淺槽紋理區(qū)域和相關(guān)方法
【專利摘要】提供了一種光敏設(shè)備和相關(guān)方法。在一方面，例如，光敏成像器設(shè)備可包括半導(dǎo)體層，具有形成至少一個接合的多個摻雜區(qū)；紋理區(qū)，耦合到所述半導(dǎo)體層并與電磁輻射相互作用。所述紋理區(qū)可形成一系列淺槽隔離特征。
【專利說明】淺槽紋理區(qū)域和相關(guān)方法
[0001]發(fā)明背景
[0002]背景說明
[0003]具有光相互作用的半導(dǎo)體材料是個重大創(chuàng)新。硅成像設(shè)備用于不同的技術(shù)，例如，數(shù)碼相機、光電鼠標(biāo)、攝像機、移動電話等等。電荷耦合器(CCDs)廣泛應(yīng)用于數(shù)字成像，且之后被改進(jìn)為具有改進(jìn)性能的金屬-氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像器。許多傳統(tǒng)的CMOS成像器利用正面照明(FSI)。在這種情況下，電磁輻射投射在含有CMOS設(shè)備和電路的半導(dǎo)體表面。背面照明(BSI)CMOS成像器也被使用，且在很多設(shè)計中，電磁輻射投射在CMOS設(shè)備和電路對面的半導(dǎo)體表面上。CMOS傳感器通常是由硅制造，且能變相可見入射光至光電流和最終變相至數(shù)字圖像。雖然用于檢測紅外線的投射電磁輻射的硅基技術(shù)具有問題，但是，因為硅是具有大約1.1eV帶隙的間接帶隙半導(dǎo)體。因此，波長大于IlOOnm的電磁輻射的吸收率在硅里是非常低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開提供一種具有加強光吸收特性的光電設(shè)備，包括合并該設(shè)備的系統(tǒng)該和各種相關(guān)方法。在一方面，例如，具有加強電磁輻射吸收的光電設(shè)備被提供。該設(shè)備可包括半導(dǎo)體層，耦合到支撐基板;及一組淺槽隔離表面特征，位于所述半導(dǎo)體層和所述支撐基板之間，所述表面特征被定位與穿過所述半導(dǎo)體層的電磁輻射相互作用。在一方面，所述半導(dǎo)體層是單晶硅。在另一方面，設(shè)備層，耦合到所述表面特征對面的所述半導(dǎo)體層。
[0005]在一方面，第一粘結(jié)層可耦合在所述半導(dǎo)體層和所述支撐基板之間。而考慮各種配置，在一方面，第一粘結(jié)層可被耦合在所述支撐基板和所述表面特征之間。在另一方面，第二粘結(jié)層可位于所述第一粘結(jié)層和所述表面特征之間。在另一方面，反射器層可被配置在所述第一粘結(jié)層和所述第二粘結(jié)層之間。
[0006]表面特征可具有各種配置，且可形成在所述半導(dǎo)體層和所述半導(dǎo)體支撐之間的各種位置。例如，在一方面，所述表面特征可被形成在所述支撐基板。在另一方面，所述表面特征可被形成在所述半導(dǎo)體層。此外，在一方面，所述表面特征可根據(jù)預(yù)設(shè)定的圖案被布置。在特別的一方面，該預(yù)設(shè)定的圖案是至少基本上均勻的網(wǎng)格。在特別的方面，該預(yù)設(shè)定的圖案是非均勻的布置。此外，在一方面，所述表面特征可具有至少基本上均勻的高度。在另一方面，所述表面特征在高度上是不均勻的。
[0007]此外，考慮了各種結(jié)構(gòu)性的配置。例如，在一方面，所述設(shè)備可結(jié)構(gòu)性地配置為正面照明的光電設(shè)備。在另一方面，所述設(shè)備可結(jié)構(gòu)性地配置為背后照明的光電設(shè)備。
[0008]在另一方面，一種制作光電設(shè)備的方法被提供。該方法，其步驟可包括使用淺槽隔離蝕刻，在半導(dǎo)體層生成一組表面特征；及在支撐基板和半導(dǎo)體層之間粘結(jié)所述一組表面特征。在另一方面，生成所述一組表面特征的步驟，還可包括在所述半導(dǎo)體層表面的至少一個部分上，生成所述一組表面特征。在另一方面，生成所述一組表面特征的步驟，還可包括在所述支撐基板表面的至少一個部分上，生成所述一組表面特征。此外，在一方面，在所述支撐基板和所述半導(dǎo)體層之間粘結(jié)所述一組表面特征的步驟，還可包括在所述半導(dǎo)體層上沉積第一粘結(jié)層;及將所述第一粘結(jié)層與沉積在所述支撐基板上的第二粘結(jié)層粘結(jié)。在一些方面，將所述半導(dǎo)體層粘結(jié)至所述支撐基板之前，在所述第一粘結(jié)層或者所述第二粘結(jié)層的至少一個上可沉積反射器層。在進(jìn)一步的方面，所述方法可包括使所述支撐基板對面的所述半導(dǎo)體層薄型化至I微米-10微米的厚度，以生成原始的薄的表面;及在所述薄的表面上形成設(shè)備層。然后，所述半導(dǎo)體可進(jìn)一步的處理所需形成的光電設(shè)備。
[0009]附圖簡要說明
[0010]為了進(jìn)一步了解本公開的性質(zhì)和優(yōu)點，參考以下的實施例和附圖進(jìn)行詳細(xì)地說明。
[0011]圖1是根據(jù)本公開的一個實施例的波長功能，顯示出與標(biāo)準(zhǔn)硅相比較的紋理硅的光吸收率的數(shù)據(jù)；
[0012]圖2是示出根據(jù)本公開的另一個實施例的一個圖像傳感器的橫斷面視圖；
[0013]圖3是示出根據(jù)本公開的另一個實施例的一個圖像傳感器的橫斷面視圖；
[0014]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，有關(guān)基片紋理層的橫斷面視圖；
[0015]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，有關(guān)基片紋理層的橫斷面視圖；及
[0016]圖6是示出根據(jù)本層的另一個實施例，有關(guān)基片紋理區(qū)域的橫斷面視圖。
[0017]具體說明
[0018]在此說明本公開之前，應(yīng)理解此公開不限于在此公開的特別的結(jié)構(gòu)、工序，或材料，且經(jīng)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可被延伸到其等價物。這也應(yīng)該理解為，在此采用的術(shù)語僅僅用于描述實施例，且不限于此。
[0019]定義
[0020]下列專業(yè)術(shù)語將被下面的定義被使用。
[0021]應(yīng)該注意的是，在此說明書和附加權(quán)利要求書的單數(shù)形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地公開。因此，例如，參考“摻雜物”包括一個或多個該摻雜物，且參考“所述層”包括參考一個或多個該層。
[0022]如在此所用，術(shù)語“光”和“電磁輻射”可交換的被使用，且可涉及在紫外線、可見的、近紅外線和紅外線光譜的電磁輻射。術(shù)語可更廣泛地包括電磁輻射，例如，無線電波、微波、X射線和伽馬射線。因此，術(shù)語“光”不限于可見光譜的電磁輻射。在此描述的很多光的例子，特別地涉及可見的和紅外線(和/或近紅外線)譜的電磁輻射。為了此公開的目的，可見波長的區(qū)域被認(rèn)為是約350nm至800nm，且非可見波長被認(rèn)為是長于約800nm或短于約350nm。此外，紅外線譜被認(rèn)為包括近紅外線譜的部分，包括大約800至100nm的波長，短波紅外線譜的部分包括大約IlOOnm至3微米的波長，且中長波長紅外線(或熱紅外線)譜的部分包括大于3微米到30微米的波長。除非另有說明，這些是一般統(tǒng)稱為電磁譜的“紅外線”部分。
[0023]如在此所使用，術(shù)語“檢測”涉及電磁輻射的感應(yīng)、吸收，和/或收集。
[0024]如在此所使用，術(shù)語“背面照明”涉及設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中，電磁輻射投射在半導(dǎo)體材料的表面上，其相對于含有設(shè)備電路的表面。換句話說，電磁輻射透射在上面，且接觸設(shè)備電路之前穿過半導(dǎo)體材料。
[0025]如在此所使用，術(shù)語“正面照明”涉及設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中，電磁輻射投射在半導(dǎo)體材料的表面上，該表面含有設(shè)備電路。換句話說，電磁輻射投射在上面，且接觸半導(dǎo)體材料之前穿過設(shè)備電路區(qū)域。
[0026]如在此所使用，術(shù)語“吸收率”涉及經(jīng)材料或設(shè)備吸收的投射電磁輻射的分級。
[0027]如在此所使用，術(shù)語“紋理層”和“紋理表面”可交換地被使用，且涉及具有與納米到微米級的表面變化拓?fù)涞谋砻?。該表面拓?fù)淇捎筛鞣N已知的STI技術(shù)組成。應(yīng)該注意，激光消融技術(shù)至少在一個方面特別地被放棄。該表面特征可變更取決于材料和技術(shù)的采用，而在一方面，該表面可包括微米級的結(jié)構(gòu)(例如，大約Iwn至ΙΟμπι)。在另一方面，該表面可包括大約5μηι到I Ομπι的納米級和/或微米級結(jié)構(gòu)。在另一方面，表面結(jié)構(gòu)可以是從大約I ΟΟμπι到I微米。各種標(biāo)準(zhǔn)可被用于測量該結(jié)構(gòu)尺寸。例如，對于圓錐體類結(jié)構(gòu)，以上范圍從結(jié)構(gòu)的頂?shù)皆摻Y(jié)構(gòu)和鄰近結(jié)構(gòu)之間形成的槽被測量。對于如同納米孔結(jié)構(gòu)，以上范圍可以是近似直徑。此外，表面結(jié)構(gòu)可在不同的平均距離彼此有間隔。在一方面，鄰近結(jié)構(gòu)可有大約50nm至2μπι距離的間隔。該間隔可以是從一個結(jié)構(gòu)的中心點到鄰近結(jié)構(gòu)的中心點。
[0028]如在此所使用，術(shù)語“基本上”涉及完整或幾乎完整的程度或動作、特性、特征、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、項目，或結(jié)果的度。例如，一個物體“基本上”封閉，意思是其物體或者完整的封閉或者幾乎完整地封閉。從絕對完備性的精確容許的偏差有時可取決于特定的上下文。不過，一般來說，如果絕對和全部的完成被獲得，接近完整將具有相同的結(jié)果。當(dāng)被用在消極含義的涉及完整或接近完整的缺乏一個動作、特性、特征、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、項目，或結(jié)果時，“基本上”的使用同樣地可適用。例如，“基本上不含”粒子的組合或者完全地缺乏粒子，或者幾乎完全地缺乏粒子，其作用與其完全地缺乏粒子一樣。換句話說，當(dāng)組合“基本上不含”成分或元件時，實際上仍可含有項目，只要其中不影響測量。
[0029]如在此所使用，通過提供已知的值可以是“超過”或“低于”端點，術(shù)語“大約”被用于提供數(shù)值范圍端點的靈活性。
[0030]如在此所使用，為了方便，多個項目、結(jié)構(gòu)元件、合成元件，和/或材料可以通用列表被陳述。但是，這些列表應(yīng)該被解釋為，列表中的每一個構(gòu)件被單獨地識別成分離的和唯一的構(gòu)件。因此，在沒有相反意思的情況下，該列表中的獨立構(gòu)件不應(yīng)當(dāng)被解釋為，是僅基于其在通用組中的陳述的相同列表中的任何其他構(gòu)件的等價物。
[0031]聚集度、數(shù)量，和其他數(shù)值數(shù)據(jù)可在范圍格式中被表達(dá)或提供。應(yīng)理解，該范圍格式僅僅為了方便簡潔起見被使用，以及應(yīng)當(dāng)靈活地被解釋為，其不僅包括明顯地被詳述作為范圍限度的數(shù)值，而且還包括所有單獨的數(shù)值或該范圍中包括的子范圍，當(dāng)各數(shù)值范圍和子范圍明顯地被詳述時。作為列子，“大約I至5”的數(shù)值范圍應(yīng)當(dāng)被解釋為，不僅包括大約I至5的明顯詳述值，而且包括該指示的范圍內(nèi)的獨立值和子范圍。因此，包括在此數(shù)值范圍中的獨立值為，例如，2，3和4和子范圍，如同1-3，2-4，和3-5等等，以及單獨的I，2，3，4和5。
[0032]該相同的原則適用于陳述類似最小或最大的僅一個數(shù)值的的范圍。此外，該解釋在應(yīng)用時與范圍的幅度或所描述的特性無關(guān)。
[0033]本公開
[0034]傳統(tǒng)的硅光電探測成像器具有有限的光吸收/檢測性質(zhì)。例如，該硅基檢測器對于紅外線光通常是透明的，特別是與薄硅層。在一些情況下，其他材料，例如銦鎵砷化物InGaAs可用于檢測具有波長大于約100nm的紅外線光，硅仍然用于檢測可見光譜(例如，可見光，350nm至800nm)內(nèi)的波長。傳統(tǒng)的硅材料需要大量的光程長度，從波長長于700nm的電磁輻射中檢測出光子。結(jié)果，在較淺的硅深處可見光可能被吸收，且標(biāo)準(zhǔn)的晶片深度(例如，約750μπι)的硅處較長波長(例如，900nm)的吸收率較弱。增加硅層的厚度來允許較長波長的吸收，因此，大大增加了光電探測成像器的厚度。
[0035]根據(jù)本公開的一些方面，光電設(shè)備顯示出增加了光的吸收，這是由于相比傳統(tǒng)設(shè)備，用于光的較長波長的有效光程長度被增加。常規(guī)硅探測器中的吸收深度為硅的深度，其中福射強度被減少到約為半導(dǎo)體表面處的值的36 %。本發(fā)明娃材料的增加的光子光程長度導(dǎo)致明顯的吸收深度的減少，或明顯或有效的吸收深度的減少。例如，硅的有效吸收深度可被減少，從而這些較長波長可在小于850微米厚的硅層中被吸收。換句話說，通過增加光程長度，這些設(shè)備可在較薄硅材料內(nèi)吸收較長波長(例如，用于硅的大于lOOOnm)。除了薄硅材料(例如，與700微米厚相比小于30微米厚)中具有較長波長的吸收光之外，反應(yīng)率或反應(yīng)速度也能通過使用該薄材料被增加。
[0036]本公開的光電設(shè)備可以是正面照明(FSI)或背面照明(BSI)設(shè)備。在典型的FSI成像器中，投射光通過晶體管和金屬電路的第一傳進(jìn)入半導(dǎo)體設(shè)備。不過，光在進(jìn)入成像器的光傳感部分之前，可分散于晶體管和電路，因此導(dǎo)致光損耗和噪聲。透鏡可布置在FSI像素的上部，且將投射光引導(dǎo)及聚焦到設(shè)備的光傳感有源區(qū)，因此，至少部分地避免電路。各種透鏡和透鏡配置被考慮，不過，在一方面透鏡可以是微透鏡。
[0037]在另一個方面，BSI成像器被配置，以便投射光通過電路對面的感光區(qū)域進(jìn)入設(shè)備，且到達(dá)電路之前大部分被吸收，因此大大地減少分散和/或噪聲。BSI設(shè)計還使成像器具更大感應(yīng)、更小的像素結(jié)構(gòu)，和高填充率。另外，應(yīng)理解，根據(jù)本公開的設(shè)備，無論是FSI或BSI，可以合并成互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像器結(jié)構(gòu)，或電荷耦合設(shè)備(CCD)成像器結(jié)構(gòu)。
[0038]通常，本公開提供各種光電設(shè)備，例如，寬帶光敏二極管、像素，和能夠檢測可見光以及紅外線電磁輻射的成像器，包括制作該設(shè)備的相關(guān)方法，但其并不局限于此。在特定的方面，例如，光電設(shè)備被提供為具有增強吸收電磁輻射。該設(shè)備可包括耦合到支撐基板的半導(dǎo)體層和一組淺槽隔離表面特征，位于半導(dǎo)體層和支撐基板之間，表面特征被定位與穿過半導(dǎo)體層的電磁輻射相互作用。
[0039]因此，發(fā)現(xiàn)該一組淺槽隔離表面特征，被定位在結(jié)構(gòu)上適當(dāng)?shù)姆绞娇纱蟠蟮卦黾庸璨牧系墓馕?。如圖1所示，例如，至少約700nm至I 10nm的電磁頻譜范圍內(nèi)，與非紋理硅相比，該紋理區(qū)域可增加硅的光吸收。
[0040]從圖2中可以看出，例如，F(xiàn)SI設(shè)備200被顯示為具有半導(dǎo)體層202，耦合在支撐基板204，其中半導(dǎo)體層可包括一個或多個摻雜區(qū)206，208，其形成至少一個接合。紋理層210包括一組或多個STI表面特征，被定位在半導(dǎo)體層202和支撐基板204之間。電路層212被耦合到在支撐基板204對面的半導(dǎo)體層202。光214被顯示為撞擊設(shè)備200，且接觸半導(dǎo)體層202之前穿過電路層212。光214未被吸收，且穿過半導(dǎo)體層202接觸紋理層210，并被重定向回至半導(dǎo)體層202，從而使光在隨后的通過中被吸收。因此，當(dāng)光穿過設(shè)備時，紋理層210有效增加了光214的光程長度。在一個方面，半導(dǎo)體層可以是單晶硅。
[0041 ]在圖3，BSI設(shè)備300被顯示為具有半導(dǎo)體層302耦合在支撐基板304，其中半導(dǎo)體層可包括一個或多個摻雜區(qū)306,308,其形成至少一個接合。在這種情況下，支撐基板304可以是電路層或是包括電路層的大塊基板。紋理層310包括一組或多個表面特征，被定位在半導(dǎo)體層302和支撐基板304之間。光312被顯示為撞擊設(shè)備300，且不接觸任何可被定位在支撐基片304中或其上的電路元件，從而穿過半導(dǎo)體層302。光312未被吸收，且穿過半導(dǎo)體層302接觸紋理層310，并被重定向回至半導(dǎo)體層302。如圖2所示的FSI設(shè)備，當(dāng)光穿過設(shè)備時，紋理層310有效增加了光312的光程長度。在一個方面，半導(dǎo)體層可以是單晶硅。
[0042]根據(jù)設(shè)備，用于FSI和BSI的多個摻雜區(qū)，可具有相同的摻雜分布或不同的摻雜分布。此外，摻雜區(qū)的任何數(shù)量或配置被認(rèn)為在本范圍內(nèi)。在一些方面，半導(dǎo)體層可被摻雜，因此，可被認(rèn)為是摻雜區(qū)域。
[0043]此外，設(shè)備可包括深槽隔離(DTI)，分離成像器和提供光捕獲功能。在一些方面，除了支撐基板以外，該設(shè)備可包括便于操作設(shè)備的硅處理晶片。在一些方面，支撐基板可以是硅處理晶片。一種用于將硅處理晶片耦合到半導(dǎo)體層的技術(shù)包括氧化物粘結(jié)。進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，關(guān)于基板、粘結(jié)，和各種成像器細(xì)節(jié)，在美國專利申請?zhí)?3/069，135被示出，其被納入此處作為參照。
[0044]根據(jù)本公開的一些方面，光電設(shè)備可包括光電二極管或像素，其能夠在給定波長范圍內(nèi)吸收電磁輻射。該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)等等。該設(shè)備也可結(jié)構(gòu)性地配置為三個或四個晶體管有源像素傳感器(3T APS或4T APS)。此外，具有大于4個晶體管的設(shè)備也在本范圍內(nèi)。設(shè)備還可包括用于CMOS成像器的光電二極管結(jié)構(gòu)。同時，光電設(shè)備可用于飛行時間(TOF)應(yīng)用，以及各種結(jié)構(gòu)光應(yīng)用。也可考慮，設(shè)備也可配置成滾動快門或全局快門的讀出設(shè)備。
[0045]在一些方面，設(shè)備可包括位于紋理層和摻雜區(qū)之間的鈍化層。在一些方面，鈍化層可被摻雜形成表面區(qū)域，且在下進(jìn)行詳細(xì)地說明。應(yīng)該注意的是，有無鈍化區(qū)，紋理區(qū)可位于半導(dǎo)體材料的光投射側(cè)、光投射側(cè)對面的半導(dǎo)體材料側(cè)，或者光投射側(cè)以及光投射側(cè)對面兩者。此外，設(shè)備還可包括耦合在半導(dǎo)體層的電傳輸元件，且可操作從摻雜區(qū)中傳輸電信號。此外，電傳輸元件可包括各種設(shè)備，包括晶體管、傳感節(jié)點、傳送門、轉(zhuǎn)移電極，等等，但并不局限于此。
[0046]如所描述，紋理層由多個表面特征組成，其中，該表面特征以陣列或分組被形成，穿過半導(dǎo)體層和支撐基板之間的界面。在一些方面，紋理區(qū)可覆蓋半導(dǎo)體層和支撐基板之間的整個界面，而在其他方面，紋理區(qū)可僅僅覆蓋半導(dǎo)體層和支撐基板之間的一部分界面。例如，在一方面，紋理層可覆蓋材料之間的界面，至少在光穿過半導(dǎo)體層將接觸界面的區(qū)域內(nèi)。在另一方面，紋理層可覆蓋材料之間的界面，僅在光穿過半導(dǎo)體層將接觸界面的區(qū)域內(nèi)。因此，應(yīng)該理解為，紋理層的覆蓋面積可取決于設(shè)備的設(shè)計，以及光捕獲和/或光的重定向所需的圖案。因此，其目的是，本公開的范圍不受包括紋理層的程度的限制。
[0047]此外，在一些方面，一個或多個中間層可存在于半導(dǎo)體層和支撐基板之間。該層可適用于促進(jìn)粘結(jié)，用于反射光，用于各種其他目的。在一方面，例如，一個或多個粘結(jié)層可被利用來促使半導(dǎo)體層與支撐基板粘結(jié)。在這種情況下，將第一粘結(jié)層應(yīng)用在半導(dǎo)體層和第二粘結(jié)層，可有利于支撐基板作為粘結(jié)機制。粘結(jié)層可包括能夠使支撐基板和半導(dǎo)體層之間粘結(jié)的材料。非限制性的例子可包括氧化硅、氮化硅、非晶硅，等。給定的粘結(jié)層的厚度，其取決于使用的制造技術(shù)和設(shè)計者的偏好可有所不同。然而，在一方面，粘結(jié)層可足夠厚以促進(jìn)粘結(jié)，且足夠薄以最小化設(shè)備內(nèi)的波導(dǎo)效應(yīng)。在另一方面，粘結(jié)層可具有從30nm到3微米的厚度。另一方面，粘結(jié)層可具有從40nm到2微米的厚度。
[0048]紋理層的位置可由耦合的支撐基板和半導(dǎo)體層，以及形成紋理層的位置受到影響。在一方面，紋理層可被形成在半導(dǎo)體層內(nèi)或上。在另一方面，紋理層可形成在支撐基板內(nèi)或上。對于紋理層形成在半導(dǎo)體層內(nèi)或上的情況，一個或多個粘結(jié)層可耦合在支撐基板和紋理層之間。如果使用兩個或多個粘結(jié)層，第一粘結(jié)層可形成在紋理層上，第二粘結(jié)層可形成在支撐基板上，然后第一和第二粘結(jié)層可粘結(jié)在一起。
[0049]對于紋理層形成在支撐基板內(nèi)或上的情況，一個或多個粘結(jié)層可耦合在半導(dǎo)體層和紋理層之間。例如，在一方面，一個或多個粘結(jié)層可耦合在支撐基板和表面特征之間。如果使用兩個或多個粘結(jié)層，第一粘結(jié)層可形成在紋理層上，第二粘結(jié)層可形成在半導(dǎo)體層上，然后第一和第二粘結(jié)層可粘結(jié)在一起。
[0050]如所描述，光反射層可被放置在上述引用的任何兩個層或材料之間。例如，在一方面，反射層可被應(yīng)用于紋理層的一側(cè)。在另一方面，反射層可被應(yīng)用于粘結(jié)層的任何一側(cè)。在一個特定的方面，反射層可位于第一和第二粘結(jié)層之間。反射層可包括能夠?qū)⒎瓷涔夥祷匕雽?dǎo)體層的任何材料。非限制性例子可包括金屬、陶瓷、氧化物、玻璃、分布式布拉格反射器堆棧，等等，其中包括合金和組合物。
[0051]紋理層的表面特征可通過能夠在重復(fù)的和預(yù)測的方式進(jìn)行蝕刻的任何過程制作。然而，在一方面，表面特征可通過任意數(shù)量的淺槽隔離(STI)技術(shù)被形成。這種制造技術(shù)被已知，先前被用于在電路元件之間制造電氣隔離的區(qū)域。因此，該實現(xiàn)方式被利用在電路元件的邊緣。雖然，本范圍是針對創(chuàng)建位置內(nèi)與光相互作用的一組表面特征。通過這種相互作用，由表面特征陣列，光可被重定向、被擴(kuò)散、被聚焦，或以其他方式被操作。
[0052]此外，STI技術(shù)可用于形成具有各種形狀、圖案等，表面特征。例如，在一方面，表面特征可按照預(yù)設(shè)定的圖案排列成陣列。在一個特定的方面，預(yù)設(shè)定的圖案可以是均勻的或基本上均勻的網(wǎng)格。此外，預(yù)設(shè)定的圖案可以是有組織的、有序的，或周期性的圖案。在另一方面，預(yù)設(shè)定的圖案可以是非均勻的或及基本非均勻的圖案。表面特征陣列圖案也可以是無序的、準(zhǔn)周期的、隨機的，等等。
[0053]如所描述的，紋理層可做漫反射光、重定向光的功能，從而增加設(shè)備的量子效率。在一些情況下，光的一部分穿過半導(dǎo)體層接觸紋理層。紋理層的表面特征有利于增加半導(dǎo)體層的有效光程長度。表面特征可以是微米級和/或納米級，并且可以是通過STI技術(shù)形成的任意形狀或結(jié)構(gòu)。非限定例子的形狀和配置可包括錐、柱、金字塔、倒置的特征、溝、光柵、突起等，其中包括這些組合。此外，如同操作的特征尺寸、規(guī)格、材料類型、摻雜物輪廓、紋理位置等因素，可調(diào)整紋理層用于特定波長或波長的范圍。在一方面，調(diào)整設(shè)備可允許特定補償或波長的范圍被吸收。在另一方面，調(diào)整設(shè)備可使特定波長或波長的范圍通過過濾被減少或消除。
[0054]根據(jù)本公開的一些方面，紋理層可允許半導(dǎo)體層在設(shè)備內(nèi)經(jīng)歷多個光傳遞，特別是在較長波長(即，紅外線)。內(nèi)部反射可增加有效光程長度，從而允許如同硅的材料，以小于標(biāo)準(zhǔn)硅的厚度來吸收光。如所描述，這增加在硅中的電磁輻射的有效光程長度，增加了設(shè)備的量子效率，從而導(dǎo)致改進(jìn)信號的噪聲比。
[0055]用于制造紋理層的材料可取決于設(shè)備的不同設(shè)計和所需的特性。因此，任何材料可被利用在紋理區(qū)的構(gòu)建，被認(rèn)為是在本范圍內(nèi)。在一方面，紋理區(qū)可在半導(dǎo)體層(例如，硅外延層)上直接地形成。在另一方面，附加材料可沉積在半導(dǎo)體層上，以支持紋理層的形成。非限定性例子的材料包括半導(dǎo)體材料、介電材料、硅、多晶硅、非晶硅、透明導(dǎo)電氧化物等，其中包括復(fù)合材料及其組合。在一個特定的方面，紋理層可以是紋理的多晶硅層。因此，多晶層可沉積在半導(dǎo)體層，或直接地或在中間鈍化層上，然后以紋理形成紋理區(qū)域。在另一方面，紋理層可以是紋理的介電層。在這種情況下，紋理層可以是設(shè)置在半導(dǎo)體層上的形成鈍化區(qū)的電介質(zhì)層的一部分。在另一方面，紋理層可以是透明的導(dǎo)電氧化物或另一種半導(dǎo)體材料。在電介質(zhì)層的情況下，紋理層可以是鈍化層的紋理部分，或紋理層可從沉積于鈍化層的其他電介質(zhì)材料中被形成。
[0056]不同的方法可用來形成STI特征，且任何淺槽形成技術(shù)被認(rèn)為是在本范圍內(nèi)。應(yīng)該注意的是，在一方面，涉及激光燒蝕的紋理技術(shù)從本范圍被明確否認(rèn)。
[0057]在一些情況下，紋理層可通過使用圖案掩蔽和照相平印術(shù)被形成，接著通過蝕刻定義特定結(jié)構(gòu)或圖案。在一方面，STI技術(shù)可用于形成紋理區(qū)域。各種STI技術(shù)被執(zhí)行，且任何這樣技術(shù)被認(rèn)為是在本范圍內(nèi)。在一個非限定例子中，氧化物材料被沉積在材料上，用來蝕刻淺槽。氮化物材料的均勻涂層被沉積在氧化物材料上，然后由抗蝕材料的圖案涂層用來作為掩蔽。因此，掩蔽的圖案將定義未來的紋理區(qū)域的圖案。任何的蝕刻過程可應(yīng)用于整個層狀材料。結(jié)果，抗蝕劑下的層狀材料區(qū)域從蝕刻中被保護(hù)，而沒有位于抗蝕劑下的層狀材料區(qū)域則在過程中被蝕刻。這個過程被繼續(xù)來產(chǎn)生淺槽(或孔)，在抗蝕材料之間不受保護(hù)的區(qū)域中被蝕刻，所述材料通過氮化物材料、氧化物材料，且進(jìn)入基板。隨著淺槽的蝕刻，抗蝕材料可由任何適當(dāng)?shù)倪^程被刪除。應(yīng)該注意的是，雖然術(shù)語“淺槽”是用來描述蝕刻過程，蝕刻圖案結(jié)果不限于槽，而且包括孔、坑、錐等。
[0058]在一些方面，蝕刻區(qū)域可被留下作為開放間隔。在其他方面，進(jìn)一步的處理可被執(zhí)行填補蝕刻區(qū)域。例如，氧化物材料可被沉積在槽的兩側(cè)和底部，類似于氧化層。這樣可通過熱氧化過程、直接的氧化物沉積，或任何其他有用的過程被沉積。一旦蝕刻區(qū)域被充分地填充，最終的表面可通過如同，CMP處理技術(shù)，進(jìn)一步地被加工，然后，一旦暴露，氮化層可被刪除。
[0059]在另一方面，蝕刻的區(qū)域可經(jīng)摻雜劑分布沿著側(cè)壁和/或底部被高摻雜，生成表面區(qū)域。后表面區(qū)域可以起到阻礙光生載流子從接合處向紋理層運動的作用，并據(jù)此設(shè)計相應(yīng)的摻雜劑分布。后表面區(qū)域在蝕刻區(qū)域的使用，可用于電鈍化紋理層周圍的區(qū)域。
[0060]表面特征可具有各種配置、結(jié)構(gòu)，和大小，其取決于最終設(shè)備的所需特性。在一方面，例如，如圖4所示，表面特征402被形成在材料層404內(nèi)，例如，半導(dǎo)體層。在這種情況下的表面特征被均勻地設(shè)置為均勻網(wǎng)格圖案，組成一系列間隔或孔406和線408或柱。仔細(xì)考慮各種均勻網(wǎng)格圖案，并在一方面，圖案可包括由間隔包圍系列柱的均勻地間隔，或反之亦然取決于圖案是否從蝕刻材料的頂部或者底部被看到。在另一方面，均勻網(wǎng)格圖案可包括一系列線，圍繞均勻隔開的一系列間隔，或線之間切斷的孔，或反之亦然。
[0061]此外，如所描述，表面特征的蝕刻圖案可以是預(yù)設(shè)定的非均勻圖案。如圖5所示，例如，蝕刻至材料層504的間隔506具有大致相同的大小和形狀，且線或者柱508寬度不同。圖6顯示蝕刻圖案為間隔606和線或柱608是不同的。應(yīng)該注意的是，可考慮各種蝕刻圖案，且本范圍應(yīng)該不限于此。關(guān)于非均勻圖案，在一些方面，圖案可以是隨機的，或是線或柱、間隔，或者兩者。
[0062]除了圖案由STI過程形成，蝕刻的深度也可對光吸收具有影響。例如，在一方面，表面特征可具有均勻或大致均勻的厚度或高度。雖然深度或者高度可取決于設(shè)備的使用和設(shè)計有所不同，在一方面，高度或深度可以是約50nm到2微米。應(yīng)該注意的是，在標(biāo)準(zhǔn)的STI加工，處理深度約為0.35微米，這也被認(rèn)為是在本范圍之內(nèi)。在另一方面，表面特征可具有非均勻深度或高度，從而可多樣化穿過紋理層的表面。在一些情況下，深度的變化可以是隨機的，且在其他情況下是非隨機的，其取決于設(shè)備的設(shè)計要求。在一方面，深度或高度可以是約50nm到2微米。在一些方面，可利用深度的離散程度。例如，在一方面，一個水平可具有
0.35微米的深度，而另一個水平可具有0.7微米的深度。通過使用不同的掩蔽，可獲得不同深度的水平。類似地，后續(xù)水平可被蝕刻來創(chuàng)建第三水平、第四水平，或更多。應(yīng)該注意的是，在一些方面，蝕刻水平可具有約50nm到2微米的厚度。
[0063]如所描述，根據(jù)本公開的一些方面，各種設(shè)備相比傳統(tǒng)的光敏設(shè)備可顯示出吸收率增加。例如，根據(jù)本公開的一些方面，有源半導(dǎo)體層具有約I微米到10微米的厚度，吸收特性可如下:一方面，半導(dǎo)體層可吸收投射的700nm光的約60%到80% ;在另一方面，半導(dǎo)體層可吸收投射的850nm光的約40%到60% ;而另一方面，半導(dǎo)體層可吸收投射的940nm光的約25 %到40 % ;在另一方面，半導(dǎo)體層可吸收投射的100nm光的約15 %到30 % ；而另一方面，半導(dǎo)體層可吸收投射的1064nm光的約5%到10%。此外，根據(jù)本公開的一些方面，根據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)備可表現(xiàn)出外量子效率(EQE)，約是1%到5%，小于上述描述的用于給定的光波長的吸收值。此外，進(jìn)一步地注意的是，本公開的設(shè)備具有至少大致相同的暗電流，作為沒有紋理區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)的EPI設(shè)備。
[0064]雖然，本公開焦點在硅材料，應(yīng)該理解的是，各種半導(dǎo)體材料也被考慮到使用，且應(yīng)該考慮在本范圍內(nèi)。這些半導(dǎo)體材料的非限定例子可包括第四族元素材料、由第二族和第六族元素材料構(gòu)成的化合物和合金、由第三族和第五族元素材料構(gòu)成的化合物和合金，以及上述的組合物。更具體地，示范性的第四族元素材料可包括硅、炭(例如，鉆石)、鍺，和其組合。第四族元素材料的各種示例組合可包括碳化硅(SiC)和鍺化硅(SiGe)。在特定的一方面，半導(dǎo)體材料可以是或包括硅。示例硅材料可包括非晶硅(a-Si)、微晶硅、多晶硅，和單晶硅，以及其他晶體類型。在另一方面，半導(dǎo)體材料可包括硅、碳、鍺、氮化鋁、氮化鎵、銦鎵砷化物、砷化鋁鎵，及其組合的至少一個。在另一方面，半導(dǎo)體材料可包括有用于制造成像器的任何材料，包括S1、SiGe、InGaAs等，包括其組合。
[0065]硅半導(dǎo)體層可以是允許電磁輻射探測和轉(zhuǎn)換功能的任何厚度，因而硅材料的任何該厚度被認(rèn)為在本范圍內(nèi)。在一些方面，紋理層增加設(shè)備的效率，如硅材料可比以前的更薄。降低硅材料的厚度，減少所需硅的量來制作該設(shè)備。在一方面，例如，硅材料具有約500nm到50μηι的厚度。在另一方面，娃材料具有小于或等于約ΙΟΟμπι的厚度。在另一方面，娃材料具有約Iym到I Ομπι的厚度。在另一方面，娃材料可具有約5μηι到50μηι的厚度。在另一方面，娃材料可具有約5μηι到I Ομπι的厚度。
[0066]各種摻雜材料被考慮用于形成多個摻雜區(qū)和在淺槽區(qū)域生成表面區(qū)域，且任何摻雜劑可用于該過程被認(rèn)為是在本范圍內(nèi)。應(yīng)該注意的是，使用的特定摻雜劑可根據(jù)不同的材料被摻雜，以及最終材料的預(yù)期使用。
[0067]摻雜劑可以是電荷轉(zhuǎn)移或接收的摻雜劑種類。更具體地，相比半導(dǎo)體層，電子轉(zhuǎn)移或空穴轉(zhuǎn)移種類可導(dǎo)致區(qū)域在極性中變得更積極或消極。在一方面，例如，摻雜區(qū)可以是P-摻雜。在另一方面，摻雜區(qū)可以是η-摻雜。高摻雜區(qū)也可形成在摻雜區(qū)上或附近，來生成固定的二極管。在一個非限定例子中，半導(dǎo)體層可在極性是消極的，且摻雜區(qū)和高摻雜區(qū)可分別地?fù)诫s?+和11摻雜。在一些方面，各種區(qū)域的11(--)、11(-)、11( + )、11(++)、？(--)、？(-)、？( + )，或P(++)類型摻雜可被使用。在一方面，摻雜材料的非限定例子可包括S、F、B、P、N、As、Se、Te、Ge、Ar、Ga、In、Sb 和其組合。
【主權(quán)項】
1.一種具有加強電磁福射吸收的光電設(shè)備，包括: 半導(dǎo)體層，耦合到支撐基板;及 一組淺槽隔離表面特征，位于所述半導(dǎo)體層和所述支撐基板之間，所述表面特征被定位與穿過所述半導(dǎo)體層的電磁輻射相互作用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，其中，所述半導(dǎo)體層是單晶硅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，還包括: 第一粘結(jié)層，耦合在所述半導(dǎo)體層和所述支撐基板之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電設(shè)備，其中，所述第一粘結(jié)層被耦合在所述支撐基板和所述表面特征之間。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電設(shè)備，還包括: 第二粘結(jié)層，位于所述第一粘結(jié)層和所述表面特征之間。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電設(shè)備，還包括: 反射器層，被配置在所述第一粘結(jié)層和所述第二粘結(jié)層之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，其中，所述表面特征被形成在所述支撐基板。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，其中，所述表面特征被形成在所述半導(dǎo)體層。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，其中，所述表面特征根據(jù)預(yù)設(shè)定的圖案被布置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電設(shè)備，其中，所述預(yù)設(shè)定的圖案是至少基本上均勻的網(wǎng)格。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電設(shè)備，其中，所述預(yù)設(shè)定的圖案是非均勻的布置。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，其中，所述表面特征具有至少基本上均勻的高度。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，其中，所述表面特征在高度上是不均勻的。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，還包括: 設(shè)備層，耦合到所述表面特征對面的所述半導(dǎo)體層。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，其中，所述設(shè)備結(jié)構(gòu)性地配置為正面照明的光電設(shè)備。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電設(shè)備，其中，所述設(shè)備結(jié)構(gòu)性地配置為背面照明的光電設(shè)備。17.一種制作光電設(shè)備的方法，其步驟包括: 使用淺槽隔離蝕刻，在半導(dǎo)體層生成一組表面特征;且 在支撐基板和半導(dǎo)體層之間粘結(jié)所述一組表面特征。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，生成所述一組表面特征的步驟，還包括: 在所述半導(dǎo)體層表面的至少一個部分上，生成所述一組表面特征。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，生成所述一組表面特征的步驟，還包括: 在所述支撐基板表面的至少一個部分上，生成所述一組表面特征。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在所述支撐基板和所述半導(dǎo)體層之間粘結(jié)所述一組表面特征的步驟，還包括: 在所述半導(dǎo)體層上配置第一粘結(jié)層;及 將所述第一粘結(jié)層與沉積在所述支撐基板上的第二粘結(jié)層粘結(jié)。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其步驟還包括: 將所述半導(dǎo)體層粘結(jié)至所述支撐基板之前，在所述第一粘結(jié)層或者所述第二粘結(jié)層的至少一個上沉積反射器層。22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其步驟還包括: 使所述支撐基板對面的所述半導(dǎo)體層薄型化至2微米-10微米的厚度，以生成原始的薄的表面;及 在所述薄的表面上形成設(shè)備層。
【文檔編號】H01L27/146GK105849907SQ201380079262
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2013年11月19日
【發(fā)明人】H·哈達(dá), J·蔣
【申請人】西奧尼克斯股份有限公司