專利名稱：蓋革式雪崩光電二極管的制作方法
蓋革式雪崩光電二極管
本發(fā)明涉及光電探測(cè)器領(lǐng)域，并且進(jìn)一步尤其是涉及雪崩式光電二 極管。它在用于醫(yī)學(xué)成像裝備的輻射探測(cè)器中中找到特定應(yīng)用，以及 在需要較快且有效光電探測(cè)的其他狀況下找到特定應(yīng)用。
蓋革式雪崩光電二極管是典型地具有足以對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行探測(cè)的
靈敏度并且在亞納秒范圍中產(chǎn)生信號(hào)的固態(tài)光探測(cè)器。例如參見Webb 和 Mclntyre 、 "Single Photon Detection with Avalanche Photodiodes"、美國(guó)物理協(xié)會(huì)公報(bào)、第15巻、第813頁(1970 ); Rochas 等、"First Fully Integrated 2-D Array of Single - Photon Detectors in Standard CMOS Technology"、 IEEE Phot. Tech. Lett-第15巻、第6期、第963頁(2003 )。
有時(shí)被稱為單光子雪崩二極管(SPAD )的蓋革式器件與傳統(tǒng)雪崩光 電二極管相似。然而，典型地，它們被偏壓到超過擊穿電壓大約百分 之十至百分之二十(10至20%)的電壓上。保持該狀態(tài)以直至由于(例 如通過入射光子)在耗盡層中產(chǎn)生了電子空穴對(duì)而觸發(fā)了雪崩事件為 止。諸如電阻或有源電路這樣的抑制電路用于抑制雪崩過程并且使器 件返回到敏感狀態(tài)。
雖然證明這些光電二極管是有用的，但是還有改進(jìn)的余地。在許多 現(xiàn)有光電二極管實(shí)現(xiàn)中，具有相對(duì)短波長(zhǎng)的入射光(例如具有處于可 見光譜藍(lán)端的波長(zhǎng)的光子)更好地在器件的高摻雜頂層中被吸收，典 型地在大約最初200納米(nm)中被吸收。其結(jié)果是，器件量子效率 降低了，尤其是在這些相對(duì)短波長(zhǎng)處的器件量子效率降低了。
此外，在高摻雜區(qū)中所生成的載流子必須擴(kuò)散到耗盡區(qū)的邊緣以便 啟動(dòng)雪崩過程。擴(kuò)散時(shí)間可以限制器件的速度，尤其是在藍(lán)色區(qū)域中。 當(dāng)在陣列中使用該器件以例如便于對(duì)光子通量進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一 限制。在這樣的陣列中，陣列中的單元、器件電極、以及抑制電路之 間的光隔離所占據(jù)的區(qū)域降低了器件的面積效率。
本發(fā)明的方面解決了這些問題及其他事項(xiàng)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，雪崩光電二極管包括半導(dǎo)體耗盡區(qū)、陽極、 以及陰極。具有處于可見光語的藍(lán)端中的波長(zhǎng)的入射光子在耗盡區(qū)中 被吸收以便產(chǎn)生電荷載流子。電荷載流子在耗盡區(qū)中受到碰撞電離以 便在光電二極管中生成雪崩電流。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，制造雪崩光電二極管陣列的方法使用絕緣 硅晶圓，該絕緣硅晶圓包括襯底、硅層、以及物理地排列在襯底與硅 層之間的氧化埋入層。該方法包括在硅層中形成多個(gè)雪崩光電二極管，
其中光電二極管包括陽極、陰極、以及耗盡區(qū)。該方法還包括形成 與相應(yīng)光電二極管的陽極和陰極進(jìn)行電通信的多個(gè)電極，其中多個(gè)電
極排列在與氧化埋入層相對(duì)的硅層側(cè)上；以及移走襯底、由此通過氧
化埋入層照射光電二極管。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，利用絕緣硅晶圓產(chǎn)生光電二極管陣列。利
用下述處理生成光電二極管陣列，所述處理包括在絕緣硅晶圓的硅 層中形成多個(gè)雪崩光電二極管；形成與相應(yīng)光電二極管的陽極和陰極 進(jìn)行電通信的多個(gè)電極；將操作晶圓附加到絕緣硅晶圓上；以及移走 襯底，由此通過氧化埋入層照射光電二極管。該光電二極管包括陽極、 陰極、以及耗盡區(qū)，多個(gè)電極排列在與氧化埋入層相對(duì)的光電二極管 側(cè)上，并且電極物理地排列在操作晶圓與光電二極管之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，雪崩光電二極管包括形成了光電二極管的 陰極的第一摻雜半導(dǎo)體區(qū)域、形成了光電二極管的陽極的笫二摻雜半 導(dǎo)體區(qū)域、以及與光電二極管的光接收面進(jìn)行光通信的第三半導(dǎo)體區(qū) 域、以及包括有與第一摻雜半導(dǎo)體區(qū)域進(jìn)行電通信的第一電極和與第 二摻雜半導(dǎo)體區(qū)域進(jìn)行電通信的第二電極的互連層。當(dāng)光電二極管在
雪崩模式下進(jìn)行操作時(shí)，基本上耗盡了所有第三半導(dǎo)體區(qū)域。第三半 導(dǎo)體區(qū)域物理地排列在互連層與光接收面之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種設(shè)備包括檢查區(qū)域、適合于對(duì)在檢查 區(qū)域中進(jìn)行檢查的對(duì)象進(jìn)行支撐的對(duì)象支座、以及輻射探測(cè)器陣列。 該探測(cè)器陣列包括雪崩光電二極管陣列以及面對(duì)檢查區(qū)域的輻射敏感 面。該光電二極管包括陽極、陰極、以及耗盡區(qū)。該探測(cè)器陣列還包 括互連層，該互連層包括用于向光電二極管提供電連接的多個(gè)電極。 在光電二極管的耗盡區(qū)中被吸收的光子生成電荷載流子，并且電荷載 流子在光電二極管的耗盡區(qū)中受到碰撞電離以便在光電二極管中生成
雪崩電流。互連層排列在與輻射接收面相對(duì)的光電二極管陣列的側(cè)上。 本領(lǐng)域技術(shù)人員在讀取并理解附圖和說明書時(shí)將明白本發(fā)明仍有 的其他方面。
在隨后附圖的圖中通過示例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明而并非對(duì)
其進(jìn)行限制，其中在附圖中相同參考表示相似單元，并且其中

圖1是光電二極管陣列的頂視圖。
圖2是通過圖1所示的線2-2的光電二極管的橫截面視圖。 圖3a、 3b、 3c、 3d、 3e、以及3f是用于對(duì)在光電二極管制造期間 各個(gè)階段上的光電二極管進(jìn)行描述的橫截面視圖。
圖4描述了光電二極管陣列的制造過程中的步驟。 圖5描述了光電二極管的掩模設(shè)計(jì)。 圖6是輻射探測(cè)器的橫截面視圖。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道的是，為了清楚并便于說明，不是按比例 繪制圖中的各個(gè)特征。
圖7描述了電子發(fā)射斷層掃描器。
參考圖1和2，光電二極管陣列102包括多個(gè)背照射雪崩光電二極 管10(h、 1002、 1003... 100n。雖然說明了二維陣列，但是還可考慮諸 如一維陣列、不規(guī)則陣列、以及單光電二極管之類的其他配置。
現(xiàn)在回到圖2，光電二極管IOO通過光接收面(222 )接收入射光 220。諸如氧化硅層之類的電絕緣層202具有更好地被選擇為可使通過 它的光透射最大化的厚度，例如具有大約100至300納米(nm)范圍 的厚度。對(duì)于例如具有400 nm的波長(zhǎng)的光而言，具有200 nm的厚度 的層具有空氣大約百分之八十(80%)的透射系數(shù)。還可考慮其他波長(zhǎng) 和層厚度；還可省去絕緣層202。
具有大約100 - 500 nm厚度的耗盡層204是由諸如硅之類的輕微摻 雜的半導(dǎo)體的層制造而成的。摻雜質(zhì)主要起降低半導(dǎo)體材料的變化影 響的作用，應(yīng)理解的是在器件的操作期間，耗盡層204耗盡了載流子。 還可使用本征半導(dǎo)體(即未有意摻雜)。
還可對(duì)光電二極管100進(jìn)行處理以降低諸如在絕緣層202與耗盡區(qū) 204之間的界面上的懸掛鍵之類的、潛在有害的晶格不完整性的影響。
在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，提供了位于耗盡層204與絕緣層202之間的界面處的 具有大約5至15 nm的厚度的p型摻雜層206。更好地選擇摻雜層206 的厚度以降低該界面處的不完整性的影響而基本上不會(huì)吸收入射光子
波長(zhǎng)的那些入:射光子、22:摻雜質(zhì)更好L擴(kuò)展到絕緣層202中:摻雜濃 度典型地遵循高斯曲線，峰值濃度有利地位于該界面上或者界面附近， 或者略微至該界面的絕緣層202側(cè)。還可考慮諸如化學(xué)鈍化之類的其 他技術(shù)。還可省去摻雜或鈍化層206。
硅層中的第一區(qū)域208是p型摻雜的并且形成了光電二極管100 的陽極，同時(shí)第二摻雜區(qū)域210是n型摻雜的并且形成了陰極。耗盡 層204與第一 208及第二 210摻雜區(qū)域共同形成了 P7rn、 pvn、或者pin 型光電二極管。為了進(jìn)一步降低懸掛鍵的影響，第一摻雜區(qū)域208和 層206更好地協(xié)作以防止耗盡區(qū)204到達(dá)絕緣層202或隔離區(qū)218。應(yīng) 該注意的是，摻雜層206與注入?yún)^(qū)(implant regions) 208、 210的摻 雜還是反向的，在這種情況下，第一區(qū)域208形成了光電二極管的陰 極并且第二區(qū)域210形成了陽極。
厚度為若干微米(,)的后端互連層212包括與p摻雜區(qū)域208 電連接的第一電極214。雖然示出了兩個(gè)電極，但是應(yīng)知道的是，這兩 個(gè)均與第一摻雜區(qū)域相連；可省去這些電極之一。第二電極216與n 摻雜區(qū)域210相連。由多晶硅或其他適當(dāng)材料(未示出)制成的抑制 電阻可以包含在后端層212之中。由玻璃或其它適當(dāng)材料制造而成的 載流子襯底或者操作晶圓217具有大約1毫米(mm)的厚度。諸如隔 離槽之類的隔離區(qū)218使光電二極管100與相鄰光電二極管或其他器 件隔離。
每個(gè)光電二極管100更好地具有大約400至2500jii^的面積，但是 還可考慮其它區(qū)域。在目的是獲得用于表示光電二極管所接收到的光 子通量的信號(hào)的情況下，有利地對(duì)陣列102中的各個(gè)光電二極管100 的輸出求和以生成用于表示陣列102所接收到的光子通量的輸出信號(hào)。 圖3和4描述了利用絕緣硅(SOI)晶圓301和襯底轉(zhuǎn)移處理 (substrate transfer process)來制造光電二極管陣歹'J 102的才支術(shù)。 參考圖3a， SOI晶圓301傳統(tǒng)地包括硅襯底302、 二氧化硅(Si02)或 其它氧化埋入絕緣層202、以及硅層304。 SOI晶圓的特定優(yōu)點(diǎn)是可以使用常規(guī)處理技術(shù)(例如CMOS處理技術(shù))來生成光電二極管100。此 外，作為制造處理的一部分，還可以容易地將期望信號(hào)處理電路并入 到SOI晶圓上。雖然與SOI晶圓301相關(guān)地描述了制造技術(shù)，但是還 可實(shí)現(xiàn)提供了期望光電二極管100結(jié)構(gòu)的其他制造技術(shù)。
在402制造隔離區(qū)218。在通過溝槽隔離提供了隔離的情況下，應(yīng) 用期望的掩模，并且對(duì)該溝槽進(jìn)行蝕刻(更好地到達(dá)絕緣層202 )并且 充滿電介質(zhì)。還可考慮硅的局部氧化(L0C0S)或者其他隔離技術(shù)。還 將化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)操作應(yīng)用于硅層304的頂面上。圖3b示出了 給出了用于示意性光電二極管100的隔離區(qū)218的晶圓301的橫截面。
在404并且參考圖3c，對(duì)晶圓301進(jìn)行處理以降低在絕緣層302 與硅層304之間的界面處的晶格不完整性的影響。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，通 過從晶圓301的前側(cè)399注入摻雜離子來形成摻雜層206。應(yīng)該注意的 是，該層不必被掩膜。如上所述，還可實(shí)現(xiàn)化學(xué)鈍化或者其他適當(dāng)技 術(shù)。還可省去步驟404,尤其是SOI晶圓具有足夠高的質(zhì)量或者相反在
制造期間對(duì)其進(jìn)行處理以最小化界面陷阱的情況下更是如此。
在406并且參考圖3d，通過應(yīng)用期望掩模并且注入摻雜離子形成 第一摻雜區(qū)208。在408并且參考圖3e，類似地形成了第二摻雜區(qū)H0。 如期望的，還可實(shí)現(xiàn)其他信號(hào)處理或者其他電路。在410執(zhí)行退火操 作。
應(yīng)該注意的是，各種替換光電二極管100配置也是可以的。因此， 例如，第一 208和第二 210摻雜區(qū)通常具有圖2中所描述的環(huán)形配置。 例如如圖5中所述，第一 208與第二 210區(qū)域可以叉指型交錯(cuò)。
在412并且參考圖3f，在后端處理步驟中制造互連層212和電極 214、 216。
在414，執(zhí)行襯底轉(zhuǎn)移操作以便互連層212附于載流子襯底217上 并且移走SOI晶圓301中的硅襯底302，由此產(chǎn)生圖1所描述的結(jié)構(gòu)。 在2001年1月23曰出版的、名稱為"Semiconductor Device Comprising a Glass Supporting Body onto Which a Substrate with Semiconductor Elements and a Metal 1 ization is Attached by Means of an Adhesive" 的美國(guó)專利6， 177， 707中描述了用于執(zhí)行襯底轉(zhuǎn)移操作的適當(dāng)技術(shù)， 通過參考而將此整個(gè)明確地并入到這里。
進(jìn)一步尤其是，利用環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、或者其他適當(dāng)粘合劑將
互連層212粘到載流子襯底217上。有利地，粘合劑包括其上添加了 UV敏感引發(fā)劑的無溶劑單體。單體交鏈(cross-links)而暴露于UV 并且形成了厚度在大約5至15jim范圍內(nèi)的丙烯酸層。此后將襯底302 向絕緣層202下移。為此，襯底受到CMP操作，繼續(xù)此操作以直至距 絕緣層202的距離僅僅是數(shù)十,為止，隨后使絕緣層暴露在氫氧化鉀 (KOH)蝕刻電解槽中。當(dāng)?shù)竭_(dá)絕緣層202時(shí)停止蝕刻處理。在使用基 于非SOI的晶圓的狀況下，可使用背側(cè)光刻來有選擇地移走襯底302。
參考圖6，尤其很適合用作電離輻射探測(cè)器的輻射探測(cè)器陣列600 包括與絕緣層202光耦合的閃爍劑材料602。光探測(cè)器100接收閃爍劑 602為響應(yīng)在閃爍劑602的輻射接收面604處所接收到的輻射604而生 成的光。在電子發(fā)射斷層掃描(PET)應(yīng)用中，諸如镥釔原硅酸鹽、 (LYSO)、镥原硅酸鹽(LSO)、以及溴化鑭(LaBr)之類的相對(duì)較快 的閃爍劑材料可有利地用于提供飛行時(shí)間(TOF)信息。LySO和LSO發(fā) 射出波長(zhǎng)大約為420 nm的光，LaBr發(fā)射出波長(zhǎng)大約為370 nm的光。 如應(yīng)清楚的，這兩者位于可見光譜的藍(lán)端中。
還可考慮諸如釓含氧硫酸鹽(GOS )、碘化鈉(Nal )、釓硅酸鹽(GSO )、 鍺酸鉍(BGO)、混合的镥硅酸鹽(MLS)、镥釓硅酸鹽(LGSO)、氯 化鑭(LaCl)、以及其混合物之類的其他適當(dāng)閃爍劑，這取決于特定 應(yīng)用的需要。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)清楚的是，更好為將對(duì)閃爍劑602 的選擇以及閃爍劑602和絕緣層202的相對(duì)厚度調(diào)到提供期望閃爍劑 602轉(zhuǎn)換效率以及絕緣層光透射。
在操作中，更好地使光電二極管100反向偏壓為稍微超過二極管擊 穿電壓，在所說明的實(shí)施例中，該二極管擊穿電壓在五伏至十伏直流 電(5至10 VDC)的范圍中；光電二極管100還可在低于擊穿電壓的
雪崩模式下進(jìn)行操作。在任何情況下，所有或者基本上所有耗盡區(qū)204， 尤其是其中相對(duì)短波長(zhǎng)入射光子被吸收的耗盡區(qū)204的部分保持耗盡狀態(tài)。
在器件包括閃爍劑602的情況下，生成相應(yīng)光脈沖的閃爍劑604 接收入射輻射，在LySO、 LSO、或者LaBR閃爍劑的情況下，光子具有
處于可見光譜的藍(lán)端中的波長(zhǎng)。
結(jié)果產(chǎn)生的光子首先遇到絕緣層202和摻雜層206。因?yàn)榻^緣層202
和摻雜層206更好為相對(duì)薄，所以相對(duì)多數(shù)目的光子穿過這些層并且
在耗盡區(qū)204中被吸收。
這些光子在耗盡區(qū)204中被吸收，由此生成電子空穴對(duì)。電子空穴 對(duì)遇到在耗盡區(qū)204中所建立的電場(chǎng)，并且通過碰撞電離處理而生成 附加電子空穴對(duì)。重復(fù)該處理以產(chǎn)生所謂的雪崩。電子空穴對(duì)集聚在 第一 208和第二210摻雜區(qū)中，由此創(chuàng)建了電輸出電流。
應(yīng)該注意的是，增大在耗盡區(qū)204中出現(xiàn)的光子吸收部分是用于相 對(duì)于傳統(tǒng)器件提高光電二極管100量子效率和速度，這是因?yàn)殡娮涌?穴對(duì)不必?cái)U(kuò)散到耗盡區(qū)204以便開始雪崩。為此，使耗盡區(qū)204的體 積更好為足夠小，以便在光電二極管100的操作期間耗盡大部分耗盡 區(qū)204，并且尤其是耗盡其中具有較短波長(zhǎng)的入射光子220被吸收的耗 盡區(qū)204的部分。降低第一 208與第二 210摻雜區(qū)之間的距離可進(jìn)一 步降低雪崩所必須穿越的距離，并且還可提高器件的速度。此外，背 部照射設(shè)計(jì)提高了陣列102的面積利用率，這主要是受隔離區(qū)218所 占據(jù)的面積的限制。其結(jié)果是，通過適當(dāng)光電二極管IOO和隔離區(qū)218 設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)具有百分之九十(90%)或更大的面積利用率的光電二極管 陣列102。
在光電二極管IOO保持在蓋革模式的情況下，由于雪崩而導(dǎo)致給定 光電二極管100生成的電流相對(duì)與光子通量無關(guān)。隨后抑制電流并且 二極管返回到穩(wěn)態(tài)以直至接收到另外的光為止。因?yàn)橛捎谘┍蓝鴮?dǎo)致 給定光電二極管100所生成的電流相對(duì)與光子通量無關(guān)，來自多個(gè)光 電二極管的輸出用于提供表示在陣列102所覆蓋的區(qū)域中所接收到的 通量的信號(hào)。另一方面，在光電二極管100在雪崩模式但是在擊穿電 壓之下進(jìn)行操作的情況下，給定光電二極管100所生成的光電流通常 與入射光子通量成比例。
如上參考上面的圖6所描述的輻射探測(cè)器陣列600尤其是很適合用 在PET系統(tǒng)中。參考圖7， PET系統(tǒng)700包括臺(tái)架702，該臺(tái)架702具 有排列在環(huán)繞檢查區(qū)708的一個(gè)或多個(gè)軸環(huán)中的多個(gè)探測(cè)器陣列600。 在PET應(yīng)用中，與符合探測(cè)電路相結(jié)合地使用探測(cè)器陣列600以對(duì)在 檢查區(qū)708中出現(xiàn)的正電子湮沒事件所生成的511 keV伽馬射線對(duì)進(jìn)
行檢測(cè)o
對(duì)象支座716支撐諸如病人之類要成像的對(duì)象718。對(duì)象支座716 更好地根據(jù)PET系統(tǒng)700的操作而縱向移動(dòng)，以便可在多個(gè)縱向位置
掃描對(duì)象718。
數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)720提供包括由探測(cè)器陣列600所探測(cè)到的一列湮沒 事件的投影數(shù)據(jù)。投影數(shù)據(jù)還包括TOF信息。重構(gòu)器729生成用于表 示輻射性核素在對(duì)象718中的分布的體積圖像數(shù)據(jù)。
工作站計(jì)算機(jī)用作操作員控制臺(tái)728?？刂婆_(tái)728包括諸如監(jiān)控器 或者顯示器之類的人類可讀輸出設(shè)備以及諸如鍵盤和鼠標(biāo)之類的輸入 設(shè)備。駐留在控制臺(tái)728上的軟件可使操作者觀看并且或者對(duì)重構(gòu)器 729所生成的體積圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。駐留在控制臺(tái)728上的軟件還可 通過建立期望掃描協(xié)議、啟動(dòng)并結(jié)束掃描、并且或者與瀏覽器交互來 使操作者對(duì)系統(tǒng)700的操作進(jìn)行控制。所重構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)還可用于與 系統(tǒng)100相關(guān)的或者相反可存取諸如圖像存檔和通信(PACS)系統(tǒng)、 醫(yī)院信息系統(tǒng)/放射學(xué)信息系統(tǒng)(HIS /RIS)系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等等之類的 公用網(wǎng)絡(luò)的其他計(jì)算機(jī)。
系統(tǒng)700的變體也是可能的。因此，例如，PET系統(tǒng)700可以與計(jì) 算機(jī)斷層(CT)、磁共振(MR) 、 X射線、或者其他系統(tǒng)相結(jié)合。附加 信息典型地用于提供與對(duì)象718有關(guān)的結(jié)構(gòu)信息，并且可用于對(duì)所獲 取的PET數(shù)據(jù)執(zhí)行衰減校正。
此外，除了斷層照相應(yīng)用之外，單獨(dú)的探測(cè)器或者探測(cè)器陣列600 還可用于對(duì)除了 511 keV伽馬輻射之外的輻射進(jìn)行探測(cè)。例如，探測(cè) 器可用在諸如單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層照相(SPECT) 、 X射線計(jì)算機(jī)斷 層(CT)、或者X射線成像系統(tǒng)之類的核成像系統(tǒng)中。探測(cè)器還可用 在熒光或者其他光學(xué)成像系統(tǒng)中。探測(cè)器陣列600還以平面、弓形、 或者其他非圓形排列布置。在目的是對(duì)光輻射進(jìn)行探測(cè)的情況下，還 可省去閃爍劑602。
當(dāng)然，他人在閱讀并理解先前說明書時(shí)會(huì)想起修改和變化。這意味 著應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明包括在隨后權(quán)利要求或者其等效體的范圍之內(nèi)的所有 j奮改和變化。
權(quán)利要求
1、一種雪崩光電二極管包括:半導(dǎo)體耗盡區(qū)(204)；陽極(208，210)；以及陰極(208，210)其中具有處于可見光譜藍(lán)端中的波長(zhǎng)的入射光子在所述耗盡區(qū)中被吸收以便生成電荷載流子，并且其中所述電荷載流子在所述耗盡區(qū)中受到碰撞電離以便在所述光電二極管中生成雪崩電流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的光電二極管，其中所述光電二極管包括光 接收面(222 )和電絕緣層(202 )，并且其中所述電絕緣層排列在所 述光接收面與耗盡區(qū)之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的光電二極管，其中所述電絕緣層是從SOI 晶圓的氧化埋入層制造得到的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2的光電二極管，包括用于降低在所述耗盡區(qū) 與電絕緣層之間的界面處的晶格不完整性的影響的裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的光電二極管，其中所述用于降低的裝置包 括薄摻雜半導(dǎo)體層(206 )。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2的光電二極管，其中所述光電二極管是背部 照射的。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2的光電二極管，其中所述光電二極管包括 操作晶圓(217);物理地排列在所述耗盡區(qū)與操作晶圓之間的互連層(212)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的光電二極管，包括與所述耗盡區(qū)進(jìn)行光通 信的閃爍劑(602 )。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的光電二極管，其中所述閃爍劑包括LySO、 LSO、 IXSO、或者UBr之一。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1的光電二極管，其中所述陽極和陰極是叉指型 交錯(cuò)的。
11、 一種利用絕緣硅晶圓(301)制造雪崩光電二極管陣列的方法， 所述絕緣硅晶圓(301)包括襯底(302 )、硅層(304 )、以及物理地 排列在所述襯底與硅層之間的氧化埋入層(202 )，該方法包括 在所述硅層中形成多個(gè)雪崩光電二極管(100)，該光電二極管包 括陽極、陰極、以及耗盡區(qū)；形成與相應(yīng)光電二極管的陽極和陰極進(jìn)行電通信的多個(gè)電極，其中 所述多個(gè)電極排列在與所述氧化埋入層相對(duì)的硅層側(cè)上；移走所述襯底、由此通過所述氧化埋入層照射所述光電二極管。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括將操作晶圓(217)附加到所 述陣列上，其中所述多個(gè)電極物理地排列在所述操作晶圓與硅晶圓之 間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，包括形成用于在所述陣列的光電二 極管之間提供電隔離的隔離區(qū)(218)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中利用硅的局部氧化技術(shù)形成所 述隔離區(qū)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，包括在所述氧化埋入層與硅層之間 的界面處形成注入層(206 )。
16、 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，包括放置與所述氧化埋入層進(jìn)行光 通信的閃爍劑(602 )。
17、 一種利用權(quán)利要求16的方法生產(chǎn)的電離輻射探測(cè)器。
18、 一種利用絕緣硅晶圓生產(chǎn)的光電二極管陣列，所述絕緣硅晶圓 包括襯底(302 )、硅層(304 )、以及物理地排列在所述襯底與硅層 之間的氧化埋入層(202 )，其中利用下述處理生成所述光電二極管陣 列，所述處理包括在所述硅層中形成多個(gè)雪崩光電二極管(100)，所述光電二極管 包括陽極、陰極、以及耗盡區(qū)；形成與相應(yīng)光電二極管的陽極和陰極進(jìn)行電通信的多個(gè)電極，其中 所述多個(gè)電極排列在與所述氧化埋入層相對(duì)的硅層側(cè)上；將操作晶圓(217)附加到所述絕緣硅晶圓上，其中所述電極物理 地排列在所述操作晶圓與光電二極管之間；以及從所述絕緣硅晶圓處移走襯底，由此通過所述氧化埋入層照射所述 光電二極管。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18的光電二極管，其中該處理還包括形成在所 述互連層與氧化埋入層之間延伸的隔離槽(218)。
20、 一種雪崩光電二極管包括 形成所述光電二極管的陰極的第一摻雜半導(dǎo)體區(qū)域(208， 210); 形成所述光電二極管的陽極的第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)域(208， 210); 與所述光電二極管的光接收面進(jìn)行光通信的第三半導(dǎo)體區(qū)域 (204 );以及包括有與所述第一摻雜半導(dǎo)體區(qū)域進(jìn)行電通信的第一電極(214) 和與第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)域進(jìn)行電通信的第二電極(216)的互連層 (212)，其中所述第三半導(dǎo)體區(qū)域(204 )物理地排列在所述互連層 與光接收面之間。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20的光電二極管，其中所述第一摻雜半導(dǎo)體區(qū) 域、第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)域、以及第三半導(dǎo)體區(qū)域形成了 prni或者pvn 光電二極管之一。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21的光電二極管，其中所述第三半導(dǎo)體區(qū)域具 有小于大約500 nm的厚度。
23、 根據(jù)權(quán)利要求20的光電二極管，包括環(huán)繞所述光電二極管的 隔離槽(218)。
24、 根據(jù)權(quán)利要求20的光電二極管，包括排列在所述第三半導(dǎo)體 區(qū)域與光接收面之間的電絕緣層(202 )。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其中所述電絕緣層包括二氧化硅并 且其中所述電絕緣層對(duì)于具有處于光鐠藍(lán)端中的波長(zhǎng)的光基本上可透射。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25的設(shè)備，包括排列在所述第三半導(dǎo)體區(qū)域與 電絕緣層之間的界面處的鈍化層。
27、 根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，包括排列在與所述光接收面相對(duì)的 光電二極管側(cè)上的操作晶圓(217)。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所述操作晶圓包括玻璃。
29、 根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中第一和第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)域是 同心的。
30、 根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，包括與所述第三半導(dǎo)體層進(jìn)行光通 信的閃爍劑(602 )。
31、 一種設(shè)備包括 檢查區(qū)域(708 );適于支撐在檢查區(qū)域中進(jìn)行檢查(718 )的對(duì)象的對(duì)象支座(716 ); 以及輻射探測(cè)器陣列(102)，該探測(cè)器陣列包括 面對(duì)所述檢查區(qū)域的輻射敏感面；雪崩光電二極管(100)陣列，其中每個(gè)光電二極管包括陽極、陰 極、以及耗盡區(qū)，其中在光電二極管的耗盡區(qū)中被吸收的光子生成電 荷載流子，并且其中電荷載流子在光電二極管的耗盡區(qū)中受到碰撞電 離以便在光電二極管中生成雪崩電流；互連層(212),該互連層包括用于向光電二極管提供電連接的多 個(gè)電極(214, 216),其中互連層排列在與輻射接收面相對(duì)的光電二極管陣列的側(cè)上。
32、 如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中所述輻射探測(cè)器陣列包括接 收來自所述檢查區(qū)域的電離輻射的閃爍劑(602 )。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述閃爍劑包括镥和鑭之一。
34、 根據(jù)權(quán)利要求31的設(shè)備，其中所述雪崩光電二極管在蓋革模 式下進(jìn)行操作。
全文摘要
利用絕緣硅晶圓和襯底轉(zhuǎn)移處理來制造雪崩式光電二極管陣列(102)。該陣列包括多個(gè)光電二極管(100)。該光電二極管(100)包括電絕緣層(206)、耗盡區(qū)(204)、以及第一(208)和第二(210)摻雜區(qū)。互連層(212)包括用于提供與光電二極管的電連接的電極(214，216)。光電二極管陣列(102)由操作晶圓(217)承載。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101379615SQ200780004329
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月1日
發(fā)明者J·桑斯基, L·J·考皮南, P·阿加瓦爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司