Фотодиоды и их изготовление

Авторы патента:


Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление
Фотодиоды и их изготовление

 


Владельцы патента RU 2468474:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Настоящее изобретение применимо, в частности, к детекторам для использования в системах позитронно-эмиссионной томографии (PET) и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии SPECT), устройствах оптического формирования изображений и в других системах, в которых устанавливают матрицы фотодетекторов. Лавинный фотодиод, работающий в режиме Гейгера, согласно изобретению содержит: анод; катод; первый эпитаксиальный слой, расположенный между анодом и катодом; углубленный компонент; вертикальный электрод, имеющий электрическую связь в рабочем состоянии с углубленным компонентом; и изолирующую канавку, которая окружает углубленный компонент. Также предложен способ изготовления лавинного фотодиода. Изобретение обеспечивает возможность повышения эффективности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

 

Настоящее изобретение относится к фотодиодам и, в частности, к матрицам лавинных или других фотодиодов, работающих в режиме Гейгера. Настоящее изобретение применимо, в частности, к детекторам для использования в системах позитронно-эмиссионной томографии (PET) и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT), устройствах оптического формирования изображений и в других системах, в которых устанавливают матрицы фотодетекторов.

Различные применения в медицинской и других областях основаны на возможности регистрации малоинтенсивных световых импульсов. Системы PET, например, содержат чувствительные к излучению детекторы, которые регистрируют совпадающие по времени гамма-фотоны с энергией 511 килоэлектрон-вольт (кэВ), характеризующие акты позитронного распада, имеющие место в области исследования. Детекторы содержат сцинтиллятор, который генерирует вспышки фотонов низкой энергии (обычно в пределах или вблизи видимого диапазона спектра) в ответ на принятые 511-кэВ гамма-фотоны, при этом каждая вспышка обычно содержит порядка от нескольких сотен до тысяч фотонов, разбросанных по времени в периоде порядка от нескольких десятков до сотен наносекунд (нс).

Для регистрации фотонов, порождаемых сцинтиллятором, обычно применяли фотоэлектронные умножители (ФЭУ). ФЭУ являются крупными устройствами на основе вакуумных трубок, которые работают под напряжением смещения порядка нескольких тысяч вольт. Недавно стали применять кремниевые фотоумножители (SiPM). Упомянутые SiPM, которые обычно содержат матрицу APD (лавинных фотодиодов), работающих в режиме Гейгера и выполненных на общей полупроводниковой подложке, имеют относительно большие компактность и прочность, чем сравнимые ФЭУ. Кроме того, упомянутые SiPM работают при относительно меньших напряжениях смещения, с доступными в настоящее время устройствами, работающими при напряжениях порядка около двадцати (20) до восьмидесяти (80) вольт (В).

Так как SiPM являются полупроводниковыми устройствами, то считывающую электронику КМОП-типа, например, логические или вентильные схемы, аналого-цифровые преобразователи, преобразователи времени в цифровой код и т.п. можно интегрировать на одной подложке с фотодиодами. Смотри WO 2006/111883 A2, Digital Silicon Photomultiplier for TOF-PET. Однако рабочие характеристики SiPM страдают от дефектов в активной области APD. Упомянутые дефекты обычно уменьшают введением дополнительных технологических этапов, например, дополнительных операций геттерирования и высокотемпературного отжига, в технологический процесс изготовления устройств. К сожалению, данные технологические этапы (и, в частности, высокотемпературный отжиг) могут быть несовместимыми со стандартными технологиями изготовления КМОП интегральных схем, что усложняет производство устройств.

Рабочие параметры диодной матрицы зависят также от пограничных областей диодов в матрице. В случае APD, работающих в режиме Гейгера, пограничная область может влиять на характеристики пробоя диода. В случае p-i-n-фотодиода, пограничная область может также влиять на утечку диода или темновой ток. Размер границы оказывает также влияние на эффективность на единицу площади матрицы. Для повышения эффективности на единицу площади обычно желательно уменьшать размер охранного кольца при сохранении подходящих характеристик пробоя и/или утечки.

На фиг. 1 показано сечение обычного APD, работающего в режиме Гейгера, со структурой типа n-слой на p-слое. На фиг. 2 показано сечение обычного p-i-n-фотодиода со структурой типа n-слой на p-слое. Устройства содержат относительно сильнолегированную подложку 102 p-типа, которая формирует анод диода, слаболегированный эпитаксиальный слой 104 p-типа, катод 106 n-типа и глубокую изолирующую канавку 108, наполненную поликремнием. APD, работающий в режиме Гейгера, содержит также область 110 усиления поля p-типа. APD содержит слаболегированное охранное кольцо 112. В случае p-i-n-диода, охранное кольцо 114 выполняют с использованием, так называемой, полевой пластины (field plate). В каждом случае охранные кольца 112, 114 расположены, по существу, на поверхности диода и поперечно растянуты в направлении изолирующей канавки 108. К сожалению, поперечная геометрия охранных колец ограничивает эффективность диода на единицу площади.

Аспекты настоящей заявки относятся к упомянутым и другим объектам.

В соответствии с одним аспектом, фотодиод содержит анод, катод, углубленный компонент и вертикальный электрод, имеющий электрическую связь в рабочем состоянии с углубленным компонентом.

В соответствии с другим аспектом, предлагается способ изготовления полупроводникового прибора, который содержит фотодиод. Способ содержит этап формирования глубокой изолирующей канавки в полупроводниковом материале, этап формирования компонента фотодиода в полупроводниковом материале и этап формирования электрода вдоль боковой стенки изолирующей канавки. Электрод находится в электрическом контакте с компонентом.

В соответствии с другим аспектом, кремниевый фотоумножитель содержит полупроводниковую подложку, множество лавинных фотодиодов, содержащихся на подложке, КМОП-схемы, содержащиеся на подложке, и изолирующий карман, который изолирует лавинный фотодиод от КМОП-схем. Изолирующий карман содержит вертикальный электрод, имеющий рабочее соединение с углубленным полупроводниковым слоем.

В соответствии с другим аспектом, способ изготовления кремниевого фотоумножителя содержит этап формирования множества изолирующих карманов на полупроводниковой пластине, при этом изолирующие карманы содержат вертикальный контакт, имеющий электрическую связь в рабочем состоянии с углубленным изолирующим слоем. Способ содержит также этап формирования компонента лавинного фотодиода в изолирующих карманах и, после формирования компонента, этап формирования КМОП-схем на пластине.

Другие дополнительные аспекты настоящего изобретения будут очевидны специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники после прочтения и осмысления нижеследующего подробного описания.

Изобретение можно выполнить в форме различных компонентов и комбинаций компонентов и в форме различных этапов и комбинаций этапов.

Чертежи предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не допускают их интерпретации в смысле ограничения изобретения.

Фиг. 1 - сечение APD, работающего в режиме Гейгера, в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг. 2 - сечение p-i-n-фотодиода в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг. 3 - схема способа изготовления SiPM, содержащего интегральные считывающие схемы.

Фиг. 4 - местное сечение полупроводниковой подложки.

Фиг. 5A-12A - местные сечения первого SiPM, содержащего интегральные считывающие схемы на различных стадиях технологического процесса.

Фиг. 5B-12B - местные сечения второго SiPM, содержащего интегральные считывающие схемы на различных стадиях технологического процесса.

Фиг. 13 - сечение лавинного фотодиода.

Фиг. 14 - сечение линейного фотодиода.

Фиг. 15 - изображение системы PET.

Фиг. 16 - сечение лавинного фотодиода.

Фиг. 17 - сечение линейного фотодиода.

Принято считать, что стандартная технология изготовления КМОП интегральных схем (ИС) включает в себя две основных составляющих: начальную обработку (FEOL) и конечную обработку (BEOL). На стадии FEOL, которая, как полагают, обычно заканчивается силицидированием, выполняют искомые активные устройства (например, транзисторы, диоды и т.п.). Многоярусные элементы металлических соединений/изоляции исполняют на стадии BEOL.

Типичная последовательность технологического процесса изготовления КМОП-схем начинается с подложки p-типа, покрытой дополнительной эпитаксиальным слоем p-типа. Технологические этапы FEOL обычно включают в себя изоляцию (например, изоляцию неглубокими канавками (STI) или локальное оксидирование кремния (LOCOS)) для изоляции устройств между собой, обратное ионное легирование карманов и отжиг, создание пленки подзатворного оксида, формирование поликристаллического кремниевого затвора и прокладки, ионная имплантация истока/стока и быстрый термический отжиг (RTA).

Для сведения к минимуму влияния на технологический процесс изготовления КМОП-схем желательно, чтобы технологический процесс изготовления APD отчасти или целиком выполнялся до технологического процесса изготовления КМОП-устройств. Как более подробно описано ниже, APD выполняются на стадии FEOL, при этом дополнительная изолирующая канавка и оптическое окно выполняются на стадии BEOL. Хотя дальнейшее описание относится к изготовлению одного диода со структурой типа p-слой на n-слое, специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники очевидно, что матрицу упомянутых устройств обычно изготавливают в связи с изготовлением SiPM. Кроме того, диодную структуру типа n-слой на p-слое можно выполнить перестановкой легирования донорной примесью (n-типа) и легирования акцепторной примесью (p-типа).

Ниже приведено описание изготовления SiPM, содержащего интегральные КМОП-схемы. Как показано на фиг. 3 и 4, подложку 402 получают на этапе 302. Как показано, подложка 402 содержит сильнолегированный слой 403 подложки p-типа и эпитаксиальный слой 404 p-типа.

Так как APD работают при относительно высоких напряжениях по сравнению с напряжениями КМОП-схем, APD расположены в изолирующих карманах. В зависимости от режима смещения, карманы должны выдерживать полное напряжение пробоя APD. Как показано на фиг. 3 и 5A, углубленный изолирующий слой 502 n-типа изготавливают на этапе 304.

Углубленный слой 502 может быть сформирован выращиванием эпитаксиального слоя поверх структуры с сильнолегированным неглубоким карманом. В соответствии с упомянутым исполнением, слой 502 сформирован в подложке 402 методом ионной имплантации или диффузии. Так как энергия имплантируемых ионов относительно невелика, то доза имплантируемых ионов может быть относительно повышенной, что повышает проводимость слоя 502. Диффузия обычно не повреждает кристаллической решетки кремния. После ионной имплантации или диффузии выращивают эпитаксиальный слой 504 n-типа искомой толщины. Так как толщина данного слоя обычно не ограничена другими технологическими параметрами, то напряжение пробоя в охранном кольце можно повышать без ущерба для качества кремния в активной области. Для APD, работающих в диапазоне около 20-50 В, типичная толщина должна быть в пределах около 2-3 мкм. Следует отметить, что повреждение, вносимое во время ионной имплантации, обычно отжигают в процессе эпитаксии.

При другом выполнении, слой 504 n-типа формируют на подложке 402 и углубленный слой 502 формируют в слое 504 методом глубокой ионной имплантации. Максимальная глубина ионной имплантации зависит, главным образом, от энергии аппаратуры для ионной имплантации и используемых ионов. Доступные в настоящее время методы могут обеспечивать глубину ионной имплантации около 2 микрометров (мкм). Так как повреждение кристаллической решетки кремния зависит от дозы и энергии, то ионная имплантация наиболее подходит для относительно слаболегированных неглубоких карманов 502. Следует отметить, что повреждение можно смягчить относительно продолжительным высокотемпературным отжигом, хотя упомянутый отжиг обычно уменьшает резкость профиля распределения примеси углубленной канавки.

Как показано на фиг. 5A, слой 502 охватывает всю пластину. Такой сплошной слой обычно выполнять проще и дешевле, чем через маску, хотя, он больше пригоден для технологий КМОП ИС, подходящих для высокоомных подложек. Кроме того, получаемый p-n-переход обеспечивает дополнительную защиту от радиационно-индуцированных носителей в подложке. Особое внимание следует также уделять размещению контактов слоя 502 и подложки 402 для сведения к минимуму проблем защелкивания. Профиль распределения примеси подложки 402 относительно несущественен, при условии, что он обеспечивает p-n-переход. Однако подложка должна обеспечивать достаточную плотность геттерирующих центров.

Слой 502 можно также реализовать через маску. Как показано на фиг. 5B, слой 502, выполненный через маску, затем может быть ограничен участком кристалла, содержащим APD, с сохранением участка КМОП-структуры устройства, доступным для подложки 402, что облегчает подсоединение подложки, если потребуется.

Как показано на фиг. 3, 6A и 6B, глубокую канавку 602 вытравливают на этапе 306.

Как показано на фиг. 3, 7A и 7B, вертикальный контакт или электрод 702 формируют на этапе 308 так, чтобы создать контакт с углубленным слоем 502 и, следовательно, сформировать изолирующий карман. В одном варианте исполнения, электрод 702 формируют с использованием примеси, четырехкратно имплантируемой в боковую стенку канавки 602 с разных направлений, через промежуточный оксидный слой. В зависимости от геометрии канавки 602 подходит угол имплантации около тридцати градусов (30°).

Имплантация в боковую стенку вызывает повышение концентрации легирующей примеси у дна канавки 602. Как показано на фиг. 7A и 7B, канавка 602 является достаточно глубокой, чтобы достигать сильнолегированного слоя 203 подложки. В данном случае, уровень легирования подложки 403 может быть достаточно высоким для легирования, компенсирующего повышенное легирование имплантированной примесью в боковой стенке. Повышенную концентрацию можно также компенсировать легированием специальной примесью, имплантируемой в перпендикулярном направлении. Канавку 602 также можно вытравливать посредством двухступенчатого процесса, в ходе которого канавку 602 вытравливают до первой глубины до этапа 308 формирования контакта. Затем канавку 602 вытравливают до искомой глубины после формирования контакта 702.

Как показано на фиг. 3, 8A и 8B, канавку заполняют на этапе 310, например, посредством заполнения канавки 602 поликристаллическим кремнием 802 и оксида 804.

Как показано на фиг. 3, 9A и 9B, область 902 усиления поля APD имплантируют на этапе 312. В описанном исполнении диода со структурой типа p-слой на n-слое область усиления поля является относительно высоколегированной областью n-типа. Как очевидно, область 902 сильного поля определяет напряжение пробоя APD.

Как показано на фиг. 3, относительно продолжительный высокотемпературный отжиг применяется на этапе 314 для отжига повреждения на этапе 312 ионной имплантации. Отжиг 314 следует выполнять до технологического процесса изготовления соответствующей КМОП ИС.

Как показано на фиг. 3, 10A и 10B, изолирующие канавки 1002 устройства формируют на этапе 316, например, посредством STI (изоляции неглубокими канавками) или LOCOS (локального оксидирования кремния). Для ослабления или исключения диффузии дефектов из объема в активную область устройства следует сводить к минимуму термических этапов технологического процесса изготовления КМОП ИС. С этой целью этап 316 изоляции устройства можно предпочтительно объединять с этапом 310 изоляции канавками и/или выполнять до этапов 312 ионной имплантации области сильного поля и 314 высокотемпературного отжига.

Остальные этапы стандартной последовательности технологического процесса изготовления КМОП ИС, вместе с такими связанными операциями, как мгновенный отжиг и т.п., начинаются на этапе 318 и служат для исполнения искомой считывающей электроники. Следует отметить, что на технологию изготовления КМОП ИС не влияют термические этапы, необходимые для формирования APD. Характерный n-канальный полевой МОП-транзистор 1102 считывающей электроники схематично изображен на фиг. 11A и 11B. Если применяют полученный через маску карман 502, то контакт 1106 между карманом 1104 p-типа полевого транзистора 1102 и подложкой 202 можно формировать с помощью дополнительной операции глубокой ионной имплантации. При сплошном кармане 502 контакт с карманом 1104 p-типа выполняют отдельно, с верхней стороны. Стандартная последовательность технологического процесса изготовления КМОП ИС прекращается непосредственно перед быстрым термическим отжигом, применяемым для активации ионно-имплантированных областей стока и истока.

Как показано на фиг. 3, 12A и 12B, анод 1202 APD формируют на этапе 320, например, посредством ионной имплантации или диффузии парообразной фазы. Так как большинство носителей генерируется в очень тонком слое вблизи поверхности APD, то желательно, чтобы анод 1202 был очень неглубоким, в частности в случае APD, который является чувствительным к фотонам с относительно короткими длинами волн.

На этапе 322 выполняют быстрый термический отжиг (RTA) для активации ионно-имплантированных областей стока и истока. Время RTA следует сводить к минимуму, чтобы выдерживать слабую диффузию анода, например, посредством импульсного отжига или мгновенного отжига.

Стадии BEOL выполняются на этапе 324. Стадии BEOL могут включать в себя дополнительный масочный этап для повторного вскрытия канавки 602, чтобы приблизиться к глубине слоя 304 n-типа. Затем канавку 602 затем заполняют металлом, например, вольфрамом.

Оптическое окно APD формируют на этапе 326. Данную операцию можно выполнять травлением оптического окна в оксидном ярусе, полученном на стадии BEOL. На оптическое окно осаждают тонкий слой пассивирующего нитрида, который может служить в качестве просветляющего покрытия или оптического фильтра.

При желании, подходящий сцинтиллятор размещают в оптической связи со светочувствительной стороной устройства на этапе 328, например, с использованием подходящего оптического клея.

Ниже, со ссылкой на фиг. 13, приведено описание альтернативной конструкции полупроводникового устройства, которое содержит APD и вертикальное охранное кольцо. Как показано, APD содержит относительно сильнолегированную подложку 1302 p-типа, которая формирует анод диода, слаболегированный эпитаксиальный слой 1304 p-типа, катод 1306 n-типа, глубокую изолирующую канавку 1308, заполненную поликристаллическим кремнием, и область 1310 усиления поля p-типа. Слаболегированное охранное кольцо 1312 расположено вдоль изолирующей канавки 1308 и, в общем, ниже области 1310 усиления поля. Вертикальный электрод 1314 аналогично расположен вдоль изолирующей канавки и обеспечивает электрическое соединение с охранным кольцом 1312. Тогда, легированное in-situ поликристаллическое кремниевое заполнение канавки 1308 можно использовать как полевую пластину и, следовательно, для повышения робастности охранного кольца 1312. Полевую пластину можно подсоединять к подложке 1302, с верхней стороны устройства (как показано на фиг. 13) или тем и другим способами. В последнем случае, поликристаллическое кремниевое заполнение может также обеспечивать низкоомный контакт с подложкой 1302.

Ниже, со ссылкой на фиг. 14 приведено описание альтернативной линейной фотодиодной структуры, которая содержит вертикальное охранное кольцо. Как показано, диод содержит относительно сильнолегированную подложку 1402 p-типа, которая формирует анод диода, слаболегированный эпитаксиальный слой 1404 p-типа, катод 1406 n-типа и глубокую изолирующую канавку 1408, заполненную поликристаллическим кремнием. Слаболегированное охранное кольцо 1412 расположено вдоль изолирующей канавки 1408 и, в общем, скрыто в устройстве. Как показано, охранное кольцо 1412 расположено, по существу, вблизи подложки 1402, охранное кольцо 1412 может также отстоять от подложки 1402 аналогично охранному кольцу 1312. Вертикальный электрод 1414 продолжается вдоль изолирующей канавки 1408 и обеспечивает электрическое соединение с охранным кольцом 1412. Легированное in-situ поликристаллическое кремниевое заполнение канавки 1408 снова можно использовать как полевую пластину и, в случае линейного диода, для уменьшения тока утечки устройства. Полевую пластину можно подсоединять к подложке 1402, с верхней стороны устройства, или тем и другим способами (как показано на фиг. 14).

Вертикальный электрод 1314, 1414 можно формировать ионной имплантацией, диффузией или эпитаксией. Технологический процесс упрощается, если канавки 1308, 1408 и электроды 1314, 1414 формируют последними в ходе технологического процесса. Однако данный способ может усложнять формирование неглубокого перехода сверху диода из-за теплового бюджета, необходимого при оксидировании стенок канавки. В качестве альтернативы, область 1310 сильного поля APD можно формировать первой, затем выполнять травление канавки 1308, 1408, формирование вертикального электрода 1314, 1414, оксидирование, осаждение поликристаллического кремния и формирование планарных электродов.

Как отмечено выше, вертикальные электроды 1314, 1414 можно формировать посредством четырехкратной ионной имплантации в боковые стенки канавки 1308, 1408 с разных направлений. Мышьяк или другую подходящую примесь имплантируют через тонкую пленку маскирующего оксида. Ионную имплантацию выполняют под острым углом относительно боковой стенки посредством четырехкратной ионной имплантации с разных направлений. И, вновь, в зависимости от геометрии канавки 1308, 1408, подходящие углы имплантации находятся в диапазоне приблизительно от 30 до 45°. Толщина имплантированного слоя зависит от дозы, энергии и последующих этапов термообработки. Обычно подходящей является глубина около 1 мкм или менее. Для уменьшения влияния на темновую скорость счета фотодиода, термический отжиг следует выполнять после ионной имплантации, чтобы ослаблять повреждение, вызываемое процессом ионной имплантации.

Вертикальные электроды 1314, 1414 можно также формировать с использованием легированного in-situ слоя поликристаллического кремния и этапа разгонки примеси для создания чистого неглубокого перехода. В соответствии с данным способом канавку 1308, 1408 травят в два этапа. Во-первых, канавку 1308, 1408 вытравливают на искомую вертикальную глубину электрода 1314, 1414. Тонкую поликристаллическую кремниевую пленку, легированную in-situ фосфором, осаждают на боковые стенки канавки 1308, 1408. Разгонку примеси выполняют для переноса фосфора из поликристаллического кремния в стенку канавки 1308, 1408, чтобы формировать переход. Подходящим является переход глубиной около 200 нанометров (нм) или менее. Затем канавку 1308, 1408 оксидируют и вытравливают с использованием самосовмещения на ее окончательную глубину. Поликристаллическая кремниевая пленка обеспечивает также геттерирующие центры и помогает удалять примеси из активной зоны диода. Следует отметить, что образование вертикального электрода 1314, 1414 можно также объединять с этапом формирования катода.

Вместо поликристаллического кремния можно применить тонкий слой монокристаллического кремния. Данный метод обычно повышает чувствительность в синей части спектра, так как пленку можно сделать совсем тонкой (например, порядка около 10 нм), при одновременном обеспечении четко определенного неглубокого перехода.

В другом альтернативном варианте можно выполнять прямую диффузию с этапом быстрой термической обработки. Хотя монокристаллический кремний и методы прямой диффузии не извлекают пользу из геттерирующих свойств поликристаллического кремния, специальный этап геттерирования можно объединять с формированием области сильного поля до травления глубокой канавки.

Следует отметить, что вышеописанные методы можно также применять для формирования вертикального электрода 502.

Поликристаллическое кремниевое заполнение канавки может быть сильно легировано in-situ подходящей примесью, например мышьяком или фосфором, и может служить нескольким целям. При подсоединении к подложке или к другому потенциалу упомянутое заполнение может влиять на проводимость кремния рядом с канавкой подобно влиянию на затвор в КМОП-транзисторе. Следовательно, упомянутое заполнение можно использовать как полевую пластину и может помогать подавлять ток утечки по периметру диода. Упомянутое заполнение можно также использовать для формирования электрического поля в области охранного кольца, чтобы помогать защите от краевого пробоя. В устройствах, работающих в режиме Гейгера, упомянутое заполнение может также служить как оптически непрозрачный барьер и, следовательно, подавлять оптические перекрестные помехи между соседними устройствами.

Дополнительное усовершенствование можно обеспечить введением наклонных краев 1602, 1702 по периметру диода, как схематически показано на фиг. 16 и 17. Края можно формировать в процессе травления. Диод должен быть также снабжен подходящим просветляющим, фильтрующим или другим оптическим покрытием для повышения коэффициента пропускания искомых длин волн света в кремний.

Одним из применений вышеописанных детекторных матриц являются системы PET. Как показано на фиг. 15, система PET 1500 включает в себя гентри 1502, содержащий множество детекторных матриц 1501, окружающих область 1508 исследования. В системах PET детекторные матрицы 600 служат в сочетании со схемами обнаружения совпадений для обнаружения пар 511-кЭв гамма-квантов, порождаемых актами позитронной аннигиляции, происходящими в области 1508 исследования.

Опора 1516 для объекта поддерживает подлежащий визуализации объект 1518, например, пациента. Опора 1516 для объекта предпочтительно допускает перемещение скоординировано с работой системы PET 1500 таким образом, что объект 1518 можно сканировать во множестве мест в продольном направлении.

Система 1520 сбора данных обеспечивает данные проекций, которые содержат список актов аннигиляции, обнаруженных детекторными матрицами 1500. Данные проекций могут также содержать TOF (времяпролетную) информацию. Блок 1529 реконструкции формирует данные объемного изображения, характеризующие распределение радионуклида в объекте 1518.

Рабочая станция выполняет функцию операторского пульта 1528 управления. Пульт 1528 управления содержит считываемое человеком устройство вывода, например, монитор или дисплей и устройства ввода, например, клавиатуру и мышь. Программное обеспечение, находящееся в пульте 1528 управления, позволяет оператору наблюдать данные объемного изображения, сформированные блоком 1529 реконструкции, и, в других отношениях, манипулировать упомянутыми данными. Программное обеспечение, находящееся в пульте 1528 управления, позволяет также оператору управлять работой системы 1500 путем установления искомых протоколов сканирования, запуска и останова операций сканирования и иного взаимодействия со сканером. Реконструированные данные изображения можно также сделать доступными другим компьютерам, связанным с системой 100, или имеющими иной доступ в общую сеть, например, в систему архивации и передачи изображений (PACS), госпитальную информационную систему/радиологическую информационную систему (HIS/RIS), сеть Internet или подобную систему.

Возможны также варианты системы 1500. Таким образом, например, систему PET 1500 можно сочетать с компьютерной томографической (CT), магнитно-резонансной (MR), рентгеновской или другой системой. Дополнительную информацию обычно используют для обеспечения структурной информации об объекте 1518 и можно использовать для выполнения коррекции ослабления собранных данных PET.

Кроме того, отдельные детекторы или детекторные матрицы 1501 можно применять для обнаружения излучения, отличающегося от 511-кЭв keV гамма-излучения, и в других системах, кроме томографических. Например, детекторы можно применять в системах радионуклидной визуализации, системах однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT), рентгеновской компьютерной томографии (CT) или рентгеновского формирования изображений. Детекторы можно также применять во флуоресцентных или других оптических системах формирования изображений. Детекторные матрицы 600 можно также размещать по планарной, дугообразной или другой некруговой схеме. Когда целью является обнаружения светового излучения или другого излучения, падающего в пределах чувствительной области фотодиодов, то сцинтиллятор также может отсутствовать.

Изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Специалисты смогут создать модификации и внести изменения после прочтения и осмысления вышеприведенного подробного описания. Интерпретация изобретения предусматривает охват всех упомянутых модификаций и изменений в такой степени, в которой они находятся в пределах объема притязаний прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

1. Лавинный фотодиод, работающий в режиме Гейгера, содержащий:
анод (1202, 1302, 1402);
катод (1306, 1406);
первый эпитаксиальный слой, расположенный между анодом и катодом;
углубленный компонент (502, 1312, 1412), расположенный в первом эпитаксиальном слое;
вертикальный электрод (702, 1314, 1414), имеющий электрическую связь в рабочем состоянии с углубленным компонентом; и
изолирующую канавку, которая окружает углубленный компонент.

2. Фотодиод по п.1, в котором углубленный компонент содержит углубленный полупроводниковый слой, и лавинный фотодиод, работающий в режиме Гейгера, содержит полупроводниковую подложку (402) и считывающие схемы (1102), при этом лавинный фотодиод, работающий в режиме Гейгера, и считывающие схемы сформированы на подложке, вертикальный электрод и углубленный полупроводниковый слой формируют изолирующий карман, и считывающие схемы расположены за пределами изолирующего кармана.

3. Фотодиод по п.1, содержащий изолирующую канавку (602), которая окружает активную площадь фотодиода, при этом вертикальный электрод расположен на той стороне изолирующей канавки, которая обращена к активной области.

4. Фотодиод по п.1, в котором углубленный компонент содержит углубленное охранное кольцо (1312, 1412), и вертикальный электрод имеет электрическую связь в рабочем состоянии с углубленным охранным кольцом.

5. Способ изготовления полупроводникового устройства, которое содержит лавинный фотодиод, работающий в режиме Гейгера, при этом способ содержит следующие этапы:
формируют глубокую изолирующую канавку (602, 1308, 1408) в полупроводниковом материале;
формируют углубленный компонент (902, 1312, 1412) фотодиода в полупроводниковом материале, причем углубленный компонент окружен изолирующей канавкой;
формируют электрод (702, 1314, 1414) вдоль боковой стенки изолирующей канавки, причем электрод находится в электрическом контакте с компонентом.

6. Способ по п.5, в котором полупроводниковое устройство содержит КМОП-схемы, и способ содержит этапы, заключающиеся в том, что формируют область (902) усиления поля в полупроводниковом материале;
отжигают полупроводниковый материал для устранения дефекта, образующегося в результате формирования области усиления поля; затем изготавливают КМОП-схемы.

7. Способ по п.5, в котором полупроводниковое устройство содержит КМОП-схемы, и способ содержит этап осаждения металла в изолирующей канавке во время конечной обработки КМОП-схем.

8. Способ по п.5, в котором полупроводниковое устройство содержит КМОП-схемы, и способ содержит этап формирования фотодиодного оптического окна во время конечной обработки КМОП-схем.

9. Способ по п.5, в котором компонент является углубленным слоем (502), и электрод и углубленный слой формируют изолирующий карман, который окружает область фотодиода.

10. Способ по п.5, содержащий этапы, заключающиеся в том, что
формируют углубленный слой неглубокой ионной имплантацией или диффузией;
выращивают эпитаксиальный слой (504) над углубленным слоем.

11. Способ по п.5, в котором компонент является углубленным охранным кольцом (1312, 1412).

12. Способ по п.5, в котором этап формирования электрода содержит операцию диффузии.

13. Способ по п.5, в котором этап формирования глубокой канавки содержит этап травления канавки до первой глубины до формирования электрода и этап травления канавки до второй глубины после формирования электрода.

14. Способ по п.5, в котором способ содержит этап формирования полевой пластины в канавке.

15. Способ по п.14, в котором полупроводниковый материал содержит высоколегированную подложку, и при этом полевая пластина имеет рабочее электрическое соединение с подложкой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковым приборам с потенциальным барьером, работающим в режиме лавинного умножения фотовозбужденных носителей заряда и предназначенным для преобразования оптического сигнала в электрический.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, конкретно к полупроводниковым лавинным фотодетекторам с внутренним усилением сигнала, и может применяться для регистрации слабых потоков световых квантов, гамма излучения и заряженных ядерных частиц. Полупроводниковый лавинный детектор согласно изобретению сдержит множество независимых полупроводниковых областей, расположенных на поверхности полупроводникового слоя, множество полупроводниковых областей образуют p-n-переходы с полупроводниковым слоем, общую проводящую шину, отделенную от полупроводникового слоя диэлектрическим слоем и индивидуальные микрорезисторы, соединяющие полупроводниковые области с общей проводящей шиной, при этом на части поверхности упомянутых полупроводниковых областей выполнены индивидуальные эмиттеры, образующие потенциальные барьеры с полупроводниковыми областями, причем упомянутые индивидуальные эмиттеры соединены с дополнительной проводящей шиной посредством дополнительных индивидуальных микрорезисторов. Изобретение направлено на снижение уровня перекрестных оптических наводок и улучшение быстродействия полупроводникового лавинного детектора. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Напряжение обратного смещения прикладывают к матрице фотодиодов, снабженной множеством лавинных фотодиодов, функционирующих в гейгеровском режиме, и гасящих резисторов, соединенных последовательно с соответствующими лавинными фотодиодами. Электрический ток измеряют при изменении приложенного напряжения обратного смещения, а в качестве опорного напряжения определяют напряжение обратного смещения в точке перегиба характеристики при изменении измеренного электрического тока. В качестве рекомендуемого рабочего напряжения определяют напряжение, полученное путем добавления заданного значения к определенному опорному напряжению. Также предложены способы определения рекомендуемого рабочего напряжения и матрица фотодиодов, в которой коэффициент лавинного умножения задан на основе рекомендуемого рабочего напряжения. Заявленное изобретение обеспечивает способы, пригодные для легкого и точного определения рекомендуемого рабочего напряжения для напряжения обратного смещения, прикладываемого к матрице фотодиодов, и опорного напряжения для определения рекомендуемого рабочего напряжения, а также матрицу фотодиодов, для которой коэффициент лавинного умножения определяют на основе рекомендуемого заданного рабочего напряжения. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх