專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，特別是涉及一種影像感測(cè)器的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)案請(qǐng)求發(fā)明名稱為"具有多層磊晶層的影像感測(cè)器光電二極管"
的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案60/909,970的優(yōu)點(diǎn)，其中美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案60/909,970 于公元2007年4月4日所提出，且在此以引用方式整體并入本申請(qǐng)案中作 為參考。
在半導(dǎo)體技術(shù)中，影像感測(cè)器用來(lái)感測(cè)投射至半導(dǎo)體基材的曝光量。 互才卜式金屬氧4匕半導(dǎo)體(Complementary Metal—Oxide—Semiconductor ; CMOS)影像感測(cè)裝置廣泛地使用在如數(shù)碼相才幾(Digital Still Camera; DSC) 的各式應(yīng)用中。這些裝置利用主動(dòng)式像素(Active Pixels)陣列或影像感測(cè) 單元(包括光電二極管及金屬氧化半導(dǎo)體晶體管)陣列來(lái)收集光子能量 (Photo Energy),以轉(zhuǎn)換影像成數(shù)碼資料流(Streams of Digital Data)。 然而，在先進(jìn)科技的利用上，當(dāng)影像感測(cè)器像素變得越來(lái)越小時(shí)，現(xiàn)有的 影像感測(cè)裝置面臨各式的議題，其中包括有遞減的感測(cè)度、影像延遲(Image Lag)以及串音(Electrical Cross-Talk)。因此，改善影像感測(cè)器及相應(yīng)基 材是必需的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提供一種半導(dǎo)體裝 置，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其可改善影像感測(cè)裝置的感測(cè)度遞減、影像 延遲及串音的問(wèn)題，非常適于實(shí)用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù) 本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體裝置，其至少包括 一半導(dǎo)體基材； 一第一磊晶 半導(dǎo)體層，位在該半導(dǎo)體基材上，且具有一第一型摻質(zhì)及一第一摻質(zhì)濃度； 一第二磊晶半導(dǎo)體層，位在該第一磊晶半導(dǎo)體層上，且具有該第一型摻質(zhì) 及一第二摻質(zhì)濃度，其中該第二摻質(zhì)濃度低于該第一摻質(zhì)濃度； 一第三磊 晶半導(dǎo)體層，位在該第二磊晶半導(dǎo)體層上，且具有該第一型摻質(zhì)及一第三
摻質(zhì)濃度，其中該第三摻質(zhì)濃度低于該第二摻質(zhì)濃度；以及一金屬氧化半 導(dǎo)體晶體管，形成于該第三磊晶半導(dǎo)體層上。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 前述的半導(dǎo)體裝置，其更至少包括一感光元件，形成于該第三磊晶半 導(dǎo)體層上，且與該金屬氧化半導(dǎo)體晶體管耦合。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的金屬氧化半導(dǎo)體晶體管為N型；包括 在該第 一磊晶半導(dǎo)體層、該第二磊晶半導(dǎo)體層與該第三磊晶半導(dǎo)體層中的 該第一型摻質(zhì)為P型；以及該半導(dǎo)體基材包括一 N型摻質(zhì)或一 P型摻質(zhì)。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的金屬氧化半導(dǎo)體晶體管為P型；包括 在該第一磊晶半導(dǎo)體層、該第二磊晶半導(dǎo)體層與該第三磊晶半導(dǎo)體層中的 該第一型摻質(zhì)為N型；以及該半導(dǎo)體基材包括一 N型摻質(zhì)或一 P型摻質(zhì)。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中每一該第一磊晶半導(dǎo)體層、該第二磊晶半導(dǎo) 體層與該第三磊晶半導(dǎo)體層更至少具有實(shí)質(zhì)大于0. 2微米的一厚度。
前述的半導(dǎo)體裝置，其中所述的第一摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于IO"至1018 原子/立方公分間的一濃度范圍；該第二摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于IO"至10" 原子/立方公分間的一濃度范圍；該第三摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于1013至10" 原子/立方公分間的一濃度范閨以及該半導(dǎo)體基材包括實(shí)質(zhì)高于1018原子/ 立方公分之一第四摻質(zhì)濃度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本 發(fā)明提出的一種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其至少包括 一半導(dǎo)體基材；一 第一磊晶半導(dǎo)體層，位在該半導(dǎo)體基材上，且具有一第一型摻質(zhì)及一第一 摻質(zhì)濃度； 一第二磊晶半導(dǎo)體層，位在該第一磊晶半導(dǎo)體層上，且具有該 第 一型摻質(zhì)及一 第二摻質(zhì)濃度，其中該第二摻質(zhì)濃度低于該第 一摻質(zhì)濃 度；以及一影像感測(cè)器，位在該第二磊晶半導(dǎo)體層上。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其更至少包括一第三磊晶半導(dǎo)體層， 該第三磊晶半導(dǎo)體層介于該第 一磊晶半導(dǎo)體層及該第二磊晶半導(dǎo)體層之 間，且具有該第一型摻質(zhì)及包括一第三摻質(zhì)濃度，而該第三摻質(zhì)濃度低于 該第一摻質(zhì)濃度，且高于該第二摻質(zhì)濃度。
前述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其中所述的第三磊晶半導(dǎo)體層包括一 漸次變化的摻質(zhì)分布，靠近該第 一磊晶半導(dǎo)體層的該第三磊晶半導(dǎo)體層底 面具有一最高的摻質(zhì)濃度，且靠近該第二磊晶半導(dǎo)體層的頂面具有一最低 的摻質(zhì)濃度。
前述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其中所述的第三磊晶半導(dǎo)體層包括多 個(gè)蟲晶層，每一該些磊晶層的摻質(zhì)濃度低于底部相鄰的磊晶層的摻質(zhì)濃度， 且高于頂部相鄰的磊晶層的摻質(zhì)濃度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題另外還采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。依 據(jù)本發(fā)明提出的一種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其至少包括 一半導(dǎo)體基材；一第一硅材料層，位在該半導(dǎo)體基材上，且具有一第一型摻質(zhì)及一第一摻
質(zhì)濃度； 一第二硅材料層，位在該第一硅材料層上，且具有該第一型摻質(zhì) 及一第二摻質(zhì)濃度，其中該第二摻質(zhì)濃度低于該第一摻質(zhì)濃度； 一第三硅 材料層，位在該第二硅材料層上，且具有該第一型摻質(zhì)及一第三摻質(zhì)濃度， 其中該第三摻質(zhì)濃度低于該第二摻質(zhì)濃度；以及一光電二極管，至少部分 形成于該第三硅材料層中。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 前述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其中所述的光電二極管至少包括一第 二型摻質(zhì)的 一第 一摻雜區(qū)，以及至少部分形成于該第 一摻雜區(qū)中的該第一 型摻質(zhì)的一第二摻雜區(qū)，其中該第二型摻質(zhì)形成在該第三硅材料層中。
前述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其中所述的第三^ 圭材料層具有大于0. 5 微米的一厚度。
前述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其更至少包括 一彩色濾光器，位在 該半導(dǎo)體基材的該光電二極管上，且實(shí)質(zhì)垂直排列在該光電二極管上；以 及一微型聚光片，位在該彩色濾光器上，且實(shí)質(zhì)垂直排列在該彩色濾光器 及該光電二極管上；其中該半導(dǎo)體基材位在該彩色濾光器下，且實(shí)質(zhì)垂直 排列在該光電二;f及管下。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。根據(jù)本發(fā)明的一 實(shí)施例，提供一種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，至少包含有半導(dǎo)體基材、位 在半導(dǎo)體基材上的第一磊晶半導(dǎo)體層、位在第一磊晶半導(dǎo)體層上的第二磊 晶半導(dǎo)體層、位在第二磊晶半導(dǎo)體層上的第三磊晶半導(dǎo)體層、以及形成于
第三磊晶半導(dǎo)體層上的金屬氧化半導(dǎo)體晶體管。其中第一磊晶半導(dǎo)體層具 有第一型摻質(zhì)及第一摻質(zhì)濃度，第二磊晶半導(dǎo)體層具有第一型摻質(zhì)及小于 第 一摻質(zhì)濃度的第二摻質(zhì)濃度，而第三磊晶半導(dǎo)體層則具有第 一型摻質(zhì)及 小于第二摻質(zhì)濃度的第三摻質(zhì)濃度。
根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例，提供一種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，至少包含 半導(dǎo)體基材、位在半導(dǎo)體基材上的第一磊晶半導(dǎo)體層、位在第一磊晶半導(dǎo) 體層上的第二磊晶半導(dǎo)體層、以及位在第二磊晶半導(dǎo)體層上的影像感測(cè)器。 其中第一磊晶半導(dǎo)體層具有第一型摻質(zhì)及第一摻質(zhì)濃度，第二磊晶半導(dǎo)體 層具有第 一型摻質(zhì)及低于第 一摻質(zhì)濃度的第二摻質(zhì)濃度。
根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例，提供一種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置。此裝置至 少包含半導(dǎo)體基材、位在半導(dǎo)體基材上的第一硅材料層、位在第一硅材 料層上的第二硅材料層、位在第二硅材料層上的第三硅材料層、以及至少 部分形成于第三硅材料層中的光電二極管。其中第 一硅材料層具有第 一型 摻質(zhì)及第 一摻質(zhì)濃度，第二硅材料層具有第 一型摻質(zhì)及低于第 一摻質(zhì)濃度 的第二摻質(zhì)濃度，而第三硅材料層具有第 一型摻質(zhì)及低于第二摻質(zhì)濃度的第三摻質(zhì)濃度。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明半導(dǎo)體裝置及其應(yīng)用至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及
有益效果
因本發(fā)明的實(shí)施例中的多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用漸次變化的摻質(zhì)量變曲 線，可形成較高成像效能、較少串音及影像延遲的各種影像感測(cè)器。
綜上所述，本發(fā)明具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，其不論在裝置結(jié)構(gòu) 或功能上皆有較大改進(jìn)，在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的 效果，且較現(xiàn)有技術(shù)具有增進(jìn)的突出功效，從而更加適于實(shí)用，并具有產(chǎn) 業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附 圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。


為了能夠?qū)Ρ景l(fā)明的觀點(diǎn)有較佳的理解，請(qǐng)參照上述的詳細(xì)說(shuō)明并配 合相應(yīng)的圖式。要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)，附圖中的各種特征并 未依比例繪示。事實(shí)上，為清楚說(shuō)明上述實(shí)施例，可任意地放大或縮小各 種特征的尺寸。相關(guān)圖式內(nèi)容說(shuō)明如下。
圖1繪示依據(jù)本發(fā)明觀點(diǎn)所制造的影像感測(cè)半導(dǎo)體裝置的俯視示意圖。
圖2至圖3繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例制造圖1所示影像感測(cè)半導(dǎo)體 裝置的各中間階段的剖面示意圖。
圖4至圖5繪示根據(jù)本發(fā)明的觀點(diǎn)制造影像感測(cè)半導(dǎo)體裝置的各中間 階段的剖面示意圖。
圖6繪示根據(jù)本發(fā)明觀點(diǎn)所制造的一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖。
100影像感測(cè)器裝置102像素區(qū)
104周圍區(qū)110半導(dǎo)體基材
112第一半導(dǎo)體層114第二半導(dǎo)體層
116第三半導(dǎo)體層118多個(gè)半導(dǎo)體層
119半導(dǎo)體層120隔離特征
130光電二極管132第 一摻雜區(qū)
134第二纟參雜區(qū)140金屬氧化半導(dǎo)體晶體管
管
管 8
體體體
晶晶晶
b d f
o o o
管管管
體體體
曰邗曰巧曰w140g:晶體管
142:沖冊(cè)極介電層
146: 4冊(cè)極間隔壁
150:源極與漏極區(qū)
160a:金屬層一
160c:金屬層三
160e:接觸部
165:介電層
175:微型聚光片
600:影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置
140h:晶體管 144:沖冊(cè)才及電才及 148:源極與漏極區(qū) 160:多層互連結(jié)構(gòu) 160b:金屬層二 160d:頂部金屬 160f:介層窗 170:彩色濾光器 180:開口
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的半導(dǎo)體裝置及其應(yīng)用 其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
可以理解的是，在本說(shuō)明中提供了許多不同的實(shí)施例或例子，用以實(shí) 施本發(fā)明的不同特征。以下所討"^侖的元件和配置的特定實(shí)施例僅用以簡(jiǎn)化 本揭露。當(dāng)然，此些僅為實(shí)施例，而并非用以限定本發(fā)明的范圍。再者， 為了簡(jiǎn)化及清楚說(shuō)明起見，重復(fù)使用參考數(shù)字及/或符號(hào)于本揭露的各實(shí)施 例中，然而此重復(fù)本身并非規(guī)定所討論的各實(shí)施例及/或配置之間必須有任 何的關(guān)聯(lián)。此外，以下說(shuō)明中所述的第一特征形成于第二特征上，或第一 特征形成在第二特征之上，可包括第 一特征及第二特征形成直接接觸的實(shí) 施例，亦可包括額外的特征形成于第一及第二特征間，使得第一及第二特 ^正無(wú)直4妻4妄觸的實(shí)施例。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的影像感測(cè)器裝置100。此 影像感測(cè)器裝置100包括有像素區(qū)102及周圍區(qū)104。在本實(shí)施例中，像素 區(qū)102包括多個(gè)互補(bǔ)式金屬氧化半導(dǎo)體影像感測(cè)器。另外，像素區(qū)102亦 可提供多個(gè)電荷耦合元件(Charge-Coupled Device; CCD)感測(cè)器、主動(dòng)式 像素感測(cè)器、及被動(dòng)式像素感測(cè)器。
請(qǐng)參照?qǐng)D2,影像感測(cè)器裝置100包括半導(dǎo)體基材110，其中半導(dǎo)體基 材110包括有第一型摻質(zhì)于像素區(qū)102中。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體基材110 包含有硅材料。半導(dǎo)體基材110可選擇性地或額外地包括如鍺(Germanium) 的其他元素半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體基材110亦可包括如碳化硅、砷化鎵、砷 化銦及磷化銦的復(fù)合半導(dǎo)體材料。在一實(shí)施例中，第一型摻質(zhì)為負(fù)型(N型) 摻質(zhì)。N型的半導(dǎo)體基材110是以磷或砷加以摻雜。半導(dǎo)體基材110可采重 摻雜。在一實(shí)施例中，半導(dǎo)體基材11G具有高于10'7立方公分的摻質(zhì)濃度。摻雜可使用如離子植入或擴(kuò)散的程序及技術(shù)來(lái)進(jìn)行。在以下的說(shuō)明中，是
以N型的半導(dǎo)體基材110作為半導(dǎo)體基材110的示范例。在其他的實(shí)施例
中，如果第一型摻質(zhì)為正型(p型)且相應(yīng)的摻雜特征亦相應(yīng)變更，則可選擇 性地使用p型摻質(zhì)半導(dǎo)體基材。
第一半導(dǎo)體層112形成于半導(dǎo)體基材110上，且第一半導(dǎo)體層ll2包 含有第一型摻質(zhì)。如半導(dǎo)體基材110為硅基材，則第一半導(dǎo)體層112亦可 為硅材料層。第一半導(dǎo)體層112可具有適當(dāng)?shù)暮穸燃暗陀诎雽?dǎo)體基材110 的摻質(zhì)濃度。在一實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層112可具有實(shí)質(zhì)大于0.2微米 的厚度。在其他實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層112可具有實(shí)質(zhì)大于0.5微米的 厚度。較佳的是，第一半導(dǎo)體層112具有介于0. 2微米與IO微米間的厚度。 第一半導(dǎo)體層112可包含介于IO"至1018 /立方公分間的第一摻質(zhì)濃度。第 一半導(dǎo)體層112是以結(jié)晶硅材料層的磊晶成長(zhǎng)形成于硅基材或其他半導(dǎo)體 材料上。在一實(shí)施例中，硅材料層的磊晶成長(zhǎng)可使用硅烷(Silane; SiH4) 氣來(lái)執(zhí)行。在本實(shí)施例中，硅烷氣更進(jìn)一步具有實(shí)質(zhì)介于800至1300。C間 的溫度，且硅烷氣的氣壓實(shí)質(zhì)介于40至760托(Torr)之間。磊晶成長(zhǎng)更可 利用其他氣體搭配適當(dāng)氣壓來(lái)產(chǎn)生摻質(zhì)。例如磊晶成長(zhǎng)可包含磷化氫(PH》 以產(chǎn)生N型摻質(zhì)。在另一示范例中，當(dāng)?shù)谝恍蛽劫|(zhì)為P型時(shí)，可在磊晶成 長(zhǎng)中采用硼乙烷(BA)，以產(chǎn)生P型摻質(zhì)的蟲晶第一半導(dǎo)體層112。在上述 的實(shí)施例中，可利用在原處磊晶成長(zhǎng)(In-Situ Epitaxy Growth)產(chǎn)生摻質(zhì) 于第一半導(dǎo)體層112中。另外，亦可在形成第一半導(dǎo)體層112后，以離子 植入或擴(kuò)散法配合適當(dāng)?shù)膭┝?Dose)來(lái)產(chǎn)生摻質(zhì)。
請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2，第二半導(dǎo)體層114形成于第一半導(dǎo)體層112上，且第二 半導(dǎo)體層114具有第一型摻質(zhì)及第二摻質(zhì)濃度，其中第二摻質(zhì)濃度低于第 一半導(dǎo)體層112的第一摻質(zhì)濃度。例如當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層112包含N型摻 質(zhì)時(shí)，則第二半導(dǎo)體層114亦包含N型摻質(zhì)。磷或砷可用來(lái)產(chǎn)生N型摻質(zhì)。 若第一半導(dǎo)體層112為硅材料層，則第二半導(dǎo)體層114亦為硅材料層。第 二半導(dǎo)體層114可具有適當(dāng)?shù)暮穸燃暗陀诘谝话雽?dǎo)體層112的摻質(zhì)濃度。 在一實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體層114可具有類似于第一半導(dǎo)體層112的厚度。 例如第二半導(dǎo)體層114具有實(shí)質(zhì)大于0. 2微米的厚度。在其他實(shí)施例中， 第二半導(dǎo)體層114可具有實(shí)質(zhì)大于0. 5微米的厚度。較佳的是，第二半導(dǎo) 體層114具有介于0. 2微米與10微米間的厚度。第二半導(dǎo)體層114的第二 摻質(zhì)濃度可實(shí)質(zhì)介于1013至1015 /立方公分間的范圍。第二半導(dǎo)體層114是 以結(jié)晶硅材料層的磊晶成長(zhǎng)形成于第一半導(dǎo)體層112上。利用磊晶成長(zhǎng)形 成第二半導(dǎo)體層114的程序可實(shí)質(zhì)類似于形成第一半導(dǎo)體層112的程序， 但需調(diào)整以包含第二摻質(zhì)濃度。在一實(shí)施例中，硅材料層的磊晶成長(zhǎng)可使 用硅烷氣來(lái)執(zhí)行。在本實(shí)施例中，硅烷氣更進(jìn)一步具有實(shí)質(zhì)介于800至1300。C間的溫度，且硅烷氣的氣壓實(shí)質(zhì)介于40至760托(Torr)之間。磊晶成長(zhǎng)
更可利用其他氣體搭配適當(dāng)氣壓來(lái)產(chǎn)生摻質(zhì)。例如磊晶成長(zhǎng)可包含磷化 氬以產(chǎn)生N型4參質(zhì)。在另一示范例中，當(dāng)?shù)谝恍?參質(zhì)為P型時(shí)，可在磊晶 成長(zhǎng)中釆用硼乙烷，以產(chǎn)生P型摻質(zhì)的磊晶第二半導(dǎo)體層114。在上述的實(shí) 施例中，可利用在原處磊晶成長(zhǎng)產(chǎn)生摻質(zhì)于第二半導(dǎo)體層114中。另外， 亦可在以磊晶成長(zhǎng)形成半導(dǎo)體材料層后，以離子植入或擴(kuò)散法配合適當(dāng)?shù)?劑量來(lái)產(chǎn)生摻質(zhì)。
另夕卜，請(qǐng)參照?qǐng)D4,半導(dǎo)體的影像感測(cè)器裝置IOO可包含額外的半導(dǎo)體 材料層。在形成第二半導(dǎo)體層114前，可先形成第三半導(dǎo)體層116于第一 半導(dǎo)體層112上，其中第三半導(dǎo)體層116包含有第一型摻質(zhì)及第三摻質(zhì)濃 度。在前述狀況中，第二半導(dǎo)體層114形成于第三半導(dǎo)體層116之后。第 三摻質(zhì)濃度低于第一半導(dǎo)體層112的第一摻質(zhì)濃度，且高于第二半導(dǎo)體層 114的第二摻質(zhì)濃度。在一實(shí)施例中，第三半導(dǎo)體層116的第三摻質(zhì)濃度可 實(shí)質(zhì)介于IO"至1016/立方公分間。若第一半導(dǎo)體層112為硅材料層，則第 三半導(dǎo)體層116亦為硅材料層。第三半導(dǎo)體層116可具有適當(dāng)?shù)暮穸取Ｔ?一實(shí)施例中，第三半導(dǎo)體層116可具有近似于第一半導(dǎo)體層112及/或第二 半導(dǎo)體層114的厚度。例如第三半導(dǎo)體層116具有實(shí)質(zhì)大于0. 2微米的 厚度。在其他實(shí)施例中，第三半導(dǎo)體層116可具有實(shí)質(zhì)大于0.5微米的厚 度。較佳的是，第三半導(dǎo)體層116具有實(shí)質(zhì)介于0. 2微米與IO微米間的厚 度。同樣地，第三半導(dǎo)體層116是以結(jié)晶硅材料層的蟲晶成長(zhǎng)而形成于第 一半導(dǎo)體層112上。利用磊晶成長(zhǎng)形成第三半導(dǎo)體層116的程序可實(shí)質(zhì)類 似于形成第一半導(dǎo)體層112的程序，但需調(diào)整以包含第三摻質(zhì)濃度。在一 實(shí)施例中，硅材料層的磊晶成長(zhǎng)可使用硅烷氣來(lái)執(zhí)行。磊晶成長(zhǎng)更可利用 其他氣體搭配適當(dāng)氣壓來(lái)產(chǎn)生摻質(zhì)。在上述的實(shí)施例中，可利用在原處蟲 晶成長(zhǎng)產(chǎn)生摻質(zhì)于第三半導(dǎo)體層116中。另外，亦可在以磊晶成長(zhǎng)形成第 三半導(dǎo)體層116后，以離子植入或擴(kuò)散法配合適當(dāng)?shù)膭┝縼?lái)產(chǎn)生摻質(zhì)。
請(qǐng)參照?qǐng)D5,在其他實(shí)施例中，半導(dǎo)體的影像感測(cè)器裝置100可包括2 層或更多的半導(dǎo)體材料層，其中每一材料層具有不同的摻質(zhì)濃度，且如圖5 所繪示的多個(gè)半導(dǎo)體層118形成于第一半導(dǎo)體層112及第二半導(dǎo)體層114 之間。多個(gè)半導(dǎo)體層118可在形成第二半導(dǎo)體層114前先形成于第一半導(dǎo) 體層112上。在前述狀況中，第二半導(dǎo)體層114形成于多個(gè)半導(dǎo)體層118 之后。多個(gè)半導(dǎo)體層118位于第一半導(dǎo)體層112及第二半導(dǎo)體層114間， 且具有第一型摻質(zhì)。多個(gè)半導(dǎo)體層118的摻質(zhì)濃度介于第一半導(dǎo)體層112 的第一摻質(zhì)濃度及第二半導(dǎo)體層114的第二摻質(zhì)濃度之間。在一實(shí)施例中， 多個(gè)半導(dǎo)體層118的摻質(zhì)濃度可實(shí)質(zhì)介于IO"至1016/立方公分間。在另一 實(shí)施例中，多個(gè)半導(dǎo)體層118的每一材料層具有特定的摻質(zhì)濃度，其中每一材料層的特定的摻質(zhì)濃度低于底部相鄰的材料層的摻質(zhì)濃度，且高于頂 部相鄰的材料層的摻質(zhì)濃度。多個(gè)半導(dǎo)體層118的每一材料層可具有類似
或小于第一半導(dǎo)體層112的厚度。例如多個(gè)半導(dǎo)體層118的每一材料層 具有實(shí)質(zhì)大于0.2微米的厚度。在其他實(shí)施例中，多個(gè)半導(dǎo)體層118的每 一材料層可具有實(shí)質(zhì)大于Q. 5微米的厚度。較佳的是，每一材料層具有實(shí) 質(zhì)介于0. 2微米與IO微米間的厚度。同樣地，多個(gè)半導(dǎo)體層118系藉由多 個(gè)步驟的磊晶成長(zhǎng)所形成。利用磊晶成長(zhǎng)形成多個(gè)半導(dǎo)體層118的程序可 實(shí)質(zhì)類似于形成第一半導(dǎo)體層112的程序，但需調(diào)整以包含多個(gè)步驟中的 各種摻質(zhì)濃度。
如以上所述，各種實(shí)施例是采用2層或更多的半導(dǎo)體材料層配舍漸次 變化的摻質(zhì)濃度。第一半導(dǎo)體層112及第二半導(dǎo)體層114，或是第一半導(dǎo)體 層112及第二半導(dǎo)體層114搭配額外的第三半導(dǎo)體層116，或搭配額外的多 個(gè)半導(dǎo)體層118形成漸次變化的摻質(zhì)量變曲線，以使得摻質(zhì)濃度從第一半 導(dǎo)體層112至第二半導(dǎo)體層114垂直遞減，形成具有較高成像效能、較少 的串音及較少的影像延遲的各種影像感測(cè)器。如上述所揭露的利用磊晶成 長(zhǎng)的多個(gè)半導(dǎo)體層，更進(jìn)一步的另一實(shí)施例為半導(dǎo)體層具有第一型#^質(zhì)， 且具有從底部至頂部連續(xù)遞減變化的摻質(zhì)濃度。前述的連續(xù)漸次變化的半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可利用磊晶成長(zhǎng)搭配適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)氣體加以形成，其中與摻質(zhì)相關(guān) 的化學(xué)氣體的分壓可在磊晶成長(zhǎng)的程序中遞減以形成漸次變化的摻質(zhì)量變 曲線。
請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D3，在形成具有漸次變化的摻質(zhì)濃度的各種半導(dǎo)體材料層 后，如淺溝渠隔離(Shallow Trench Isolation; STI)的多個(gè)隔離特征120 形成于第二半導(dǎo)體層114中，用以定義出產(chǎn)生影像感測(cè)器、各種晶體管、 以及各種功能特征的各個(gè)區(qū)域。淺溝渠隔離的隔離特征120可藉由本領(lǐng)域 所習(xí)知的適當(dāng)技術(shù)加以形成。例如可利用一系列的程序來(lái)形成淺溝渠隔 離，其中包括以傳統(tǒng)微影技術(shù)圖案化半導(dǎo)體層、以電漿蝕刻程序蝕刻半導(dǎo) 體層來(lái)產(chǎn)生各種溝渠、以及利用如氧化硅的介電材料透過(guò)化學(xué)氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition; CVD)程序填充前述的溝渠。化學(xué)氣相沉積 程序可利用高密度電漿化學(xué)氣相沉積法(High Density Plasma CVD; HDPCVD) 來(lái)達(dá)到較佳的淺溝渠隔離特征表面。在其他實(shí)施例中，隔離特征120可延 伸至第二半導(dǎo)體層114底下的其他半導(dǎo)體層。
請(qǐng)仍再參照?qǐng)D3，各種光電二極管130形成于第二半導(dǎo)體層114上。每 一光電二極管130包括形成于第二半導(dǎo)體層114中的第一摻雜區(qū)132，其中 第一摻雜區(qū)132不同于第一型摻質(zhì)的第二型摻質(zhì)。例如當(dāng)?shù)诙雽?dǎo)體層 114包含N型摻質(zhì)時(shí)，則第一摻雜區(qū)132包含P型4參質(zhì)。硼或二氧化硼可用 來(lái)產(chǎn)生P型摻質(zhì)。第一摻雜區(qū)132可具有實(shí)質(zhì)大于0. 3微米的厚度。在一實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)132可具有實(shí)質(zhì)介于0. 3微米與1.5微米間的厚度。 第一摻雜區(qū)132可包含實(shí)質(zhì)介于1017至1019/立方公分間的摻質(zhì)濃度。第一 摻雜區(qū)132可利用此技術(shù)領(lǐng)域中所習(xí)知的植入或擴(kuò)散法來(lái)形成。
光電二極管130更可包括具有第一型摻質(zhì)且形成于第一摻雜區(qū)132中 的第二摻雜區(qū)134，其中第一型摻質(zhì)相同于第一半導(dǎo)體層112及第二半導(dǎo)體 層114中的第一型摻質(zhì)。第二摻雜區(qū)134可延伸而與第二半導(dǎo)體層114作 直接的接觸。第二摻雜區(qū)134可具有實(shí)質(zhì)小于0. 1微米的厚度。第二摻雜 區(qū)134可包含實(shí)質(zhì)介于1017至1019/立方公分間的摻質(zhì)濃度。第二摻雜區(qū)134 可利用此技術(shù)領(lǐng)域中所習(xí)知的植入或擴(kuò)散法來(lái)形成。如前述的例子所描述， 例如磷或砷的N型摻質(zhì)可利用離子植入法形成于半導(dǎo)體材料層中，以形成N 型第二摻雜區(qū)134?？衫萌缗鸹蚨?BF》的P型摻質(zhì)以形成P型第 二摻雜區(qū)134。
各種晶體管可形成于第二半導(dǎo)體層114上，例如圖3所繪示的金屬氧 化半導(dǎo)體晶體管140。每一金屬氧化半導(dǎo)體晶體管140包含位在第二半導(dǎo)體 層114上的柵極介電層142、位在柵極介電層142上的柵極電極144、以及 位在柵極堆迭(Gate Stack;柵極介電層及柵極電極)側(cè)面的選4奪性的柵極 間隔壁(Gate Spacers) 146。每一金屬氧化半導(dǎo)體晶體管140亦包含4參雜的 源極與漏極(S/D)區(qū)148及150。每一金屬氧化半導(dǎo)體晶體管140的S/D區(qū) 148可與相關(guān)的光電二極管130的第一摻雜區(qū)132相耦合且同時(shí)形成。源極 與漏極區(qū)包含有第二型摻質(zhì)。在一實(shí)施例中，金屬氧化半導(dǎo)體晶體管140 可用來(lái)作為轉(zhuǎn)移柵極晶體管(Transfer Gate Transistor)。另外，各種晶 體管可包含由轉(zhuǎn)移柵極晶體管、重置柵極晶體管(Reset Gate Transistor)、 源極隨耦器(Source Follower)、及列選擇晶體管(Row Select Transistor) 所形成的組合。
本發(fā)明亦可包含其他的特征。例如多層互連(Multi-Layer Interconnect; MLI)結(jié)構(gòu)以及間隔多層互連結(jié)構(gòu)的介電層，其中介電層系 形成于第二半導(dǎo)體層114中，且配置有適當(dāng)?shù)倪B接，以形成所欲設(shè)計(jì)的電 路，進(jìn)而產(chǎn)生各種影像感測(cè)器。亦可形成且配置各種彩色濾光器及/或微型 聚光片(Microlenses)，使得每一影像感測(cè)器(例如光電二極管)能夠操作 用來(lái)接收光線以達(dá)成成像的功能。
以上所述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置利用多個(gè)半導(dǎo)體層配合漸次變化的 摻質(zhì)濃度，可具有最佳化的成像效果，較少的串音與影像延遲，以及較高 的成像感測(cè)度。本說(shuō)明書所揭露的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置及其制造方法可 包含各種的潤(rùn)飾、取代與變化。半導(dǎo)體的影像感測(cè)器裝置100包含有例示 性N型通道晶體管。然而，若有需要的時(shí)，半導(dǎo)體的影像感測(cè)器裝置100 可額外地或選擇性地包含一個(gè)或多個(gè)P型通道晶體管。在一實(shí)施例中，井區(qū)(Well Regions)可形成于第二半導(dǎo)體層中，其中第二半導(dǎo)體層配置有各 種P型及/或N型晶體管。例如各種N型井可形成配置于P型第二半導(dǎo)體 層中，使得各種N型通道晶體管形成于其中。各種井的形成可利用產(chǎn)生圖 案化光阻層并執(zhí)行離子植入程序于半導(dǎo)體層的圖案化光阻層的開口中來(lái)產(chǎn) 生。離子植入程序可利用硼及/或磷作為摻雜的摻質(zhì)。在其他實(shí)施例中，半 導(dǎo)體基材110中摻質(zhì)型式不同于用來(lái)形成磊晶成長(zhǎng)的第一半導(dǎo)體層112及 第二半導(dǎo)體層114的摻質(zhì)型式。例如半導(dǎo)體基材110采用N型摻質(zhì)且磊 晶半導(dǎo)體層采用P型摻質(zhì)，或兩者互換。在其他實(shí)施例中，各種半導(dǎo)體層 可利用各種半導(dǎo)體材料來(lái)達(dá)到應(yīng)變作用(Strained Effect)以強(qiáng)化驅(qū)動(dòng)性 (Enhanced Mobility)。例如硅基材可包含一層或多層的硅鍺材料層，其 中每一層是介于其他硅材料層之間(及/或硅基材之間)，且具有透過(guò)磊晶成 長(zhǎng)的多個(gè)步驟所形成的漸次變化的摻質(zhì)量變曲線。在其他實(shí)施例中，包含 有與半導(dǎo)體基材110同一型式摻質(zhì)的半導(dǎo)體磊晶層可形成于預(yù)定區(qū)，且與 前述相對(duì)型式的摻質(zhì)的半導(dǎo)體磊晶層形成于其他區(qū)域中，使得各種光電二 極管及晶體管能夠形成于前述的不同區(qū)域中。針對(duì)本發(fā)明所揭露的結(jié)構(gòu)及 其制造方法，在應(yīng)用過(guò)程中，半導(dǎo)體的影像感測(cè)器裝置100所接收的照射 光可以不局限在可見光束，而可延伸至其他如紅外線與紫外線的光線，以 及其他適當(dāng)?shù)妮椛洳?。因此，感測(cè)器元件及各種晶體管可適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)及配 置以有效地反射及/或吸收相對(duì)應(yīng)的輻射波。半導(dǎo)體的影像感測(cè)器裝置100 可包含位在多層互連結(jié)構(gòu)上的保護(hù)層(Passivation Layer)。半導(dǎo)體的影像 感測(cè)器裝置100可設(shè)計(jì)成以前側(cè)或后側(cè)接受照射光。半導(dǎo)體的影像感測(cè)器 裝置100可薄型化且進(jìn)一步結(jié)合至其他基材中。
請(qǐng)參照?qǐng)D6，其繪示根據(jù)本發(fā)明觀點(diǎn)所制造的其他實(shí)施例的影像感測(cè)器 半導(dǎo)體裝置600的示意圖。影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置600包括半導(dǎo)體基材110 及形成于半導(dǎo)體基材110上的各種半導(dǎo)體層，例如例示性半導(dǎo)體層112、 114及119，其中這些半導(dǎo)體層具有漸次變化的摻質(zhì)量變曲線，使得摻質(zhì)濃 度由半導(dǎo)體基材110的較高的摻雜程度以連續(xù)或不連續(xù)的變化梯度 (Gradient)向上垂直變化至半導(dǎo)體層114的較低的摻雜程度，而這些半導(dǎo) 體系以如上所述的蟲晶成長(zhǎng)的各種步驟，或其他適當(dāng)?shù)闹圃旒夹g(shù)所形成。 在各種實(shí)施例中，多個(gè)半導(dǎo)體層可實(shí)質(zhì)類似于圖3至圖5中所繪示的其中 之一。半導(dǎo)體基材110的摻質(zhì)型式可相同于半導(dǎo)體層的摻質(zhì)型式或選擇性 地相對(duì)于半導(dǎo)體層的摻質(zhì)型式。在一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層中的摻質(zhì)濃度可 包含從半導(dǎo)體基材110中的1018 /立方公分向上變化至半導(dǎo)體層114的1013 /立方/>分的漸次變化量變曲線。
各種光電二極管(例如圖3所繪示的光電二極管)形成于半導(dǎo)體層114 中。在一實(shí)施例中，N型的光電二極管130形成于P型的半導(dǎo)體層114中。如磷或砷的N型摻質(zhì)可使用離子植入法導(dǎo)入P型半導(dǎo)體層114中。P型摻雜 區(qū)，亦稱之為P型固定層(Pinned Layer),利用如硼或二氟化硼的P型摻 質(zhì)形成于光電二極管130中。固定層可協(xié)助達(dá)成如低漏電流(Low Leakage Current)的較佳光學(xué)表現(xiàn)。
半導(dǎo)體層114可形成各種晶體管140。各種晶體管可包含轉(zhuǎn)移柵極晶體 管、重置柵極晶體管、源極隨耦器、列選擇晶體管、及可更進(jìn)一步包含其 他金屬氧化半導(dǎo)體晶體管以及其他主動(dòng)和被動(dòng)積體電路特征。每一晶體管 可包含源極、漏極和柵極，其中柵極更可包含柵極介電層和柵極電極。在 一實(shí)施例中，晶體管140a是例示性N型金屬氧化半導(dǎo)體(NMOS)晶體管、晶 體管140b為列選擇晶體管、晶體管140c為源極隨耦器、晶體管140d為重 置柵極晶體管、晶體管140e為耦合至光電二極管130的轉(zhuǎn)移柵極晶體管、 晶體管140f、晶體管140g及晶體管140h則為其他例示性晶體管。
請(qǐng)仍參照?qǐng)D6,如多層互連結(jié)構(gòu)160以及間隔多層互連結(jié)構(gòu)的介電層 165的其他特征形成于半導(dǎo)體層114上。在一實(shí)施例中，多層互連結(jié)構(gòu)160 包含有例示性金屬層一 16Qa、金屬層二 160b、金屬層三160c、及頂部金屬 160d。多層互連結(jié)構(gòu)160更至少包含接觸部160e,以連結(jié)半導(dǎo)體層上的各 種特征及金屬層。多層互連結(jié)構(gòu)160更至少包含介層窗(Via)160f，藉以連 結(jié)各金屬層。介電層165形成于多層互連結(jié)構(gòu)內(nèi)，且可包含如內(nèi)層介電層 (Inter—Level Dieletric)及內(nèi)金屬介電層(Inter-Metal Dieletric)的多 個(gè)材料層。
多層互連結(jié)構(gòu)可包含稱為鋁導(dǎo)線(Aluminum Interconnects)的導(dǎo)電材 料，例如鋁、鋁/硅/銅合金、鈦、氮化鈦、鴒、多晶硅、金屬硅化物、 或前述材料的結(jié)合。鋁導(dǎo)線可由包含物理氣相沉積(或賊鍍)、化學(xué)氣相沉 積、或兩者的結(jié)合的程序來(lái)形成。其他制造鋁導(dǎo)線的技術(shù)可包含微影制程 及蝕刻，以圖案化導(dǎo)電材料來(lái)產(chǎn)生垂直(介層窗及接觸窗)及水平連結(jié)(導(dǎo)電 線)。其他如熱退火的制程可用來(lái)形成金屬硅化物。另外，亦可采用銅多層 互連結(jié)構(gòu)，且銅多層互連結(jié)構(gòu)包含有銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化 鉭、鴒、多晶硅、金屬硅化物、或前述材料的組合。銅多層互連結(jié)構(gòu)可藉 由如化學(xué)氣相沉積、濺鍍、電鍍、或其他適當(dāng)程序來(lái)形成。使用于多層戶 連結(jié)構(gòu)的金屬硅化物可包含鎳硅化物、鈷硅化物、鴒硅化物、鉭硅化物、 鈦硅化物、鉑硅化物、鉺(Erbium)硅化物、鈀硅化物、或前述材料的組合。
介電層配置來(lái)分隔位于其中的多層互連結(jié)構(gòu)。介電層可為例如介電系 數(shù)實(shí)質(zhì)低于3.5的低介電系數(shù)材料。介電層可包含二氧化硅、氮化硅、氮 氧化珪(Silicon Oxynitride)、聚亞酰胺(Polyimide)、旋涂式玻璃(Spin-On Glass; SOG)、氟珪玻璃(Fluoride-Doped Si 1 icate Glass; FSG)、碳摻雜 氧化珪(Carbon Doped Silicon Oxide)、黑鉆石材料(Black Diamond ;位于加州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司的產(chǎn)品)、干膠(Xerogel)、氣凝膠 (Aerogel)、 聚對(duì)二曱苯基(Parylene)、 苯環(huán)丁烯(BCB ; Bis-Benzocyclobutenes) 、 SiLK (位于密西根州密德蘭的陶氏化學(xué)的產(chǎn)品)、 以及/或其他適當(dāng)材料。介電層可由包括旋轉(zhuǎn)涂布法、化學(xué)氣相沉積、濺鍍、 或其他適當(dāng)程序的技術(shù)來(lái)形成。多層互連結(jié)構(gòu)及介電層可由例如鑲嵌 (Damascene)制程或微影/電漿蝕刻制程的整合制程來(lái)形成。
彩色濾光器170及微型聚光片175亦可形成于基材上，且適當(dāng)?shù)嘏渲?以執(zhí)行接收光線及透過(guò)此些結(jié)構(gòu)分別過(guò)濾光線，并將光線導(dǎo)引至光電二極 管130。更可形成開口 180,以暴露出頂部金屬層而于其間形成結(jié)合墊 (Bonding Pads)。
影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置600及其制造方法可包含其他的實(shí)施例、取代 與變化。例如上述所提供的實(shí)施例包含半導(dǎo)體基材、多個(gè)半導(dǎo)體層、晶 體管、以及某些摻質(zhì)型式與摻質(zhì)量變曲線的光電二極管。在又一實(shí)施例中， 可采用P型半導(dǎo)體基材及N型半導(dǎo)體層。為了適當(dāng)?shù)呐渲眉肮δ苄?，因?所有其他實(shí)施例可采用與前述相反的摻質(zhì)型式。再者，在應(yīng)用上，基材可 電性偏壓(Eletrically Biased)成負(fù)電壓，以產(chǎn)生空乏區(qū)(D印letion Region)。在其他實(shí)施例中，根據(jù)所使用半導(dǎo)體層的數(shù)目，可調(diào)整對(duì)應(yīng)的摻 質(zhì)濃度以最佳化成像效果。
影像感測(cè)器130的示范實(shí)施例中可選擇性地包含散布或形成于半導(dǎo)體 基材110上的電荷耦合元件感測(cè)器、主動(dòng)式感測(cè)器、被動(dòng)式感測(cè)器、及/或 其他裝置。就影像感測(cè)器130本身而言，可至少包含有傳統(tǒng)及/或后續(xù)將發(fā) 展的影像感測(cè)裝置。影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置600可包含以陣列或其他適當(dāng) 配置方式所配置的多個(gè)感測(cè)器元件。多個(gè)感測(cè)器元件可設(shè)計(jì)成包含有各種 感測(cè)器的形式。例如 一感測(cè)器元件群組可為互補(bǔ)式金屬氧化半導(dǎo)體影像 感測(cè)器，且其他的感測(cè)器元件群組可為被動(dòng)式感測(cè)器。此外，感測(cè)器元件 可包含彩色影像感測(cè)器及單色影像感測(cè)器。
因此，本揭露提供一種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置。此半導(dǎo)體裝置包含有 半導(dǎo)體基材、位在半導(dǎo)體基材上的第一磊晶半導(dǎo)體層、位在第一磊晶半導(dǎo) 體層上的第二磊晶半導(dǎo)體層、位在第二磊晶半導(dǎo)體層上的第三磊晶半導(dǎo)體 層、以及形成于第三磊晶半導(dǎo)體層上的金屬氧化半導(dǎo)體晶體管。其中第一 磊晶半導(dǎo)體層具有第一型摻質(zhì)及第一摻質(zhì)濃度，第二磊晶半導(dǎo)體層具有第 一型摻質(zhì)及小于第 一摻質(zhì)濃度的第二摻質(zhì)濃度，而第三磊晶半導(dǎo)體層則具 有第 一型摻質(zhì)及小于第二摻質(zhì)濃度的第三摻質(zhì)濃度。
此半導(dǎo)體裝置更可包含有感光元件(Photo-Sensitive Unit),形成于 第三磊晶半導(dǎo)體層上，且耦合至金屬氧化半導(dǎo)體晶體管。在此半導(dǎo)體裝置 的一實(shí)施例中，金屬氧化半導(dǎo)體晶體管為N型；半導(dǎo)體基材包含有N型摻質(zhì)；而包括在第一蟲晶半導(dǎo)體層、第二磊晶半導(dǎo)體層及第三磊晶半導(dǎo)體層 中第一型摻質(zhì)為P型。在此半導(dǎo)體裝置的其他實(shí)施例中，金屬氧化半導(dǎo)體
晶體管為P型；半導(dǎo)體基材包含有P型摻質(zhì)；而包括在第一磊晶半導(dǎo)體層、 第二磊晶半導(dǎo)體層及第三磊晶半導(dǎo)體層中第一型纟參質(zhì)為N型。在此半導(dǎo)體 裝置的又一實(shí)施例中，金屬氧化半導(dǎo)體晶體管為N型；半導(dǎo)體基材包含有P 型摻質(zhì)；而包括在第一磊晶半導(dǎo)體層、第二磊晶半導(dǎo)體層及第三磊晶半導(dǎo) 體層中第一型摻質(zhì)為P型。在此半導(dǎo)體裝置的再一實(shí)施例中，金屬氧化半 導(dǎo)體晶體管為p型；半導(dǎo)體基材包含有N型摻質(zhì)；而包括在第一磊晶半導(dǎo) 體層、第二磊晶半導(dǎo)體層及第三磊晶半導(dǎo)體層中第一型〗參質(zhì)為N型。每一 第一、第二與第三磊晶半導(dǎo)體層更具有實(shí)質(zhì)大于0. 2微米的厚度。在此半 導(dǎo)體裝置更進(jìn)一步的各種實(shí)施例中，第一摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于106至1018 原子/立方公分的濃度范圍；第二摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于IO"至10"原子/ 立方公分的濃度范圍；第三摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于1013至1015原子/立方公 分的濃度范圍；而半導(dǎo)體基材則包括實(shí)質(zhì)高于1018原子/立方公分的第四摻 質(zhì)濃度。
在本揭露中亦提供影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置的其他實(shí)施例。半導(dǎo)體裝置
至少包含半導(dǎo)體基材、位在半導(dǎo)體基材上的第一磊晶半導(dǎo)體層、位在第一 磊晶半導(dǎo)體層上的第二磊晶半導(dǎo)體層、以及位在第二磊晶半導(dǎo)體層上的影
像感測(cè)器。其中第一磊晶半導(dǎo)體層具有第一型摻質(zhì)及第一摻質(zhì)濃度，第二 磊晶半導(dǎo)體層具有第 一型摻質(zhì)及低于第 一摻質(zhì)濃度的第二摻質(zhì)濃度。
半導(dǎo)體裝置更可包含有介于第一磊晶半導(dǎo)體層及第二磊晶半導(dǎo)體層之 間的第三磊晶半導(dǎo)體層，且第三磊晶半導(dǎo)體層具有前述的第一型摻質(zhì)；其 中第三磊晶半導(dǎo)體層可包括低于第 一摻質(zhì)濃度且高于第二摻質(zhì)濃度的第三 摻質(zhì)濃度。第三摻質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)介于IO"至10"原子/立方公分間。第三磊晶 半導(dǎo)體層包括漸變的摻質(zhì)分布，由第三磊晶半導(dǎo)體層底面的最高摻質(zhì)濃度 變化至頂面的最低摻質(zhì)濃度。第三磊晶半導(dǎo)體層可包括多個(gè)半導(dǎo)體的磊晶 層，每一磊晶層的摻質(zhì)濃度低于底部相鄰的磊晶層的摻質(zhì)濃度，且高于頂 部相鄰的磊晶層的摻質(zhì)濃度。第一摻質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)介于1016至1018原子/立方 公分間，且第二摻質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)介于1013至1015原子/立方公分間。第一磊晶 半導(dǎo)體層及第二磊晶半導(dǎo)體層可具有實(shí)質(zhì)大于0.2微米的厚度。影像感測(cè) 器可包括有光電二極管。影像感測(cè)器可包括有位在第二磊晶半導(dǎo)體層的第 二型摻質(zhì)的第 一摻雜區(qū)。影像感測(cè)器更可包括至少部分形成于第 一摻雜區(qū) 中的第一型摻質(zhì)的第二摻雜區(qū)。半導(dǎo)體裝置更可包括有形成于半導(dǎo)體基材 上的各種微電子元件，其中各種微電子元件包含有選自于由轉(zhuǎn)移柵極晶體 管、重置柵極晶體管、源極隨耦器晶體管、列選擇晶體管、N型金屬氧化半 導(dǎo)體晶體管、P型金屬氧化半導(dǎo)體晶體管、微型聚光片、彩色濾光器及前述的組合所形成的 一群組的元件。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明亦提供一種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置。此裝置 至少包含半導(dǎo)體基材、位在半導(dǎo)體基材上的第一硅材料層、位在第一硅材 料層上的第二硅材料層、位在第二硅材料層上的第三硅材料層、以及至少 部分形成于第三硅材料層中的光電二極管。其中第 一硅材料層具有第 一型 摻質(zhì)及第 一摻質(zhì)濃度，第二硅材料層具有第 一型摻質(zhì)及低于第 一摻質(zhì)濃度 的第二摻質(zhì)濃度，而第三硅材料層具有第 一型摻質(zhì)及低于第二摻質(zhì)濃度的 第三摻質(zhì)濃度。
在此半導(dǎo)體裝置中，光電二極管可包括形成于第三硅材料層中的第二 型摻質(zhì)的第 一摻雜區(qū)，以及至少部分形成于第 一摻雜區(qū)中的第 一型摻質(zhì)的 第二摻雜區(qū)。第一、第二及第三硅材料層可藉由磊晶程序來(lái)形成。半導(dǎo)體
基材可包含第一型摻質(zhì)。第三硅材料層可具有實(shí)質(zhì)大于0.5微米的厚度。
半導(dǎo)體裝置更可包含位在半導(dǎo)體基材的光電二極管上的彩色濾光器，且彩
色濾光器實(shí)質(zhì)垂直排列在光電二極管上。半導(dǎo)體裝置更可包含位在半導(dǎo)體 基材的彩色濾光器上的微型聚光片，且微型聚光片實(shí)質(zhì)垂直排列在光電二 極管上。
本發(fā)明亦提供一種制造影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置的方法。此方法包括在 硅基材上形成第一磊晶硅材料層、在第一磊晶硅材料層形成第二磊晶硅材 料層、以及在第二磊晶硅材料層上形成影像感測(cè)器。其中第一磊晶硅材料 層具有第 一型摻質(zhì)及第 一摻質(zhì)濃度，而第二磊晶硅材料層具有第 一型摻質(zhì) 及小于第 一摻質(zhì)濃度的第二摻質(zhì)濃度。其中半導(dǎo)體基材位在彩色濾光器上， 且實(shí)質(zhì)垂直排列在光電二極管上。
此方法更至少包含形成多層互連結(jié)構(gòu)于半導(dǎo)體基材上、形成彩色濾光 器于多層互連結(jié)構(gòu)上且垂直排列在影像感測(cè)器上、以及形成微型聚光片于 彩色濾光器上且垂直排列在影像感測(cè)器上。第一或第二磊晶硅材料層可用
硅烷氣執(zhí)行磊晶成長(zhǎng)來(lái)形成，其中硅烷氣的氣壓實(shí)質(zhì)介于40至760托的間， 而磊晶成長(zhǎng)的溫度實(shí)質(zhì)介于800至130(TC間。磊晶成長(zhǎng)更可包含采用選自 于由硼乙烷與磷化氫所組成的群組的 一氣體。第 一或第二磊晶硅材料層可 執(zhí)行使用第 一型摻質(zhì)的離子植入制程來(lái)形成。此方法更可包含形成具有第 一型摻質(zhì)及第三摻質(zhì)濃度的第三磊晶硅材料層，其中第三摻質(zhì)濃度低于第 一摻質(zhì)濃度且高于第二摻質(zhì)濃度，而第三磊晶硅材料層位于第 一磊晶材料 層之上及第二磊晶材料層之下。形成影像感測(cè)器的步驟更包含形成光電二 極管。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例 所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于其至少包括一半導(dǎo)體基材；一第一磊晶半導(dǎo)體層，位在該半導(dǎo)體基材上，且具有一第一型摻質(zhì)及一第一摻質(zhì)濃度；一第二磊晶半導(dǎo)體層，位在該第一磊晶半導(dǎo)體層上，且具有該第一型摻質(zhì)及一第二摻質(zhì)濃度，其中該第二摻質(zhì)濃度低于該第一摻質(zhì)濃度；一第三磊晶半導(dǎo)體層，位在該第二磊晶半導(dǎo)體層上，且具有該第一型摻質(zhì)及一第三摻質(zhì)濃度，其中該第三摻質(zhì)濃度低于該第二摻質(zhì)濃度；以及一金屬氧化半導(dǎo)體晶體管，形成于該第三磊晶半導(dǎo)體層上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其更至少包括一感 光元件，形成于該第三磊晶半導(dǎo)體層上，且與該金屬氧化半導(dǎo)體晶體管耦 合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中 該金屬氧化半導(dǎo)體晶體管為N型；包括在該第一磊晶半導(dǎo)體層、該第二磊晶半導(dǎo)體層與該第三磊晶半導(dǎo) 體層中的該第一型摻質(zhì)為P型；以及該半導(dǎo)體基材包括一 N型摻質(zhì)或一 P型摻質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中 該金屬氧化半導(dǎo)體晶體管為P型；包括在該第一磊晶半導(dǎo)體層、該第二磊晶半導(dǎo)體層與該第三磊晶半導(dǎo) 體層中的該第一型摻質(zhì)為N型；以及該半導(dǎo)體基材包括一 N型摻質(zhì)或一 P型摻質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中每一該第一磊 晶半導(dǎo)體層、該第二磊晶半導(dǎo)體層與該第三磊晶半導(dǎo)體層更至少具有實(shí)質(zhì) 大于0. 2微米的一厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中 該第一摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于1016至1018原子/立方公分間的一濃度范圍；該第二摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于IO"至10"原子/立方公分間的一濃度范圍；該第三摻質(zhì)濃度包括實(shí)質(zhì)介于1013至1015原子/立方公分間的一濃度范 圍；以及該半導(dǎo)體基材包括實(shí)質(zhì)高于1018原子/立方公分之一第四摻質(zhì)濃度。
7. —種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其特征在于其至少包括一半導(dǎo)體基材；一第一磊晶半導(dǎo)體層，位在該半導(dǎo)體基材上，且具有一第一型摻質(zhì)及一第一摻質(zhì)濃度；一第二磊晶半導(dǎo)體層，位在該第一磊晶半導(dǎo)體層上，且具有該第一型 摻質(zhì)及一第二摻質(zhì)濃度，其中該第二摻質(zhì)濃度低于該第一摻質(zhì)濃度；以及 一影像感測(cè)器，位在該第二磊晶半導(dǎo)體層上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其特征在于其更至 少包括一第三磊晶半導(dǎo)體層，該第三磊晶半導(dǎo)體層介于該第一磊晶半導(dǎo)體 層及該第二蟲晶半導(dǎo)體層之間，且具有該第一型摻質(zhì)及包括一第三摻質(zhì)濃 度，而該第三摻質(zhì)濃度低于該第一摻質(zhì)濃度，且高于該第二摻質(zhì)濃度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中該 第三磊晶半導(dǎo)體層包括一漸次變化的摻質(zhì)分布，靠近該第一磊晶半導(dǎo)體層 的該第三磊晶半導(dǎo)體層底面具有一最高的摻質(zhì)濃度，且靠近該第二磊晶半 導(dǎo)體層的頂面具有 一最低的摻質(zhì)濃度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中 該第三蟲晶半導(dǎo)體層包括多個(gè)磊晶層，每一該些磊晶層的摻質(zhì)濃度低于底 部相鄰的磊晶層的摻質(zhì)濃度，且高于頂部相鄰的磊晶層的摻質(zhì)濃度。
11. 一種影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其特征在于其至少包括 一半導(dǎo)體基材；一第一硅材料層，位在該半導(dǎo)體基材上，且具有一第一型摻質(zhì)及一第一摻質(zhì)濃度；一第二硅材料層，位在該第一硅材料層上，且具有該第一型摻質(zhì)及一 第二摻質(zhì)濃度，其中該第二摻質(zhì)濃度低于該第一摻質(zhì)濃度；一第三硅材料層，位在該第二硅材料層上，且具有該第一型摻質(zhì)及一 第三摻質(zhì)濃度，其中該第三摻質(zhì)濃度低于該第二摻質(zhì)濃度；以及一光電二極管，至少部分形成于該第三硅材料層中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中 該光電二極管至少包括一第二型摻質(zhì)的 一第 一摻雜區(qū)，以及至少部分形成 于該第一摻雜區(qū)中的該第一型摻質(zhì)的一第二摻雜區(qū)，其中該第二型摻質(zhì)形 成在該第三硅材料層中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中 該第三硅材料層具有大于0. 5微米的一厚度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的影像感測(cè)器半導(dǎo)體裝置，其特征在于其更 至少包括一彩色濾光器，位在該半導(dǎo)體基材的該光電二極管上，且實(shí)質(zhì)垂直排 列在該光電二極管上；以及一微型聚光片，位在該彩色濾光器上，且實(shí)質(zhì)垂直排列在該彩色濾光 器及該光電二極管上；其中該半導(dǎo)體基材位在該彩色濾光器下,且實(shí)質(zhì)垂直排列在該光電二 極管下。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置及其應(yīng)用。此半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體基材、形成于半導(dǎo)體基材上的第一磊晶半導(dǎo)體層、形成覆蓋在第一磊晶半導(dǎo)體層上的第二磊晶半導(dǎo)體層、以及位在第二磊晶半導(dǎo)體層上的影像感測(cè)器。其中第一磊晶半導(dǎo)體層具有第一型摻質(zhì)及第一摻質(zhì)濃度，而第二磊晶半導(dǎo)體層則具有第一型摻質(zhì)及濃度低于第一摻質(zhì)濃度的第二摻質(zhì)濃度。
文檔編號(hào)H01L29/04GK101281928SQ200810005300
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月4日
發(fā)明者劉人誠(chéng), 莊俊杰, 楊敦年, 洪志明, 王文德 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司