光電二極管、紫外探測器集成電路及其制造方法
【專利摘要】公開了一種光電二極管、紫外探測器集成電路及其制造方法。在現(xiàn)有的可見光光電二極管的第一半導(dǎo)體區(qū)域的受光表面一側(cè)形成下凹結(jié)構(gòu)從而使得其對紫外線敏感。由此，可以基于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝(例如CMOS工藝)制造紫外探測光電二極管，降低了生產(chǎn)成本。并且，由于可以采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝制造，可以與其它的電路元件集成制造紫外探測器集成電路。
【專利說明】光電二極管、紫外探測器集成電路及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體涉及一種光電二極管、紫外探測器集成電路及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，紫外線探測器大多采用和集成電路不兼容的特殊工藝制造，和檢測電路無法集成在同一個芯片上，成本較高。同時，采用集成電路工藝兼容的工藝制造的紫外探測器需要使用價格昂貴的SOI娃晶片（Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的娃），或者需要鍍多層介質(zhì)濾光膜，其成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種光電二極管、紫外探測器集成電路及其制造方法，使得基于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝即可制造半導(dǎo)體紫外線探測器，降低制造成本。
[0004]第一方面，提供一種光電二極管，包括
[0005]硅基底；
[0006]第一半導(dǎo)體區(qū)域，具有第一導(dǎo)電類型，形成在所述硅基底中，在受光表面一側(cè)具有多個下凹結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選地，所述光電二極管還包括：
[0008]第二半導(dǎo)體區(qū)域，具有第二導(dǎo)電類型，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域分離地形成在所述娃基底中；
[0009]第一電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域連接；
[0010]第二電極，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域連接。
[0011]優(yōu)選地，所述多個下凹結(jié)構(gòu)為平行排列的多個凹槽或陣列形式排列的多個凹坑。
[0012]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
[0013]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N阱，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
[0014]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在N阱中的P+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為形成在所述N阱中的N+重?fù)诫s區(qū)。
[0015]第二方面，一種光電二極管制造方法，包括：
[0016]在硅基底上形成對可見光敏感的光電二極管結(jié)構(gòu)，所述光電二極管結(jié)構(gòu)包括形成在所述硅基底中的第一半導(dǎo)體區(qū)域，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型；
[0017]在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的受光表面一側(cè)形成多個下凹結(jié)構(gòu)。
[0018]優(yōu)選地，所述多個下凹結(jié)構(gòu)為多個凹槽或多個凹坑。
[0019]優(yōu)選地，所述在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的受光表面一側(cè)形成多個下凹結(jié)構(gòu)包括：
[0020]以覆蓋所述受光表面的、具有多個孔洞的金屬層作為掩膜進(jìn)行硅刻蝕形成所述下凹結(jié)構(gòu)。
[0021]其特征在于，所述光電二極管結(jié)構(gòu)還包括：
[0022]第二半導(dǎo)體區(qū)域，具有第二導(dǎo)電類型，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域分離地形成在所述娃基底中；
[0023]第一電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域連接；
[0024]第二電極，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域連接。
[0025]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
[0026]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N阱，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
[0027]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在N阱中的P+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為形成在所述N阱中的N+重?fù)诫s區(qū)。
[0028]第三方面，提供一種紫外探測器集成電路，包括：
[0029]第一光電二極管結(jié)構(gòu)，形成于硅基底上，用于檢測紫外線和可見光；
[0030]第二光電二極管結(jié)構(gòu)，包括形成于所述硅基底中的、具有平坦受光表面的第一半導(dǎo)體區(qū)域；和
[0031]檢測電路結(jié)構(gòu)，與所述第一光電二極管和第二光電二極管形成在同一硅基底上，用于獲取與所述第一光電二極管和第二光電二極管輸出的光電流的差值相關(guān)的參數(shù)。
[0032]優(yōu)選地，所述第一光電二極管結(jié)構(gòu)包括：
[0033]第一半導(dǎo)體區(qū)域，具有第一導(dǎo)電類型，在受光表面一側(cè)具有多個下凹結(jié)構(gòu)。
[0034]優(yōu)選地，所述第一光電二極管還包括：
[0035]第二半導(dǎo)體區(qū)域，具有第二導(dǎo)電類型，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域分離地形成在所述娃基底中；
[0036]第一電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域連接；
[0037]第二電極，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域連接。
[0038]優(yōu)選地，所述多個下凹結(jié)構(gòu)為多個凹槽或多個凹坑。
[0039]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
[0040]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N阱，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
[0041]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在N阱中的P+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為形成在所述N阱中的N+重?fù)诫s區(qū)。
[0042]優(yōu)選地，所述第一光電二極管結(jié)構(gòu)和所述第二光電二極管結(jié)構(gòu)在所述硅基底上占用相同的面積。
[0043]優(yōu)選地，所述檢測電路結(jié)構(gòu)包括：
[0044]第一放大器，用于對第一光電二極管輸出的第一光電流進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為放大的第一信號；
[0045]第二放大器，用于對第二光電二極管輸出的第二光電流進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為放大的第二信號；
[0046]第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一信號轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號；
[0047]第二模式轉(zhuǎn)換器，用于將所述第二信號轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號；
[0048]減法器，用于計算所述第一數(shù)字信號和所述第二數(shù)字信號的差值獲得表征紫外線強(qiáng)度的信號。
[0049]第四方面，提供一種紫外探測器集成電路的制造方法，包括：
[0050]獲取基于硅基底形成的包括檢測電路半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、第一光電二極管結(jié)構(gòu)和第二光電二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，第一光電二極管結(jié)構(gòu)的受光表面被具有多個孔洞的金屬層覆蓋，第二光電二極管結(jié)構(gòu)的受光表面被不具有孔洞的金屬層覆蓋；
[0051]刻蝕所述第一光電二極管結(jié)構(gòu)和所述第二光電二極管結(jié)構(gòu)的受光區(qū)域，使得所述金屬層露出；
[0052]以金屬層作為掩膜進(jìn)行硅刻蝕；
[0053]刻蝕第一光電二極管結(jié)構(gòu)和第二光電二極管結(jié)構(gòu)的金屬層和下方的絕緣層。
[0054]優(yōu)選地，所述孔洞為平行排列的條狀孔洞或陣列排布的圓形或方形孔洞。
[0055]優(yōu)選地，所述第一光電二極管結(jié)構(gòu)還包括：
[0056]第二半導(dǎo)體區(qū)域，具有第二導(dǎo)電類型，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域分離地形成在所述娃基底中；
[0057]第一電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域連接；
[0058]第二電極，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域連接。
[0059]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
[0060]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N阱，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
[0061]優(yōu)選地，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在N阱中的P+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為形成在所述N阱中的N+重?fù)诫s區(qū)。
[0062]通過在現(xiàn)有基于一般半導(dǎo)體工藝的二極管結(jié)構(gòu)中的N極區(qū)或P極區(qū)形成多個下凹結(jié)構(gòu)，使得在下凹結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)，硅片表面距離PN結(jié)的空電荷區(qū)的距離更近，從而使得該二極管能夠有效檢測紫外線。該光電二極管和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的用于檢測可見光的二極管以及檢測電路可以形成在同一硅基底上，實現(xiàn)對紫外線的檢測。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0063]通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：
[0064]圖IA是本發(fā)明第一實施例的光電二極管的俯視圖；
[0065]圖IB是本發(fā)明第一實施例的光電二極管的截面圖；
[0066]圖IC是用于檢測可見光的光電二極管的截面圖；
[0067]圖ID是本發(fā)明第一實施例的光電二極管的制造方法的流程圖；
[0068]圖2是本發(fā)明第一實施例另一個優(yōu)選方式的光電二極管的截面圖；
[0069]圖3是本發(fā)明第一實施例又一個優(yōu)選方式的光電二極管的截面圖；
[0070]圖4A是本發(fā)明第二實施例的紫外探測器集成電路的電路示意圖；
[0071]圖4B是本發(fā)明第二實施例的紫外探測器的光譜靈敏度曲線圖；
[0072]圖4C是本發(fā)明第二實施例的紫外探測器集成電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0073]圖5是本發(fā)明第二實施例的紫外探測器集成電路的制造方法的流程圖；
[0074]圖6A-圖6F是本發(fā)明第二實施例的紫外探測器集成電路在制造方法不同階段的截面圖。
【具體實施方式】
[0075]以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標(biāo)記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。為了簡明起見，可以在一幅圖中描述經(jīng)過數(shù)個步驟后獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0076]應(yīng)當(dāng)理解，在描述器件的結(jié)構(gòu)時，當(dāng)將一層、一個區(qū)域稱為位于另一層、另一個區(qū)域“上面”或“上方”時，可以指直接位于另一層、另一個區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將器件翻轉(zhuǎn)，該一層、一個區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚印⒘硪粋€區(qū)域“下面”或“下方”。
[0077]如果為了描述直接位于另一層、另一個區(qū)域上面的情形，本文將采用“直接在……上面”或“在……上面并與之鄰接”的表述方式。
[0078]在本申請中，術(shù)語“半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”指在制造半導(dǎo)體器件的各個步驟中形成的整個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，包括已經(jīng)形成的所有層或區(qū)域。在下文中描述了本發(fā)明的許多特定的細(xì)節(jié)，例如器件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、處理工藝和技術(shù)，以便更清楚地理解本發(fā)明。但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細(xì)節(jié)來實現(xiàn)本發(fā)明。
[0079]除非在下文中特別指出，半導(dǎo)體器件的各個部分可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的材料構(gòu)成。
[0080]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0081]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0082]本發(fā)明可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。
[0083]圖IA是本發(fā)明第一實施例的光電二極管的俯視圖。圖IB是本發(fā)明第一實施例的光電二極管的截面圖。以下結(jié)合圖IA和圖IB描述本實施例的光電二極管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。光電二極管I包括硅基底11、具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域12。第一半導(dǎo)體區(qū)域12形成在硅基底11中。優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體區(qū)域12通過在硅基底11中擴(kuò)散N型或P型雜質(zhì)形成。優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體區(qū)域12形成為矩形。其中，第一半導(dǎo)體區(qū)域12在受光表面一側(cè)形成有多個下凹結(jié)構(gòu)12a。
[0084]在圖IA和圖IB中，下凹結(jié)構(gòu)12a為平行或非平行設(shè)置的多個凹槽。可替代地，下凹結(jié)構(gòu)12a還可以是以陣列方式形成于受光表面一側(cè)的多個凹坑。所述凹坑可以為方形、圓形或其它任意形狀。
[0085]光電二極管I還可以包括具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域13、第一電極14和第二電極15。優(yōu)選地，第二半導(dǎo)體區(qū)域13形成為環(huán)繞第一半導(dǎo)體區(qū)域12的開口環(huán)狀。第一電極14設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)域上，與第一半導(dǎo)體區(qū)域12連接。優(yōu)選地，第一電極14形成為環(huán)狀。第二電極15設(shè)置在第二半導(dǎo)體區(qū)域上，與第二半導(dǎo)體區(qū)域13連接。優(yōu)選地，第二電極15設(shè)置為與第二半導(dǎo)體區(qū)域相同的形狀。
[0086]第一導(dǎo)電類型為N型或P型中的一種，第二導(dǎo)電類型為N型或P型中的另一種。
[0087]具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域12與硅基底11或形成在硅基底11中其它類型的半導(dǎo)體區(qū)域形成光電二極管的PN結(jié)。第一半導(dǎo)體區(qū)域12在受光面接收可見光和紫外線，由此產(chǎn)生載流子通過PN結(jié)的空間電荷區(qū)產(chǎn)生光電流，實現(xiàn)可見光和紫外線檢測。
[0088]圖IC是用于檢測可見光的光電二極管的截面圖。圖IC中的光電二極管I’與圖IB所示的光電二極管結(jié)構(gòu)基本相同。兩者區(qū)別在于圖IC的第一半導(dǎo)體區(qū)域的受光面是平坦的，沒有形成圖IB所示的下凹結(jié)構(gòu)。
[0089]在本實施例中，硅基底11為P型硅基底，第一半導(dǎo)體區(qū)域12為N+重?fù)诫s區(qū)，其可以利用N+粒子對硅基底在預(yù)定區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散形成。
[0090]在本實施例中，用于檢測紫外線的二極管半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)利用CMOS (ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）工藝制作。具體地，其可以利用基于CMOS工藝制作的NMOS器件的源漏區(qū)形成。
[0091]根據(jù)光在硅中的吸收特性，光的波長越短，則其在硅中穿透的深度越淺；波長越長，則穿透深度越深。紫外線的波長比較短，因此，紫外線的大部分光子都是在硅基底的第一半導(dǎo)體區(qū)域表面很薄一層內(nèi)被吸收并被轉(zhuǎn)換為光生載流子（電子、空穴）或熱能的。另夕卜，根據(jù)光電二極管的特性，只有在PN結(jié)的空間電荷區(qū)內(nèi)（圖IB和圖IC截面圖中兩條虛線之間）或者空間電荷區(qū)附近產(chǎn)生的光生載流子才能形成有效的光電流輸出給檢測電路。在圖IC所示的檢測可見光的光電二極管I’中，空間電荷區(qū)距離硅片表面較遠(yuǎn)，而紫外線產(chǎn)生的光生載流子又主要在第一半導(dǎo)體區(qū)域很薄的一層內(nèi)，無法形成有效的光電流，因此，其僅對可見光敏感。而通過在普通的光電二極管的表面刻蝕多個下凹結(jié)構(gòu)，在下凹結(jié)構(gòu)的底部縮短空間電荷區(qū)和硅片表面之間距離，可以讓更多的紫外線能夠到達(dá)空間電荷區(qū)，這樣紫外線產(chǎn)生的光生載流子就能更多的形成有效光電流輸出。因此，圖IA和圖IB所示的光電二極管I對紫外線更加敏感。
[0092]同時，光電二極管I的第一半導(dǎo)體區(qū)域即存在下凹的部分，又存在一些沒被刻蝕的遺留下來的部分，下凹的部位用來將紫外線更有效的轉(zhuǎn)換為光電流；未下凹的部分可以用來收集可見光生載流子，作為可見光的光電流的通路，所有這些凸起的地方都是連在一起的，最終通過光電二極管的N極輸出。因此，光電二極管I輸出的光電流可以表征紫外線的強(qiáng)度和可見光強(qiáng)度之和。
[0093]通過求取光電二極管I和光電二極管I’的輸出的差值，可以實現(xiàn)對紫外線強(qiáng)度的檢測。
[0094]圖ID是本發(fā)明第一實施例的光電二極管的制造方法的流程圖。如圖ID所示，所述方法包括：
[0095]步驟1100、在硅基底上形成對可見光敏感的光電二極管結(jié)構(gòu)。
[0096]該光電二極管結(jié)構(gòu)為基于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝制備的任何現(xiàn)有的光電二極管結(jié)構(gòu)。
[0097]步驟1200、在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的受光表面一側(cè)形成多個下凹結(jié)構(gòu)。
[0098]優(yōu)選地，所述多個下凹結(jié)構(gòu)為多個凹槽或多個凹坑。
[0099]在一個優(yōu)選的實施方式中，步驟1200可以以覆蓋所述受光表面的、具有多個孔洞的金屬層作為掩膜進(jìn)行硅刻蝕來形成所述下凹結(jié)構(gòu)。
[0100]本實施例在現(xiàn)有的可見光光電二極管的第一半導(dǎo)體區(qū)域的受光表面一側(cè)形成下凹結(jié)構(gòu)從而使得其對紫外線敏感。由此，可以基于常用半導(dǎo)體工藝（例如CMOS工藝）制造紫外探測光電二極管，降低了生產(chǎn)成本。并且，由于可以采用常用的半導(dǎo)體工藝制造，本實施例的光電二極管可以與其它的電路元件集成制造。
[0101]使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝還可以基于PMOS源漏區(qū)制造片上光電二極管。也即，基于形成在P型硅基底上的N阱以及在N阱中擴(kuò)散形成P+重?fù)诫s區(qū)形成PN結(jié)。其中，P+重?fù)诫s區(qū)作為光電二極管的受光區(qū)域，具有受光表面。通過在P+重?fù)诫s區(qū)表面形成多個下凹結(jié)構(gòu)也可以獲得對紫外線敏感的光電二極管。圖2是本發(fā)明第一實施例另一個優(yōu)選方式光電二極管的截面圖。如圖2所示，光電二極管2包括硅基底21和具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域22。第一半導(dǎo)體區(qū)域22形成在硅基底21中。在本實施例中，第一半導(dǎo)體區(qū)域22為形成在硅基底21的N阱21a中的P+重?fù)诫s區(qū)22。其中，第一半導(dǎo)體區(qū)域22 (也即P+重?fù)诫s區(qū)21b)在受光表面一側(cè)形成有多個下凹結(jié)構(gòu)22a。
[0102]下凹結(jié)構(gòu)22a可以為平行或非平行設(shè)置的多個凹槽?？商娲兀掳冀Y(jié)構(gòu)還可以是以陣列方式形成于受光表面一側(cè)的多個凹坑。所述凹坑可以為方形、圓形或其它形狀。
[0103]同時，光電二極管2還包括具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域23以及第一電極24和第二電極25。在本實施例中，第二半導(dǎo)體區(qū)域23為形成在N阱21a中的、與P+重?fù)诫s區(qū)分離設(shè)置的N+重?fù)诫s區(qū)域。第一電極24與第一半導(dǎo)體區(qū)域21連接，第二電極25與第二半導(dǎo)體區(qū)域23連接。各半導(dǎo)體區(qū)域的形狀以及電極的形狀與圖IA中類似，在此不再贅述。
[0104]使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝還可以基于N阱制造片上光電二極管。也即，基于P型硅基底和形成在P型硅基底上的N阱形成PN結(jié)。其中N阱為光電二極管的受光區(qū)域，具有受光表面。通過在N阱表面形成多個下凹結(jié)構(gòu)也可以獲得對紫外線敏感的光電二極管。圖3是本發(fā)明第一實施例又一個優(yōu)選方式的光電二極管的截面圖。如圖3所示，光電二極管3包括硅基底31和具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域32。第一半導(dǎo)體區(qū)域32形成在硅基底31中。在本實施例中，第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在硅基底31的N阱32。其中，第一半導(dǎo)體區(qū)域32 (也即P+重?fù)诫s區(qū)21b)在受光表面一側(cè)形成有多個下凹結(jié)構(gòu)32a。
[0105]下凹結(jié)構(gòu)32a可以為平行或非平行設(shè)置的多個凹槽?？商娲?，下凹結(jié)構(gòu)還可以是以陣列方式形成于受光表面一側(cè)的多個凹坑。所述凹坑可以為方形、圓形或其它形狀。
[0106]同時，光電二極管3還包括具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域33以及第一電極34和第二電極35。在本實施例中，第二半導(dǎo)體區(qū)域33為形成在P型半導(dǎo)體基底中的、與N阱32分離的P+重?fù)诫s區(qū)域。第一電極34與第一半導(dǎo)體區(qū)域31連接，第二電極35與第二半導(dǎo)體區(qū)域33連接。各半導(dǎo)體區(qū)域的形狀以及電極的形狀與圖IA中類似，在此不再贅述。
[0107]應(yīng)理解，也可以對應(yīng)地通過在N型硅基底上對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝形成本實施例的光電二極管。
[0108]如上所述，例用本發(fā)明第一實施例的光電二極管可以制造低成本的紫外探測器。圖4A是本發(fā)明第二實施例的紫外探測器集成電路的電路示意圖。如圖4A所示，紫外探測器4包括第一光電二極管Dl和第二光電二極管D2。第一光電二極管Dl為對紫外線敏感的光電二極管，其可以形成為如上所述的各類形式。第二光電二極管D2為僅對可見光敏感的光電二極管。由于第一光電二極管Dl輸出的光電流表征紫外線和可見光強(qiáng)度的和，而第二光電二極管D2輸出的光電流表征可見光的強(qiáng)度。因此，通過檢測電路41將第一光電二極管Dl和第二光電二極管D2輸出的光電流放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號相減，可以獲得表征紫外線強(qiáng)度的參數(shù)。圖4B中示出了將第一光電二極管Dl與第二光電二極管D2的光電流相減后的光譜靈敏度曲線。優(yōu)選地，檢測電路41包括第一放大器AMP1、第二放大器AMP2、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2和減法器SUB。第一放大器AMPl用于對第一光電二極管Dl輸出的第一光電流進(jìn)行放大，將其轉(zhuǎn)換為放大的第一信號。第一信號為電流或電壓信號。第二放大器AMP2用于對第二光電二極管D2輸出的第二光電流進(jìn)行放大，將其轉(zhuǎn)換為放大的第二信號。第二信號為電流或電壓信號。第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2分別用于將第一信號和第二信號轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號。減法器SUB用于計算第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號的差值獲得表征紫外線強(qiáng)度的信號。
[0109]應(yīng)理解，圖4A中所示的檢測電路41僅為示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用其它任何可以檢測兩個光電二極管輸出電流差值的電路來實現(xiàn)檢測電路41。
[0110]圖4C是本發(fā)明第二實施例的紫外探測器集成電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4C所示，由于第一光電二極管Dl和第二光電二極管D2可以采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，紫外探測器集成電路的第一光電二極管D1、第二光電二極管D2和檢測電路41可以制造在同一個硅基底上。其中，第一光電二極管Dl、第二光電二極管D2和檢測電路41分別形成于硅基底中不同區(qū)域。其中，第一光電二極管Dl具有露出的第一受光表面，其在第一受光表面一側(cè)形成有多個下凹結(jié)構(gòu)。由此，第一光電二極管Dl同時對紫外線和可見光敏感。第二光電二極管D2具有與第一光電二極管D2基本相同的結(jié)構(gòu)，其具有露出的第二受光表面，第二受光表面為基本平的表面，不存在下凹結(jié)構(gòu)。由此，第二光電二極管D2僅對可見光敏感。檢測電路41為基于CMOS工藝形成的模擬-數(shù)字混合集成電路，其用于獲得第一光電二極管Dl和第二光電二極管D2的差值，從而檢測紫外線。如上所述，檢測電路41可以采用各種現(xiàn)有的電路實現(xiàn)。
[0111]應(yīng)理解，本實施例中提及的表述“露出”是指表面可以暴露在光照下不被遮擋，這包括表面直接暴露在外的情形，也包括在表面上設(shè)置透明的層，使得表面并未直接暴露在外的情形。
[0112]應(yīng)理解，雖然圖4C中示出的為以N+重?fù)诫s區(qū)作為第一半導(dǎo)體區(qū)域的集成電路，顯然圖2和圖3中的光電二極管結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于本實施例。
[0113]由此，本實施例的紫外探測器集成電路可以以標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制造在同一硅基底上，成本低，集成度高。
[0114]圖5是本發(fā)明第三實施例的紫外探測器集成電路的制造方法的流程圖。如圖5所示，所述方法包括：
[0115]步驟5100、基于娃基底形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)60a，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)60a包括檢測電路半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)61、第一光電二極管結(jié)構(gòu)62和第二光電二極管結(jié)構(gòu)63。其中，第一光電二極管結(jié)構(gòu)62的受光表面上設(shè)置有具有孔洞的金屬層，第二光電二極管結(jié)構(gòu)63的受光表面上用完整的金屬層覆蓋。
[0116]優(yōu)選地，第一光電二極管結(jié)構(gòu)62和第二光電二極管結(jié)構(gòu)63在硅基底上占用的區(qū)域面積基本相同。
[0117]由于各部分結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝兼容，因此，可以基于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝在同一硅基底上形成上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。如圖6A所示，在步驟5100后檢測電路結(jié)構(gòu)61中可以包括N+重?fù)诫s區(qū)61a、P+重?fù)诫s區(qū)61b、多晶娃柵61c、N講61d和金屬連線61e。第一光電二極管結(jié)構(gòu)62用于形成對紫外線敏感的光電二極管。其包括第一半導(dǎo)體區(qū)域62a、第二半導(dǎo)體區(qū)域62b、第一電極62c和第二電極62d，還包括覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域62a的金屬層62e和設(shè)置于第一半導(dǎo)體區(qū)域62a和金屬層62e之間的絕緣層62f。絕緣層62f可以為二氧化硅。金屬層62e形成有多個孔洞，所述孔洞可以按條狀平行或近似平行分布，也可以為陣列形式多個方形、圓形或其它形狀的孔洞。第二光電二極管結(jié)構(gòu)63用于形成僅對可見光敏感的光電二極管，其包括第一半導(dǎo)體區(qū)域63a、第二半導(dǎo)體區(qū)域63b、第一電極63c和第二電極63d，還包括覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域63a的金屬層63e和設(shè)置于第一半導(dǎo)體區(qū)域63a和金屬層63e之間的絕緣層63f。絕緣層63f可以為二氧化硅。金屬層63e完整地覆蓋受光區(qū)域。由此，在后續(xù)的工藝流程中，第二光電二極管結(jié)構(gòu)63被金屬層63e覆蓋的區(qū)域可以被保護(hù)而不被刻蝕。而由于存在孔洞，第一光電二極管結(jié)構(gòu)62被金屬層62e覆蓋的區(qū)域會被部分刻蝕形成下凹結(jié)構(gòu)，由此形成不同結(jié)構(gòu)的光電二極管。金屬層材料可以采用鋁。
[0118]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)60a還可以包括填充以實現(xiàn)平坦化的絕緣層64和鈍化層65。絕緣層64可以采用二氧化硅。
[0119]本實施例以形成圖4C所示的集成電路為例進(jìn)行說明。在圖6A中，第一半導(dǎo)體區(qū)域62a、63a為形成在硅基底中的N+重?fù)诫s區(qū)域，第二半導(dǎo)體區(qū)域62b、63b為形成在硅基底中的P+重?fù)诫s區(qū)域。應(yīng)理解，本實施例的制造方法也可以用于制造應(yīng)用圖2、圖3所示結(jié)構(gòu)的光電二極管的紫外探測器集成電路。
[0120]步驟5200、刻蝕第一光電二極管結(jié)構(gòu)62和第二光電二極管結(jié)構(gòu)63的受光區(qū)域，使得金屬層露出。
[0121]如圖6B所示，可以首先設(shè)置圖形化的光刻膠66限定第一光電二極管結(jié)構(gòu)62和第二光電二極管結(jié)構(gòu)63的受光區(qū)域。
[0122]如圖6C所示，刻蝕后，受光區(qū)域的鈍化層和絕緣層被去除。在第一光電二極管結(jié)構(gòu)62的受光區(qū)域內(nèi)，金屬層62e的孔洞中的絕緣材質(zhì)被刻蝕使得孔洞下方的第一半導(dǎo)體區(qū)域被露出。而在第二光電二極管結(jié)構(gòu)63的受光區(qū)域內(nèi)，金屬層63e被部分露出，由于金屬層63e的保護(hù)，其下方的絕緣材質(zhì)未被刻蝕。由此，第二光電二極管結(jié)構(gòu)63的第一半導(dǎo)體區(qū)域未露出。
[0123]步驟5300、以金屬層作為掩膜進(jìn)行硅刻蝕。由此，可以在第一光電二極管結(jié)構(gòu)的受光區(qū)域形成多個下凹結(jié)構(gòu)。
[0124]本步驟中的刻蝕可以用干法刻蝕、各向同性濕法刻蝕或各向異性濕法刻蝕。圖6D示出了進(jìn)行各向同性濕法刻蝕后的狀態(tài)。第二光電二極管63的第一半導(dǎo)體區(qū)域由于被金屬層63e保護(hù)，所以不會被刻蝕。而第一光電二極管62的第一半導(dǎo)體區(qū)域在金屬層62e下方的部分被露出，因此，會在相應(yīng)的位置形成下凹結(jié)構(gòu)。
[0125]步驟5400、刻蝕第一光電二極管結(jié)構(gòu)62和第二光電二極管結(jié)構(gòu)63的金屬層和下方的絕緣層。由此，第一光電二極管結(jié)構(gòu)62和第二光電二極管結(jié)構(gòu)63的第一半導(dǎo)體區(qū)域被露出，如圖6E所示。
[0126]本實施例還可以包括步驟5500(圖中未示出）、去除步驟5100中形成的光刻膠
66 ο
[0127]由此，可以獲得紫外探測器集成電路，如圖6F所示。
[0128]優(yōu)選地，還可以在被露出的第一半導(dǎo)體區(qū)域沉積減反射薄膜，沉積保護(hù)層，然后進(jìn)行劃片封裝。
[0129]由此，通過有孔洞的金屬層覆蓋第一光電二極管結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體區(qū)域，通過沒有孔洞的金屬層覆蓋第二光電二極管結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體區(qū)域，可以基于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝(例如CMOS工藝）同時制造紫外探測光電二極管和可見光敏感的光電二極管，降低了生產(chǎn)成本。
[0130]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光電二極管，包括 娃基底； 第一半導(dǎo)體區(qū)域，具有第一導(dǎo)電類型，形成在所述硅基底中，在受光表面一側(cè)具有多個下凹結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電二極管，其特征在于，所述光電二極管還包括: 第二半導(dǎo)體區(qū)域，具有第二導(dǎo)電類型，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域分離地形成在所述硅基底中； 第一電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域連接； 第二電極，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電二極管，其特征在于，所述多個下凹結(jié)構(gòu)為多個凹槽或多個凹坑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電二極管，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電二極管，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N阱，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電二極管，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在N阱中的P+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為形成在所述N阱中的N+重?fù)诫s區(qū)。
7.一種光電二極管制造方法，包括: 在硅基底上形成對可見光敏感的光電二極管結(jié)構(gòu)，所述光電二極管結(jié)構(gòu)包括形成在所述硅基底中的第一半導(dǎo)體區(qū)域，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型； 在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的受光表面一側(cè)形成多個下凹結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述多個下凹結(jié)構(gòu)為多個凹槽或多個凹坑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的受光表面一側(cè)形成多個下凹結(jié)構(gòu)包括: 以覆蓋所述受光表面的、具有多個孔洞的金屬層作為掩膜進(jìn)行硅刻蝕形成所述下凹結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述光電二極管結(jié)構(gòu)還包括: 第二半導(dǎo)體區(qū)域，具有第二導(dǎo)電類型，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域分離地形成在所述硅基底中； 第一電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域連接； 第二電極，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N阱，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在N阱中的P+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為形成在所述N阱中的N+重?fù)诫s區(qū)。
14.一種紫外探測器集成電路，包括: 第一光電二極管結(jié)構(gòu)，形成于硅基底上，用于檢測紫外線和可見光； 第二光電二極管結(jié)構(gòu)，包括形成于所述硅基底中的、具有平坦受光表面的第一半導(dǎo)體區(qū)域-M 檢測電路結(jié)構(gòu)，與所述第一光電二極管和第二光電二極管形成在同一硅基底上，用于獲取與所述第一光電二極管和第二光電二極管輸出的光電流的差值相關(guān)的參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的紫外探測器集成電路，其特征在于，所述第一光電二極管結(jié)構(gòu)包括: 第一半導(dǎo)體區(qū)域，具有第一導(dǎo)電類型，在受光表面一側(cè)具有多個下凹結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的紫外探測器集成電路，其特征在于，所述第一光電二極管還包括: 第二半導(dǎo)體區(qū)域，具有第二導(dǎo)電類型，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域分離地形成在所述硅基底中； 第一電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域連接； 第二電極，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的紫外探測器集成電路，其特征在于，所述多個下凹結(jié)構(gòu)為多個凹槽或多個凹坑。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的紫外探測器集成電路，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的紫外探測器集成電路，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N阱，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的紫外探測器集成電路，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在N阱中的P+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為形成在所述N阱中的N+重?fù)诫s區(qū)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的紫外探測器集成電路，其特征在于，所述第一光電二極管結(jié)構(gòu)和所述第二光電二極管結(jié)構(gòu)在所述硅基底上占用相同的面積。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的紫外探測器集成電路，其特征在于，所述檢測電路結(jié)構(gòu)包括: 第一放大器，用于對第一光電二極管輸出的第一光電流進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為放大的第一信號; 第二放大器，用于對第二光電二極管輸出的第二光電流進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為放大的第二信號; 第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一信號轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號； 第二模式轉(zhuǎn)換器，用于將所述第二信號轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號； 減法器，用于計算所述第一數(shù)字信號和所述第二數(shù)字信號的差值獲得表征紫外線強(qiáng)度的信號。
23.一種紫外探測器集成電路的制造方法，包括: 獲取基于硅基底形成的包括檢測電路半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、第一光電二極管結(jié)構(gòu)和第二光電二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，第一光電二極管結(jié)構(gòu)的受光表面被具有多個孔洞的金屬層覆蓋，第二光電二極管結(jié)構(gòu)的受光表面被不具有孔洞的金屬層覆蓋； 刻蝕所述第一光電二極管結(jié)構(gòu)和所述第二光電二極管結(jié)構(gòu)的受光區(qū)域，使得所述金屬層露出； 以金屬層作為掩膜進(jìn)行硅刻蝕； 刻蝕第一光電二極管結(jié)構(gòu)和第二光電二極管結(jié)構(gòu)的金屬層和下方的絕緣層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述孔洞為平行排列的條狀孔洞或陣列排布的圓形或方形孔洞。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述第一光電二極管結(jié)構(gòu)還包括: 第二半導(dǎo)體區(qū)域，具有第二導(dǎo)電類型，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域分離地形成在所述硅基底中； 第一電極，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域連接； 第二電極，與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域連接。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為N阱，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為P+重?fù)诫s區(qū)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述硅基底為P型硅基底，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域為形成在N阱中的P+重?fù)诫s區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域為形成在所述N阱中的N+重?fù)诫s區(qū)。
【文檔編號】H01L31/0352GK104505410SQ201410852685
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】周健, 胡鐵剛 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司