[发明专利]用于可见光和紫外光检测的半导体光学传感器及其对应的制造过程

说明书

半导体光学传感器(1)设置有：衬底(2)，集成有多个光电检测器有源区域(4)；以及CMOS层堆叠(6)，布置在衬底(2)上并且包括多个介电(6a)层和导电(6b)层。UV转换区域(10)布置在多个第一光电检测器有源区域(4)上方，以将UV光辐射转换为朝向第一光电检测器有源区域(4)的可见光辐射，使得第一光电检测器有源区域(4)被设计为检测UV光辐射。特别地，在光学传感器(1)的光电检测单元(16)的阵列(15)中，第一光电检测器有源区域(4)与被设计为检测可见光辐射的多个第二光电检测器有源区域(4)交替，从而限定以相同空间分辨率对UV光辐射和可见光辐射两者敏感的单个图像检测区域(15’)。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年12月12日提交的意大利专利申请No.102017000143176的优先权，其全部公开通过引用合并于此。

技术领域

本解决方案涉及一种能够检测可见光和紫外光辐射两者的半导体光学传感器以及涉及一种对应的制造过程。特别地，以下公开将参考基于互补金属-氧化物-半导体(CMOS)技术的半导体光学传感器。

背景技术

众所周知，在太空、医疗或消费电子领域有若干应用，其中需要检测可见光辐射(波长在380-780nm的范围内)和紫外-UV光辐射(波长小于380nm)两者。

例如，所谓的“UV指数”的检测是在便携式电子设备中实现的特征，以评估外部环境中的UV辐射量，并且相同的便携式电子设备还可以设置有可见光图像传感器，以捕获照片或视频。

还已知UV检测造成许多问题。

特别地，UV光辐射的吸收深度非常小(几纳米)，使得一部分辐射在到达其有源检测区域之前被吸收在光学传感器的结构中，因此不会带来信号的改变以及导致量子效率-QE-损耗。

标准光学传感器的结构中的绝缘层(例如氮化硅层)，在UV范围内可能具有一定的吸收，再次导致QE性能变差。这可能建议使用不带钝化层的传感器，但是不带钝化层确定较差的可靠性。

此外，直接入射在硅衬底上的UV辐射可能导致损坏(并因此导致可靠性问题)，并且导致缺陷密度的增加(即，氢从悬挂键解吸)或介电层的充电。

因此，建议使用合适的材料层，该材料能够将UV光辐射转换为可见光辐射，然后可以通过在可见光波长范围内操作的传统检测结构来检测该可见光。

例如，e2V技术的“关于UV转换涂层：路玛近(Lumogen)的技术说明”示出，可以通过提供由可以吸收UV光(具有比可见光更高的能量)并将UV光转换为更长波长或更低能量的可见辐射的材料制成的UV转换涂层，增强光谱的紫外(UV)区域中的前照明电荷耦合器件(CCD)的性能；这些材料称为荧光粉。已经发现，这些材料可以被较高能量(较短波长)的光激发而发射较低能量(较长波长)的光。这就是这些材料也被称为“下转换材料”的原因。特别地，讨论了使用一种称为路玛近(Lumogen)的有机荧光粉，也称为Lumilux、Liumogen和Lumigen。吸收的UV辐射导致路玛近荧光粉在500-650nm的光谱带中发射，具有高的QE因子。

通常，用于可见光和紫外光检测的电子设备包括两个不同且分离的光学传感器，其分别用于检测可见光辐射和UV光辐射。每个光学传感器被优化用于检测入射光辐射的相应波长范围，并在半导体材料的相应管芯或芯片中制造。

然而，例如在便携式或移动设备的领域中，期望实现能够执行可见光和UV光检测两者的单个芯片，以便减少占用面积和制造成本，并且以便降低功耗。

US 2016/0142660 A1公开了一种用于将可见光和UV光两者检测能力集成到单个芯片中的解决方案。