具有滤光器的紫外传感器的制造方法
【专利说明】具有滤光器的紫外传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求根据35U.S.C.§ 119(e)要求2014年5月23日提交的题目为“具有滤光器的紫外传感器”的美国临时申请号62/002，211的权益。美国临时申请号62/002，211以全部内容通过引用并入于此。
【背景技术】
[0003]电子设备，例如智能电话，平板电脑，数字媒体播放器等等，越来越多地采用光传感器来控制该设备提供的一系列功能的操作。例如，光传感器可用于电子设备以探测环境状况，例如环境照明条件以控制设备显示屏的亮度。典型的光传感器采用光度感应器，例如光电二极管，光电晶体管等，其将接收到的光转换为电信号(例如，电流或电压)。
【发明内容】
[0004]光传感器被描述为包括在光电探测器上放置的滤除可见和红外光波长而允许感测紫外(UV)波长的滤光器。在一个或多个实施方式中，光传感器包括包含衬底的半导体器件(例如，管芯)。光电探测器(例如，光电二极管，光电晶体管等)形成在衬底内临近衬底的表面。在一个或多个实施方式中，衬底包括绝缘体上娃衬底(silicon on insulatorsubstrate，SOI)，例如在绝缘体上娃薄膜衬底(thin film silicon on insulator,TFS0I) o滤光器(例如，吸收滤光片，干涉滤光片，平通滤光器(flat pass filter),基于 McKinlay-Diffey 红斑作用光谱的滤光器(McKinlay-Diffey Erythema Act1nSpectrum-based filter))放置于光电探测器上。滤光器设置为从光传感器接收的光中滤除红外光和可见光从而至少基本上阻止红外光和可见光到达光电探测器。S0I衬底的厚度是可定制的，以改变接收到的UV/可见光波长的比例。
[0005]“
【发明内容】
”部分以简要的形式有选择性地介绍了在“详细描述”中将进一步阐述的一些概念。本
【发明内容】
部分不是为了定义所要求保护主题的关键特征或本质特征，也不是为了作为确定所要求保护主题范围的补充。
【附图说明】
[0006]“详细描述”部分参照附图进行描述。说明书和附图中不同的实例中使用相同附图标记用来表示相似或相同部件。
[0007]图1是根据本发明的一个实施例的紫外(UV)传感器的概略性截面图。
[0008]图2是根据本发明的一个实施例的用于UV传感器的滤光器在多个波长范围内的传输响应图。
[0009]图3是根据本发明的一个实施例的用于UV传感器的多个基于McKinlay-Diffey红斑作用光谱的滤光器在多个波长范围内传输响应的线性刻度图。
[0010]图4是根据本发明的一个实施例的用于UV传感器的多个基于McKinlay-Diffey红斑作用光谱的滤光器在多个波长范围内传输响应的对数刻度图。
[0011]图5是在一个制造根据本发明的光传感器的示例实施方式中说明示例方法的流程图，所述光传感器具有位于具有SOI衬底的光探测器上的滤光器。
[0012]详细描述
[0013]臟
[0014]为了滤光，光传感器可采用阻挡滤光器以降低特定波长或一系列波长的传输，而使剩余波长通过而到达光传感器的光电探测器。紫外(UV)传感器设定为探测位于约280nm至约400nm紫外波谱范围内的光。UV传感器的衬底有助于成本、量子效率(QE)，以及从光电探测器滤除的不需要波长的量。
[0015]光传感器被描述为包括在光电探测器上放置的滤除可见光波长和红外波长而允许感应紫外(UV)波长的滤光器。在一个或多个实施方式中，光传感器包括包含衬底的半导体器件(例如，管芯)。光电探测器(例如，一个或多个光电二极管，光电晶体管等)形成在衬底内临近衬底的表面上。在一个或多个实施方式中，衬底包括绝缘体上硅衬底(S0I)，例如在绝缘体上的硅薄膜(TFS0I)衬底。SOI的厚度可以影响光电探测器探测到的可见光量。例如，与较薄的SOI层相比，较厚的SOI层通常有利于探测更宽光谱范围内的可见光。SOI的厚度也会影响光电探测器的量子效率，即S0I层越厚，量子效率越高。滤光器(例如，吸收滤光片，干涉滤光片，平通滤光器，基于McKinlay-Diffey红斑作用光谱的滤光器，UVA/UVB滤光器，等等)放置于光电探测器上以滤除由光传感器接收到的光中的红外光和可见光从而至少基本上阻止红外光和可见光到达光电探测器。在实施方式中，滤光器放置在衬底的表面上，且位于光电探测器上以滤除光传感器所接收的光中的红外光和可见光。
[0016]S0I衬底的厚度是可定制的，以改变光电探测器接收到的UV/可见光波长的比例。此外，S0I层可设置为水平接合、垂直接合、利用激光退火技术的超浅掺杂剂分布、以及利用Epi生长技术和/或刻蚀技术的超浅分布。
[0017]在下面的讨论中，首先描述了包括滤光器以允许传感器测量UV波长的光的光传感器的具体实施例。随后，讨论用于制造该实施例光传感器的示例方法。
实施例
[0018]图1是根据本发明实施例的光传感器100的不意图。如图所不，光传感器100包括具有衬底102的管芯(die)的半导体器件。衬底102提供用于通过多种制造技术例如光刻法、离子注入法、沉积法、刻蚀法等等制造的一个或多个电子器件的基材。衬底102可以包括η型硅(例如，掺杂V族元素(例如，磷、砷、锑等)的硅以提供η型电荷载流子元素给硅)或ρ型硅(例如，掺杂ΙΙΙΑ族元素(例如，硼，等等)的硅以提供ρ型电荷载流子元素给硅)(图1显示了 Ρ型硅层104)。衬底102进一步地可以包括一个或多个绝缘层106，例如，埋置氧化物(buried oxide)层，以提供绝缘体上娃(S0I)衬底。
[0019]衬底102包括具有一个或多个光电探测区域110的光电探测器108。在图1所示的实施例中，光电探测区域110位于将光电探测区域110与ρ型硅层104分开的两个绝缘层106之间。衬底102的光电探测区域110可以以多种方式设置。例如，光电探测区域110可以包括感光二极管，光电晶体管等等。图1中所示的光电探测区域110以横向二极管布置提供，尽管如此，光电探测区域110并不限于横向排布，也可以包含其它的或可选的排布方式，包括但不限于竖直二极管布置。例如，光电探测区域110可以设置为竖直接合或水平接合。在一个实施方式中，光电探测器108能够探测光并对响应提供信号。光电探测区域110可基于被探测光的强度通过将光转换为电流或电压而提供信号。由此，一旦光电探测区域暴露于光中，大量自由电子就可以生成以产生电流。光电探测器108设置为探测紫外光谱范围内的光。在这里，术语“光”理解为包含发生在紫外光谱范围的电磁辐射。紫外光谱(紫外光)包含从发生在大约lOOnm至大约400nm波长范围的电磁辐射。紫外光包括在UVA光谱，UVB光谱和UVC光谱范围的光。UVA光谱(UVA光)包括发生在大约400nm至大约315nm波长范围的电磁辐射。UVB光谱(UVB光)包括发生在大约315nm至大约280nm波长范围的电磁辐射。UVC光谱(UVC光)包括发生在大约280nm至大约lOOnm波长范围的电磁辐射。在实施例中，光电探测区域110设置为接收和探测紫外光谱的光，与IR光谱、绿光谱、蓝光谱等等相比，紫外光谱的光具有相对浅的透入深度。例如，在一个实施例中，光电探测区域110的厚度为30nm以便于捕获紫外光谱的光。由于制造技术、所使用材料的物理公差、所需要的捕获波长等等，光电探测区域110的厚度可改变(例如，可大于或小于30nm)。
[0020]光传感器100包含设置与衬底102的表面114相邻近的滤光器112(图1不出了放置在衬底102的表面114的顶部的滤光器112)。滤光器112设置为滤除光传感器100接收的光而使限定光谱范围波长的光(例如，波长位于第一波长和第二波长之间的光)通过后到达光电探测器108，例如到达至少一个光电探测区域110。在实施方式中，滤光器112包括配置为滤除光谱的一部分而允许光谱另一部分通过的介电材料。例如，在一个实施方式中，滤光器112包含氧化铪滤光器材料，例如氧化铪(IV)(例如，Η??2)，其不会显著吸收紫外光，相反其允许UV光通过而作为UV滤光器。在一个实施方式中，滤光器112包含多层结构，例如堆叠配置的多个介电层。在图2至图4中示出了示例滤光器112的传输响应示例图。图2提供了示例滤光器112的与约250nm至450nm波长相对应的最小传输响应。可见，滤光器112大体阻止波长小于约280am和大于400nm的光的传输，而提供280nm至400nm的光的基本传输。图3是示例滤光器112在约270nm至400nm波长范围内传输响应的线性亥IJ度图(三个示例滤光器112的传输响应分别标注为112a，112b和112c)。传输响应112a与基于McKinlay-Diffey红斑作用光谱的滤光器的传输响应相对应，而传输响应112b和112c与两个偏置的McKinlay-Diffey红斑作用光谱滤光器的传输响应相对应。图4是滤光器112在约270nm至400nm波长范围内传输响应的对数刻度图(三个示例滤光器112的传输响应分别标注为112a，112b和112c)。传输响应112a与基于McKinlay-Diffey红斑作用光谱的滤光器的传输响应相对应，而传输响应112b和112c与两个偏置的McKinlay-Diffey红斑作用光谱滤光器的传输响应相对应。在实施例中，滤光器112设置为阻止可见光和红外光，而允许紫外光(例如，UVA光和UVB光)通过。滤光器112可通过沉积技术，例如磁控溅射技术或其它技术，邻近衬底102的表面114形成。在实施例中，沉积技术允许在衬底102的表面114上的滤光器的图案化沉积。
[0021]滤光器112设置为包含吸收滤光器、干涉滤光器、平通滤光器、基于McKinlay-Diffey红斑作用光谱的滤光器、UVA/UVB滤光器等等中一个或多个，且设置为阻止可见光和红外光，而允许紫外光通过并到达光电探测器108。例如，滤光器112可以以光电探测器108对UVA和UVB波长具有最大响应的方式设置。在实施例中，滤光器112可设置为阻止UVA光或UVB光以使得光电探测器108可分别地探测UVB光或UVA光而形成UVB或UVA传感器。例如，滤光器112可设置为阻止波长在400nm至315nm之间的光(UVA光谱)，而允许波长在315am至280nm之间的光(UVB光谱)通过而形成UVB传感器。在实施例中，滤光器112将UVA和UVB光中的每一种传输给光电探测器108。在实施例中，滤光器112包括第一滤光器和第二滤光器，且光电探测器108包括在衬底102内的第一光电探测器和第二光电探测器，其中第一滤光器设置为阻止可见光而传递UVA光和UVB光给第一光电探测器，其中第二滤光器设置为阻止可见光而传递UVA光给第二光电探测器，以及其中，减去了第二探测