專利名稱：集成在負(fù)載讀取電路中的檢測(cè)像素矩陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)像素矩陣以及光電檢測(cè)器，該光電檢測(cè)器包括檢測(cè)像素矩陣和由該矩陣的檢測(cè)像素產(chǎn)生的負(fù)載的讀取電路。
本發(fā)明還涉及用于制造檢測(cè)像素矩陣的工序，以及制造包括檢測(cè)像素矩陣和由該矩陣的檢測(cè)像素產(chǎn)生的負(fù)載的讀取電路的工序。
本發(fā)明例如被應(yīng)用來(lái)形成在掃描儀、光電裝置和數(shù)碼相機(jī)中使用的傳感器，以及被應(yīng)用來(lái)形成具體用于DNA序列的微芯片。
根據(jù)本發(fā)明的光電檢測(cè)器例如允許形成防強(qiáng)光成像器，該成像器被單片地集成進(jìn)CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)讀取電路的表面中。
背景技術(shù)：
被單塊地放置在CMOS讀取電路上的成像器的當(dāng)前制造技術(shù)包括在讀取電路接觸短截線上放置連續(xù)的NIP、IP、PIN或IN型層。然后將連接于所有像素的導(dǎo)體透明氧化物層放置來(lái)形成頂電極，該頂電極沿著光電矩陣的外周向側(cè)邊下降。
本技術(shù)允許按照批量的單塊的方式來(lái)形成成像器，而不需要執(zhí)行另外的焊接來(lái)將上接觸部分連接到CMOS讀取電路。這節(jié)省了時(shí)間、降低了成本，并且增加了組件的可靠性。
然而，缺點(diǎn)在于存在像素之間的負(fù)載或光子的側(cè)漏。像素之間的負(fù)載或光子的這種側(cè)漏現(xiàn)象被公知為互調(diào)。已知有幾種技術(shù)用來(lái)減小互調(diào)。
第一種技術(shù)包括使用絕緣區(qū)將所述像素彼此分開，如美國(guó)專利US 6,215,164所述。利用一個(gè)互連結(jié)構(gòu)2來(lái)覆蓋基板，在該互連結(jié)構(gòu)中，形成導(dǎo)體連接部分3a、3b、3c和3d。在互連結(jié)構(gòu)2的表面上形成多個(gè)檢測(cè)像素。每個(gè)檢測(cè)像素包括由兩個(gè)電極包圍的本征半導(dǎo)體區(qū)。使用金屬接觸短截線4將第一電極5連接到在結(jié)構(gòu)2中形成的導(dǎo)體連接部分。絕緣介電區(qū)7將本征半導(dǎo)體區(qū)6彼此分開。摻P層8覆蓋所有半導(dǎo)體區(qū)6以及絕緣介質(zhì)區(qū)7。透明導(dǎo)體層9覆蓋層8并且組成所有檢測(cè)像素的第二電極。通過(guò)使用在互連結(jié)構(gòu)2中形成的導(dǎo)體連接部分中的一個(gè)將導(dǎo)體層9電連接到基板。
介電區(qū)7優(yōu)選允許將檢測(cè)像素彼此絕緣。然而，介電區(qū)7的存在是缺陷的源頭。實(shí)際上，存在有在半導(dǎo)體區(qū)6和絕緣介電區(qū)7之間的界面處泄漏的很大風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上，在絕緣介電媒質(zhì)的體(volume)中，原子按照同源的方式連接到其鄰居原子，與在表面上發(fā)生的情形相反，在表面上，某些原子的原子鏈已經(jīng)變形。因此在半導(dǎo)體區(qū)6和絕緣介電區(qū)7之間的界面上出現(xiàn)某些原子鏈的變形。這產(chǎn)生了缺陷中心，該缺陷中心變成可導(dǎo)體的。
而且，完全覆蓋光敏層的透明導(dǎo)體層9部分地吸收所接收的光，從而減少了被檢測(cè)的光子的數(shù)目?；蛘?，透明導(dǎo)體層9是氧化物層。因此，透明導(dǎo)體氧化物的特性相對(duì)于時(shí)間發(fā)生改變，并且其制造總是不簡(jiǎn)便且不能被再現(xiàn)。這是另一種缺點(diǎn)。
第二種技術(shù)包括形成光學(xué)層，以防止光碰擊電極之間的區(qū)域。這種技術(shù)在專利EP 1,122,790中進(jìn)行了描述，如圖2中所示。利用一個(gè)互連結(jié)構(gòu)11來(lái)覆蓋基板10，在該互連結(jié)構(gòu)中，形成導(dǎo)體連接部分12a、12b、12c和12d。在互連結(jié)構(gòu)11的表面上形成多個(gè)檢測(cè)像素。每個(gè)檢測(cè)像素包括由兩個(gè)電極包圍的本征半導(dǎo)體區(qū)。第一電極13連接到在基板10中形成的金屬互連部分。本征半導(dǎo)體層14覆蓋基板10和金屬接觸短截線13，使得覆蓋電極13的層部分14組成檢測(cè)像素的半導(dǎo)體區(qū)。摻P半導(dǎo)體層15覆蓋層14，并且組成所有檢測(cè)像素的第二電極。
非透明導(dǎo)體層16覆蓋層15。非透明導(dǎo)體層16包括沿著檢測(cè)像素的垂直方向設(shè)置的開口17，以使光子通過(guò)。非透明區(qū)域18將開口17分開，并且組成光學(xué)掩模，該光學(xué)掩模掩蓋位于鄰近像素之間的光敏區(qū)。所述光學(xué)掩模的存在導(dǎo)致所檢測(cè)的光子數(shù)目大大減少。而且，雖然如此，但是光學(xué)掩模不能防止電負(fù)載通過(guò)本征半導(dǎo)體層14在鄰近像素間傳播。因此，這種技術(shù)雖然降低了光互調(diào)，但是沒(méi)有降低電互調(diào)。
按照通常的方式，在當(dāng)前減小像素的尺寸中，互調(diào)是正在增加的一個(gè)突出的問(wèn)題。實(shí)際上，像素之間的距離目前正在變得與光敏區(qū)自由平均路徑具有可比性(通常在微米范圍內(nèi))。為了解決由于此種近似產(chǎn)生的問(wèn)題，設(shè)計(jì)具體自適應(yīng)的讀取電路常常是必要的。這是另一個(gè)缺點(diǎn)。
本發(fā)明不會(huì)出現(xiàn)上述任何一種缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)際上，本發(fā)明涉及一種檢測(cè)像素的矩陣，檢測(cè)像素包括具有第一表面和第二表面的光敏半導(dǎo)體區(qū)，其中第一表面由第一電極覆蓋，第二表面位于第一表面的相對(duì)端且由第二電極覆蓋；光敏半導(dǎo)體區(qū)允許將作用在所述第一表面上的光子轉(zhuǎn)換成載流子；第一電極包括收集在光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的載流子的金屬圖樣。該金屬圖樣的形狀用于使得整個(gè)光敏半導(dǎo)體區(qū)明顯地組成收集區(qū)，用于收集在光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的所有載流子。
根據(jù)本發(fā)明的另一特性，金屬圖樣的形狀被形成為使得檢測(cè)像素的光敏半導(dǎo)體區(qū)中的所有點(diǎn)距離金屬圖樣一個(gè)距離，該距離小于光敏半導(dǎo)體區(qū)域的材料中的載流子的分布長(zhǎng)度的4倍。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，檢測(cè)像素被分組成多個(gè)塊，每個(gè)檢測(cè)像素塊是其金屬圖樣彼此互相電連接的多個(gè)鄰近檢測(cè)像素。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，溝槽將至少一個(gè)檢測(cè)像素和至少一個(gè)鄰近檢測(cè)像素分開。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，檢測(cè)像素的第一表面是六邊形。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，金屬圖樣的形狀用于使載流子流入檢測(cè)像素的中心區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，金屬圖樣包括具有幾個(gè)分支的一組星形導(dǎo)軌，該星形的中心被設(shè)置在第一表面的中心處。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，金屬圖樣包括至少一個(gè)圓形導(dǎo)軌和至少一個(gè)直線導(dǎo)軌，該直線導(dǎo)軌以直角將圓形導(dǎo)軌割開，圓形導(dǎo)軌的中心被設(shè)置在第一表面的中心處。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，金屬圖樣包括至少一個(gè)六邊形的導(dǎo)軌以及至少一個(gè)直線導(dǎo)軌，該六邊形導(dǎo)軌以第一表面的中心為中心，該至少一個(gè)直線導(dǎo)軌穿過(guò)該六邊形的中心以及相對(duì)于該中心對(duì)稱的兩個(gè)頂點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，導(dǎo)軌的寬度遠(yuǎn)小于0.3微米。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，金屬圖樣是Al、Cu、Cr、Ni、W、Ti、TiW、Mo、In、Pt、Pd、Au或Tin，或者是從前述金屬選出的金屬合金。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，第二電極由電接觸部分和擴(kuò)散勢(shì)壘層組成。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，在光敏半導(dǎo)體區(qū)的第一表面和第一電極的金屬圖樣之間，檢測(cè)像素包括與第一表面接觸的擴(kuò)散勢(shì)壘層以及覆蓋該擴(kuò)散勢(shì)壘層的摻P半導(dǎo)體層。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，光敏半導(dǎo)體區(qū)是非晶硅或多晶硅。
本發(fā)明還涉及一種光電檢測(cè)器，該光電檢測(cè)器包括檢測(cè)像素矩陣和由該檢測(cè)像素檢測(cè)的載流子的讀取電路。檢測(cè)像素矩陣是一個(gè)在介電層上形成的根據(jù)本發(fā)明的矩陣，在該介電層中插入電連接部分；至少一個(gè)檢測(cè)像素具有使用金屬連接部分連接到第一電連接部分的第一電極的金屬圖樣，第二電極電連接到第二電連接部分。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，在所述讀取電路上直接形成介電層。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，所述讀取電路是CMOS電路。
本發(fā)明還涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)像素矩陣的過(guò)程。該過(guò)程包括對(duì)于檢測(cè)像素，產(chǎn)生在光敏半導(dǎo)體區(qū)的第一表面上的第一電極，第一電極包括形成金屬圖樣，該金屬圖樣被設(shè)計(jì)來(lái)收集在光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的載流子。金屬圖樣的形成用于使得整個(gè)光敏半導(dǎo)體區(qū)組成收集區(qū)域，用于收集在光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的所有載流子。
本發(fā)明還涉及用于制造光電檢測(cè)器的過(guò)程，該光電檢測(cè)器包括檢測(cè)像素矩陣和由該檢測(cè)像素檢測(cè)的載流子的讀取電路。光電檢測(cè)器制造過(guò)程包括在讀取電路上形成介電層，在該介電層中插入電連接部分。電連接部分包括開口在該介電層的第一表面上的第一端，以及開口在與第一表面相對(duì)的第二表面上的第二端；使用讀取電路的導(dǎo)體接觸短截線來(lái)電連接所述電連接部分的第一端。
在所述電連接部分的第二端上形成電接觸。
在介電層和電接觸上淀積光敏半導(dǎo)體層。
按照這樣一種方式來(lái)淀積所有的金屬圖樣，使得形成矩陣的檢測(cè)像素。檢測(cè)像素包括具有第一表面和第二表面的光敏半導(dǎo)體區(qū)，其中第一表面由具有金屬圖樣的第一電極覆蓋，第二表面由第二電極覆蓋，該第二電極由電接觸組成。該金屬圖樣的形狀用于使得整個(gè)光敏半導(dǎo)體區(qū)組成收集區(qū)，用于收集在光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的所有載流子。
形成一組導(dǎo)體連接部分，該導(dǎo)體連接部分將金屬圖樣連接到電接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一特性，用于制造光電檢測(cè)器的過(guò)程包括在淀積所有金屬圖樣之前，以連續(xù)的方式在光敏半導(dǎo)體層上淀積擴(kuò)散勢(shì)壘層和淀積摻P半導(dǎo)體層。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，在淀積所有金屬圖樣之前，在光敏半導(dǎo)體層形成部分，該部分使得至少一個(gè)檢測(cè)像素與至少一個(gè)鄰近像素分開。
根據(jù)本發(fā)明的又一特性，所屬導(dǎo)體連接部分形成在該部分中。
根據(jù)本發(fā)明的光電設(shè)備是一種具有非常低的互調(diào)的防強(qiáng)光結(jié)構(gòu)，該互調(diào)允許單獨(dú)地作用(address)每個(gè)像素或每個(gè)像素塊。而且，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例選擇的材料允許老化大大降低且提高動(dòng)態(tài)性能。所獲得的二極管更快速，相對(duì)于時(shí)間更加穩(wěn)定，且可以防嚴(yán)重的本地強(qiáng)光。這導(dǎo)致在性能上有明顯地提高。另外，該結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程簡(jiǎn)單且具有魯棒性。
在檢測(cè)像素的表面上形成的金屬圖樣被設(shè)計(jì)來(lái)很好地收集在像素體中產(chǎn)生的所有載流子。優(yōu)選地，檢測(cè)像素的整個(gè)光敏半導(dǎo)體區(qū)因此組成一個(gè)收集區(qū)，用于收集在光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的所有載流子。載流子收集區(qū)是這樣一種區(qū)域，在該區(qū)域中，所產(chǎn)生的任何載流子基本上確信被電極收集，在該區(qū)域之外收集所產(chǎn)生的載流子的可能性基本上為零。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，電場(chǎng)線集中在像素的中心，從而允許流出在像素中心檢測(cè)的載流子。因此，可以避免所檢測(cè)的載流子進(jìn)行任何側(cè)面散射。
本發(fā)明允許交叉連接每個(gè)檢測(cè)像素。從而交叉連接防止例如過(guò)多的負(fù)載到達(dá)鄰近像素。這導(dǎo)致圖像分辨率提高。頂電極金屬圖樣組成可對(duì)載流子進(jìn)行有效收集的等勢(shì)線。而且，由于頂電極不必須是公共的，所以還可以單獨(dú)地作用于每個(gè)像素。從而，可以分別組成紅、綠和藍(lán)色的像素的三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。另外，使用多晶硅來(lái)組成光敏材料，可以使得相對(duì)于時(shí)間的穩(wěn)定性、速度以及光電轉(zhuǎn)換的效率大大增強(qiáng)。這種材料對(duì)大光強(qiáng)具有特別的抵抗性，并且其當(dāng)前密度很低，使得可以大大提高驅(qū)動(dòng)負(fù)載的動(dòng)力。利用此種材料獲得的剩磁低于利用標(biāo)準(zhǔn)材料獲得的剩磁，其允許以非常高的頻率工作。因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的技術(shù)可兼容于現(xiàn)有CMOS讀取電路的較廣范圍，既包括模擬電路也包括數(shù)字電路。
優(yōu)選地，本發(fā)明使得能夠避免像素的強(qiáng)光，而且可以及時(shí)獲得快速的非常穩(wěn)定的圖像，該圖像對(duì)強(qiáng)光(爆炸、很大的放大，很大的集中等)具有抵抗性。由于每個(gè)像素可被單獨(dú)化，所以可以對(duì)有缺陷的像素進(jìn)行校正，從而利用較小的光照來(lái)均勻化圖像。還可以執(zhí)行在成像器中集成的圖像處理(智能視網(wǎng)膜)和/或需要單獨(dú)訪問(wèn)每個(gè)光電管的兩個(gè)電極的任何操作。
本發(fā)明考慮一種應(yīng)用，該應(yīng)用特別有利于產(chǎn)生其直徑約為幾微米的像素，因?yàn)樵谙袼刂泄馍妮d流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度使得可以容易地實(shí)現(xiàn)頂電極的金屬圖樣。這是本發(fā)明的一個(gè)最本質(zhì)的方面。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明，比較清楚的是，使用透明導(dǎo)體氧化物和優(yōu)選專門由CMOS技術(shù)中通常使用的金屬制成的頂電極。


在讀取本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例之后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中圖1表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的成像器的第一實(shí)例；圖2表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的成像器的第二實(shí)例；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的成像器的剖面圖；圖4A和4B分別表示根據(jù)本發(fā)明的成像器的第一像素實(shí)例的透視圖和頂視圖；圖5表示根據(jù)圖4A和4B中描述的實(shí)例的成像器的一組像素的頂視圖；圖6A和6B分別表示根據(jù)圖5中的實(shí)例分組的成像器的一組像素的頂視圖和部分截面圖；圖7A到7E表示呈現(xiàn)不同電極幾何圖形的像素組的頂視圖；圖8A到8D表示用于制造根據(jù)本發(fā)明的光電檢測(cè)器的工序的步驟；圖9表示本發(fā)明的特定實(shí)施例。
在所有附圖中，相同的標(biāo)示描述相同的元件。
發(fā)明詳述圖3表示根據(jù)本發(fā)明的成像器的剖面圖。
在基板17上設(shè)置介電層18，在介電層18中形成電連接部分19a、19b、19c和19d，其中基板17可以是例如CMOS型讀取電路。該電連接部分19a、19b、19c和19d連接到所述讀取電路的接觸短截線(圖3中沒(méi)有示出)。在介電層18的表面上形成多個(gè)檢測(cè)像素。每個(gè)檢測(cè)像素包括由兩個(gè)電極包圍的光敏半導(dǎo)體區(qū)22。導(dǎo)體性擴(kuò)散勢(shì)壘區(qū)20(例如，TiN層)和導(dǎo)體接觸21(例如，摻n半導(dǎo)體層)組成第一電極，該第一電極與插入介電層中的電連接部分(19b、19d)相接觸地形成。半導(dǎo)體區(qū)22是由例如非摻雜型非晶硅或非摻雜型多晶硅制成的光敏區(qū)。優(yōu)選地但非強(qiáng)制性地，光敏區(qū)22由透明導(dǎo)體擴(kuò)散勢(shì)壘23(例如，加氫炭化硅)和放置在擴(kuò)散勢(shì)壘23上的另一摻P半導(dǎo)體層24覆蓋。例如，根據(jù)PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)技術(shù)，通過(guò)由等離子體協(xié)助對(duì)(CH3)3Si進(jìn)行分解來(lái)提供層24。金屬圖樣26覆蓋層24的表面，且組成檢測(cè)像素的第二電極。
圖樣26例如由Al、Cu、Cr、Ni、W、Ti、TiW、Mo、In、Pt、Pd、Au或Tin，或者對(duì)導(dǎo)體而言為優(yōu)化的金屬的合金或組合。對(duì)于每個(gè)像素，利用連接到在介電層18中形成的金屬連接部分19a、19c的側(cè)導(dǎo)體連接部分27來(lái)延伸電極26。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，像素或像素組利用筆直區(qū)域25彼此分開，如圖3所示。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，像素不會(huì)利用區(qū)域25分開，而是連續(xù)的。在后一種情況下，當(dāng)光生載流子必須覆蓋來(lái)重新加入電極的距離被選擇為例如小于載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度的4倍時(shí)，兩種像素之間的距離被選擇為例如大于光生載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度的5倍。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的成像器不包括像素之間的介電媒質(zhì)，并且在輸出上，不可能產(chǎn)生比如上述的泄漏電流。而且，光敏材料優(yōu)選由非晶硅或多晶硅制成，以便增加穩(wěn)定性和提高工作速度。
圖4A和4B分別表示根據(jù)本發(fā)明的成像器的第一像素實(shí)例的透視圖和頂視圖。
根據(jù)圖4A和4B中的實(shí)例，像素具有六邊形形狀，且覆蓋層24的電極26具有星形形狀，其中三個(gè)分支彼此互成120度。兩個(gè)分支只能部分延伸到層24的表面，而第三個(gè)分支可以在整個(gè)表面上延伸，以便連接到連接于介電層18中的金屬連接部分19a的側(cè)導(dǎo)體連接部分27(圖4A-4B中沒(méi)有示出)。電極26收集載流子。電極26的星形形狀有利于允許將電場(chǎng)線集中到像素的中心，并且在輸出上，防止負(fù)載的側(cè)擴(kuò)散。而且，摻P層24和電極26之間的接觸部分之間的弱電阻使得能夠獲得相對(duì)于響應(yīng)速度和噪聲而言具有三個(gè)良好的性能水平的檢測(cè)器。而且，用來(lái)形成電接觸部分(電極、基板連接部分等)的金屬優(yōu)選地兼容于標(biāo)準(zhǔn)CMOS過(guò)程。因此，可以例如使用鋁、氮化鈦、鎢或氮化鎢電連接電極。
包含電極26的分支優(yōu)選由很薄的導(dǎo)軌構(gòu)成，例如，該導(dǎo)軌小于0.3微米或者甚至更小。電極26僅僅覆蓋層24的一很小區(qū)域，這樣，僅僅阻止很小一部分光穿透到有源區(qū)。
圖5表示如圖4A和4B所示的成像器的一組像素的頂視圖。像素的組合呈現(xiàn)蜂窩型結(jié)構(gòu)。保持這樣結(jié)構(gòu)，除了其它原因之外，其原因還在于這種結(jié)構(gòu)允許避免太尖銳并且導(dǎo)致電場(chǎng)局部增強(qiáng)的角度。例如，所表示的三個(gè)像素對(duì)應(yīng)于三種基色紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)。具有讀取電路的頂電極的連接點(diǎn)位于六邊形的角上。即使這樣，因?yàn)樵谕ǔ７绞较?，?shí)際上是根據(jù)存在于介電層之下的讀取電路來(lái)選擇連接點(diǎn)的位置，所以其它的結(jié)構(gòu)也是可以的。
圖6A和6B分別表示根據(jù)圖5中的實(shí)例分組的成像器的一組像素的頂視圖和部分截面圖。使用側(cè)連接部分27和形成在介電層18中的電連接部分來(lái)將頂電極26連接到基板17的電接觸短截線E1，以及將底電極20、21連接到基板17的電接觸短截線E2。
圖7A到7E表示可以用于頂電極的各種幾何圖形的不同實(shí)例。正如上面所述的，設(shè)計(jì)頂電極26，使得最優(yōu)化載流子的收集同時(shí)最小化光學(xué)吸收。這樣，為此來(lái)選擇構(gòu)成電極26的導(dǎo)軌的寬度(例如小于0.3微米，以及如上述所述的)。而且，定位導(dǎo)軌，使得將電場(chǎng)線集中到像素的中心，這樣允許最大程度地將載流子流到像素的中心。
圖7A和7B表示兩個(gè)星形電極的變型。圖7A表示具有上述三個(gè)分支的變型。圖7B表示六分支的變型，兩個(gè)相鄰分支之間具有60度的角度。
圖7C和7D表示冠狀電極的兩個(gè)變型。根據(jù)圖7C的變型，電極26包括中心環(huán)形部分28和連接到環(huán)形部分28的直線部分29。直線部分29位于環(huán)形部分28所限定的表面的外部，并且以直角切割環(huán)形部分28。
根據(jù)圖7D的變型，電極26包括兩個(gè)中心環(huán)形部分和一個(gè)直線部分。中心環(huán)形部分30、31是同心的，并且兩者以直角連接到直線部分29。也可以采用包括多于兩個(gè)環(huán)形部分或者冠狀的電極圖樣。在更通常的方式下，實(shí)際上，使得環(huán)形部分的大小和數(shù)量適應(yīng)像素的大小和材料中的載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度。
根據(jù)本發(fā)明，將像素的光敏半導(dǎo)體區(qū)的大小選擇在載流子的大約幾個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度。在圖7C所示的情況中，冠狀28的直徑例如可以等于載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的三倍，并且在圖7D的情況中，例如，可以以等于三倍載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度的距離來(lái)分開冠狀。
圖7E表示蜘蛛網(wǎng)狀電極。例如，電極26包括兩個(gè)六邊形部分和六個(gè)直線部分。將兩個(gè)六邊形部分中的一個(gè)放置在另一個(gè)之中，并且設(shè)置六個(gè)直線部分，使得兩個(gè)相鄰部分彼此構(gòu)成60度的角度。正如上面所指出的，根據(jù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整大小。
圖8A到8D表示根據(jù)本發(fā)明用于制造光電檢測(cè)器的過(guò)程的實(shí)例的不同階段。首先，在讀取電路17上形成介電層18，其中電連接部分19a、19b、19c和19d插入在介電層18中(見圖8A)。讀取電路可以是如圖8A-8D所示的平坦表面，或者是非平坦表面。然后在電連接部分19a、19b、19c和19d上形成電接觸部分(擴(kuò)散勢(shì)壘區(qū)20和可能具有的導(dǎo)體接觸部分21)，以便形成電極(見圖8B)。然后，在介電層18上設(shè)置本征半導(dǎo)體層，然后可能設(shè)置擴(kuò)散勢(shì)壘層和摻P導(dǎo)體層。根據(jù)圖8A-8D所示的實(shí)例，然后，蝕刻摻P半導(dǎo)體層、擴(kuò)散勢(shì)壘層和光敏半導(dǎo)體層，以便形成由區(qū)域25彼此隔開的一組像素(圖8C)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例(在圖中沒(méi)有示出)。不蝕刻摻P半導(dǎo)體層、擴(kuò)散勢(shì)壘層和光敏半導(dǎo)體層，從而像素沒(méi)有由所述部分隔開。
然后，在像素表面上形成金屬圖樣26，并且使用側(cè)導(dǎo)體連接部分27將金屬圖樣26連接到插入在介電層18中的金屬連接部分(見圖8D)。首先通過(guò)淀積金屬層，然后通過(guò)蝕刻由此放置的金屬層以便形成電極圖樣，從而執(zhí)行表面電極26的形成。側(cè)電連接部分27形成在區(qū)域25中。在沒(méi)有將像素彼此隔開的區(qū)域的情況中(圖中沒(méi)有示出)，根據(jù)金屬化孔的已知技術(shù)來(lái)執(zhí)行側(cè)電連接部分27。
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，可以互連幾個(gè)相鄰像素的金屬圖樣26。作為非限定的例子，在六邊形像素結(jié)構(gòu)(例如，如圖9所示的結(jié)構(gòu))的情況中，可以使用位于相鄰像素之間的電連接部分C來(lái)連接幾個(gè)金屬圖樣26。因此，可以將接觸部分C連接到同一頂導(dǎo)體接觸短截線P1，同時(shí)底電極20、21連接到底導(dǎo)體接觸短截線P2。對(duì)幾個(gè)相鄰像素的表面電極26進(jìn)行分組允許平滑和過(guò)濾圖像。因此可以消除由技術(shù)波動(dòng)而引起的圖像的連續(xù)背景噪聲和組成性能的變化。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)像素的矩陣，檢測(cè)像素包括具有第一表面和第二表面的光敏半導(dǎo)體區(qū)(22)，其中所述第一表面由第一電極(26)覆蓋，所述第二表面位于所述第一表面的相對(duì)端且由第二電極(20；21)覆蓋；光敏半導(dǎo)體區(qū)(22)允許將作用在所述第一表面上的光子轉(zhuǎn)換成載流子；所述第一電極包括收集在所述光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的載流子的金屬圖樣(26)，其特征在于，該金屬圖樣的形狀使得整個(gè)光敏半導(dǎo)體區(qū)組成收集區(qū)，用于收集在所述光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的所有載流子。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，所述金屬圖樣(26)的形狀被形成為使得所述檢測(cè)像素的光敏半導(dǎo)體區(qū)中的所有點(diǎn)距離該金屬圖樣這樣一個(gè)距離，該距離小于所述光敏半導(dǎo)體區(qū)的材料中的載流子的分布長(zhǎng)度的4倍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，所述檢測(cè)像素被分組成多個(gè)塊，每個(gè)檢測(cè)像素塊由其金屬圖樣彼此互相電連接的多個(gè)鄰近檢測(cè)像素組成。
4.如前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，溝槽(25)將至少一個(gè)檢測(cè)像素和至少一個(gè)鄰近檢測(cè)像素分開。
5.如前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，檢測(cè)像素的所述第一表面是六邊形。
6.如前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，所述金屬圖樣(26)的形狀用于使所述載流子流入所述檢測(cè)像素的中心區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，金屬圖樣(26)包括具有幾個(gè)分支的一組星形導(dǎo)軌，該星形的中心被設(shè)置在第一表面的中心處。
8.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，金屬圖樣包括至少一個(gè)圓形導(dǎo)軌和至少一個(gè)直線導(dǎo)軌，該直線導(dǎo)軌以直角將所述圓形導(dǎo)軌割開，所述圓形導(dǎo)軌的中心被設(shè)置在所述第一表面的中心處。
9.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，金屬圖樣包括至少一個(gè)六邊形的導(dǎo)軌以及至少一個(gè)直線導(dǎo)軌，該六邊形導(dǎo)軌以所述第一表面的中心為中心，該至少一個(gè)直線導(dǎo)軌穿過(guò)該六邊形的中心以及相對(duì)于該中心對(duì)稱的兩個(gè)頂點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求7到9中任何一個(gè)所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，所述導(dǎo)軌的寬度遠(yuǎn)小于0.3微米。
11.如前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，所述金屬圖樣(26)是Al、Cu、Cr、Ni、W、Ti、TiW、Mo、In、Pt、Pd、Au或Tin，或者是從前述金屬選出的金屬合金。
12.如前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，所述第二電極由電接觸部分(21)和擴(kuò)散勢(shì)壘層(20)組成。
13.如前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，在所述光敏半導(dǎo)體區(qū)(22)的所述第一表面和所述第一電極的金屬圖樣(26)之間，檢測(cè)像素包括與所述第一表面接觸的擴(kuò)散勢(shì)壘層(23)以及覆蓋該擴(kuò)散勢(shì)壘層的摻P半導(dǎo)體層(24)。
14.如前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的檢測(cè)像素的矩陣，其特征在于，所述光敏半導(dǎo)體區(qū)(22)是非晶硅或多晶硅。
15.一種光電檢測(cè)器，該光電檢測(cè)器包括檢測(cè)像素矩陣和由該檢測(cè)像素檢測(cè)的載流子的讀取電路(17)，其特征在于，所述檢測(cè)像素矩陣是一個(gè)在介電層(18)上形成的根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的矩陣，在該介電層中插入電連接部分(19a，19b，19c，19d)；至少一個(gè)檢測(cè)像素具有使用金屬連接部分(27)連接到第一電連接部分(19a，19c)的第一電極的金屬圖樣(26)以及電連接到第二電連接部分(19b，19d)的所述第二電極(20，21)。
16.如權(quán)利要求15所述的光電檢測(cè)器，其特征在于，在所述讀取電路(17)上直接形成所述介電層(18)。
17.如權(quán)利要求15或16所述的光電檢測(cè)器，其特征在于，所述讀取電路是CMOS電路。
18.一種用于制造檢測(cè)像素矩陣的過(guò)程，該過(guò)程包括對(duì)于檢測(cè)像素，產(chǎn)生在光敏半導(dǎo)體區(qū)的第一表面上的第一電極，該第一電極包括形成金屬圖樣(26)，該金屬圖樣被設(shè)計(jì)來(lái)收集在所述光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的載流子，其特征在于，整個(gè)所述光敏半導(dǎo)體區(qū)組成收集區(qū)，用于收集在所述光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的所有載流子。
19.如權(quán)利要求18所述的過(guò)程，其特征在于，所述金屬圖樣被形成為使得所述檢測(cè)像素的光敏半導(dǎo)體區(qū)中的所有點(diǎn)距離該金屬圖樣這樣一個(gè)距離，該距離小于所述光敏半導(dǎo)體區(qū)的材料中的載流子的分布長(zhǎng)度的4倍。
20.如權(quán)利要求18或19所述的過(guò)程，其特征在于，包括形成部分(25)，該部分將至少一個(gè)檢測(cè)像素和至少一個(gè)鄰近檢測(cè)像素分開。
21.如權(quán)利要求17或18所述的過(guò)程，其特征在于，所述金屬圖樣(26)被形成來(lái)使所述載流子流入所述像素的中心區(qū)域。
22.用于制造光電檢測(cè)器的過(guò)程，該光電檢測(cè)器包括檢測(cè)像素矩陣和由該檢測(cè)像素檢測(cè)的載流子的讀取電路(17)，其特征在于，所述光電檢測(cè)器制造過(guò)程包括-在所述讀取電路(17)上形成介電層(18)，在該介電層中插入電連接部分(19a，19b，19c，19d)，電連接部分包括開口在該介電層的第一表面上的第一端，以及開口在與該第一表面相對(duì)的所述介電層的第二表面上的第二端；使用所述讀取電路(17)的導(dǎo)體接觸板來(lái)電連接所述電連接部分的第一端；-在所述電連接部分的第二端上形成電接觸(20)；-在所述介電層(18)和所述電接觸(20)上淀積光敏半導(dǎo)體層；-按照這樣一種方式來(lái)淀積所有的金屬圖樣(26)，使得形成所述矩陣的檢測(cè)像素，該檢測(cè)像素包括具有第一表面和第二表面的所述光敏半導(dǎo)體區(qū)(22)，其中所述第一表面由包括金屬圖樣(26)的第一電極覆蓋，所述第二表面由第二電極覆蓋，該第二電極由電接觸(20)組成，該金屬圖樣的形狀使得所述檢測(cè)像素的整個(gè)所述光敏半導(dǎo)體區(qū)組成收集區(qū)，用于收集在所述檢測(cè)像素的所述光敏半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的所有載流子；-形成一組導(dǎo)體連接部分(27)，該導(dǎo)體連接部分(27)將金屬圖樣(26)連接到電接觸(20)。
23.如權(quán)利要求22所述的過(guò)程，其特征在于，所述過(guò)程包括在淀積所有金屬圖樣(26)之前，以連續(xù)的方式在所述光敏半導(dǎo)體層上淀積擴(kuò)散勢(shì)壘層和淀積摻P半導(dǎo)體層。
24.如權(quán)利要求22或23所述的過(guò)程，其特征在于，在淀積所有金屬圖樣(26)之前，在所述光敏半導(dǎo)體層形成部分(25)，該部分使得至少一個(gè)檢測(cè)像素與至少一個(gè)鄰近檢測(cè)像素分開。
25.如權(quán)利要求24所述的過(guò)程，其特征在于，所述導(dǎo)體連接部分(27)形成在所述部分(25)中。
26.如權(quán)利要求22到25中任何一個(gè)所述的過(guò)程，其特征在于，所述金屬圖樣(26)被形成來(lái)使所述載流子流入所述檢測(cè)像素的中心區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及檢測(cè)像素矩陣以及光電檢測(cè)器，該光電檢測(cè)器包括檢測(cè)像素矩陣和由該矩陣的檢測(cè)像素檢測(cè)的負(fù)載的讀取電路(17)。該檢測(cè)像素包括具有第一表面和第二表面的光敏半導(dǎo)體區(qū)(22)，其中所述第一表面由第一電極(26)覆蓋，所述第二表面位于所述第一表面的相對(duì)端且由第二電極(20；21)覆蓋；所述第一電極(26)包括能夠收集由檢測(cè)像素產(chǎn)生的電負(fù)載的金屬圖樣。本發(fā)明例如被應(yīng)用來(lái)形成在掃描儀、光電裝置和數(shù)碼相機(jī)中使用的傳感器。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK1757116SQ200480006149
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者希里爾·圭得賈, 諾貝特·穆西 申請(qǐng)人:原子能委員會(huì)