有n型摻雜物。如此一來，當光偵測器200被施加逆向偏壓時，從第二接觸區218/第二半導體區208/半導體基底202到第一接觸區216/第一半導體區206存在正電位差。
第3圖顯示依據一些實施例，基於光偵測器200的光偵測器300的一實施例的剖面示意圖。如第3圖所示，光偵測器300大致相似於光偵測器200，除了光偵測器300更包含一個或多個光屏蔽302、保護層304、一個或多個彩色濾光片306、外塗層308以及一個或多個圓頂形微透鏡310個別形成於輻射接收介電層234上方。在一些實施例中，光屏蔽302可由介電材料(例如氧化物)、金屬材料(例如鋁)和前述之組合形成，當從頂部視之，光屏蔽302可形成為一體式的格柵結構。更具體來說，此格柵結構可具有複數個中空區域(即沒有光屏蔽302形成 於其上的區域)，每個中空區域與設置於其上之個別的畫素(例如畫素205)對齊。如此一來，輻射源250(例如第2N圖中的輻射源250)更能引導至畫素。
再參照第3圖，在一些實施例中，保護層304可由介電材料形成，保護層304可形成於光屏蔽302上方。在保護層304上方，形成的每個彩色濾光片306可為紅色濾光片、綠色濾光片或藍色濾光片。在彩色濾光片306上方，形成外塗層308以提供平坦表面。再者，在這樣的平坦表面上方，形成圓頂形微透鏡310。在一些實施例中，可形成每個圓頂形微透鏡310來與設置於其上的個別畫素(例如畫素205)對齊，使得輻射源250(例如第2N圖中的輻射源250)更能引導至畫素。
在一些實施例中，光偵測器包含：基底具有第一摻雜類型；第一半導體區具有第二摻雜類型，第一半導體區從基底的前側延伸進入基底中；以及第二半導體區具有第一摻雜類型，第二半導體區從第一半導體區的底部邊界進一步延伸進入基底中，其中當光偵測器在蓋格模式下操作時，第二半導體區完全空乏，以吸收從基底的背側接收的輻射源。
在一些其他實施例中，其中第一摻雜類型與第二摻雜類型相反。
在一些其他實施例中，上述光偵測器更包含導電反射層，設置於基底的前側上方。
在一些其他實施例中，其中導電反射層埋置於介電層中，介電層設置於基底的前側的正上方。
在一些其他實施例中，上述光偵測器更包含第一 隔離區，從基底的背側延伸進入基底中，其中第一隔離區圍繞第一半導體區和第二半導體區。
在一些其他實施例中，上述光偵測器更包含第二隔離區，從基底的前側延伸進入基底中，其中第二隔離區圍繞第一半導體區和第二半導體區。
在一些其他實施例中，其中第一隔離區包含一深溝槽隔離部件，且第二隔離區包含淺溝槽隔離部件。
在一些其他實施例中，上述光偵測器更包含半導體井，從基底的前側延伸進入基底中，其中半導體井圍繞第二隔離區。
在一些其他實施例中，其中當光偵測器在蓋格模式下操作時，從基底到第一半導體區存在負電壓。
在另一實施例中，光偵測器包含：基底具有第一摻雜類型；第一半導體區具有與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型，第一半導體區從基底的前側延伸進入基底中；第二半導體區具有第一摻雜類型，第二半導體區從第一半導體區的底部邊界進一步延伸進入基底中；以及第一隔離區從基底的背側延伸進入基底中，其中第一隔離區圍繞第一半導體區和第二半導體區，以將入射輻射源限制在第二半導體區。
在一些其他實施例中，其中從基底的背側接收入射輻射源。
在一些其他實施例中，其中當光偵測器在蓋格模式下操作時，第二半導體區被配置為完全空乏，以吸收入射輻射源。
在一些其他實施例中，其中當光偵測器在蓋格模式下操作時，從基底到第一半導體區存在負電壓。
在一些其他實施例中，上述光偵測器更包含導電反射層，設置於基底的前側上方。
在一些其他實施例中，其中導電反射層埋置於介電層中，介電層設置於基底的前側的正上方。
在一些其他實施例中，上述光偵測器更包含第二隔離區，從基底的前側延伸進入基底中，其中第二隔離區圍繞第一半導體區和第二半導體區。
在一些其他實施例中，其中第一隔離區包含深溝槽隔離部件，且第二隔離區包含淺溝槽隔離部件。
在一些其他實施例中，上述光偵測器更包含半導體井，從基底的前側延伸進入基底中，其中半導體井圍繞第二隔離區。
在另一實施例中，光偵測器的形成方法包含：在基底的前側形成第一半導體區，其中第一半導體區具有第一摻雜類型；從第一半導體區的底部邊界形成第二半導體區向內延伸進入基底中，其中第二半導體區具有與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型；以及從基底的背側將基底薄化，以在基底的背側上形成輻射接收表面。
在一些其他實施例中，上述方法更包含形成導電反射層埋置於介電層中，介電層設置於基底的前側的正上方。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更加了解本發明實施 例。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本發明實施例為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本發明的發明精神與範圍。在不背離本發明的發明精神與範圍之前提下，可對本發明實施例進行各種改變、置換或修改。
200‧‧‧光偵測器
202‧‧‧半導體基底
202-3‧‧‧背側
204‧‧‧第一隔離區
205‧‧‧畫素
206‧‧‧第一半導體區
208‧‧‧第二半導體區
210‧‧‧第三半導體區
212‧‧‧半導體井
216‧‧‧第一接觸區
218‧‧‧第二接觸區
220、222‧‧‧接觸插塞
224‧‧‧介電層
226、229‧‧‧介電層/金屬層
228‧‧‧導電反射層
230‧‧‧承載基底
232‧‧‧第二隔離區
234‧‧‧輻射接收介電層
250‧‧‧輻射源
251、253、255、257‧‧‧光子

Claims (13)

  1. 一種光偵測器，包括：一基底，具有一第一摻雜類型；一第一半導體區，具有一第二摻雜類型，該第一半導體區從該基底的前側延伸進入該基底中；以及一第二半導體區，具有該第一摻雜類型，該第二半導體區從該第一半導體區的底部邊界進一步延伸進入該基底中，其中當該光偵測器在一蓋格模式下操作時，該第二半導體區完全空乏，以吸收從該基底的背側接收的一輻射源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測器，其中該第一摻雜類型與該第二摻雜類型相反。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測器，更包括：一導電反射層，設置於該基底的前側上方。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光偵測器，其中該導電反射層埋置於一介電層中，該介電層設置於該基底的前側的正上方。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光偵測器，更包括：一第一隔離區，從該基底的背側延伸進入該基底中，其中該第一隔離區圍繞該第一半導體區和該第二半導體區。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光偵測器，更包括：一第二隔離區，從該基底的前側延伸進入該基底中，其中該第二隔離區圍繞該第一半導體區和該第二半導體區。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光偵測器，其中該第一隔離區 包括一深溝槽隔離部件，且該第二隔離區包括一淺溝槽隔離部件。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之光偵測器，更包括：一半導體井，從該基底的前側延伸進入該基底中，其中該半導體井圍繞該第二隔離區。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光偵測器，其中當該光偵測器在該蓋格模式下操作時，從該基底到該第一半導體區存在一負電壓。
  10. 一種光偵測器，包括：一基底，具有一第一摻雜類型；一第一半導體區，具有與該第一摻雜類型相反的一第二摻雜類型，該第一半導體區從該基底的前側延伸進入該基底中；一第二半導體區，具有該第一摻雜類型，該第二半導體區從該第一半導體區的底部邊界進一步延伸進入該基底中；一第一隔離區，從該基底的背側延伸進入該基底中，其中該第一隔離區圍繞該第一半導體區和該第二半導體區，以將一入射輻射源限制在該第二半導體區；以及一第二隔離區，從該基底的前側延伸進入該基底中。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光偵測器，其中從該基底的背側接收該入射輻射源，且當該光偵測器在一蓋格模式下操作時，該第二半導體區被配置為完全空乏，以吸收該入射輻射源。
  12. 一種光偵測器的形成方法，包括： 在一基底的前側形成一第一半導體區，其中該第一半導體區具有一第一摻雜類型；從該第一半導體區的底部邊界形成一第二半導體區向內延伸進入該基底中，其中該第二半導體區具有與該第一摻雜類型相反的一第二摻雜類型；以及從該基底的背側將該基底薄化，以在該基底的背側上形成一輻射接收表面。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之光偵測器的形成方法，更包括：形成一導電反射層埋置於一介電層中，該介電層設置於該基底的前側的正上方。
TW107122583A 2017-06-29 2018-06-29 光偵測器及其形成方法 TWI696298B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762526892P 2017-06-29 2017-06-29
US62/526,892 2017-06-29
US16/014,218 2018-06-21
US16/014,218 US10629765B2 (en) 2017-06-29 2018-06-21 Single photon avalanche diode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201911592A TW201911592A (zh) 2019-03-16
TWI696298B true TWI696298B (zh) 2020-06-11

Family

ID=64738333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107122583A TWI696298B (zh) 2017-06-29 2018-06-29 光偵測器及其形成方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10629765B2 (zh)
CN (1) CN109216494B (zh)
TW (1) TWI696298B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7309647B2 (ja) * 2020-03-24 2023-07-18 株式会社東芝 受光装置及び半導体装置
US11114488B1 (en) * 2020-09-25 2021-09-07 Shenzhen Adaps Photonics Technology Co. LTD. Image sensing devices with reflector arrays
CN114641866A (zh) * 2020-12-30 2022-06-17 深圳市大疆创新科技有限公司 感光传感器及其制作方法、可移动平台
US20230065063A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-02 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Single-photon avalanche diodes with deep trench isolation
US20230116053A1 (en) * 2021-09-29 2023-04-13 International Business Machines Corporation Device integration using carrier wafer

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060068586A1 (en) * 2004-09-17 2006-03-30 Bedabrata Pain Method for implementation of back-illuminated CMOS or CCD imagers
TW201031029A (en) * 2008-11-04 2010-08-16 Array Optronix Inc Devices and methods for ultra thin photodiode arrays on bonded supports
US20140291481A1 (en) * 2013-04-01 2014-10-02 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced photon detection device with biased deep trench isolation
US20150200222A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-16 Omnivision Technologies, Inc. Single photon avalanche diode imaging sensor for complementary metal oxide semiconductor stacked chip applications
TW201627791A (zh) * 2015-01-30 2016-08-01 財團法人工業技術研究院 單光子雪崩光電二極體的超額偏壓控制系統與方法
US20160329369A1 (en) * 2015-05-06 2016-11-10 Lightspin Technologies, Inc. Integrated Avalanche Photodiode Arrays

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103116699B (zh) * 2013-01-24 2016-02-03 南京邮电大学 一种单光子雪崩二极管探测器的电路仿真方法
KR20150026223A (ko) * 2013-09-02 2015-03-11 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법
CN103779437A (zh) * 2014-02-17 2014-05-07 苏州超锐微电子有限公司 一种基于标准cmos工艺的单光子级分辨率传感器单元结构
US10217889B2 (en) * 2015-01-27 2019-02-26 Ladarsystems, Inc. Clamped avalanche photodiode
JP6808348B2 (ja) * 2016-04-28 2021-01-06 キヤノン株式会社 光電変換装置およびカメラ
US10141458B2 (en) * 2016-07-21 2018-11-27 Omnivision Technologies, Inc. Vertical gate guard ring for single photon avalanche diode pitch minimization

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060068586A1 (en) * 2004-09-17 2006-03-30 Bedabrata Pain Method for implementation of back-illuminated CMOS or CCD imagers
TW201031029A (en) * 2008-11-04 2010-08-16 Array Optronix Inc Devices and methods for ultra thin photodiode arrays on bonded supports
US20140291481A1 (en) * 2013-04-01 2014-10-02 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced photon detection device with biased deep trench isolation
CN104103655A (zh) * 2013-04-01 2014-10-15 全视科技有限公司 具有经偏压深沟槽隔离的增强型光子检测装置
US20150200222A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-16 Omnivision Technologies, Inc. Single photon avalanche diode imaging sensor for complementary metal oxide semiconductor stacked chip applications
TW201627791A (zh) * 2015-01-30 2016-08-01 財團法人工業技術研究院 單光子雪崩光電二極體的超額偏壓控制系統與方法
US20160329369A1 (en) * 2015-05-06 2016-11-10 Lightspin Technologies, Inc. Integrated Avalanche Photodiode Arrays

Also Published As

Publication number Publication date
CN109216494B (zh) 2020-12-25
TW201911592A (zh) 2019-03-16
US10629765B2 (en) 2020-04-21
US11189743B2 (en) 2021-11-30
US20190006548A1 (en) 2019-01-03
US20200212244A1 (en) 2020-07-02
CN109216494A (zh) 2019-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI696298B (zh) 光偵測器及其形成方法
TWI773909B (zh) 影像感測器與其形成方法
TWI701824B (zh) 影像感測器、積體電路及形成影像感測器的方法
TWI683430B (zh) 具有吸收增強半導體層的影像感測器
TWI665796B (zh) 單光子崩潰二極體影像感測器以及相關製造方法
US8389377B2 (en) Sensor element isolation in a backside illuminated image sensor
CN109728007B (zh) 图像传感器
TWI669813B (zh) 單光子崩潰二極體影像感測器和單光子崩潰二極體影像感測器製造方法
CN108615739B (zh) 形成图像传感器装置的方法
US7485940B2 (en) Guard ring structure for improving crosstalk of backside illuminated image sensor
US8053856B1 (en) Backside illuminated sensor processing
KR20190037186A (ko) 핀형 포토다이오드 이미지 센서에 대한 후방 측 깊은 트렌치 격리(bdti) 구조물
JP2014042046A (ja) 裏面照射型イメージセンサ
US9832399B2 (en) Image sensor and method for manufacturing the same
CN101262000A (zh) 图像传感装置、其形成方法及半导体装置
KR102287553B1 (ko) 감광 영역에 도핑층을 가지는 이미지 센서 소자 구조체
TW201916336A (zh) 影像感測器和影像感測器製造方法
US20080237761A1 (en) System and method for enhancing light sensitivity for backside illumination image sensor
US20150243696A1 (en) Image sensor device with light blocking structure
TWI780692B (zh) 集成晶片、圖像感測器及其形成方法
US11189650B2 (en) Image sensor structure and manufacturing method thereof
TWI717795B (zh) 影像感測器及其形成方法
CN109416278B (zh) 红外线检测元件以及红外线检测元件的制造方法
US20240120363A1 (en) Pixel sensor isolation structures and methods of forming the same