具有濾光器的紫外傳感器的制造方法
【專利說明】具有濾光器的紫外傳感器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求根據35U.S.C.§ 119(e)要求2014年5月23日提交的題目為“具有濾光器的紫外傳感器”的美國臨時申請?zhí)?2/002，211的權益。美國臨時申請?zhí)?2/002，211以全部內容通過引用并入于此。
【背景技術】
[0003]電子設備，例如智能電話，平板電腦，數字媒體播放器等等，越來越多地采用光傳感器來控制該設備提供的一系列功能的操作。例如，光傳感器可用于電子設備以探測環(huán)境狀況，例如環(huán)境照明條件以控制設備顯示屏的亮度。典型的光傳感器采用光度感應器，例如光電二極管，光電晶體管等，其將接收到的光轉換為電信號(例如，電流或電壓)。

【發(fā)明內容】

[0004]光傳感器被描述為包括在光電探測器上放置的濾除可見和紅外光波長而允許感測紫外(UV)波長的濾光器。在一個或多個實施方式中，光傳感器包括包含襯底的半導體器件(例如，管芯)。光電探測器(例如，光電二極管，光電晶體管等)形成在襯底內臨近襯底的表面。在一個或多個實施方式中，襯底包括絕緣體上娃襯底(silicon on insulatorsubstrate，SOI)，例如在絕緣體上娃薄膜襯底(thin film silicon on insulator,TFS0I) o濾光器(例如，吸收濾光片，干涉濾光片，平通濾光器(flat pass filter),基于 McKinlay-Diffey 紅斑作用光譜的濾光器(McKinlay-Diffey Erythema Act1nSpectrum-based filter))放置于光電探測器上。濾光器設置為從光傳感器接收的光中濾除紅外光和可見光從而至少基本上阻止紅外光和可見光到達光電探測器。S0I襯底的厚度是可定制的，以改變接收到的UV/可見光波長的比例。
[0005]“
【發(fā)明內容】
”部分以簡要的形式有選擇性地介紹了在“詳細描述”中將進一步闡述的一些概念。本
【發(fā)明內容】
部分不是為了定義所要求保護主題的關鍵特征或本質特征，也不是為了作為確定所要求保護主題范圍的補充。
【附圖說明】
[0006]“詳細描述”部分參照附圖進行描述。說明書和附圖中不同的實例中使用相同附圖標記用來表示相似或相同部件。
[0007]圖1是根據本發(fā)明的一個實施例的紫外(UV)傳感器的概略性截面圖。
[0008]圖2是根據本發(fā)明的一個實施例的用于UV傳感器的濾光器在多個波長范圍內的傳輸響應圖。
[0009]圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的用于UV傳感器的多個基于McKinlay-Diffey紅斑作用光譜的濾光器在多個波長范圍內傳輸響應的線性刻度圖。
[0010]圖4是根據本發(fā)明的一個實施例的用于UV傳感器的多個基于McKinlay-Diffey紅斑作用光譜的濾光器在多個波長范圍內傳輸響應的對數刻度圖。
[0011]圖5是在一個制造根據本發(fā)明的光傳感器的示例實施方式中說明示例方法的流程圖，所述光傳感器具有位于具有SOI襯底的光探測器上的濾光器。
[0012]詳細描述
[0013]臟
[0014]為了濾光，光傳感器可采用阻擋濾光器以降低特定波長或一系列波長的傳輸，而使剩余波長通過而到達光傳感器的光電探測器。紫外(UV)傳感器設定為探測位于約280nm至約400nm紫外波譜范圍內的光。UV傳感器的襯底有助于成本、量子效率(QE)，以及從光電探測器濾除的不需要波長的量。
[0015]光傳感器被描述為包括在光電探測器上放置的濾除可見光波長和紅外波長而允許感應紫外(UV)波長的濾光器。在一個或多個實施方式中，光傳感器包括包含襯底的半導體器件(例如，管芯)。光電探測器(例如，一個或多個光電二極管，光電晶體管等)形成在襯底內臨近襯底的表面上。在一個或多個實施方式中，襯底包括絕緣體上硅襯底(S0I)，例如在絕緣體上的硅薄膜(TFS0I)襯底。SOI的厚度可以影響光電探測器探測到的可見光量。例如，與較薄的SOI層相比，較厚的SOI層通常有利于探測更寬光譜范圍內的可見光。SOI的厚度也會影響光電探測器的量子效率，即S0I層越厚，量子效率越高。濾光器(例如，吸收濾光片，干涉濾光片，平通濾光器，基于McKinlay-Diffey紅斑作用光譜的濾光器，UVA/UVB濾光器，等等)放置于光電探測器上以濾除由光傳感器接收到的光中的紅外光和可見光從而至少基本上阻止紅外光和可見光到達光電探測器。在實施方式中，濾光器放置在襯底的表面上，且位于光電探測器上以濾除光傳感器所接收的光中的紅外光和可見光。
[0016]S0I襯底的厚度是可定制的，以改變光電探測器接收到的UV/可見光波長的比例。此外，S0I層可設置為水平接合、垂直接合、利用激光退火技術的超淺摻雜劑分布、以及利用Epi生長技術和/或刻蝕技術的超淺分布。
[0017]在下面的討論中，首先描述了包括濾光器以允許傳感器測量UV波長的光的光傳感器的具體實施例。隨后，討論用于制造該實施例光傳感器的示例方法。
實施例
[0018]圖1是根據本發(fā)明實施例的光傳感器100的不意圖。如圖所不，光傳感器100包括具有襯底102的管芯(die)的半導體器件。襯底102提供用于通過多種制造技術例如光刻法、離子注入法、沉積法、刻蝕法等等制造的一個或多個電子器件的基材。襯底102可以包括η型硅(例如，摻雜V族元素(例如，磷、砷、銻等)的硅以提供η型電荷載流子元素給硅)或ρ型硅(例如，摻雜ΙΙΙΑ族元素(例如，硼，等等)的硅以提供ρ型電荷載流子元素給硅)(圖1顯示了 Ρ型硅層104)。襯底102進一步地可以包括一個或多個絕緣層106，例如，埋置氧化物(buried oxide)層，以提供絕緣體上娃(S0I)襯底。
[0019]襯底102包括具有一個或多個光電探測區(qū)域110的光電探測器108。在圖1所示的實施例中，光電探測區(qū)域110位于將光電探測區(qū)域110與ρ型硅層104分開的兩個絕緣層106之間。襯底102的光電探測區(qū)域110可以以多種方式設置。例如，光電探測區(qū)域110可以包括感光二極管，光電晶體管等等。圖1中所示的光電探測區(qū)域110以橫向二極管布置提供，盡管如此，光電探測區(qū)域110并不限于橫向排布，也可以包含其它的或可選的排布方式，包括但不限于豎直二極管布置。例如，光電探測區(qū)域110可以設置為豎直接合或水平接合。在一個實施方式中，光電探測器108能夠探測光并對響應提供信號。光電探測區(qū)域110可基于被探測光的強度通過將光轉換為電流或電壓而提供信號。由此，一旦光電探測區(qū)域暴露于光中，大量自由電子就可以生成以產生電流。光電探測器108設置為探測紫外光譜范圍內的光。在這里，術語“光”理解為包含發(fā)生在紫外光譜范圍的電磁輻射。紫外光譜(紫外光)包含從發(fā)生在大約lOOnm至大約400nm波長范圍的電磁輻射。紫外光包括在UVA光譜，UVB光譜和UVC光譜范圍的光。UVA光譜(UVA光)包括發(fā)生在大約400nm至大約315nm波長范圍的電磁輻射。UVB光譜(UVB光)包括發(fā)生在大約315nm至大約280nm波長范圍的電磁輻射。UVC光譜(UVC光)包括發(fā)生在大約280nm至大約lOOnm波長范圍的電磁輻射。在實施例中，光電探測區(qū)域110設置為接收和探測紫外光譜的光，與IR光譜、綠光譜、藍光譜等等相比，紫外光譜的光具有相對淺的透入深度。例如，在一個實施例中，光電探測區(qū)域110的厚度為30nm以便于捕獲紫外光譜的光。由于制造技術、所使用材料的物理公差、所需要的捕獲波長等等，光電探測區(qū)域110的厚度可改變(例如，可大于或小于30nm)。
[0020]光傳感器100包含設置與襯底102的表面114相鄰近的濾光器112(圖1不出了放置在襯底102的表面114的頂部的濾光器112)。濾光器112設置為濾除光傳感器100接收的光而使限定光譜范圍波長的光(例如，波長位于第一波長和第二波長之間的光)通過后到達光電探測器108，例如到達至少一個光電探測區(qū)域110。在實施方式中，濾光器112包括配置為濾除光譜的一部分而允許光譜另一部分通過的介電材料。例如，在一個實施方式中，濾光器112包含氧化鉿濾光器材料，例如氧化鉿(IV)(例如，Η??2)，其不會顯著吸收紫外光，相反其允許UV光通過而作為UV濾光器。在一個實施方式中，濾光器112包含多層結構，例如堆疊配置的多個介電層。在圖2至圖4中示出了示例濾光器112的傳輸響應示例圖。圖2提供了示例濾光器112的與約250nm至450nm波長相對應的最小傳輸響應?？梢?，濾光器112大體阻止波長小于約280am和大于400nm的光的傳輸，而提供280nm至400nm的光的基本傳輸。圖3是示例濾光器112在約270nm至400nm波長范圍內傳輸響應的線性亥IJ度圖(三個示例濾光器112的傳輸響應分別標注為112a，112b和112c)。傳輸響應112a與基于McKinlay-Diffey紅斑作用光譜的濾光器的傳輸響應相對應，而傳輸響應112b和112c與兩個偏置的McKinlay-Diffey紅斑作用光譜濾光器的傳輸響應相對應。圖4是濾光器112在約270nm至400nm波長范圍內傳輸響應的對數刻度圖(三個示例濾光器112的傳輸響應分別標注為112a，112b和112c)。傳輸響應112a與基于McKinlay-Diffey紅斑作用光譜的濾光器的傳輸響應相對應，而傳輸響應112b和112c與兩個偏置的McKinlay-Diffey紅斑作用光譜濾光器的傳輸響應相對應。在實施例中，濾光器112設置為阻止可見光和紅外光，而允許紫外光(例如，UVA光和UVB光)通過。濾光器112可通過沉積技術，例如磁控濺射技術或其它技術，鄰近襯底102的表面114形成。在實施例中，沉積技術允許在襯底102的表面114上的濾光器的圖案化沉積。
[0021]濾光器112設置為包含吸收濾光器、干涉濾光器、平通濾光器、基于McKinlay-Diffey紅斑作用光譜的濾光器、UVA/UVB濾光器等等中一個或多個，且設置為阻止可見光和紅外光，而允許紫外光通過并到達光電探測器108。例如，濾光器112可以以光電探測器108對UVA和UVB波長具有最大響應的方式設置。在實施例中，濾光器112可設置為阻止UVA光或UVB光以使得光電探測器108可分別地探測UVB光或UVA光而形成UVB或UVA傳感器。例如，濾光器112可設置為阻止波長在400nm至315nm之間的光(UVA光譜)，而允許波長在315am至280nm之間的光(UVB光譜)通過而形成UVB傳感器。在實施例中，濾光器112將UVA和UVB光中的每一種傳輸給光電探測器108。在實施例中，濾光器112包括第一濾光器和第二濾光器，且光電探測器108包括在襯底102內的第一光電探測器和第二光電探測器，其中第一濾光器設置為阻止可見光而傳遞UVA光和UVB光給第一光電探測器，其中第二濾光器設置為阻止可見光而傳遞UVA光給第二光電探測器，以及其中，減去了第二探測