專利名稱：光敏成像器件和相關(guān)方法
光敏成像器件和相關(guān)方法優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)本申請要求2009年9月17日提交的美國臨時專利申請系列號61/243，434、2010年3月5日提交的美國臨時專利申請系列號61/311，004和2010年3月5日提交的美國臨時專利申請系列號61/311，107的權(quán)益，其每一篇通過參考并入本文。
背景技術(shù)：
光與半導(dǎo)體材料的相互作用已經(jīng)是重要的革新。硅成像器件已經(jīng)用在諸如數(shù)字照相機、光學(xué)鼠標(biāo)、攝影機、移動電話等的各種技術(shù)中。電荷耦合器件(CCD)廣泛用于數(shù)字成像，并且后來通過具有提高性能的補充性金屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)成像器得以改善。CMOS傳感器典型地用硅制造并可將可見入射光轉(zhuǎn)化成光電流并最終轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像。但是，用于探測紅外入射電磁輻射的基于硅的技術(shù)是有問題的，因為硅是帶隙為約I. IeV的間接帶隙半導(dǎo)體。因此在硅中，對波長大于約IlOOnm的電磁輻射的吸收非常低。發(fā)明簡述本公開提供了光敏器件和相關(guān)方法。一方面，例如，光敏成像器件可包括半導(dǎo)體基底，其具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域；有紋理區(qū)域，其與半導(dǎo)體基底相連并且被布置與電磁輻射相互作用；和電傳輸元件，其與半導(dǎo)體基底相連并可操作以從至少一個結(jié)傳輸電信號。一方面，有紋理區(qū)域是可操作的，以促進(jìn)從紅外電磁輻射的探測產(chǎn)生電信號。另一方面，與電磁輻射的相互作用進(jìn)一步包括與缺乏有紋理區(qū)域的半導(dǎo)體基底相比增加半導(dǎo)體基底的有效吸收長度。在一個具體方面，傳輸元件選自晶體管、傳感節(jié)點(sensing node)、傳輸門和其組合。有紋理區(qū)域相對于摻雜區(qū)域可布置在各個位置。一方面，例如，有紋理區(qū)域布置在與多個摻雜區(qū)域相對的半導(dǎo)體基底的表面上。在一個具體方面，有紋理區(qū)域具有可操作以將電磁輻射引入或引出半導(dǎo)體基底的表面形態(tài)。有紋理區(qū)域相對于半導(dǎo)體基底的表面形態(tài)可包括各種外形，包括但不限于，傾斜的、棱錐的、倒棱錐的、球形的、拋物面的、不對稱的、對稱的和類似外形，包括其組合。另一方面，有紋理區(qū)域可布置在與多個摻雜區(qū)域臨近的半導(dǎo)體基底的表面上。在更具體方面，另外的有紋理區(qū)域可布置在與多個摻雜區(qū)域相對的半導(dǎo)體基底的表面上。這樣，有紋理區(qū)域可因此布置在多個摻雜區(qū)域附近和在多個摻雜區(qū)域的對面。有紋理區(qū)域的各個方面可根據(jù)器件的期望構(gòu)造而變化。但是，一方面，有紋理區(qū)域包括具有選自微米級、納米級和其組合的尺寸的表面特征?？紤]許多表面特征形態(tài)，其非限制性例子包括圓錐、柱體、棱錐、顯微透鏡(micolenses)、量子點、倒轉(zhuǎn)特征和其組合。另外，有紋理區(qū)域可由多種方法形成。這類紋理制作方法的非限制性例子可包括激光照射、化學(xué)刻蝕(例如各向異性刻蝕、各向同性刻蝕)、納米壓印、材料沉積和其組合。另外的層和/或結(jié)構(gòu)可包括在根據(jù)本公開方面的各種器件中。一方面，例如，反射層可被連接至半導(dǎo)體基底并被布置以維持半導(dǎo)體基底中的電磁輻射。另一方面，透鏡可光學(xué)地耦合至半導(dǎo)體基底并被布置以使入射電磁輻射聚焦至半導(dǎo)體基底。
在本公開的另一方面，提供了制作光敏成像器件的方法。這種方法可包括在半導(dǎo)體基底上形成有紋理區(qū)域，所述半導(dǎo)體基底具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域，其中有紋理區(qū)域在與電磁輻射相互作用的位置處形成，以及將電傳輸元件與半導(dǎo)體基底相連，以便電傳輸元件是可操作的以從至少一個結(jié)傳輸電信號。在一方面，光敏成像器件可被調(diào)節(jié)以選擇，從而濾掉特定電磁輻射波長。在一個具體方面，調(diào)節(jié)包括形成具有選擇性漫射或選擇性吸收期望波長的電磁輻射的尺寸的表面特征。另一方面，調(diào)節(jié)通過選自下列的因素實現(xiàn)有紋理區(qū)域的布置、有紋理區(qū)域的材料類型和/或厚度、有紋理區(qū)域的摻雜劑類型、有紋理區(qū)域的摻雜分布、半導(dǎo)體基底的摻雜劑分布、半導(dǎo)體基底的材料類型和/或厚度和其組合。在本公開的另一方面，提供了光敏成像器件。這種器件可包括半導(dǎo)體基底，其具有 形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域；有紋理區(qū)域，其與半導(dǎo)體基底相連并被布置以與電磁輻射相互作用；和至少4個晶體管，其與半導(dǎo)體基底相連，并且至少一個晶體管與至少一個結(jié)電率禹合。附圖簡述圖I是根據(jù)本公開一個方面的光敏器件的示意圖；圖2是根據(jù)本公開另一方面的光敏器件的示意圖；圖3是根據(jù)本公開仍另一方面的光敏器件的示意圖；圖4是根據(jù)本公開進(jìn)一步方面的光敏器件的示意圖；圖5是根據(jù)本公開仍進(jìn)一步方面的光敏器件的示意圖；圖6是根據(jù)本公開另一方面的光敏器件的示意圖；圖7是根據(jù)本公開仍另一方面的光敏像素器件的示意圖；圖8是根據(jù)本公開進(jìn)一步方面的光敏像素器件的示意圖；圖9是根據(jù)本公開仍進(jìn)一步方面的光敏像素器件的示意圖；

圖10是根據(jù)本公開另一方面的光敏像素器件的示意圖；圖11是根據(jù)本公開仍另一方面的光敏像素器件的示意圖；圖12是根據(jù)本公開進(jìn)一步方面的光敏像素器件的示意圖；圖13是根據(jù)本公開另一方面的光敏像素器件的示意圖；圖14是根據(jù)本公開仍另一方面的光敏成像器件的示意圖；圖15是根據(jù)本公開進(jìn)一步方面的光敏像素器件的示意圖；圖16是根據(jù)本公開另一方面的光敏像素器件的示意圖；和圖17是根據(jù)本公開仍另一方面制作光敏成像器件的方法的描述。詳述在本文描述本公開之前，應(yīng)當(dāng)理解本公開不限于本文所公開的具體結(jié)構(gòu)、方法步驟或材料，而是擴(kuò)展至它們的等價物，如相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所認(rèn)識到的。也應(yīng)當(dāng)理解，本文使用的術(shù)語僅僅用于描述具體實施方式
的目的，并不意欲是限制性的。定義下列術(shù)語將根據(jù)下面闡釋的定義使用。應(yīng)當(dāng)注意，如在該說明書和所附權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式“一個(一種)”和“所述”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地相反指出。因此，例如，提及“一種摻雜劑”包括一種或多種這樣的摻雜劑，提及“所述層”包括提及一個或多個這樣的層。如本文所使用，術(shù)語“低氧含量”指填隙氧含量小于或等于約60ppm原子的任何材料。如本文所使用，術(shù)語“無序的表面”和“有紋理的表面”可交換使用，并指通過激光脈沖的福射形成的具有納米級至微米級表面變化的拓?fù)鋵W(xué)(topology)表面。雖然這種表面的特點可取決于使用的材料和技術(shù)而變化，但一方面這種表面可為數(shù)百納米厚并由納米微晶(例如從約10至約50納米)和納米孔組成。另一方面，這種表面可包括微米級結(jié)構(gòu)(例如約2 μ m至約60 μ m)。仍另一方面,表面可包括納米級和/或微米級從約5nm至約500 μ m的結(jié)構(gòu)。
如本文所使用，術(shù)語“能流(fluence) ”指通過單位面積的單脈沖激光輻射的能量。換句話說，“能流”可描述為一個激光脈沖的能量密度。如本文所使用，術(shù)語“表面修飾”和“表面改性”指使用激光輻射改變半導(dǎo)體材料的表面。在一個具體方面，表面改性可包括主要使用激光輻射或與摻雜劑結(jié)合使用激光輻射的方法，由此激光福射有助于將摻雜劑并入半導(dǎo)體材料的表面。因此，在一方面，表面改性包括摻雜半導(dǎo)體材料。如本文所使用，術(shù)語“靶區(qū)域”指打算被摻雜的或使用激光輻射表面改性的半導(dǎo)體材料的區(qū)域。半導(dǎo)體材料的靶區(qū)域可隨著表面改性方法的進(jìn)展而變化。例如，第一靶區(qū)域被摻雜或表面改性之后，可在相同的半導(dǎo)體材料上選擇第二靶區(qū)域。如本文所使用，術(shù)語“探測”指傳感、吸收和/或收集電磁輻射。如本文所使用，術(shù)語“基本上”指動作、特征、性質(zhì)、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、項目或結(jié)果的全部的或幾乎全部的范圍或程度。例如，“基本上”包封的對象意思是完全包封或幾乎完全包封的對象。偏離絕對完整性的精確允許程度在某些情況下可取決于具體的上下文。但是，一般來說，幾乎完成可具有如絕對和總體完成獲得的相同的總體結(jié)果。當(dāng)用于負(fù)面含義時，“基本上”的使用同樣適用，指完全或幾乎完全缺乏動作、特點、性質(zhì)、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、項目或結(jié)果。例如，“基本上不含”顆粒的組合物完全缺乏顆粒，或幾乎完全缺乏顆粒以致效果與如同完全缺乏顆粒相同。換句話說，“基本上不含”成分或要素的組合物可仍實際上包含該項目，只要沒有其可測量的效果。如本文所使用，術(shù)語“約”通過假設(shè)給定值可“稍微高于”或“稍微低于”端點用于提供數(shù)值范圍端點的靈活性。如本文所使用，為了方便，多個項目、結(jié)構(gòu)要素、組分要素和/或材料可在共同的列表中出現(xiàn)。但是，這些列表應(yīng)當(dāng)被解釋為如同列表的每個成員被單個地識別為單獨的和獨特的成員。因此，這種列表的單個成員不應(yīng)僅僅基于它們在相同組中出現(xiàn)而沒有相反指示而被解釋為該列表的任何其他成員的實際等同物。濃度、數(shù)量和其他數(shù)值數(shù)據(jù)可在本文中以范圍的形式表達(dá)或出現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，這種范圍形式僅僅為了方便和簡潔而使用，因此應(yīng)當(dāng)靈活地解釋為不僅包括作為范圍的界限明確敘述的數(shù)值，而且也包括包含在該范圍內(nèi)的所有單個數(shù)值或子范圍，如同每個數(shù)值和子范圍被明確敘述一樣。作為例子，“約I至約5”的數(shù)值范圍應(yīng)當(dāng)解釋為不僅包括約I至約5的明確敘述的數(shù)值，而且也包括在指出的范圍內(nèi)的單個值和子范圍。因此，包括在該數(shù)值范圍內(nèi)的是單個數(shù)值，如2、3和4和子范圍如1-3、2-4和3-5等等，以及各個1、2、3、4和5。
該相同原則適用于僅敘述一個數(shù)值作為最小值或最大值的范圍。而且，無論被描述的范圍或特點的寬度如何，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用這種解釋。公開內(nèi)容電磁輻射可在寬的波長范圍存在，包括可見范圍波長(約350nm至800nm)和不可見波長(長于約SOOnm或短于350nm)。紅外光譜通常描述為包括光譜近紅外部分，其包括約800至1300nm的波長；光譜短波紅外部分，其包括約1300nm至3微米的波長；和光譜的中波至長波紅外(或熱紅外)部分，其包括大于約3微米至高達(dá)約30微米的波長。在本文，這些一般地和共同地稱作電磁光譜的“紅外”部分，除非另外注明。傳統(tǒng)硅光探測成像器具有受限的光吸收/探測性質(zhì)。例如，紅外光對于這種基于硅的探測器幾乎是透明的。雖然其他材料(例如InGaAs)可用于探測波長大于約IOOOnm的紅外電磁輻射，但是硅仍然是常用的，因為它的制造相對便宜并且可用于探測可見光譜 (即可見光，350nm- 800nm)的波長。傳統(tǒng)硅材料需要足夠的吸收深度，以探測波長長于約700nm的光子。雖然可見光可在硅中相對淺的深度處被吸收，但在標(biāo)準(zhǔn)晶片深度(例如約750 μ m)的硅中更長波長(例如900nm)的吸收不是根本沒有就是吸收差。與傳統(tǒng)材料相t匕，本公開的器件通過減小對較長波長的有效吸收長度增加了半導(dǎo)體材料的吸收性。例如，硅的吸收深度可被減少，以便這些更長的波長可在小于或等于約850 μ m的深度被吸收。換句話說，通過減少有效吸收長度，這些器件能夠在薄的半導(dǎo)體材料中吸收更長波長(例如對于硅，>1000nm)。除了增加有效吸收長度，也可使用更薄的半導(dǎo)體材料增加響應(yīng)速率或響應(yīng)速度。本公開另外提供了能夠探測可見電磁輻射以及紅外電磁輻射的寬頻帶光敏二極管、像素(pixel)和成像器，包括制造這種器件的相關(guān)方法。光敏二極管可包括半導(dǎo)體基底，其具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域，和至少一個有紋理區(qū)域，其與半導(dǎo)體基底相連并被布置以與電磁輻射相互作用。在一方面，多個摻雜區(qū)域可包括至少一個陰極區(qū)和至少一個陽極區(qū)。在一些方面，摻雜區(qū)域可包括η-型摻雜劑和/或P-型摻雜劑，如下面所討論，從而產(chǎn)生ρ-η結(jié)。在其他方面，光敏器件可包括i_型區(qū)域以形成p-i-n結(jié)。光敏像素可包括半導(dǎo)體基底，其具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域；至少一個有紋理區(qū)域，其與半導(dǎo)體基底相連并被布置以與電磁輻射相互作用；和電傳輸元件，其與半導(dǎo)體基底相連并可操作以從至少一個結(jié)傳輸電信號。光敏成像器可包括多個光敏像素。另外，電傳輸兀件可包括各種器件，包括但不限于晶體管、傳感節(jié)點、傳輸門、傳輸電極和類似器件。光敏或光探測成像器包括能夠吸收給定波長范圍內(nèi)電磁輻射的光電二極管或像素。這種成像器可以是無源像素傳感器(PPS)、有源像素傳感器(APS)、數(shù)字像素傳感器成像器(DPS)或類似成像器，一個區(qū)別是成像傳感器讀出結(jié)構(gòu)。例如，半導(dǎo)體光敏成像器可以是三個或四個晶體管有源像素傳感器(3TAPS或4TAPS)。各種另外的組件也被考慮，并且可取決于具體的構(gòu)造和期望的結(jié)果而有必要變化。作為一個例子，4T構(gòu)造可另外地包括傳輸門、復(fù)位、源極跟隨器和行選擇晶體管(rowselect transistor),等等。另外,大于4個晶體管的器件也在本范圍內(nèi)。光敏成像器可以是前面照射(FSI)或背面照射(BSI)器件，并且兩種結(jié)構(gòu)類型都有優(yōu)缺點。在典型的FSI成像器中，通過首先通過晶體管和金屬電路，入射光進(jìn)入半導(dǎo)體器件。但是，在進(jìn)入成像器的光感測部分之前，光可被晶體管和電路散射，從而造成光損失和噪音。透鏡可布置在FSI像素的頂側(cè)，以引導(dǎo)入射光并使其聚焦至器件的光感測活躍區(qū)域，從而部分避開電路。在一方面，透鏡可以是佑倫鏡(ulens)。另一方面，BSI成像器配置為具有延伸至器件背面的結(jié)缺乏區(qū)域。在一方面，例如，入射光經(jīng)光感測部分進(jìn)入器件并且大部分被吸收，然后到達(dá)電路。BSI設(shè)計允許較小的像素結(jié)構(gòu)和成像器高的占空因數(shù)。如所述，本公開可適合任一配置。也應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本公開方面的器件可并入補充性金屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)成像器結(jié)構(gòu)或電荷耦合器件(CCD)成像器結(jié)構(gòu)。一方面，如圖I中所顯示，光敏二極管10可包括半導(dǎo)體基底12，其具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域14、16，和至少一個有紋理區(qū)域18，其與半導(dǎo)體基底相連并被布置 以與電磁輻射相互作用。取決于器件，不同摻雜區(qū)域可具有相同的摻雜分布或不同的摻雜分布。這種結(jié)構(gòu)是FSI設(shè)計，其中光從多個摻雜區(qū)域方向進(jìn)入半導(dǎo)體基底。雖然顯示在圖I中的器件包含三個摻雜區(qū)域，但應(yīng)當(dāng)注意包含一個或多個摻雜區(qū)域的方面考慮在本范圍內(nèi)。另外，半導(dǎo)體基底可被摻雜，并且因此在一些方面可被認(rèn)為是摻雜區(qū)域。也應(yīng)當(dāng)注意，光敏二極管可配置為BSI結(jié)構(gòu)，并且因此電磁輻射可從有紋理區(qū)域的方向進(jìn)入半導(dǎo)體基底。根據(jù)本公開方面的各種器件相對于傳統(tǒng)光敏器件可展示增加的量子效率。量子效率的任何增加可使信噪比產(chǎn)生大的差異。更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不僅可提供增加的量子效率而且也提供像素到像素的良好均勻性。另外，與傳統(tǒng)光敏器件相比，本公開的器件展示增加的響應(yīng)率。例如，在一方面，對于大于IOOOnm的波長,厚度小于100 μ m的半導(dǎo)體基底，響應(yīng)率可大于或等于O. 8A/W。光敏成像器可維持在恒定條件下(固定的電壓或電流)，以提供增強的線性和均勻性。成像器和下面器件層之間的連接可使用由難熔金屬如鎢或鉭制作的通路(vias)實現(xiàn)。將存儲元件置于成像器下可提供各種光子學(xué)益處。例如，整個像素陣列可用于信號處理。這使得能夠通過允許達(dá)到低水平像素信號實現(xiàn)更高性能。而且，可通過像素處理器進(jìn)行大量的平行操作。例如，與數(shù)字轉(zhuǎn)換類似，可進(jìn)行噪音降低(即，精確相關(guān)二次采樣)、能量調(diào)節(jié)、最鄰近像素處理、壓縮、會聚和顏色多路處理操作。各種半導(dǎo)體材料被考慮用于根據(jù)本公開方面的器件和方法。這種半導(dǎo)體材料的非限制性例子可包括IV族材料，由來自II族和VI族的材料組成的化合物和合金、由來自III族和V族的材料組成的化合物和合金、和其組合。更具體而言，示例性IV族材料可包括硅、碳(例如金剛石)、鍺和其組合。IV族材料的各種示例性組合可包括碳化硅(SiC)和鍺化硅(SiGe)。在一個具體方面，半導(dǎo)體材料可以是硅或包括硅。示例性硅材料可包括無定形硅(a-Si)、微晶硅、多晶硅和單晶硅，以及其他晶體類型。另一方面，半導(dǎo)體材料可包括硅、碳、鍺、氮化鋁、氮化鎵、砷化鎵銦、砷化鎵鋁和其組合的至少一種。II-VI族材料的示例性組合可包括硒化鎘(CdSe)、硫化鎘(CdS)、碲化鎘(CdTe)、氧化鋅(ZnO)、硒化鋅(ZnSe)、硫化鋅(ZnS)、碲化鋅(ZnTe)、碲化鋅鎘(CdZnTe，CZT)、碲化鎘汞(HgCdTe)、碲化鋅汞(HgZnTe)、硒化鋅汞(HgZnSe)和其組合。III-V族材料的示例性組合可包括銻化鋁(AlSb)、砷化鋁(AlAs)、氮化鋁(AlN)、磷化鋁(AlP)、氮化硼(BN)、磷化硼(BP)、砷化硼(BAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)、氮化銦(InN)、磷化銦(InP)、砷化鎵鋁(AlGaAs, AlxGahAs)、砷化鎵銦(InGaAs, InxGa^xAs)、磷化鎵銦(InGaP)、砷化銦鋁(AlInAs)、銻化銦鋁(AlInSb)、氮砷化鎵(GaAsN)、磷砷化鎵(GaAsP)、氮化鎵鋁(AlGaN)、磷化鎵鋁(AlGaP)、氮化鎵銦(InGaN)、銻砷化銦(InAsSb)、銻化鎵銦(InGaSb)、磷化銦鎵鋁(AlGaInP)、磷砷化鎵鋁(AlGaAsP)、磷砷化鎵銦(InGaAsP)、磷砷化銦鋁(AlInAsP)、氮砷化鎵鋁(AlGaAsN)、氮砷化鎵銦(InGaAsN)、氮砷化鋁銦(InAlAsN)、氮銻砷化鎵(GaAsSbN)、銻砷氮化銦鎵(GaInNAsSb)、磷銻砷化銦鎵(GaInAsSbP)和其組合。半導(dǎo)體材料可以具有允許電磁輻射探測和轉(zhuǎn)換功能的任何厚度，并且因此任何這樣的半導(dǎo)體材料厚度考慮在本范圍內(nèi)。在一些方面，半導(dǎo)體的激光處理區(qū)域增加了器件的效率以便半導(dǎo)體材料可以比之前可能的更薄。半導(dǎo)體厚度的減少，降低了制造這種器件所需要的半導(dǎo)體材料的量。例如，一方面，半導(dǎo)體材料的厚度從約500nm至約50 μ m。另一方面，半導(dǎo)體材料的厚度小于或等于約500 μ m。仍另一方面，半導(dǎo)體材料的厚度從約I μ m至約ΙΟμπι。在進(jìn)一步方面,半導(dǎo)體材料的厚度可從約5 μ m至約750 μ m。在仍進(jìn)一步方面，半導(dǎo)體材料的厚度可從約5 μ m至約100 μ m。
另外，考慮各種類型的半導(dǎo)體材料，并且可被并入電磁輻射探測器件的任何這樣的材料考慮在本范圍內(nèi)。例如，一方面，半導(dǎo)體材料是單晶。另一方面，半導(dǎo)體材料是多晶。仍另一方面，半導(dǎo)體材料是微晶。也考慮半導(dǎo)體材料可以是無定形。具體的非限制性例子包括無定形硅或無定形硒。本公開的半導(dǎo)體材料也可以使用各種制造方法制造。在一些情況下，制造程序可影響器件的效率，并且可被考慮用于實現(xiàn)期望的結(jié)果。示例性制造方法可包括丘克拉斯基(Czochralski) (Cz)方法、磁性丘克拉斯基(mCz)方法、浮區(qū)(Float Zone) (FZ)方法、夕卜延生長或沉積方法和類似方法。器件中是否期望低氧含量也可影響對半導(dǎo)體材料制造方法的選擇。各種方法產(chǎn)生包含各種氧含量的半導(dǎo)體材料，并且因此具有更嚴(yán)格容差(tolerance)氧水平的一些應(yīng)用與其他相比，可更加受益于具體的制造程序。例如，在CZ晶體生長期間，當(dāng)被拉制時，來自通常是石英坩堝的容納容器的氧可被并入晶體。另外，對于CZ方法，其他氧污染物源也是可能的。但是，這種污染可通過使用非含氧坩堝材料，以及開發(fā)不使用坩堝的其他晶體生長方法而減少。一種這樣的方法是FZ方法。通過加強晶體生長方法，如在磁場存在的情況下生長晶體(即mCz方法)，也可使得用CZ方法生長的材料具有降低的氧濃度。而且，除氣技術(shù)可被用于減少氧或其他雜質(zhì)對最終器件的影響。這些除氣技術(shù)可包括熱循環(huán)，以釋放雜質(zhì)或使雜質(zhì)成核，或選擇性離子植入種類以作為雜質(zhì)除氣部位。例如，集中在半導(dǎo)體中的氧可通過進(jìn)行爐期除去，形成除雜區(qū)。在用惰性氣體加熱期間，半導(dǎo)體表面附近的氧從材料中擴(kuò)散出來。在爐期期間，但是在除雜步驟之后，可進(jìn)行成核和生長步驟。在成核步驟期間為沉淀物形成成核位置，并且在生長步驟期間沉淀物從成核位置生長。沉淀物由在半導(dǎo)體材料體相中和除雜區(qū)下面的填隙氧形成。半導(dǎo)體材料體相中氧的沉淀可以是期望的，因為這種沉淀物可起除氣位置的作用。也可進(jìn)行這種沉淀形成以將填隙氧“鎖”入沉淀物并減少這種氧可能從半導(dǎo)體材料體相遷移進(jìn)入除雜區(qū)的可能性。在期望器件低氧含量的那些方面，可進(jìn)一步處理半導(dǎo)體材料，以便使氧引入最小化。取決于半導(dǎo)體受到的熱處理，諸如硅的半導(dǎo)體中氧可以以不同的狀態(tài)或在不同的位置存在(例如，在間隙或取代其他位置)。如果半導(dǎo)體遭受高于例如約1000°c的溫度，氧可形成聚集體或群，其在晶體晶格中用作缺陷位置。這些位置可導(dǎo)致俘獲狀態(tài)并且可發(fā)生半導(dǎo)體材料和器件中載流子壽命的減少。在更低溫度下(例如，約400°C至700°C)，氧可表現(xiàn)為電活躍熱供體。因此，氧可對載流體壽命和載流體遷移率有不利影響。在制造具有光電導(dǎo)增益的器件中，造成載流體壽命降低的氧的存在可導(dǎo)致減少的光電導(dǎo)增益水平。因此，生產(chǎn)半導(dǎo)體器件以獲得或保持低氧含量可能是有益的。這可以各種方式實現(xiàn)，包括起始使用其中包含低氧水平的半導(dǎo)體材料，以最小化氧吸收進(jìn)入半導(dǎo)體晶格中的方式處理這些材料，并且使用消除或減少可能存在于半導(dǎo)體中的氧的技術(shù)。這類方法和技術(shù)可包括，例如，使半導(dǎo)體材料和任何激光處理的區(qū)域退火至相比之前退火程序更低的溫度。下面更充分討論退火方法。另外，半導(dǎo)體材料的紋理處理和/或任何退火方法可在基本上缺氧的環(huán)境中進(jìn)行，以使氧引入半導(dǎo)體最小化。缺氧的或基本上缺氧的環(huán)境可包括各種環(huán)境。一方面，例如，缺氧的環(huán)境可以是其中來自空氣或其他來源的氧已經(jīng)被包含極少氧或沒有氧的氣體或其他流體替換的環(huán)境。另一方面，處理可發(fā)生在真空環(huán)境中，并且因此包含極少氧或沒有氧。另外，例如可避免包含氧的材料或?qū)⒀跻氚雽?dǎo)體的材料，比如石英坩堝。實際上，術(shù)語“缺氧的環(huán)境”可以用于描述低氧水平的環(huán)境，只要半導(dǎo)體材料可在其中在期望的容差內(nèi)進(jìn)行處理。因此，具有低氧或極少氧至沒有氧的環(huán)境是其中半導(dǎo)體可被處理為低氧含量半 導(dǎo)體同時保持氧水平在本公開容差范圍內(nèi)的環(huán)境。一方面，缺氧的環(huán)境可以是不含氧的環(huán)境。關(guān)于低氧含量半導(dǎo)體材料的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可見于2010年4月30日提交的美國專利申請?zhí)?2/771848，其通過參考并入本文。取決于器件的期望效率，半導(dǎo)體材料可具有各種填隙氧水平。在一些方面，氧含量可能無關(guān)緊要，因此在晶格中的任何氧水平是可以接受的。在其他方面，期望低的氧含量。在一方面，半導(dǎo)體材料可具有小于或等于約50ppm原子的氧含量。另一方面，半導(dǎo)體材料可具有小于或等于約30ppm原子的氧含量。仍另一方面，半導(dǎo)體材料可具有小于或等于約IOppm原子的氧含量。另一方面，半導(dǎo)體可具有小于約5ppm原子的氧含量。仍另一方面，半導(dǎo)體可具有小于約Ippm原子的氧含量。如已描述的，有紋理區(qū)域可起漫射電磁輻射、重引導(dǎo)電磁輻射并吸收電磁輻射的功能，因此增加了器件的量子效率。有紋理區(qū)域可包括表面特征以增加光敏像素的有效吸收長度。表面特征可以是圓錐、棱錐、柱體、突出、顯微透鏡、量子點、倒轉(zhuǎn)特征和類似特征。諸如操縱特征大小、維度、材料類型、摻雜劑分布、紋理位置等因素可允許漫射區(qū)域可針對特定的波長進(jìn)行調(diào)節(jié)。一方面，調(diào)節(jié)器件可允許吸收特定的波長或波長范圍。另一方面，調(diào)節(jié)器件可允許經(jīng)過濾減少或消除特定的波長或波長范圍?？赏ㄟ^器件內(nèi)有紋理區(qū)域的位置、改變器件內(nèi)區(qū)域的摻雜劑分布(一種或多種)、摻雜劑選擇等實現(xiàn)調(diào)節(jié)。另外，靠近有紋理區(qū)域的材料組成可形成波長特異性光感測像素器件。應(yīng)當(dāng)注意，波長特異性光感測像素可在一個像素與下一個像素之間不同，并且可被并入成像陣列。例如4X4陣列可包括藍(lán)像素、綠像素、紅像素和紅外光吸收像素,或藍(lán)像素、兩個綠像素和紅像素。根據(jù)本公開方面的有紋理區(qū)域可允許光敏器件在器件內(nèi)多次通過入射電磁輻射，尤其在更長波長(即紅外線)下。這種內(nèi)部反射增加了有效吸收長度以大于半導(dǎo)體基底的厚度。該吸收長度的增加，增加了器件的量子效率，產(chǎn)生了改善的信噪比?？赏ㄟ^各種技術(shù)形成有紋理區(qū)域，包括激光照射、化學(xué)刻蝕(例如各向異性刻蝕，各向同性刻蝕)、納米壓印、另外的材料沉積和類似技術(shù)。例如，通過使用深槽隔離和刻蝕技術(shù)，柱特征可通過從FSI半導(dǎo)體基底的背面去薄或除去材料并入像素。一方面,材料可被除去至約20 μ m的厚度。各向異性刻蝕可用于產(chǎn)生傾斜的背面棱錐結(jié)構(gòu)、球形結(jié)構(gòu)、拋物面結(jié)構(gòu)、具有反射鏡的透鏡結(jié)構(gòu)和類似結(jié)構(gòu)。在柱體背面的這類特征也可用于漫射和反射電磁輻射。
一方面，可在光敏器件的制造期間進(jìn)行紋理化處理。另一方面，可在之前已經(jīng)制造的光敏器件上進(jìn)行紋理化處理。例如，CM0S、C⑶或其他光敏元件可在制造之后紋理化。在該情況下，材料層可從光敏元件上除去以暴露可在其上形成有紋理區(qū)域的半導(dǎo)體基底或體相材料。一種有效的產(chǎn)生有紋理區(qū)域的方法是通過激光處理。這種激光處理允許半導(dǎo)體基底的不連續(xù)位置紋理化?？紤]各種形成有紋理區(qū)域的激光處理技術(shù)，并且應(yīng)當(dāng)認(rèn)為能夠形成這種區(qū)域的任何技術(shù)在本范圍內(nèi)。激光處理或加工可允許增強的吸收性質(zhì)等等，并因此增加電磁輻射聚焦和探測。激光處理的區(qū)域可與最靠近入射電磁輻射的表面有關(guān)，或激光處理的表面可與相對入射電磁輻射的相對表面相關(guān)，從而允許輻射在它碰到激光處理區(qū)域之前穿過半導(dǎo)體材料。一方面，例如，半導(dǎo)體材料的靶區(qū)域可用激光輻射照射以形成有紋理區(qū)域。這種處理的例子更加詳細(xì)地描述在美國專利7，057, 256,7, 354，792和7，442，629中，其通過參考以它們的整體并入本文。簡要地，半導(dǎo)體材料的表面用激光輻射照射以形成有紋理的或表面改性的區(qū)域。這種激光處理可需要或不需要摻雜劑材料發(fā)生。在使用摻雜劑的那些方面，激光可被弓I導(dǎo)通過摻雜劑載體并到半導(dǎo)體表面上。這樣，來自摻雜劑載體的摻雜劑被弓I入半導(dǎo)體材料的靶區(qū)域。根據(jù)本公開的方面，并入半導(dǎo)體材料的這種區(qū)域可具有多種好處。例如，靶區(qū)域典型地具有有紋理的表面，其經(jīng)本文描述的機制增加了激光處理區(qū)域的表面積并增加了輻射吸收的概率。一方面，這種靶區(qū)域是基本上有紋理的表面，包括已經(jīng)通過激光紋理化產(chǎn)生的微米級和/或納米級表面特征。另一方面，照射半導(dǎo)體材料的表面包括將激光輻射暴露至摻雜劑，以便照射將摻雜劑并入半導(dǎo)體。本領(lǐng)域熟知各種摻雜劑材料，并且本文更詳細(xì)地討論。因此，半導(dǎo)體材料的表面通過激光處理在化學(xué)上和/或結(jié)構(gòu)上改變，在一些方面，這可導(dǎo)致形成顯示為表面上的微結(jié)構(gòu)或圖案區(qū)域的表面特征，并且，如果使用摻雜劑，將這種摻雜劑并入半導(dǎo)體材料。在一些方面，特征或微結(jié)構(gòu)可為大約50nm至20 μ m大小并且可幫助吸收電磁輻射。換句話說，有紋理的表面可增加半導(dǎo)體材料吸收入射輻射的概率。用于表面改性半導(dǎo)體材料的激光輻射類型可取決于材料和期望的改性而變化。本領(lǐng)域已知的任何激光輻射可與本公開的器件和方法一起使用。但是，許多激光的特性可影響表面改性方法和/或所得產(chǎn)品，包括但不限于激光輻射的波長、脈沖寬度、脈沖能流、脈沖頻率、偏振、激光相對于半導(dǎo)體材料的傳播方向等。一方面，激光可配置為提供半導(dǎo)體材料的脈動激光照射。短脈沖激光器是能夠產(chǎn)生飛秒、皮秒和/或納秒脈沖持續(xù)時間的激光器。激光脈沖可具有約從約IOnm至約8 μ m,更具體而言從約200nm至約1200nm范圍的中心波長。激光輻射的脈沖寬度可在從約幾十飛秒至約幾百納秒的范圍。一方面，激光脈沖寬度可在從約50飛秒至約50皮秒的范圍。另一方面，激光脈沖寬度可在從約50皮秒至100納秒的范圍。另一方面，激光脈沖寬度在從約50至500飛秒的范圍。
照射靶區(qū)域的激光脈沖的數(shù)量可在從約I至約2000的范圍。一方面，照射半導(dǎo)體靶區(qū)域的激光脈沖的數(shù)量可在從約2至約1000的范圍。進(jìn)一步，脈沖的重復(fù)率或頻率可被選擇在從約IOHz至約10 μ Hz的范圍，或在從約IkHz至約IMHz的范圍，或在從約IOHz至約IkHz的范圍。而且，每個激光脈沖的能流可在從約lkj/m2至約20kJ/m2的范圍，或在從約3kJ/m2至約8kJ/m2的范圍?？紤]各種摻雜劑材料，并且根據(jù)本公開的方面可用在激光處理方法中以表面改性半導(dǎo)體材料的任何這種材料考慮在本范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意，使用的具體摻雜劑可取決于被激光處理的半導(dǎo)體材料，以及所得半導(dǎo)體材料期望的用途而變化。例如，潛在摻雜劑的選擇可取決于是否期望調(diào)節(jié)光敏器件而不同。
摻雜劑可以是供電子的或供空穴的。一方面，摻雜劑材料的非限制性例子可包括S、F、B、P、N、As、Se、Te、Ge、Ar、Ga、In、Sb和其組合。應(yīng)當(dāng)注意，摻雜劑材料的范圍應(yīng)當(dāng)不僅包括摻雜劑材料本身，而且包括傳輸這種摻雜劑的形式的材料(即摻雜劑載體)。例如，S摻雜劑材料不僅包括S，而且包括能夠用于將S摻雜進(jìn)入靶區(qū)域的任何材料，比如，例如，H2S、SF6、SO2和類似材料，包括其組合。在一個具體方面，摻雜劑可以是S。硫可以以在約5 X IO14和約I X IO16離子/cm2之間的離子劑量水平存在。含氟化合物的非限制性例子可包括 C1F3、PF5, F2、SF6、BF3、GeF4、WF6、SiF4、HF、CF4, CHF3> CH2F2^CH3F, C2F6, C2HF5, C3F8, C4F8, NF3和類似物，包括其組合。含硼化合物的非限制性例子可包括B (CH3) 3、BF3、BC13、BN、C2B10H12,硼二氧化硅(borosilica)、B2H6和類似物，包括其組合。含磷化合物的非限制性例子可包括PF5、PH3和類似物，包括其組合。含氯化合物的非限制性例子可包括Cl2、SiH2Cl2, HC1、SiCl4和類似物，包括其組合。摻雜劑也可包括含砷化合物，比如AsH3和類似物，以及含銻化合物。另外，摻雜劑材料可包括摻雜劑組的混合物或組合，即含硫化合物與含氯混合物混合。一方面，摻雜劑材料可具有大于空氣的密度。在一個具體方面，摻雜劑材料可包括Se、H2S, SF6或其混合物。在另一具體方面，摻雜劑可以是SF6并且可具有約5. OX 10_8mol/Cm3至約5. OX 10_4mol/Cm3的預(yù)定濃度范圍。SF6氣體是用于經(jīng)激光方法將硫并入半導(dǎo)體材料的良好載體，對半導(dǎo)體材料沒有明顯的副作用。另外，應(yīng)當(dāng)注意，摻雜劑也可以是溶解在溶液諸如水、醇或酸或堿溶液中的η-型或P-型摻雜劑材料的液體溶液。摻雜劑也可以是作為粉末施用或作為懸浮液干燥在晶片上的固體材料。半導(dǎo)體基底可由于各種原因被退火，包括摻雜劑活化，半導(dǎo)體材料損壞修復(fù)，等等。在包括激光紋理化區(qū)域的那些方面，半導(dǎo)體材料可激光處理之前、激光處理之后、激光處理期間或激光處理之前和之后退火。退火可增強器件的半導(dǎo)體性質(zhì)，包括增加半導(dǎo)體材料的光響應(yīng)性質(zhì)。另外，退火可減少激光照射方法造成的破壞。雖然任何已知的退火可以是有益的并且可被考慮在本范圍內(nèi)，但在較低溫度的退火可以尤其有用。這種“低溫”退火可大大增強使用這種材料的器件的光電導(dǎo)增益和外部量子效率。一方面，例如，半導(dǎo)體材料可被退火至從約300°C至約1100°C的溫度。另一方面，半導(dǎo)體材料可被退火至從約500°C至約900°C的溫度。仍另一方面，半導(dǎo)體材料可被退火至從約700°C至約800°C的溫度。在進(jìn)一步方面，半導(dǎo)體材料可被退火至小于或等于約850°C的溫度。退火程序的持續(xù)時間可根據(jù)進(jìn)行的退火具體類型，以及根據(jù)使用的材料而變化。例如，可使用快速退火方法，并因此，與其他技術(shù)相比，退火的持續(xù)時間可更短。各種快速熱退火技術(shù)是已知的，所有這些應(yīng)當(dāng)考慮在本范圍內(nèi)。一方面，半導(dǎo)體材料可通過快速退火方法退火，持續(xù)時間大于或等于約I μ S。另一方面，快速退火方法的持續(xù)時間可從約I μ s至約1ms。作為另一個實例，可使用烘焙或熔爐退火方法，與快速退火相比，其具有可以更長的持續(xù)時間。一方面，例如，半導(dǎo)體材料可通過烘焙退火方法退火，持續(xù)時間大于或等于約Ims至數(shù)小時。如已經(jīng)描述的，如果使用低氧含量半導(dǎo)體材料，在基本上缺氧的環(huán)境中退火這種材料可以是有益的。如已經(jīng)描述的，退火可幫助減少半導(dǎo)體基底固有的缺陷并以其他方式減少電子/空穴復(fù)合。換句話說，退火可幫助產(chǎn)生有效地減少不期望的復(fù)合過程的電子狀態(tài)。退火半導(dǎo)體材料也可改善器 件的響應(yīng)率或光電導(dǎo)增益。光電導(dǎo)器件可具有可引入可俘獲載流子的能級的摻雜劑、雜質(zhì)或缺陷。俘獲載流子和減少光載流子的復(fù)合可導(dǎo)致器件光電導(dǎo)增益的增加。光電導(dǎo)增益和俘獲時間的關(guān)系可通過等式(I)表示增益=τL/ τ t(I)其中“ τ J是額外載流子的壽命并且“ τ/’是載流子經(jīng)過器件的穿過時間。應(yīng)理解，額外載流子的壽命可通過俘獲載流子種類并減少復(fù)合率而增加?？赏ㄟ^半導(dǎo)體中在室溫下具有毫秒俘獲時間和在薄的輕微摻雜晶片中短的穿過時間的俘獲中心實現(xiàn)增益的增力口。這些俘獲位置可通過允許更多的電子跨過不同區(qū)域而不被復(fù)合，減少載流子的復(fù)合并且從而改善或增加器件的光電導(dǎo)增益。轉(zhuǎn)向圖2，反射層20可被連接至半導(dǎo)體基底12。為了將電磁輻射反射回器件，反射層可被連接至半導(dǎo)體基底的任何一面或部分。因此，一方面，反射層可位于與進(jìn)入的電磁輻射相對的半導(dǎo)體基底上。因此，如在圖2中所顯示，經(jīng)過半導(dǎo)體基底和有紋理區(qū)域16的電磁輻射可反射回半導(dǎo)體基底。另外，鈍化層22可被連接至半導(dǎo)體基底。顯示了鈍化層連接至面向進(jìn)入的電磁輻射的半導(dǎo)體基底一側(cè)，但是鈍化層可位于器件上的任何位置并且仍在本范圍內(nèi)。如已經(jīng)描述的，有紋理區(qū)域的位置可用于提供增強和/或過濾進(jìn)入的電磁輻射。例如，位于電磁輻射進(jìn)入光敏器件的點的有紋理區(qū)域往往使電磁輻射彎曲，尤其藍(lán)波長。因此，可通過將有紋理區(qū)域置于靠近入射電磁輻射的表面，以有目的地實現(xiàn)藍(lán)波長的過濾，實現(xiàn)一種水平的調(diào)節(jié)。另外，特定波長電磁輻射的吸收發(fā)生在半導(dǎo)體層和/或有紋理區(qū)域的不同深度。例如，通過增加對綠波長的吸收，綠波長產(chǎn)生的電信號可在二極管或像素中增力口。某些傳統(tǒng)的4像素成像器具有一個紅色像素、一個藍(lán)色像素和兩個綠色像素，具有較大數(shù)量的綠色像素使得人眼對綠色的敏感性增加。因此一方面，4像素成像器可具有一個藍(lán)色像素、一個紅色像素和一個具有增加的綠波長吸收的綠色像素。取決于成像器期望的應(yīng)用，第四個像素可用于IR或其他波長選擇性像素。圖3顯示具有位于半導(dǎo)體基底12側(cè)面的有紋理區(qū)域30的光敏器件。這種構(gòu)造允許電磁輻射經(jīng)器件的側(cè)面正常離開，以進(jìn)一步在半導(dǎo)體基底中消除和吸收。有紋理區(qū)域(一個或多個)可位于一個或多個側(cè)面上以有助于增強吸收。圖4顯示具有相對于半導(dǎo)體基底12具有非平行表面的有紋理區(qū)域40的光敏器件。因此有紋理區(qū)域的總體構(gòu)造可被設(shè)計來進(jìn)一步增強吸收和/或選擇性地調(diào)節(jié)器件。如已經(jīng)描述的，非平行表面可具有各種構(gòu)造，比如，但不限于，非平行斜面、棱錐、倒棱錐、凹形、凸形和類似形狀。在一些情況下，有紋理區(qū)域的構(gòu)造可起到引導(dǎo)或聚焦電磁輻射進(jìn)入半導(dǎo)體基底的作用，在其他情況下，有紋理區(qū)域的構(gòu)造可起到引導(dǎo)或聚焦電磁輻射遠(yuǎn)離半導(dǎo)體基底的作用。如在圖5中所顯示，透鏡50可被連接至半導(dǎo)體基底12，在面向進(jìn)入的電磁輻射的面上。因此透鏡可將電磁輻射聚焦至半導(dǎo)體基底中。在電路或其他結(jié)構(gòu)布置在進(jìn)入的電磁輻射表面上的那些方面，透鏡可進(jìn)一步聚焦圍繞這類結(jié)構(gòu)的光，從而減少光散射和噪音。如在圖6中所顯示，有紋理區(qū)域60位于半導(dǎo)體基底12上，鄰近多個摻雜區(qū)域14、16。有紋理區(qū)域可與至少一個摻雜區(qū)域相聯(lián)，如所顯示，或有紋理區(qū)域可與摻雜區(qū)域不同(未顯示)。電磁輻射可在靠近摻雜區(qū)域一側(cè)，或可選地在摻雜區(qū)域的相對側(cè)進(jìn)入光敏器件。
圖7-11顯示根據(jù)本公開的方面制造光敏像素的各種步驟。圖7顯示前面照射(FSI)光敏像素器件的橫截面。光敏像素器件可包括半導(dǎo)體基底72，并且可稱作體相半導(dǎo)體材料。該半導(dǎo)體基底包括至少一個摻雜區(qū)域74，其可用供電子的或供空穴的種類摻雜，以使區(qū)域與半導(dǎo)體基底相比極性更正或更負(fù)。一方面，例如，摻雜區(qū)域可以是P摻雜的。另一方面，摻雜區(qū)域可以是η摻雜的。高度摻雜的區(qū)域76可在摻雜區(qū)域上或靠近摻雜區(qū)域形成以制造PIN型二極管(pinned diode)。在一個實例中，半導(dǎo)體基底的極性可以為負(fù)，并且摻雜區(qū)域和高度摻雜區(qū)域可以是各自用P+和η-摻雜劑摻雜的。在一些方面，可以使用η(—)、η(_)、η(+)、η(++)、ρ(—)、ρ(_)、ρ(+)或ρ (++)類型摻雜區(qū)域的變型。應(yīng)當(dāng)注意,在一方面，高度摻雜區(qū)域可以是有紋理區(qū)域。換句話說，有紋理的表面特征可以在高度摻雜的區(qū)域上或其中形成。圖7的器件可進(jìn)一步包括各種金屬區(qū)域78、至少一個通路80、鈍化層82、槽隔離84和電傳輸元件86。槽隔離元件可通過減少光和電干擾，保持像素與像素的均勻性。槽隔離可以是淺的(圖7)或深的(圖12)槽隔離。槽隔離可包括各種材料，包括但不限于，電介質(zhì)材料、反射材料、傳導(dǎo)材料、光漫射特征和類似材料。這些槽隔離區(qū)域可配置來反射入射光，直到它被吸收，從而增加器件的有效吸收長度。如在圖8中所顯示，載體基底或載體晶片88可被連接至光感測像素。一方面，盡管載體基底可布置在器件的任何表面上，但是載體基底可布置在鈍化層82上。一方面,例如，載體基底可布置在半導(dǎo)體基底上(未顯示)。載體基底可通過各種技術(shù)連接至光感測像素，并且任何這種連接機制在本范圍內(nèi)。一方面，例如，該連接可通過布置在器件上例如鈍化層上的結(jié)合層或粘合層而實現(xiàn)。取決于支撐是否被除去，支撐基底在制造期間和之后可提供對半導(dǎo)體器件的支撐。載體基底可用與體相半導(dǎo)體材料相同或類似的半導(dǎo)體材料制造，或它可用不同的材料制造。如在圖9中所顯示，有紋理區(qū)域90連接至半導(dǎo)體基底72，在摻雜區(qū)域74、76對面。因此從摻雜區(qū)域方向進(jìn)入的光經(jīng)過半導(dǎo)體基底，然后接觸有紋理區(qū)域。有紋理區(qū)域可布置橫跨半導(dǎo)體基底的整個表面，如在圖9中所顯示，或它可布置在一個或多個不連續(xù)區(qū)域上(未顯示)。如在圖10中所顯示，另外的載體支撐基底100可被連接至器件，在載體支撐基底88的對面。該另外的載體支撐基底可被用于各種目的，包括提供對器件的另外支撐，有助于除去第一載體支撐基底和類似目的。反射層102可布置在有紋理區(qū)域90和載體支撐基底之間。因此反射層可將穿過有紋理區(qū)域的電磁輻射反射回到半導(dǎo)體基底72，因此減少光損失和反向散射。因此，一些方面，反射層可增加器件的量子效率。反射層材料可以是可被并入這種器件的任何反射材料。非限制性例子可包括材料諸如銀、鋁和類似物。如在圖11中所顯示，載體支撐基底可被除去以暴露之前被載體支撐基底覆蓋的鈍化層82或任何其他材料層。取決于器件期望的用途，另外的載體基底100可保持在器件中，從器件中除去，或變薄以減少基底的厚度。從器件除去材料，包括載體支撐基底和另外的載體基底，可通過各種方法實現(xiàn)，包括但不限于，刻蝕、化學(xué)機械拋光、離子注入(即智能切割(smart cut))和類似方法。

考慮各種類型的槽隔離，并且任何這種隔離考慮在本范圍內(nèi)。如已經(jīng)描述的，槽隔離可以是淺的(圖7，84)或深的(圖12，120)槽隔離。取決于器件設(shè)計，槽隔離也可包括在淺和深之間的深度。槽隔離可包括電介質(zhì)材料、反射材料、傳導(dǎo)材料和其組合，包括有紋理區(qū)域和其他光漫射特征。因此，在某些情況下，槽隔離層可被配置來反射入射電磁輻射，直到它被吸收，從而增加器件的有效吸收長度。另外，在一些方面，使用深槽隔離和刻蝕技術(shù)，通過使半導(dǎo)體基底的材料變薄或從半導(dǎo)體基底除去材料，柱特征可被并入像素。如在圖13中所顯示，有紋理區(qū)域130可具有相對于半導(dǎo)體基底72的非平行表面，如已經(jīng)描述的。該非平行形態(tài)，當(dāng)包括在深槽隔離120中時，可有效地將電磁輻射從多個面聚焦到半導(dǎo)體基底。也考慮非體相材料可形成或布置在器件中的摻雜區(qū)域附近。加入非體相材料可允許電磁輻射漫射特征在非體相材料中或其上形成。限定孔的金屬層也可包括在本公開的一方面中。金屬層可在摻雜區(qū)域附近形成并可具有限定孔的光進(jìn)入?yún)^(qū)域。該光進(jìn)入?yún)^(qū)域也可包括抗反射材料。圖14顯示光敏成像器，其包括兩個光敏像素140。每個光敏像素包括邊界區(qū)域142，其可包括金屬電路和有紋理區(qū)域144。每個光敏像素可包括至少一個晶體管146或其他電傳輸元件。另外的讀出和電路元件148可被使用并被兩個光敏像素共享。轉(zhuǎn)向圖15，提供了根據(jù)本公開一個方面的背面照射(BSI)光敏像素。在變薄和槽隔離之后，透鏡150和抗反射涂層152布置在像素的背面。濾色層154可光學(xué)地耦合至透鏡，以允許電磁輻射的特定波長過濾。有紋理區(qū)域156可被連接至半導(dǎo)體基底72，在透鏡對面，以提供經(jīng)過像素前面的入射電磁輻射的散布性散射和反射。因此，由于有紋理區(qū)域和槽隔離120的結(jié)合作用，電磁輻射可被聚焦在半導(dǎo)體基底內(nèi)。圖16顯示根據(jù)本公開另一方面的前面照射(FSI)成像器。透鏡160和抗反射鈍化層82連接至像素的前面。有紋理區(qū)域90和反射層102連接至半導(dǎo)體基底72，在透鏡的對面，以提供經(jīng)過半導(dǎo)體基底的入射電磁輻射的散布性散射和反射。在金屬或其他反射材料層166上形成的孔164可增加光腔的有效性。因此透鏡將電磁輻射聚焦穿過孔。在本公開的其他方面，考慮制造光敏二極管、像素和成像器的各種方法。一方面，如在圖17中所顯示，制造光敏成像器件的方法可包括在具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域的半導(dǎo)體基底上形成有紋理區(qū)域，其中有紋理區(qū)域在與電磁輻射相互作用的位置上形成，170。該方法也包括將電傳輸元件連接至半導(dǎo)體基底，以便電傳輸元件可操作以從至少一個結(jié)傳輸電信號，172。一方面,多個像素可連接在一起形成成像器。鈍化層也可布置在光敏成像器件上以保護(hù)和/或減少器件的暗電流。在本公開的另一方面，提供了制造光敏二極管的方法。這種方法可包括在半導(dǎo)體基底的表面上形成至少一個陰極和至少一個陽極，將有紋理區(qū)域連接至半導(dǎo)體基底，并將支撐基底連接至半導(dǎo)體基底。有紋理區(qū)域可位于陽極和陰極鄰近，在陽極和陰極對面，或鄰近陽極和陰極并在陽極和陰極對面。電傳輸元件可電耦合至陽極和陰極的至少一個，以形成光敏像素。另一方面，半導(dǎo)體基底可被變薄，以改善器件的響應(yīng)速率和/或速度。鈍化層也可布置在光敏二極管上，以保護(hù)和/或減少器件的暗電流。另外的支撐基底可被連接至器件以提供另外的支撐。一方面，另外的支撐基底可位于光敏二極管的與支撐基底相對的面。支撐基底可隨后被除去，以允許進(jìn)一步的處理。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，上面描述的布置僅僅是本公開原則的示意性應(yīng)用。在不背離本公開精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到許多改進(jìn)和替代的布置，并且所附權(quán)利要求意欲覆蓋這類改型和布置。因此，雖然上面結(jié)合目前被認(rèn)為是本公開最實際的實施方式具體和詳細(xì)描述了本公開，但在不背離本文闡述的原則和概念的情況下，許多改變對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的，包括但不限于，大小、材料、形狀、形式、操作的功能和方式、組裝和使用的變化。
權(quán)利要求
1.光敏成像器件，包括 半導(dǎo)體基底，其具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域； 有紋理區(qū)域，其與所述半導(dǎo)體基底相連并被布置以與電磁輻射相互作用；和 電傳輸元件，其與所述半導(dǎo)體基底相連并可操作以從所述至少一個結(jié)傳輸電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述有紋理區(qū)域可操作以促進(jìn)從紅外電磁輻射的探測產(chǎn)生電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中與電磁輻射相互作用進(jìn)一步包括，與缺乏有紋理區(qū)域的半導(dǎo)體基底相比，增加所述半導(dǎo)體基底的有效吸收長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述傳輸元件選自晶體管、傳感節(jié)點、傳輸門和其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，進(jìn)一步包括反射層，其連接至所述半導(dǎo)體基底并被布置以將所述電磁輻射保持在所述半導(dǎo)體基底中。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述有紋理區(qū)域位于與所述多個摻雜區(qū)域相對的所述半導(dǎo)體基底的表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件，其中所述有紋理區(qū)域具有可操作以將電磁輻射引入或引出所述半導(dǎo)體基底的表面形態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的器件，其中所述有紋理區(qū)域相對于所述半導(dǎo)體基底的所述表面形態(tài)是選自傾斜的、棱錐的、倒棱錐的、球形的、拋物面的、不對稱的、對稱的和其組合的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述有紋理區(qū)域布置在靠近所述多個摻雜區(qū)域的所述半導(dǎo)體基底的表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，進(jìn)一步包括另外的有紋理區(qū)域，其布置在與所述多個摻雜區(qū)域相對的所述半導(dǎo)體基底的表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述有紋理區(qū)域直接與所述多個摻雜區(qū)域的至少一個連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述有紋理區(qū)域包括表面特征，其具有選自微米級、納米級和其組合的大小。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的器件，其中表面特征包括選自圓錐、柱體、棱錐、顯微透鏡、量子點、倒轉(zhuǎn)特征和其組合的一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述有紋理區(qū)域通過選自激光照射、化學(xué)刻蝕、納米壓印、材料沉積和其組合的方法形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，進(jìn)一步包括透鏡，其與所述半導(dǎo)體基底光學(xué)耦合并被布置以將入射電磁輻射聚焦至所述半導(dǎo)體基底中。
16.光敏成像器陣列，其包括至少兩個根據(jù)權(quán)利要求I所述的光敏成像器件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的陣列，進(jìn)一步包括布置在所述至少兩個光敏成像器件之間的至少一個槽隔離。
18.制造光敏成像器件的方法，包括 在半導(dǎo)體基底上形成有紋理區(qū)域，其中所述半導(dǎo)體基底具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域，并且其中所述有紋理區(qū)域在與電磁輻射相互作用的位置上形成；并且將電傳輸元件連接至所述半導(dǎo)體基底，以便所述電傳輸元件可操作以從所述至少一個結(jié)傳輸電信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中形成所述有紋理區(qū)域是通過選自激光照射、化學(xué)刻蝕、納米壓印、材料沉積和其組合的方法。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中形成所述有紋理區(qū)域包括用激光輻射照射靶區(qū)域，以形成具有選自微米級、納米級和其組合的大小的表面特征。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中照射所述靶區(qū)域包括將所述激光輻射暴露至摻雜劑，以便所述照射將所述摻雜劑并入所述有紋理區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述照射使用包括選自飛秒激光、皮秒激光、納秒激光和其組合的一種的脈沖激光器進(jìn)行。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)所述光敏成像器件的電響應(yīng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括形成表面特征，以具有選擇性漫射或選擇性吸收期望電磁輻射波長的尺寸。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中調(diào)節(jié)通過選自下列的因素完成所述有紋理區(qū)域的布置、所述有紋理區(qū)域的材料類型、所述有紋理區(qū)域的厚度、所述有紋理區(qū)域的摻雜劑類型、所述有紋理區(qū)域的摻雜分布、所述半導(dǎo)體基底的摻雜分布、所述基底的厚度和其組合。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述傳輸元件選自晶體管、傳感節(jié)點、傳輸門和其組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括將所述半導(dǎo)體基底退火至約300°C至約1100°c的溫度。
28.光敏成像器件，包括 半導(dǎo)體基底，其具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域； 有紋理區(qū)域，其與所述半導(dǎo)體基底連接并被布置以與電磁輻射相互作用；和至少4個晶體管，其與所述半導(dǎo)體基底連接并且至少一個所述晶體管與所述至少一個結(jié)電耦合。
全文摘要
提供了光敏器件和相關(guān)的方法。一方面，例如，光敏成像器件可包括半導(dǎo)體基底，其具有形成至少一個結(jié)的多個摻雜區(qū)域；有紋理區(qū)域，其與半導(dǎo)體基底相連并被布置以與電磁輻射相互作用，和電傳輸元件，其與半導(dǎo)體基底相連并可操作以從至少一個結(jié)傳輸電信號。一方面，有紋理區(qū)域可操作以促進(jìn)從紅外電磁輻射探測產(chǎn)生電信號。另一方面，與電磁輻射相互作用進(jìn)一步包括，與缺乏有紋理區(qū)域的半導(dǎo)體基底相比，增加半導(dǎo)體基底的有效吸收波長。
文檔編號H01L27/146GK102630341SQ201080052078
公開日2012年8月8日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者C·帕爾斯猶勒, D·米勒, H·阿達(dá), J·麥基, L·福布斯, 蔣巨濤 申請人:西奧尼克斯股份有限公司