Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Fotodiode mit einem Schichtaufbau, welcher eine frontseitige erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, in welche die erste Halbleiterschicht eingebettet ist, und eine daran anschließende rückseitige dritte Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer im Vergleich zu der zweiten Halbleiterschicht höheren Dotierungskonzentration aufweist, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht einen p-n-Übergang und die dritte Halbleiterschicht ein Rückseitenfeld definieren.

Bei üblichen Fotodioden, insbesondere bei Silizium-Fotodioden, erstreckt sich die Raumladungs- oder Verarmungszone des p-n-Übergangs üblicherweise nur über einen kleinen, oberflächennahen Teilbereich der Fotodiodenstruktur. Tieferliegende Bereiche der Fotodiode weisen keine Ladungsträgerverarmung und daher auch kein elektrisches Feld auf.

Wenn Licht in der Fotodiode absorbiert wird, wird ein Ladungsträgerpaar, d.h. ein Elektron-Loch-Paar, erzeugt. Wenn ein solches Ladungsträgerpaar innerhalb des elektrischen Feldes der Verarmungszone erzeugt wird, werden die Ladungsträger unmittelbar voneinander getrennt, wodurch ein elektrischer Strom oder Fotostrom erzeugt wird.

Wenn jedoch die Lichtabsorption und die damit verbundene Ladungsträgererzeugung in tieferen Zonen der Fotodiode und damit außerhalb der Verarmungszone erfolgt, diffundieren die Ladungsträger in beliebige Richtungen. Eine Ladungsträgererzeugung und -diffusion außerhalb der Verarmungszone tritt insbesondere für infrarotes Licht auf, da dieses eine vergleichsweise höhere Eindringtiefe besitzt als sichtbares Licht. Die außerhalb der Verarmungszone erzeugten Ladungsträger können in der Regel nur dann zum elektrischen Stromfluss beitragen, wenn sie in die Verarmungszone gelangen. Gitter- und/oder Oberflächenfehler an einer rückseitigen Oberfläche des Schichtaufbaus wirken jedoch als Rekombinationszentren für die erzeugten Ladungsträger, d.h. die in diesen Bereich gelangenden Ladungsträger gehen durch Rekombination verloren und können nicht zum Fotostrom betragen. Dies führt zu einer verminderten Lichtempfindlichkeit, insbesondere im Infrarotbereich.

Um dies zu verhindern, wird eine Fotodiodenstruktur mit der genannten dritten Halbleiterschicht versehen, welche eine hohe Dotierungskonzentration aufweist und dadurch ein sogenanntes Rückseitenfeld (back surface field) definiert. Die im Vergleich zu der darüber liegenden zweiten Halbleiterschicht höhere Dotierungskonzentration der dritten Halbleiterschicht bewirkt eine Verschiebung der Bandstruktur und erzeugt somit das Rückseitenfeld. In Abhängigkeit vom Dotierungstyp wird eine der beiden Ladungsträgergattungen von dem Rückseitenfeld abgestoßen und in Richtung der Verarmungszone reflektiert oder zurückgestoßen und kann dort einen Beitrag zum Fotostrom leisten. Eine Rekombination der Ladungsträger an der Rückseite der Fotodiode kann dadurch verhindert werden.

Üblicherweise erfolgt die zur Erzeugung eines Rückseitenfeldes erforderliche Dotierung mittels Diffusion in die Rückseite eines zur Herstellung des Schichtaufbaus dienenden Halbleitersubstrats bzw. Wafers. Die Eindringtiefe des Dotierungsmaterials muss dabei größer sein als die Tiefe, in welche sich Oberflächenfehler erstrecken. Daher ist eine Dotierungstiefe von etwa 2 bis 4 pm gebräuchlich. Um diese Eindringtiefe zu erzielen, sind hohe Temperaturen bei der Durchführung der Diffusion erforderlich. Derartige Hochtemperaturprozesse können jedoch nur zu Beginn des Herstellungsprozesses der Fotodiode durchgeführt werden, da sie andernfalls vorgängig erzeugte Halbleiterstrukturen schädigen würden. Für verschiedene Einsatzgebiete, beispielsweise im Bereich Wearables, ist es wünschenswert, Fotodioden zu verwenden, deren Schichtaufbau nur eine vergleichsweise geringe Dicke aufweist. Hier werden insbesondere Halbleiterstärken von weniger als 185 pm bis hinunter zu 150 pm und weniger angestrebt. Bei derartig geringen Dicken ist es jedoch aus Stabilitätsgründen problematisch, einen Wafer einzusetzen, dessen Dicke bereits bei Beginn des Fertigungsprozesses der gewünschten endgültigen Dicke der Fotodiode entspricht.

Daher wird bei herkömmlichen Herstellungsverfahren der Schichtaufbau zunächst mit einer größeren Dicke hergestellt, bei dem die Dicke des Wafers zunächst nicht reduziert wird. Erst nachdem zumindest ein Großteil der Herstellungsschritte durchgeführt worden ist und insbesondere der p-n-Übergang hergestellt worden ist, erfolgt ein rückseitiges Abtragen, beispielsweise durch Rückseitenschleifen des Wafers. Allerdings würde bei einem solchen rückseitigen Abtragen zwangsläufig auch ein Halbleiterbereich mit abgetragen, welcher das Rückseitenfeld definieren soll, so dass es bislang nicht möglich ist, Fotodioden mit geringer Dicke und Rückseitenfeld herzustellen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Fotodiode anzugeben, deren Schichtaufbau eine reduzierte Dicke aufweist und zugleich ein Rückseitenfeld besitzt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Fotodiode mit dem eingangs genannten Schichtaufbau umfasst:

Bereitstellen einer Substratscheibe aus einem Halbleitermaterial, Herstellen einer Schichtfolge mit einem ersten, zweiten und dritten Halbleiterbereich auf und/oder in der Substratscheibe, wobei der erste und der zweite Halbleiterbereich die erste und die zweite Halbleiterschicht bilden, und teilweises Abtragen der Schichtfolge von der Rückseite der Substratscheibe her, bis der dritte Halbleiterbereich auf die Dicke der dritten Halbleiterschicht zurückgebildet ist.

Das Verhältnis der Dicke der dritten Halbleiterschicht zu der Dicke des Schichtaufbaus beträgt nicht mehr als 0,25.

In diesem Zusammenhang bezeichnen die Begriffe "Frontseite" oder "frontseitig" die Lichteintrittsseite der Fotodiode bzw. des Schichtaufbaus. Dementsprechend bezeichnen die Begriffe "Rückseite" oder "rückseitig" die der Lichteintrittsseite gegenüberliegende Seite der Fotodiode bzw. des Schichtaufbaus. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine Fotodiode mit einer geringen Dicke herzustellen, welche dennoch eine dritte Halbleiterschicht aufweist, welche ein Rückseitenfeld definiert. Der zurückgebildete dritte Halbleiterbereich definiert die dritte Halbleiterschicht. Die Substratscheibe ist bevorzugt aus Silizium, besonders bevorzugt aus einem Silizium-Einkristall hergestellt. In der Regel weist der zweite Halbleiterbereich einen niedrigen oder normalen Dotierungsgrad (schwache oder mittlere Dotierung) und der dritte Halbleiterbereich einen hohen Dotierungsgrad (starke Dotierung) auf. Unter einem niedrigen oder normalen Dotierungsgrad bzw. einer schwachen oder mittleren Dotierung wird üblicherweise eine Dotierungskonzentration verstanden, welche höchstens einem Donator auf 10 ⁷ Halbleiteratome oder höchstens einem Akzeptor auf 10 ⁶ Halbleiteratome entspricht. Demgemäß kann ein hoher Dotierungsgrad bzw. eine starke Dotierung einer Dotierungskonzentration entsprechen, die höher als die genannten Dotierungskonzentrationen ist, bevorzugt mindestens um eine Größenordnung oder mindestens um einen Faktor 10 höher ist, als es durch die vorstehend genannten Grenzen definiert ist. Insbesondere kann die zweite Halbleiterschicht eine Dotierungskonzentration aufweisen, die über die Dicke der zweiten Halbleiterschicht einen stetigen, insbesondere konstanten, oder unstetigen Verlauf aufweist. Das Abtragen der Schichtfolge erfolgt bevorzugt durch Rückseitenschleifen, wobei auch andere Verfahren alternativ oder in Kombination mit einem Rückseitenschleifverfahren eingesetzt werden können. Insbesondere kann das Abtragen auch Ätz- und/oder Polierschritte umfassen. Zu Beginn des Abtragens der Schichtfolge kann die Substratscheibe in ihrer bereitgestellten Dicke vorliegen.

Bevorzugt ist die bereitgestellte Substratscheibe bereits mit einer Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps hergestellt.

Es versteht sich, dass die Fotodiode neben den genannten Halbleiterschichten noch weitere Schichten aufweisen kann. Hierzu gehören insbesondere Metallschichten, welche zur elektrischen Kontaktierung der verschiedenen Halbleiterschichten vorgesehen sind. Die zur Herstellung von weiteren Schichten notwendigen Verfahrensschritte können zeitlich vor oder nach den Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Grundsätzlich können auch zusätzliche Verfahrensschritte zwischen einzelnen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der dritte Halbleiterbereich durch die Substratscheibe gebildet. Dementsprechend ist vorgesehen, dass die Substratscheibe mit einer Dotierungskonzentration versehen oder hergestellt wird, die der Dotierungskonzentration der dritten Halbleiterschicht entspricht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Herstellen der Schichtfolge, dass der dritte Halbleiterbereich durch frontseitiges Einbringen einer Dotierung, bevorzugt mittels Diffusion oder Ionenimplantation, in die Substratscheibe erzeugt wird. Demnach wird der dritte Halbleiterbereich in der Frontseite der Substratscheibe erzeugt. Nach dem Erzeugen des dritten Halbleiterbereichs können dann die beiden anderen Halbleiterbereiche durch geeignete Verfahren auf dem dritten Halbleiterbereich hergestellt werden. Das Abtragen der Substratscheibe erfolgt dementsprechend in einer Weise, dass zumindest derjenige Teil durch rückseitiges Abtragen der Substratscheibe entfernt wird, der nicht dem dritten Halbleiterbereich entspricht. Um sicherzustellen, dass die nach Beendigung des Abtragens verbleibende dritte Halbleiterschicht die zur Ausbildung des Rückseitenfeldes notwendige Dicke und Dotierungskonzentration aufweist, wird in der Regel zusätzlich auch ein gewisser Teil des dritten Halbleiterbereichs mit abgetragen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Herstellen der Schichtfolge, dass der dritte Halbleiterbereich durch epitaktisches Aufwachsen auf der Substratscheibe erzeugt wird. Bevorzugt wird der dritte Halbleiterbereich bereits dotiert aufgewachsen. Grundsätzlich ist jedoch auch eine nachträgliche Dotierung des aufgewachsenen Halbleiterbereichs möglich.

Bevorzugt umfasst bei dieser Ausgestaltung das Abtragen der Schichtfolge, dass die Substratscheibe vollständig abgetragen wird. Somit bildet der epitaktisch aufgewachsene dritte Halbleiterbereich die Rückseite der Fotodiodenstruktur. Um sicherzustellen, dass auch bei fertigungsbedingten Ungenauigkeiten beim Abtragen die Substratscheibe tatsächlich vollständig entfernt wird, kann zusätzlich auch ein gewisser Teil des dritten Halbleiterbereichs mit abgetragen werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Herstellen der Schichtfolge, dass der zweite Halbleiterbereich durch epitaktisches Aufwachsen auf dem dritten Halbleiterbereich erzeugt wird. Bevorzugt wird der zweite Halbleiterbereich bereits dotiert aufgewachsen. Grundsätzlich ist jedoch auch eine nachträgliche Dotierung des aufgewachsenen Halbleiterbereichs möglich. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Herstellen der Schichtfolge, dass der dritte Halbleiterbereich durch rückseitiges Einbringen einer Dotierung, bevorzugt mittels Diffusion, in die Substratscheibe erzeugt wird. Hier wird bevorzugt die Substratscheibe derart stark dotiert, dass auch bei einem auftretenden Dotierungsgradienten mit einer von der Rückseite zur Frontseite abnehmenden Dotierungskonzentration die Substratscheibe in einer gewünschten Tiefe eine der dritten Halbleiterschicht entsprechende Dotierungskonzentration aufweist. Die in die Substratscheibe eingebrachte Dotierung entspricht dem zweiten Leitfähigkeitstyp und erhöht gegebenenfalls eine bereits bei der Herstellung der Substratscheibe vorhandene Dotierungskonzentration.

In dem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die Dotierung nur in einen rückseitigen Teilbereich der Substratscheibe eingebracht wird und der zweite Halbleiterbereich durch den verbleibenden Teilbereich der Substratscheibe gebildet wird. Hierzu wird bevorzugt eine Substratscheibe verwendet, welche eine herstellungsseitige Dotierungskonzentration entsprechend der zweiten Halbleiterschicht aufweist. Die Dotierung bzw. die zusätzliche Dotierung für den dritten Halbleiterbereich wird nur bis zu einer solchen Tiefe eingebracht, dass das Dotierungsmaterial den verbleibenden, für den zweiten Halbleiterbereich vorgesehenen Teilbereich der Substratscheibe nicht erreicht. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens muss das Dotieren mit einer besonders großen Eindringtiefe erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Herstellen der Schichtfolge, dass der erste Halbleiterbereich nach dem zweiten Halbleiterbereich und/oder der zweite Halbleiterbereich nach dem dritten Halbleiterbereich erzeugt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Herstellen der Schichtfolge, dass der erste Halbleiterbereich durch frontseitige Dotierung mittels Ionenimplantation in dem zweiten Halbleiterbereich erzeugt wird. Die eingebrachte frontseitige Dotierung entspricht somit dem ersten Leitfähigkeitstyp. Da der zweite Halbleiterbereich entsprechend dem zweiten Leitfähigkeitstyp dotiert ist, muss hier zunächst eine Menge an Dotiermaterial eingebracht werden, welche die entgegengerichtete Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps neutralisiert. Die Dotierung wird dann fortgesetzt, bis die für die erste Halbleiterschicht erforderliche Dotierungskonzentration erreicht ist.

Die Erfindung betrifft ferner in einem Nebenaspekt ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 . Dieses Verfahren zum Herstellen einer Fotodiode mit dem eingangs genannten Schichtaufbau umfasst:

Bereitstellen einer Substratscheibe aus einem Halbleitermaterial, Herstellen einer Schichtfolge mit einem ersten und zweiten Halbleiterbereich in der Substratscheibe, wobei der erste Halbleiterbereich die erste Halbleiterschicht bildet,

Abtragen der Schichtfolge von der Rückseite her, bis der zweite Halbleiterbereich auf die gemeinsame Dicke der zweiten und dritten Halbleiterschicht zurückgebildet ist,

Herstellen eines die dritte Halbleiterschicht bildenden dritten Halbleiterbereichs durch rückseitiges Einbringen einer Dotierung, bevorzugt mittels Diffusion oder Ionenimplantation, in den zweiten Halbleiterbereich, und lokales Erwärmen des dritten Halbleiterbereichs.

Das Verhältnis der Dicke der dritten Halbleiterschicht zu der Dicke des Schichtaufbaus beträgt nicht mehr als 0,25.

Das lokale Erwärmen des dritten Halbleiterbereichs wird bevorzugt derart durchgeführt, dass durch das Einbringen der Dotierung und/oder durch das Abtragen der Schichtfolge verursachte Gitterfehler in der Grenzschicht ausgeheilt werden. Das lokale Erwärmen wird bevorzugt derart durchgeführt, dass insbesondere der zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht ausgebildete p-n-Übergang nicht durch übermäßiges Erhitzen geschädigt wird. Weiterbildungen zu dem ein- gangs genannten Verfahren gelten, soweit anwendbar, auch für diese Verfahrensvariante.

Bevorzugt kommen für das lokale Erwärmen des dritten Halbleiterbereichs Verfahren in Frage, die innerhalb kurzer Zeit eine rasche Temperaturerhöhung bewirken. Durch das Zuführen einer großen Wärmemenge in kurzer Zeit wird erreicht, dass sich der dritte Halbleiterbereich rasch auf die zum Ausheilen nötige Temperatur erhöht, ohne dass sich durch Wärmeleitung die Temperatur in anderen Bereichen des Schichtaufbaus, insbesondere im Bereich des p-n-Übergangs, über ein unschädliches Maß hinaus erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Verfahrensvariante erfolgt das lokale Erwärmen des dritten Halbleiterbereichs durch Laserannealing. Es hat sich gezeigt, dass Laserannealing in besonderer Weise zum Ausheilen von Gitterfehlern ohne übermäßige Erwärmung übriger Halbleiterbereiche geeignet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren ist der erste Leitfähigkeitstyp p-leitend und der zweite Leitfähigkeitstyp n-leitend. Daraus folgt, dass die erste Halbleiterschicht p-leitend und die zweite und dritte Halbleiterschicht n-leitend sind. Alternativ kann auch eine umgekehrte Zuordnung der Leitfähigkeitstypen gewählt werden, d.h. die erste Halbleiterschicht ist n-leitend und die zweite und dritte Halbleiterschicht sind p-leitend.

Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, ist die Substratscheibe bevorzugt aus Silizium gebildet. Substratscheiben aus Silizium sind weit verbreitet und daher kostengünstig. Sie haben sich bei der Fertigung von Fotodioden bewährt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren beträgt die Dicke der Fotodiode nicht mehr als 200 pm, bevorzugt nicht mehr als 185 pm. Die genannte Dicke der Fotodiode umfasst insbesondere den genannten Schichtaufbau, d.h. die erste, zweite und dritte Halbleiterschicht sowie gegebenenfalls zusätzlich vorhandene funktionale Schichten wie frontseitige und/oder rückseitige Metallschichten, die zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen sind. Gehäusebestandteile, Schutzfenster oder dergleichen werden bei der Bemessung der Dicke nicht mitgerechnet.

Bevorzugt beträgt die Dicke der bereitgestellten Substratscheibe nicht mehr als 300 pm, bevorzugt nicht weniger als 220 pm. Substratscheiben, deren Dicke in dem genannten Bereich liegt, haben sich als ausreichend stabil für die erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erwiesen, und es muss nicht übermäßig viel Material abgetragen werden. Grundsätzlich können jedoch auch dickere Substratscheiben bereitgestellt werden, wodurch sich dann der Schritt des Abtragens in entsprechender Weise verlängert. Falls Wafer eingesetzt werden sollen, welche eine größere Fertigungsdicke aufweisen, beispielsweise eine Fertigungsdicke von 600 pm, können diese vor dem Bereitstellen für die erfindungsgemäßen Verfahren auf die gewünschte Substratscheibendicke von nicht mehr als 300 pm, bevorzugt nicht weniger als 220 pm, abgetragen werden, bevorzugt durch Rückseitenschleifen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens beträgt die Dicke der dritten Halbleiterschicht, d.h. des Rückseitenfeldes, nicht mehr als 20 pm, bevorzugt nicht mehr als 10 pm, bevorzugt nicht mehr als 5 pm.

Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Dicke der dritten Halbleiterschicht zu der Dicke des Schichtaufbaus nicht mehr als 0,20, bevorzugt nicht mehr als 0,15, bevorzugt nicht mehr als 0,10, bevorzugt nicht mehr als 0,05, bevorzugt nicht mehr als 0,02.

Das Bereitstellen einer Substratscheibe kann umfassen, dass eine Substratscheibe des zweiten Leitfähigkeitstyps mit der höheren Dotierungskonzentration bereit- gestellt wird. Alternativ kann die zweite Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps eine im Vergleich zu der dritten Halbleiterschicht niedrigere Dotierungskonzentration aufweisen, wobei das Bereitstellen einer Substratscheibe umfasst, dass eine Substratscheibe des zweiten Leitfähigkeitstyps mit der niedrigeren Dotierungskonzentration bereitgestellt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer

Fotodiode gemäß einer ersten Ausgestaltung,

Fig. 2A und 2B schematische Schnittansichten einer gemäß dem Verfahren nach Fig. 1 hergestellten Fotodioden-Schichtfolge vor und nach dem Abtragen der Schichtfolge;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer

Fotodiode gemäß einer zweiten Ausgestaltung;

Fig. 4A und 4B schematische Schnittansichten einer gemäß dem Verfahren nach Fig. 3 hergestellten Fotodioden-Schichtfolge vor und nach dem Abtragen der Schichtfolge;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer

Fotodiode gemäß einer dritten Ausgestaltung; Fig. 6A und 6B schematische Schnittansichten einer gemäß dem Verfahren nach Fig. 5 hergestellten Fotodioden-Schichtfolge vor und nach dem Abtragen der Schichtfolge;

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer

Fotodiode gemäß einer vierten Ausgestaltung; und

Fig. 8A bis 8C schematische Schnittansichten einer gemäß dem Verfahren nach Fig. 7 hergestellten Fotodioden-Schichtfolge vor und nach dem Abtragen der Schichtfolge.

Bei den nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausgestaltungen des Verfahrens werden in den Ablaufdiagrammen lediglich diejenigen Verfahrensschritte beschrieben, die für das Verständnis der Erfindung wesentlich sind. Grundsätzlich können auch zusätzliche Verfahrensschritte vorgesehen sein, die zeitlich vor, zwischen oder während den in den Ablaufdiagrammen dargestellten Verfahrensschritten durchgeführt werden.

Die Schnittdarstellungen der Fotodioden-Schichtfolgen sind lediglich schematisch und nicht maßstäblich. Weiterhin beziehen sich die beschriebenen Verfahrensausgestaltungen lediglich beispielhaft auf jeweils eine einzelne Fotodiode. Es versteht sich, dass üblicherweise auf einer einzelnen Substratscheibe bzw. einem einzelnen Wafer eine Vielzahl von Fotodioden gleichzeitig hergestellt wird, die in einem Trennschritt, in der Regel zum Ende des Herstellungsprozesses hin, voneinander separiert werden, beispielsweise durch Sägen.

Im Folgenden werden aus Gründen der Übersichtlichkeit gleiche oder gleichartige Merkmale jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, auch wenn sich diese hinsichtlich ihrer Eigenschaften voneinander unterscheiden können. Die nachfolgend mit Bezug auf Fig. 1 bis 8C beschriebenen Ausgestaltungen beziehen sich jeweils auf ein Verfahren zum Herstellen einer Fotodiode 30 mit einem Schichtaufbau, welcher eine frontseitige erste Halbleiterschicht 22 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Halbleiterschicht 24 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, in welche die erste Halbleiterschicht 22 eingebettet ist, und eine an daran, d.h. an die zweite Halbleiterschicht 22, anschließende rückseitige dritte Halbleiterschicht 26 des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer im Vergleich zu der zweiten Halbleiterschicht 24 höheren Dotierungskonzentration aufweist. Bei allen Ausgestaltungen ist die erste Halbleiterschicht 22 p-leitend und definiert eine Anode. Die zweite und die dritte Halbleiterschicht 24, 26 sind n-leitend und definieren eine Kathode. Die erste und die zweite Halbleiterschicht 22, 24 bilden somit einen p-n-Übergang, wobei sich eine Verarmungszone 18 bildet. Die zweite Halbleiterschicht 22 weist einen niedrigen Dotierungsgrad auf, während die dritte Halbleiterschicht 26 einen hohen Dotierungsgrad besitzt und ein Rückseitenfeld definiert. Die Zuordnung des Leitfähigkeitstypen zu den Halbleiterschichten 22 - 26 ist beispielhaft und kann auch in komplementärer Weise erfolgen.

Mit Bezug auf Fig. 1 , 2A und 2B wird nachfolgend die erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

In Schritt 101 wird eine Substratscheibe 10 aus einem Halbleitermaterial, bevorzugt aus einem Silizium-Einkristall, bereitgestellt. Die Substratscheibe 10 ist stark n-dotiert und bildet einen dritten Halbleiterbereich 16.

In Schritt 102 wird auf der Substratscheibe 10 eine niedrig dotierte, n-leitende Schicht epitaktisch aufgewachsen, welche den zweiten Halbleiterbereich 14 bildet.

In Schritt 103 wird durch frontseitiges Dotieren mit einem p-leitenden Material innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs 14 ein p-leitender, wannenförmiger erster Halbleiterbereich 12 geschaffen, welcher die Anode der Fotodiode 30 bildet. Die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich 12, 14 stellt einen p-n-Übergang dar, um den herum sich eine Verarmungszone 18 bildet.

In Schritt 104 erfolgt schließlich ein Abtragen der Substratscheibe 10 von der Rückseite her, wobei auch ein Teil des dritten Halbleiterbereichs 16 entfernt wird. Der verbleibende, an den zweiten Halbleiterbereich 14 angrenzende Restbereich des dritten Halbleiterbereichs 16 weist nur noch eine Dicke von wenigen Mikrometern auf und definiert in der Fotodiode 30 ein Rückseitenfeld.

Mit Bezug auf Fig. 3, 4A und 4B wird nachfolgend die zweite Ausgestaltung des Verfahrens beschrieben.

In Schritt 201 wird eine n-leitende Substratscheibe 10 bereitgestellt, welche einen niedrigen Dotierungsgrad aufweist.

In Schritt 202 wird auf der Substratscheibe 10 frontseitig eine n-leitende Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsen, welche einen hohen Dotierungsgrad aufweist und welche einen dritten Halbleiterbereich 16 bildet.

In Schritt 203 wird eine weitere n-leitende Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsen, welche im Unterschied zum dritten Halbleiterbereich 16 nur einen niedrigen Dotierungsgrad aufweist. Diese schwach dotierte n-leitende Halbleiterschicht bildet einen zweiten Halbleiterbereich 14.

In Schritt 204 wird schließlich in gleicher weise wie in Schritt 104 der ersten Ausgestaltung durch frontseitiges Dotieren mit einem p-leitenden Material ein wannenartiger erster Halbleiterbereich 12 geschaffen, welcher die erste Halbleiterschicht 22 oder die Anode der Fotodiode 30 bildet. In Schritt 205 wird schließlich die Substratscheibe 10 vollständig abgetragen. Um zu gewährleisten, dass die durch einen Teilbereich des dritten Halbleiterbereichs 16 gebildete dritte Halbleiterschicht 26 der Fotodiode 30 die gewünschte Dicke aufweist und insbesondere dort keine Reste der Substratscheibe 10 mehr vorhanden sind, wird zusätzlich auch ein rückseitiger Teilbereich des dritten Halbleiterbereichs 16 abgetragen.

Alternativ zu dem epitaktischen Aufwachsen des dritten Halbleiterbereichs 16 kann gemäß Schritt 202 der dritte Halbleiterbereich 16 auch durch frontseitiges Dotieren der Substratscheibe 10, insbesondere mittels Diffusion oder Implantation, erzeugt werden.

Mit Bezug auf Fig. 5, 6A und 6B wird nachfolgend die dritte Ausgestaltung des Verfahrens beschrieben.

In Schritt 301 wird eine n-leitende Substratscheibe 10 mit einem niedrigen Dotierungsgrad bereitgestellt.

In Schritt 302 wird die Substratscheibe 10 von der Rückseite her mit n-leitendem Material dotiert, bevorzugt mittels Diffusion. Die Dotierungsrichtung ist in Fig. 6A durch Pfeile angedeutet. Das Dotieren erfolgt mit großer Eindringtiefe, wobei ein rückseitiger, diffundierter oder dotierter Teilbereich der Substratscheibe 10 einen dritten Halbleiterbereich 16 und ein frontseitiger, nicht diffundierter oder nicht dotierter Teilbereich der Substratscheibe 10 einen zweiten Halbleiterbereich 14 bilden. Innerhalb der Substratscheibe 10 entsteht somit eine Grenzschicht zwischen dem n-leitenden, niedrig dotierten zweiten Halbleiterbereich 14 und dem n- leitenden, stark dotierten dritten Halbleiterbereich 16.

Bei einem derartig tiefen Dotieren der Substratscheibe 10 von der Rückseite her kann innerhalb der Substratscheibe 10 ein Dotierungsgradient mit nach innen hin abnehmendem Dotierungsgrad entstehen. Daher muss der Dotierungsschritt 302 so ausgestaltet werden, dass ein beim nachfolgenden Abtragen nicht entfernter Teilbereich des dritten Halbleiterbereichs 16 noch die erforderliche Dotierungskonzentration entsprechend der Dotierungskonzentration der dritten Halbleiterschicht 26 aufweist. Dabei können an der Rückseite der Substratscheibe 10 durchaus höhere Dotierungskonzentrationen vorhanden sein, als es der Dotierungskonzentration der dritten Halbleiterschicht 26 entspricht.

In Schritt 303 erfolgt das Herstellen eines ersten Halbleiterbereichs 12, welcher die erste Halbleiterschicht 22 oder Anode der Fotodiode 30 bildet, wiederum in der vorstehend beschriebenen Weise durch frontseitiges Dotieren.

In Schritt 304 schließlich wird ein rückseitiger Teilbereich des dritten Halbleiterbereichs 16 abgetragen, so dass der verbleibende Teilbereich des dritten Halbleiterbereichs 16 die dritte Halbleiterschicht 26 der Fotodiode 30 bildet.

Mit Bezug auf Fig. 7 und 8A bis 8C wird nun die vierte Ausgestaltung des Verfahrens beschrieben.

In Schritt 401 wird eine Substratscheibe 10 aus einem schwach dotierten, n- leitenden Halbleitermaterial bereitgestellt. Die Substratscheibe 10 definiert zunächst den zweiten Halbleiterbereich 14.

In Schritt 402 wird im zweiten Halbleiterbereich 14 in der bereits beschriebenen Weise durch frontseitiges Dotieren ein p-leitender erster Halbleiterbereich 12 hergestellt, welcher die erste Halbleiterschicht 22 oder Anode der fertiggestellten Fotodiode 30 bildet. Fig. 8A zeigt den Schichtaufbau nach der Durchführung des Schritts 402. In Schritt 403 wird nun die Substratscheibe 10 von der Rückseite her abgetragen, wobei ein Teil des zweiten Halbleiterbereichs 24 entfernt wird, so dass die Dicke des verbleibenden Teils der Substratscheibe 10 der Dicke der Fotodiode 30 entspricht.

In Schritt 404 wird in die Substratscheibe 10 bzw. in den zweiten Halbleiterbereich 14 von der Rückseite her weiteres n-leitendes Dotiermaterial (Donatoren) eingebracht, so dass in einem Teilbereich des zweiten Halbleiterbereichs 14 ein n-leitender dritter Halbleiterbereich 16 ausgebildet wird, wobei der Dotiergrad dritten Halbleiterbereichs 16 höher ist als der Dotiergrad des zweiten Halbleiterbereichs 14. In Fig. 8B ist das Einbringen des Dotierungsmaterials durch Pfeile dargestellt. Das Dotieren erfolgt bevorzugt durch Diffusion oder auch durch Ionenimplantation.

In Schritt 405 erfolgt schließlich eine lokale Wärmebehandlung des dritten Halbleiterbereichs 16 von der Rückseite her, wobei bevorzugt ein als Laserannealing bezeichnetes Verfahren zum Einsatz gelangt. Hierbei wird der Schichtaufbau mit einem hochenergetischen Laserstrahl bestrahlt, so dass innerhalb kurzer Zeit an der Oberfläche Temperaturen erzeugt werden, die ausreichend sind, um durch das vorherige Abtragen von Substratmaterial und das darauffolgende Dotieren erzeugte Gitterfehler auszuheilen. Aufgrund der hohen, jedoch zeitlich begrenzten Energiezufuhr bleibt die Erwärmung des Schichtaufbaus im Wesentlichen auf den dritten Halbleiterbereich 16 beschränkt. Der ausgeheilte dritte Halbleiterbereich 16 bildet somit die hochdotierte dritte Halbleiterschicht 26, die in der Fotodiode 30 ein Rückseitenfeld definiert. Durch das Ausheilen des dritten Halbleiterbereichs 16 durch eine lokale Wärmebehandlung, insbesondere durch Laserannealing, wird verhindert, dass höherliegende Strukturen der Fotodiode 30, insbesondere der zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich 12, 14 ausgebildete p-n- Übergang, geschädigt werden. Die lokale Wärmebehandlung ist in Fig. 8C durch Doppelpfeile angedeutet. Es hat sich gezeigt, dass mit allen Ausgestaltungen des Verfahrens Fotodioden 30 mit einer Halbleiterdicke zwischen 150 gm und 185 gm und ggf. auch noch weniger hergestellt werden können.

Das Aufwachsen oder Erzeugen der epitaktischen Schichten erfolgt in grundsätzlich bekannter Weise, bevorzugt mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD). Grundsätzlich können jedoch auch alle anderen geeigneten Epitaxieverfahren zum Einsatz gelangen. Durch Zugabe entsprechender Dotiermaterialien beim Abscheiden der Schichten können die Epitaxieschichten bereits mit der gewünschten Dotierungskonzentration hergestellt werden.

Bezuqszeichenliste

10 Substratscheibe

12 erster Halbleiterbereich 14 zweiter Halbleiterbereich

16 dritter Halbleiterbereich

18 Verarmungszone

22 erste Halbleiterschicht

24 zweite Halbleiterschicht 26 dritte Halbleiterschicht

30 Fotodiode

101 -104 Verfahrensschritt

201 -205 Verfahrensschritt

301 -304 Verfahrensschritt 401 -405 Verfahrensschritt