紫外半導(dǎo)體傳感器裝置和測量紫外輻射的方法
【專利說明】紫外半導(dǎo)體傳感器裝置和測量紫外輻射的方法
[0001]硅光電二極管能夠被用于檢測具有200nm至400nm范圍內(nèi)的波長的UV(紫外)輻射。在用于常規(guī)光學(xué)封裝的塑料或玻璃中的吸收阻止了整個范圍的紫外光到達(dá)封裝內(nèi)部的光電二極管。
[0002]US 2006/0038249 Al公開了一種UV傳感器設(shè)備，其包括陰極層和形成在陰極層的表面處的陽極層。位于由陰極層和兩個陽極層形成的Pn結(jié)之間的陰極層的一部分被設(shè)置為光接收區(qū)域。
[0003]US 8 084 728 B2公開了一種光學(xué)感測裝置，其具有多個光電二極管元件以及多腔法布里-珀羅環(huán)境光濾光器結(jié)構(gòu)。該裝置提供對700nm至IlOOnm范圍內(nèi)的波長的紅外光的阻擋。
[0004]US 2009/0184254 Al公開了一種包括一對光電二極管的紫外傳感器，其中，由具有低摻雜濃度的薄層分開在硅中形成的P+型層和η +型層。在光電二極管之一上形成包括氮化硅的濾光器膜，以透射至少具有第一 UV波長的輻射。覆蓋另一光電二極管和濾光器膜的密封層透射至少具有不同的第二 UV波長的輻射。
[0005]導(dǎo)引通過半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體主體的導(dǎo)電互連被稱為通過晶片通孔(through-wafer via)或通過襯底通孔(through-substrate via)。在 US 2010/0123254AUUS 2010/0314762 AUUS 2011/0260284 Al 和 US 2012/0286430 Al 中公開了包括通過晶片通孔或通過襯底通孔的半導(dǎo)體裝置。
[0006]本發(fā)明的一個目的是公開一種適于測量紫外范圍內(nèi)的輻射的半導(dǎo)體傳感器裝置。另一目的是公開一種具有增強(qiáng)的靈敏度或響應(yīng)度的測量紫外輻射的方法。
[0007]使用根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體傳感器裝置以及使用根據(jù)權(quán)利要求12的測量紫外輻射的方法來實(shí)現(xiàn)這些目的。各實(shí)施例和變型來源于從屬權(quán)利要求。
[0008]半導(dǎo)體傳感器裝置包括具有主表面的半導(dǎo)體襯底。光電二極管和另一光電二極管被布置在襯底中在主表處或主表面附近。光電二極管響應(yīng)于入射福射生成電信號，并且另一光電二極管響應(yīng)于入射福射生成另一電信號。以這樣的方式來形成和布置光電二極管以及另一光電二極管:使得在入射紫外輻射的情況下，來自光電二極管的電信號大于來自另一光電二極管的另一電信號。特別地，第一光電二極管可以比另一光電二極管對紫外輻射更敏感。通過該另一電信號來衰減來自光電二極管的電信號被，從而產(chǎn)生主要測量入射紫外輻射的電信號。因此，該測量包括由第一光電二極管響應(yīng)于入射輻射生成的電信號，以及由另一光電二極管同時生成的另一電信號來衰減該電信號。例如，可以由集成電路在傳感器裝置上內(nèi)部地以該方式處理來自光電二極管的電信號和來自另一光電二極管的另一電信號，或者可以通過單獨(dú)地取出這兩個電信號以及由外部裝置處理該電信號來外部地執(zhí)行由另一電信號對該電信號的衰減。特別地，可以以這樣的方式耦合光電二極管和另一光電二極管:通過該另一電信號來衰減來自光電二極管的電信號，從而產(chǎn)生主要測量入射紫外福射的電信號。
[0009]在半導(dǎo)體傳感器裝置的實(shí)施例中，衰減包括從由光電二極管生成的電信號中減去由另一光電二極管生成的另一電信號。
[0010]在另一實(shí)施例中，集成電路被布置在襯底中，并且被設(shè)置成通過由另一光電二極管生成的另一電信號來衰減由光電二極管生成的電信號。
[0011]另一實(shí)施例還包括在不減少或抑制到光電二極管的入射紫外輻射的透射的情況下，減少或抑制到另一光電二極管的入射紫外輻射的透射。例如，濾光器層可以為氮化硅或多晶娃。
[0012]另一實(shí)施例還包括在襯底中在主表面處或主表面附近形成的第一導(dǎo)電類型的摻雜阱，以及布置在摻雜阱中或摻雜阱處的Pn結(jié)，該pn節(jié)形成光電二極管和另一光電二極管。
[0013]在另一實(shí)施例中，襯底被摻雜成與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，并且在摻雜阱中存在第一導(dǎo)電類型的凈摻雜，并且該凈摻雜形成Pn結(jié)。
[0014]在另一實(shí)施例中，襯底被設(shè)置有摻雜成與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的外延層。該外延層形成主表面，并且摻雜阱被布置在該外延層內(nèi)。在摻雜阱中存在第一導(dǎo)電類型的凈摻雜，并且該凈摻雜形成Pn結(jié)。
[0015]另一實(shí)施例還包括布置在摻雜阱內(nèi)的與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)域。pn結(jié)形成在摻雜阱與摻雜區(qū)域之間的邊界處。
[0016]在另一實(shí)施例中，另一光電二極管的摻雜區(qū)域包括朝向主表面增大的摻雜濃度，從而形成具有減小的電荷載流子擴(kuò)散長度的表面死層。
[0017]測量紫外福射的方法使用光電二極管和另一光電二極管，以響應(yīng)于入射福射而同時生成來自光電二極管的電信號和來自另一光電二極管的另一電信號。以這樣的方式來設(shè)置光電二極管和另一光電二極管:在入射紫外福射的情況下，來自光電二極管的電信號大于來自另一光電二極管的另一電信號。通過該另一電信號來衰減來自光電二極管的電信號，以產(chǎn)生主要測量入射紫外輻射的電信號。
[0018]在該方法的變型中，通過減去另一電信號衰減來自光電二極管的電信號。
[0019]在該方法的另一變型中，應(yīng)用濾光器層，該濾光器層在不減少或抑制到光電二極管的入射紫外輻射的透射的情況下減少或抑制到另一光電二極管的入射紫外輻射的透射。
[0020]在該方法的另一變型中，應(yīng)用濾光器層，該濾光器層減少或抑制到光電二極管和另一光電二極管的入射非紫外輻射的透射。
[0021]以下是半導(dǎo)體傳感器裝置以及測量紫外輻射的方法的示例的詳細(xì)描述。
[0022]圖1是具有集成光電二極管的半導(dǎo)體傳感器裝置的示意性橫截面。
[0023]圖2是用于包括不同結(jié)構(gòu)的光電二極管的實(shí)施例的根據(jù)圖1的橫截面。
[0024]圖3是用于包括相同結(jié)構(gòu)的光電二極管的實(shí)施例的根據(jù)圖1的橫截面。
[0025]圖4是用于具有另一濾光器層的實(shí)施例的根據(jù)圖3的橫截面。
[0026]圖5是用于具有不同濾光器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的根據(jù)圖4的橫截面。
[0027]圖6是用于包括不同結(jié)構(gòu)的光電二極管的另一實(shí)施例的根據(jù)圖2的橫截面。
[0028]圖7是用于包括相同結(jié)構(gòu)的光電二極管的另一實(shí)施例的根據(jù)圖3的橫截面。
[0029]圖8是用于具有不同濾光器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的根據(jù)圖7的橫截面。
[0030]圖9是用于包括不同結(jié)構(gòu)的光電二極管的另一實(shí)施例的根據(jù)圖6的橫截面。
[0031]圖10是用于包括相同結(jié)構(gòu)的光電二極管的另一實(shí)施例的根據(jù)圖9的橫截面。
[0032]圖11是用于具有不同濾光器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的根據(jù)圖10的橫截面。
[0033]圖12是包括通過襯底通孔的另一實(shí)施例的橫截面。
[0034]圖1是包括具有兩個集成光電二極管2、3的半導(dǎo)體襯底I的半導(dǎo)體傳感器裝置的示意性橫截面。為了便于引用光電二極管，光電二極管2和另一光電二極管3將在下文中分別被指定為通道A光電二極管2和通道B光電二極管3。限定詞“通道A”和“通道B”不表征光電二極管的結(jié)構(gòu)或物理特性，而只指示各光電二極管被設(shè)置成產(chǎn)生不同的電信號，一個作為通道A信號被傳輸，另一個作為通道B信號被傳輸。
[0035]光電二極管2、3被設(shè)置有對入射電磁輻射26不同的響應(yīng)度或不同的靈敏度。通道A光電二極管2響應(yīng)紫外輻射并且也可以響應(yīng)如可見光或紅外光的其它波長的電磁輻射。通道B光電二極管3主要響應(yīng)紫外輻射范圍之外的波長的電磁輻射。響應(yīng)于入射紫外輻射，不同的響應(yīng)度或靈敏度產(chǎn)生由光電二極管2、3生成的不同電信號，來自通道A光電二極管2的電信號大于來自通道B光電二極管3的電信號。對光電二極管2、3兩者，響應(yīng)于其它波長而生成的電信號優(yōu)選地相同或者至