辐射传感器元件及方法与流程

1.本公开涉及辐射探测器。具体地，本公开涉及半导体像素探测器。


背景技术：

2.半导体像素检测器广泛应用于消费类电子产品中(例如，照相机中)，以及各种工业和科学环境中(例如，光电探测器、x射线探测器和粒子探测器中)。
3.在传统的探测器中，各个像素之间的串扰(例如光串扰)可能带来相当大的挑战。通常，已经通过沉积介电抗反射涂层来减少光串扰。然而，介电抗反射涂层在高入射角度下可能具有降低的抗反射性能。此外，在常规的半导体探测器包括用于将电离辐射转换为非电离电磁辐射的闪烁体的情况下，将闪烁体联接到衬底可能具有挑战性。
4.鉴于此，可能期望开发与半导体像素探测器相关的新的解决方案。


技术实现要素：

5.提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念的选集，在以下详细描述中对这些概念的选集进行了进一步描述。本发明内容并非是为了确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是为了用于限制所要求保护的主题的范围。
6.根据第一方面，提供了一种辐射传感器元件。所述辐射传感器元件包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有：第一极性的主体多数电荷载流子，主体折射率，限定所述半导体衬底的前侧的前表面，以及与所述前表面相反布置并且基本上沿基准平面延伸的后表面。
7.所述辐射传感器元件包括：多个像素部分，所述多个像素部分中的每个像素部分包括在所述后表面上的收集区域，以用于收集与所述第一极性符号相反的第二极性的自由电荷载流子。
8.所述多个像素部分中的每个像素部分包括在所述前表面上的纹理化区域，所述纹理化区域包括高深宽比纳米结构，所述高深宽比纳米结构基本上沿垂直于所述基准平面的厚度方向延伸并且形成光转换层，所述光转换层具有向所述主体折射率逐渐变化的有效折射率，以减少从所述半导体衬底的所述前侧入射到所述像素部分上的光的反射。
9.根据第二方面，提供了一种用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法。所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有：第一极性的主体多数电荷载流子，主体折射率，限定所述半导体衬底的前侧的前表面，以及与所述前表面相反布置并且基本上沿基准平面延伸的后表面；对于所述多个像素部分中的每个像素部分，在所述后表面上形成收集区域，以用于收集与所述第一极性符号相反的第二极性的自由电荷载流子；对于所述多个像素部分中的每个像素部分，在所述前表面上形成纹理化区域，所述纹理化区域包括高深宽比纳米结构，所述高深宽比纳米结构基本上沿垂直于所述基准平面的厚度方向延伸并且形成光转换层，所述光转换层具有向所述主体折射率逐渐变化的有效折射率，以减少从所述半导体衬底的前侧入射到所述像素部分上的光的反射。
附图说明
10.根据结合附图阅读的以下详细描述，将更好地理解本公开，在附图中：
11.图1示出了一种辐射传感器元件的等距视图，
12.图2描述了沿图1的横截平面ii的辐射传感器元件的部分截面图，和
13.图3图示了一种用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法。
14.除非相反地指明，否则前述附图的任何附图可以不按比例绘制，使得所述附图中的任何元件可以相对于所述附图中的其他元件以不准确的比例绘制，以便突出所述附图的实施例的特定结构的方面。
15.此外，前述附图的任意两个附图的实施例中对应的元件在所述两个附图中可以彼此不成比例，以便突出所述两个附图的实施例的特定结构的方面。
具体实施方式
16.图1和图2描述了根据一个实施例的辐射传感器元件100。具体地，图2描述了沿图1的横截平面ii的辐射传感器元件100的部分截面图。由于图2描述了辐射传感器元件100的横截面，图2并不限制图1和图2的实施例的形状，或并不限制图1和图2的实施例的在与图1的横截平面ii形成角度的任意方向上的任何部分的形状。在其他实施例中，辐射传感器元件可以与图1和图2的实施例的辐射传感器元件100相同、类似或不同。
17.在此示例中，“辐射”应该被广义地理解为，覆盖了，例如，电磁辐射和粒子辐射。辐射通常可以对应于电离辐射或非电离辐射。
18.在本说明书中，“电离”辐射可以指具有足够粒子或光子能量以在介质中诱导电离的辐射。例如，电离辐射可以包括粒子或光子能量至少为3.89电子伏特(ev)、至少为10ev、或者至少为33ev的辐射。另一方面，“非电离”辐射在此示例中可以指粒子或光子能量不足以在介质中诱导实质性电离的辐射。例如，非电离辐射可以包括粒子或光子能量小于33ev，小于10ev，或者小于3.89ev的辐射。
19.在本说明书中，“辐射探测器”可以指完整的、可操作的辐射探测器。辐射探测器通常可以包括至少一个辐射传感器。辐射探测器还可以包括其他元件、单元和/或结构。
20.在本公开中，“辐射传感器”可以指被配置为检测和/或测量辐射并且对所述辐射进行登记、指示和/或响应的可操作单元、模块或者装置。
21.此外，“辐射传感器元件”可以指可以形成如上述的辐射传感器的元件。可选地，辐射传感器元件可以用作还包括其他元件和/或结构的辐射传感器的元件。辐射传感器元件可以包括活性材料，在所述辐射传感器元件中利用该活性材料的物理特性，以便对入射到所述活性材料上的辐射进行记录、指示和/或响应。辐射传感器元件可以对应于间接转换辐射传感器元件或直接转换辐射传感器元件。
22.在本公开中，“间接转换辐射传感器元件”可以指包括用于将电离辐射转换为非电离电磁辐射的闪烁体以及用于检测由闪烁体发射的电磁辐射的活性材料的辐射传感器元件。
23.相比之下，“直接转换辐射传感器元件”可以指不需要使用闪烁体将电离辐射转换为非电离电磁辐射以便对所述电离辐射进行检测的辐射传感器元件。
24.在本说明书中，“闪烁体”可以指一种元件，该元件包括当被电离辐射(诸如粒子辐
射)激发时发射光的材料。通常，闪烁体的发光可能导致大立体角的光发射。因此，来自闪烁体的光通常能够以高入射角到达纹理化区域。
25.在图1和图2的实施例中，辐射传感器元件100包括半导体衬底101。
26.在此示例中，“半导体”可以指诸如硅(si)或锗(ge)的材料，这种材料具有的电导率介于导电材料(诸如金属)的导电率和绝缘材料(诸如许多塑料和玻璃)的导电率之间。半导体材料通常可以具有掺杂能级，可以对该掺杂能级进行调节从而以可控的方式对所述半导体材料的性能进行调谐。
27.在本说明书中，“衬底”可以指适于或被配置为提供表面的层或其他元件或结构，在该表面上可联接、结合、安装、布置、沉积、层压和/或制造其他层或其他元件或结构。因此，“半导体衬底”可以指包括半导体材料(诸如半导体晶圆或晶粒)的衬底，和/或指由半导体材料形成的衬底。
28.图1和图2的实施例的半导体衬底101具有第一极性的主体多数电荷载流子。在图1和图2的实施例的情况下，第一极性是负极。在其他实施例中，半导体衬底可以具有第一极性的主体多数电荷载流子，第一极性可以是负极或正极。
29.贯穿本公开，“电荷载流子”可以指在元件或元件的一部分中携带电荷的自由运动的粒子或准粒子。通常，这种元件或元件的一部分可以包括一种或多种类型的电荷载流子。例如，半导体可以包括作为电荷载流子的电子和空穴。因此，“多数电荷载流子”可以指在元件或元件的一部分中更常见或更丰富的电荷载流子类型。例如，在n型半导体中，电子可能充当多数电荷载流子。此外，“主体(bulk)”可以指元件的更大和/或更多较大部分。另外地或替代地，主体可以指元件的内部和/或中心部分。因此，“主体多数电荷载流子”可以指元件的主体部分中的多数电荷载流子。
30.图1和图2的实施例的半导体衬底101可以由si形成。在其他实施例中，半导体衬底可以包括任何合适的一种或多种材料，例如si和/或ge。
31.图1和图2的实施例的半导体衬底101在常温常压(ntp)条件下可以具有至少为100欧姆-米(ωm)的主体电阻率，该主体电阻率对应于小于或等于约为4
×
10
11
每立方厘米(cm-3
)的主体多数电荷载流子浓度。在其他实施例中，可以或可以不是由si形成的半导体衬底可以具有任何合适的主体多数电荷载流子浓度，例如，主体多数电荷载流子浓度小于或等于约1
×
10
20
cm-3
、或1
×
10
16
cm-3
、或1
×
10
12
cm-3
。
32.图1和图2的实施例的半导体衬底101具有主体折射率。
33.在本说明书中，介质的“折射率”可以指真空中的光速与所述介质中的光的相速度之间的比值。通常，术语“折射率”可以是指或可以不是指复值折射率。此外，元件的“主体折射率”可以指所述元件的主体部分的折射率。
34.在此示例中，“光”可以指在相关波长范围内的任何波长的电磁辐射。相关波长的这种范围可以与或可以不与电磁波谱的紫外部分(波长从大约10纳米(nm)到大约400nm)、可见部分(波长从大约400nm到大约700nm)和/或红外部分(波长从大约700nm到大约1毫米(mm))重叠或重合。
35.图1和图2的实施例的半导体衬底101具有前表面102。半导体衬底101的前表面102限定出半导体衬底101的前侧。
36.贯穿本公开，“表面”可以指广义的平面的有限部分，该表面可以具有非零的、可能
与位置相关的曲率，并且，该表面可以是连通的或可以是不连通的、可以是路径连通的或可以是路径不连通的、可以是简单连通的或可以是非简单连通的。另外地或替代地，表面可以指本体或元件的外部边界的一部分。表面可以具体指从特定观察方向或从特定观察方向的一部分可见的本体或元件的外部边界的一部分。
37.图1和图2的实施例的半导体衬底101具有后表面103。半导体衬底101的后表面103与前表面102相反布置，并且后表面基本上沿假想的基准平面104延伸。
38.在此示例中，“基准平面”可以指假想的广义的平面，该基准平面可以具有或可以不具有非零的、可能与位置相关的曲率。因此，基准平面可以是或可以不是平面的。
39.图1和图2的实施例的基准平面104是平面的。在其他实施例中，半导体衬底可以是平坦的或弯曲的，该半导体衬底具有前表面，前表面基本上沿平面的基准平面延伸，或者分别地，基本上沿弯曲的基准平面延伸。
40.在图1和图2的实施例中，厚度方向被定义为垂直于基准平面104。在图1和图2中，厚度方向竖直地延伸。在一些实施例中，其中，基准平面是弯曲的，厚度方向可以是与位置相关的。在其他这样的实施例中，可以定义单个与位置无关的厚度方向。
41.在图1和图2的实施例中，辐射传感器元件100包括多个像素部分110。
42.贯穿本公开，“多个”元件或特征可以分别指两个或更多个所述元件或特征的组、或者三个或更多个等所述元件或特征的组。此外，辐射传感器元件的“部分”可以指辐射传感器元件的一部分，该部分从半导体衬底前表面上的区域延伸到半导体衬底后表面上的区域。在此示例中，“区域”可以指表面的一部分。因此，“像素部分”可以指辐射传感器元件的一部分，可以在所述辐射传感器元件中使用该像素部分，以便对具体地入射到所述像素部分上的辐射进行记录、指示和/或响应。多个像素部分的各个像素部分可以彼此邻接或可以不彼此邻接，即，它们可以彼此共享公共边界或可以不彼此共享公共边界。这种公共边界可以，例如，在半导体衬底内延伸。
43.在图1和图2的实施例中，多个像素部分110的各个像素部分可以具有相同或相似的特征。因此，图1和图2的实施例的每个像素部分可以属于该多个像素部分110，并且辐射传感器元件100可以仅包括单个多个像素部分110。在其他实施例中，辐射传感器元件可以包括至少一个(即，一个或更多个，两个或更多个等)多个像素部分。
44.图1和图2的实施例的多个像素部分110形成像素部分的规则、矩形的二维阵列。在其他实施例中，多个像素部分可以形成或可以不形成像素部分的阵列(例如，像素部分的一维或二维阵列)，像素部分的阵列可以是规则的或可以不是规则的，并且像素部分可以具有任何适当的对称性。
45.图1和图2的实施例的多个像素部分110的各个像素部分可以具有与基准平面104平行的1毫米(mm)
×
1mm的横向尺寸。在其他实施例中，多个像素部分中的各个像素部分可以具有任何合适的横向形状和尺寸，例如，在基本上为立方形像素部分的情况下，横向尺寸的范围在5微米(μm)
×
5μm到10mm
×
10mm之间，或者在10μm
×
10μm到1mm
×
1mm之间，或者在50μm
×
50μm到0.5mm
×
0.5mm之间。
46.在图1和图2的实施例中，多个像素部分110中的每个像素部分包括在半导体衬底101的后表面103上的收集区域120。
47.在此示例中，“收集区域”可以指能够布置在具有第一极性的主体多数电荷载流子
的半导体衬底的后表面上的区域，该收集区域适于或被配置为收集与第一极性符号相反的第二极性的自由电荷载流子。这种自由电荷载流子可以被收集到，例如，集成的或外部的电子读出电路中。具体地说，像素部分的收集区域可以适于或被配置为从所述像素部分收集自由电荷载流子。
48.如图2中对两个示例性的像素部分111、112的示意性地描述，收集区域120由收集掺杂阱121限定。由收集掺杂阱限定的收集区域可以促进自由电荷载流子的分离，这可以提高辐射传感器元件的量子效率。在其他实施例中，收集区域可以通过任何合适的方式进行限定，例如，通过收集掺杂阱进行限定，或者通过半导体衬底和导体图案之间的界面(诸如金属化焊盘或焊料凸点)进行限定，或者通过半导体衬底后表面上的介电层中的通孔进行限定。
49.在本公开中，“层”可以指布置在表面或本体上的通常为片状的元件。另外地或替代地，层可以指叠加、覆盖或堆叠的通常为片状的一系列元件之一。一层通常可以包括不同材料或不同材料成分的多个子层。某些层可能是路径连通的，而其他层可能是局部地路径连通和断开的。
50.在本公开中，“介电”材料可以指能够表现出低电导率的材料。另外地或替代地，介电材料可以是电极化的。通常，介电材料可以具有任何合适的相对介电常数，例如，相对介电常数至少为2，至少为3，至少为5，或至少为20。因此，介电层可以指包括介电材料或由介电材料形成的层。
51.在此示例中，层中“通孔”的存在可以指所述层的形状使得所述层包括间断性(discontinuity)。另外地或替代地，通孔可以指拓扑(同构)意义上的孔。
52.图1和图2的实施例的收集掺杂阱121形成在半导体衬底101中。这种收集掺杂阱通常可以至少部分地由掺杂剂注入步骤和/或掺杂剂扩散步骤形成。
53.在图1和图2的实施例中，辐射传感器元件100包括半导体衬底101的后表面103上的主体接触区域122，如图2所示。通常，当不需要在辐射传感器元件的一侧或多侧上针对各个像素进行电连接时，半导体衬底后表面上的这种主体接触区域可以有助于将闪烁体联接到半导体衬底上和/或使得能够将多个辐射传感器元件彼此紧密地布置在一起。在其他实施例中，辐射传感器元件可以包括一个或多个主体接触区域，该主体接触区域可以布置在或可以不布置在半导体衬底的后表面上。
54.贯穿本说明书，“主体接触区域”可以指具有第一极性的主体多数电荷载流子的半导体衬底的表面(例如后表面)上的区域，该主体接触区域适于或被配置为收集第一极性的自由电荷载流子和/或从所述半导体衬底的主体部分收集自由电荷载流子。
55.如图2中示意性描述的，主体接触区域122通过主体接触掺杂阱123限定。由收集接触掺杂阱限定的主体接触区域可以促进自由电荷载流子的分离，这可以提高辐射传感器元件的量子效率。在其他实施例中，主体接触区域可以通过任何合适的方式进行限定，例如，通过主体接触掺杂阱进行限定，或者通过半导体衬底和导体图案之间的界面(诸如金属化焊盘或焊料凸点)进行限定，或者通过半导体衬底上的介电层中的通孔来限定。
56.虽然在图1和图2中都没有具体描述，但是，辐射传感器元件，例如图1和图2的实施例的辐射传感器元件100，通常可以包括电连接到收集区域和/或主体接触区域的一个或多个导体图案。
57.如图2中对两个示例性的像素部分111、112的示意性地描述，多个像素部分110的每个像素部分包括在前表面102上的纹理化区域130。
58.在此示例中，“纹理化区域”可以指能够布置在半导体衬底的前表面上的非光滑的、图案化的和/或纳米结构区域。
59.图1和图2的实施例的纹理化区域130包括高深宽比纳米结构135。
60.在本公开中，“高深宽比纳米结构”可以指其在厚度方向上的高度是其横向尺寸的多倍的纳米结构。这样的纳米结构可以包括例如圆柱形柱、锥形柱或窄锥体。
61.图1和图2的实施例的高深宽比纳米结构135基本上沿厚度方向延伸。在其他实施例中，其中，基准平面是弯曲的，高深宽比纳米结构可以基本上沿与位置相关的厚度方向或沿单个与位置无关的厚度方向延伸。
62.如图2中对两个示例性的像素部分111、112的示意性地描述，图1和图2的实施例的高深宽比纳米结构135形成光转换层136。光转换层136具有向主体折射率nb逐渐变化的有效折射率这减少了从半导体衬底101的前侧入射到多个像素部分110的各个像素部分上的光的反射。通常，这种高深宽比纳米结构可以减少辐射传感器元件的各个像素之间的光串扰，特别是在将闪烁体布置在辐射传感器元件的至少一个像素部分的前侧的情况下。光串扰的这种减少可以是由辐射传感器元件内(例如闪烁体和半导体衬底之间)的反射的减少而造成的。
63.贯穿本说明书，“光转换层”可以指基于连续的材料界面(诸如横向界面)而不可定义的层，该光转换层具有从环境折射率ni向主体折射率nb逐渐变化的有效折射率n
eff
，以减少从辐射传感器元件的前侧入射到辐射传感器元件上的光的反射。例如，在辐射传感器元件被设计成暴露于折射率约为1的环境空气中使用，有效折射率可以从所述约为1的折射率向主体折射率nb逐渐变化。
64.在此示例中，“有效折射率”是关于光与纳米结构层的相互作用的辅助定义。亚波长特征或基本上在相关波长范围内的特征可以使光在这样的纳米结构层中表现的行为与光在没有这样的特征的相同材料的相应层中表现的行为不同。这种不同的行为可以通过辅助术语“有效折射率”进行描述；光在这种纳米结构层中表现并且与这种纳米结构层相互作用，就好像该层将由逐渐变化的主体材料制成，该主体材料在转换层的每一级上的折射率等于该级上的有效折射率n
eff
。
65.图1和图2的实施例的高深宽比纳米结构135不规则地布置。高深宽比纳米结构的这种不规则布置可以降低纹理化区域的反射率。在其他实施例中，高深宽比纳米结构能够以任何合适的布置方式布置，例如，不规则地或有规则地布置。
66.在图2中，描述了用于两个光转换层136的两个有效折射率这表明可以是相互独立的。因此，在光转换层136的给定的任意级上，可以是相互独立的。因此，在光转换层136的给定的任意级上，可以具有彼此相同、相似或不同的值。在其他实施例中，任意两个光转换层的任意两个有效折射率可以相互独立或可以不相互独立。
67.图1和图2的实施例的高深宽比纳米结构135与半导体衬底101是连续的并且是整体的。此外，高深宽比纳米结构135由与半导体衬底101共同的材料形成。在图1和图2的实施例的情况下，这种共同的材料可以是si。通常，由与半导体衬底共同的材料形成和/或与半
导体衬底连续形成和/或与半导体衬底整体形成的高深宽比纳米结构通常表现出较低的复合损耗。在其他实施例中，高深宽比纳米结构可以是或可以不是由与半导体衬底共同的材料形成和/或与半导体衬底连续形成和/或与半导体衬底整体形成。在所述的其他实施例中，这种共同的材料可以是任何合适的材料，例如，si或ge。
68.图1和图2的实施例的高深宽比纳米结构135可能是黑硅(b-si)尖峰。在其他实施例中，高深宽比纳米结构可以是b-si尖峰或适于形成光转换层的任何其他纳米结构，该光转换层具有向主体折射率逐渐变化的有效折射率。
69.在此示例中，“黑硅”可以指硅上的一类纳米级表面形成物，黑硅产生具有逐渐变化的有效折射率的光转换层。b-si表面可以包括多个针状-和/或尖峰状的表面形成物。这种多个表面形成物中的各个表面形成物可以具有不同的尺寸和/或不规则的布置方式。
70.图1和图2的实施例的高深宽比纳米结构135在厚度方向上的平均高度可以在500nm到1500nm范围内。在其他实施例中，高深宽比纳米结构在厚度方向上可以具有任何合适的平均高度，例如，平均厚度在500nm至1500nm范围内、或在约600nm至1200nm范围内、或在800nm至1000nm范围内。
71.图1和图2的实施例的高深宽比纳米结构135在平行于基准平面104的横向方向上具有的平均宽度可以在50nm到500nm的范围内。在其他实施例中，高深宽比纳米结构在厚度方向上可以具有任何合适的平均宽度，例如，平均宽度在50nm至500nm的范围内、或在约100nm至400nm的范围内、或在200nm至300nm的范围内。
72.如图2中对两个示例性的像素部分111、112的示意性地描述，图1和图2的实施例的辐射传感器元件100包括共形地涂覆高深宽比纳米结构135的介电材料150。这种介电材料通常可以减少辐射传感器元件的复合损耗。在其他实施例中，辐射传感器元件可以包括或可以不包括这种介电材料。
73.在此示例中，材料“共形地涂覆”高深宽比纳米结构可以是指所述材料形成沿着所述高深宽比纳米结构形成基本上一致的涂覆厚度的形状。在此示例中，“基本上均匀的涂覆厚度”可以指涂覆厚度的相对标准偏差小于50％、或小于25％、或小于15％，和/或厚度的标准偏差小于20nm、或小于10nm、或小于5nm。通常，可以沿所述高深宽比纳米结构的表面法线来测量共形地涂覆高深宽比纳米结构的材料的涂覆厚度。这种涂覆厚度可以例如在约1nm至100nm的范围内、或约2nm至50nm的范围内、或约3nm至30nm的范围内、或约5nm至约20nm的范围内。
74.图1和图2的实施例的介电材料150形成从图2所描述的第一像素部分111连续延伸到图2所描述的第二像素部分112的层。在其他实施例中，介电材料可以形成为一片或多片(例如层)。
75.本实施例的介电材料150可以具有第二极性的净电荷。在图1和图2的实施例的情况下，第二极性为正极。第二极性的这种净电荷通常可以将第二极性的自由电荷载流子排斥到半导体衬底后表面上的收集区域。这可以减少辐射传感器元件的复合损耗。在其他实施例中，其中，辐射传感器元件在高深宽比纳米结构上可以包括介电材料，所述介电材料可以具有或可以不具有净电荷，所述净电荷可以是或可以不是第二极性。在其他实施例中，其中，辐射传感器元件在高深宽比纳米结构上包括具有第二极性净电荷的介电材料，多个像素部分的每个像素部分可以包括或可以不包括前部衬底层，该前部衬底层沿半导体衬底的
前表面延伸并且具有第一极性的多数电荷载流子。通常，具有第一极性的多数电荷载流子的前部衬底层可以表现出降低的俄歇复合，这可以增加辐射传感器元件的灵敏度，特别是在较短波长处的灵敏度。
76.图1和图2的实施例的介电材料150可以包括例如一种或多种带正电的氧化硅(诸如非化学计量氧化硅(sio
x
))。在其他实施例中，可以使用任何合适的一种或多种介电材料，诸如sio
x
或带负电的一种或多种氧化铝(例如，非化学计量的氧化铝(alo
x
))。
77.在图1和图2的实施例中，辐射传感器元件100可以包括闪烁体170。如图1中通过虚线示出的，这种闪烁体170可以布置在例如半导体衬底101的前侧上。通常，闪烁体可以使得电离辐射转换为非电离电磁辐射，该非电离电磁辐射能够使用具有半导体衬底的辐射传感器元件进行检测，该半导体衬底与高能辐射的相互作用较弱。在其他实施例中，辐射传感器元件可以包括或可以不包括这种闪烁体。在实施例中，其中，辐射传感器元件包括半导体衬底前侧上的闪烁体，所述闪烁体可以直接或间接地或可以不直接或间接地联接到所述半导体衬底上。
78.在图1和图2的实施例中，辐射传感器元件100包括在多个像素部分110的各个像素部分之间的多个中间部分140。在图1中，使用虚线突出显示了一个这种中间部分140。在图2中描述了布置在两个示例性的像素部分111、112之间的一个不同的中间部分140。在其他实施例中，辐射传感器元件可以包括或可以不包括布置在多个像素部分的各个像素部分之间的至少一个中间部分。在一个实施例中，多个像素部分的各个像素部分彼此邻接，使得所述各个像素部分的纹理化区域在半导体衬底的前表面上形成连续区域。
79.贯穿本公开，“中间部分”可以指辐射传感器元件的一部分，该中间部分可以布置在多个像素部分中的第一像素部分和第二像素部分之间。中间部分可以从半导体衬底的前表面延伸到所述半导体衬底的后表面，或者可以不从半导体衬底的前表面延伸到所述半导体衬底的后表面。
80.虽然在图1中突出显示的中间部分140布置在一行或一列像素部分的像素部分之间，但中间部分通常可以存在于多个像素部分的任意两个像素部分之间，例如一行或一列像素部分的两个像素部分之间和/或相对于彼此对角布置的两个像素部分之间。
81.以下对两个示例性的像素部分111、112进行详细描述。虽然下面的讨论主要涉及两个示例性的像素部分111、112以及它们之间的中间部分140，但以下公开的任何特征可以适用于或可以不适用于图1和图2的实施例的多个像素部分110中的任意两个像素部分和/或所述两个像素部分之间的中间部分140。
82.图2中所描述的中间部分140包括在半导体衬底101的前表面102上的中间区域141。在其他实施例中，在多个像素部分的任意两个像素部分之间的中间部分可以包括或可以不包括这种中间区域。在一个实施例中，其中，辐射传感器元件包括布置在所述辐射传感器元件的前侧上的闪烁体，所述闪烁体联接到中间部分的中间区域。在所述实施例中，所述联接可以是直接的或间接的。因此，所述联接可以通过任何合适的方式来实现，例如，至少部分地通过胶合过程来实现，胶合过程可以包括或可以不包括底部填充步骤。
83.在此示例中，“中间区域”可以指半导体衬底的前表面上的区域。另外地或替代地，中间区域可以横向地布置在多个像素部分的两个像素部分之间。
84.图2中所描述的中间区域141具有的均方根(rms)粗糙度低于两个示例性的像素部
分111、112的纹理化区域130的rms粗糙度。这种较低的rms粗糙度可能导致在宽光谱范围内的从辐射传感器元件的前侧入射到中间部分的光具有较高的反射率。这可以减少在中间部分和/或中间部分附近的自由电荷载流子的产生。产生的自由电荷载流子的减少可以减少辐射传感器元件的各个像素之间的串扰，特别是在没有闪烁体的情况下。在其他实施例中，辐射传感器元件可以包括或可以不包括多个像素部分中的任意两个像素部分之间的至少一个中间部分，该中间部分包括在前表面上的中间区域，该中间区域的rms粗糙度低于两个像素部分中的任一像素部分的纹理化区域的rms粗糙度。
85.在本公开中，“粗糙度”可以指具有较高空间频率的表面粗糙度。具体地说，“均方根粗糙度”可以指均方粗糙度，可以对表面和/或表面的横截面轮廓测量均方根粗糙度。可以根据标准iso4287：1997和iso25178中的至少一种进行这种测量。在这种测量中，可以使用任何合适的一种或多种方法，诸如原子力显微镜(atomic force microscopy，afm)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，sem)、扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy，stm)和/或轮廓测定法。在纹理化区域的情况中，可以对所述纹理化区域的宏观部分进行这种测量。
86.在本说明书中，“宏观部分”可以指区域的至少一部分，该宏观部分足够大以使得肉眼可见。另外地或替代地，纹理化区域的宏观部分可以包含或延伸遍及至少100个纹理化单元、或至少400个纹理化单元、或至少900个纹理化单元，例如高深宽比纳米结构。
87.图2中所描述的中间区域141的rms粗糙度可以小于或等于两个像素部分111、112中的任一像素部分的纹理化区域的rms粗糙度的0.2倍。因此，中间区域141的rms粗糙度可以高于或等于第一像素部分111的纹理化区域130的rms粗糙度的五倍，并且高于或等于第二像素部分112的纹理化区域130的rms粗糙度的五倍。通常，rms粗糙度的较高的差异可能导致辐射传感器元件的各个像素之间具有较低的串扰。在其他实施例中，两个纹理化区域的rms粗糙度与布置在所述两个纹理化区域之间的中间区域的rms粗糙度之间可以使用任何合适的比率。例如，两个像素部分之间的中间区域的rms粗糙度可以小于或等于所述两个像素部分中的任一像素部分的纹理化区域的rms粗糙度的0.2倍、或0.1倍、或0.05倍或0.01倍。
88.图2中所描述的中间区域141基本上平行于基准平面104延伸。基本上平行于基准平面延伸的中间区域通常可以有助于将闪烁体联接到半导体衬底上。在其他实施例中，中间区域可以基本上平行于基准平面延伸或可以不基本上平行于基准平面延伸。
89.图2中所描述的两个像素部分111、112的纹理化区域130具有到基准平面104的最大距离另外地，图2中所描述的中间区域141具有到基准平面104的最小距离该最小距离大于这样的通常可以有助于进一步将闪烁体联接到半导体衬底上。这可能是由于在所述联接期间降低了高深宽比纳米结构断裂的风险，因为可以避免高深宽比纳米结构与闪烁体之间的直接接触。在其他实施例中，对于多个像素部分中的任意两个像素部分之间的任意中间部分来说，可以大于或可以不大于
90.参照图2，辐射传感器元件100包括金属涂层160。金属涂层160布置在半导体衬底101的前侧上，使得金属涂层160在基准平面104上的投影与中间区域141在基准平面104上的投影相交。对于在宽光谱范围内向辐射传感器元件的中间部分入射的光，这种金属涂层
可以增加辐射传感器元件的的反射率，这可以减少在中间部分和/或中间部分附近的自由电荷载流子的产生。产生的自由电荷载流子的这种减少可以减少辐射传感器元件的各个像素之间的串扰，特别是在没有闪烁体的情况中。在其他实施例中，辐射传感器元件可以包括或可以不包括这种金属涂层。
91.在此示例中，“涂层”可以指在表面或表面的一部分上延伸的元件，例如层。具体地说，在区域“前侧上”的涂层可以直接或间接地联接到所述区域，或可以不直接或间接地联接到所述区域。此外，“金属涂层”可以指包括金属材料或由金属材料形成的涂层。
92.应当理解，第一方面的任何前述实施例可以彼此结合使用。换句话说，多个实施例可组合在一起以形成第一方面的另一实施例。
93.以上主要讨论了辐射传感器元件的结构和材料方面。以下将更多地强调与用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法相关的方面。上述与结构和材料方面相关的实现方式、定义、细节以及优点，经适当修改后适用于以下讨论的方法的方面。反之亦然。
94.具体应理解的是，可以利用根据第二方面的方法来提供根据第一方面以及与第一方面相关的所描述的任何实施例的辐射传感器元件。相应地，可以利用根据第二方面的方法来制造根据第一方面的任何实施例的任何辐射传感器元件。
95.图3示出了一种用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法300。在其他实施例中，这种方法可以分别包括与图3的实施例的过程和/或步骤相似或基本不相同的过程和/或步骤。
96.在本说明书中，“过程”可以指导致最终结果的一系列的一个或多个步骤。另外地，“步骤”可以指为了实现一个或多个预定义的最终结果而采取的措施。通常，一个过程可以是单步骤过程或可以是多步骤过程。另外地，一个过程可以划分为多个子过程，其中，这种多个子过程的各个子过程可以或可以不共享共同的步骤。
97.在图3的实施例中，方法300包括：在过程301中，提供半导体衬底。半导体衬底具有第一极性的主体多数电荷载流子，第一极性可以是负极或正极。半导体衬底还具有主体折射率和前表面，前表面限定了半导体衬底的前侧。半导体衬底还具有后表面，后表面与前表面相反布置并且基本上沿基准平面延伸。
98.图3的实施例的方法300包括：在过程302中，对于多个像素部分中的每个像素部分在后表面上形成收集区域。这些收集区域适于收集与第一极性符号相反的第二极性的自由电荷载流子。在一些实施例中，形成收集区域的过程可以包括：例如离子注入步骤。
99.在图3的实施例中，方法300包括：在过程303中，对于多个像素部分中的每个像素部分在前表面上形成纹理化区域。每个纹理化区域包括高深宽比纳米结构，该高深宽比纳米结构基本上沿垂直于基准平面的厚度方向延伸并且形成光转换层，该光转换层具有向半导体衬底的主体折射率逐渐变化的有效折射率。这减少了从半导体衬底的前侧入射到所述像素部分的光的反射。
100.在图3的实施例中，形成纹理化区域的过程303可以包括：例如，金属辅助化学蚀刻(metal-assisted chemical etching，mace)步骤；大气干蚀刻(atmospheric dry etching，ade)步骤；和/或反应离子蚀刻(reactive ion etching，rie)步骤，诸如深度反应离子蚀刻(deep reactive ion etching，drie)步骤。通常，这种蚀刻步骤可以有助于形成具有低缺陷密度和良好定义的纳米级特征的纹理化区域。在其他实施例中，形成纹理化区
域的过程可以包括任何合适的一个或多个步骤，例如，mace步骤，ade步骤，和/或rie步骤(诸如drie步骤)。
101.在图3的实施例中，方法300包括：在可选的过程304中，在多个像素部分的两个像素部分之间形成中间部分。该中间部分包括在半导体衬底的前表面上的中间区域，该中间区域具有的rms粗糙度低于两个像素部分中的任一像素部分的纹理化区域的rms粗糙度。在其他实施例中，用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法可以包括或可以不包括形成中间部分的这种过程。
102.如表示过程302、303和304的框的顺序所示，实现所述过程302、303、304的步骤通常能够以各种可替代的顺序完成。此外，一个步骤通常可以在所述过程302、303、304中的多个过程中起作用。举例而言，蚀刻步骤，例如，mace步骤、ade步骤、和/或rie步骤(诸如dire步骤)，可以在形成纹理化区域的过程以及形成中间部分的过程中起作用。这种情况可能会发生，例如，如果提供具有抛光前表面的半导体衬底，并且在所述蚀刻步骤中对半导体衬底的蚀刻是局部地进行的，例如，使用蚀刻掩模。
103.在图3的实施例中，方法300包括：在可选的过程305中，将闪烁体联接到中间区域上。这种过程通常包括：例如，粘合剂粘合步骤。在其他实施例中，用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法可以包括或可以不包括联接闪烁体的过程。
104.在一个实施例中，用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法包括与图3的实施例的方法300的过程301、302和303相对应的过程。在其他实施例中，用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法可以包括与图3的实施例的方法300的过程301、302和303相对应的过程以及与过程304和305中的至少一个过程相对应的过程。
105.通常，可以以多个可替换的顺序执行用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法的步骤，其中，这些步骤实现与图3的实施例的方法300的过程301、302、303、304、305中的任何一个相对应的过程。另外地，用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法通常可以包括任何数量的附加过程或步骤，这些与图3的实施例的方法300相关的附加过程或步骤并未在此示例中公开。
106.例如，在一个实施例中，用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法包括：将介电材料沉积到高深宽比纳米结构上，所述介电材料共形地涂覆所述高深宽比纳米结构。
107.在可以根据前述实施例的另一实施例中，用于制造包括多个像素部分的辐射传感器元件的方法包括在中间区域的前侧上形成金属涂层。在所述实施例中，形成金属涂层的过程可以包括，例如，蒸发步骤或溅射步骤。
108.对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以各种方式实现。因此，本发明及其实施例不限于上述示例，相反，它们可以在权利要求的范围内变化。
109.将理解的是，上述任何益处和优点可以与一个实施例或可以与多个实施例相关。所述实施例不限于解决所述问题的任何或全部的那些实施例或具有所述益处和优点的任何或全部的那些实施例。
110.术语“包括”在本说明书中用于表示包括其后的一个或多个特征或者一个或多个动作，而并不排除一个或多个附加特征或动作的存在。还将进一步理解的是，“一”项是指这
些项中的一个或多个。
111.附图标记
112.100 辐射传感器元件
113.101 半导体衬底
114.102 前表面
115.103 后表面
116.104 基准表面
117.110 多个像素部分
118.111 像素部分
119.112 像素部分
120.120 收集区域
121.121 收集掺杂阱
122.122 主体接触区域
123.123 主体接触掺杂阱
124.130 纹理化区域
125.135 高深宽比纳米结构
126.136 光转换层
127.140 中间部分
128.141 中间区域
129.150 介电材料
130.160 金属涂层
131.170 闪烁体
132.300 方法
133.301 提供半导体衬底
134.302 形成收集区域
135.303 形成纹理化区域
136.304 形成中间部分
137.305 联接闪烁体