具有渐变缓冲层的背照式光敏器件制造技术

本发明专利技术提供了一种形成背照式光敏器件的方法，包括：在牺牲衬底上形成渐变牺牲缓冲层；在渐变牺牲缓冲层上形成均匀层；在均匀层上形成第二渐变缓冲层；在第二渐变缓冲层上形成硅层；将器件层接合至硅层；以及去除渐变牺牲缓冲层和牺牲衬底。本发明专利技术还提供了一种光敏器件。

【技术实现步骤摘要】
具有渐变缓冲层的背照式光敏器件
本专利技术总体涉及半导体领域，更具体地，涉及光敏器件。
技术介绍
光敏器件广泛应用于各种电子设备中。例如，光敏器件阵列可用于形成数码相机中使用的图像传感器阵列。光敏器件通常包括位于半导体材料内的将来自于光子的能量转换为电能的感光区域。感光区域一般通过注入工艺以形成p-i-n结或p-n结而形成到半导体材料内。内部形成有感光区域的半导体材料除了硅之外还部分地由锗组成。这为光敏器件带来了很多优势。光敏器件的工作效率受内部形成了感光区域的半导体材料的特性影响。当使用由硅锗组成的半导体晶体时，由于硅和锗之间不同的晶格常数可能会使晶体内存在缺陷。这些缺陷有时被称为错位。这些缺陷对光敏器件的工作效率有不利影响。因此，需要尽可能地减少这些缺陷。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种形成背照式光敏器件的方法，该方法包括：在牺牲衬底上形成渐变牺牲缓冲层；在渐变牺牲缓冲层上形成均匀层；在均匀层上形成第二渐变缓冲层；在第二渐变缓冲层上形成硅层；在硅层上布置器件层；以及去除渐变牺牲缓冲层和牺牲衬底。优选地，均匀层包括硅锗(SiGe)、纯锗(Ge)和其中形成有量子点、量子阱、光栅或者原位掺杂剂的半导体材料中的至少一种。优选地，渐变牺牲缓冲层包括硅和锗，并且渐变牺牲缓冲层的锗浓度随着距离牺牲衬底更远而增大。优选地，第二渐变缓冲层包括硅和锗，并且第二渐变缓冲层的锗浓度随着距离均匀层更近而增大。优选地，渐变牺牲缓冲层的厚度范围是约0.1微米至1.0微米。优选地，均匀层的厚度范围是约0.1微米至2.0微米。优选地，硅层的厚度范围是约0.01微米至1.0微米。优选地，渐变牺牲缓冲层的锗浓度变化介于每0.1微米约5％至20％的范围内。优选地，该方法还包括：使用注入工艺在均匀层和硅层中形成感光区。优选地，该方法还包括：在牺牲渐变缓冲层和均匀层之间形成光栅。优选地，该方法还包括：使用原位掺杂工艺在均匀层中邻近于牺牲渐变缓冲层的区域内形成P+钝化层。优选地，均匀层包括硅锗量子点阵和光栅。根据本专利技术的另一方面，提供了一种光敏器件，包括：均匀层；渐变缓冲层，位于均匀层上方；硅层，位于渐变缓冲层上方；光敏感光区，位于均匀层和硅层内；器件层，位于硅层上；以及载具晶圆，接合至器件层；其中，均匀层中的缺陷低于限定的阈值。优选地，均匀层包括硅锗、纯锗和其中形成有量子点或量子阱的半导体材料中的至少一种。优选地，渐变缓冲层包括硅和锗，并且渐变缓冲层的锗浓度随着距离均匀层更近而增大。优选地，渐变缓冲层的锗浓度的变化介于每0.1微米5％至20％的范围内。优选地，该器件还包括：使用原位掺杂工艺形成的钝化层，钝化层形成在均匀层的底部。优选地，均匀层包括硅锗量子点、硅锗量子阱阵或者光栅。根据本专利技术的又一方面，提供了一种形成背照式光敏器件的方法，该方法包括：在牺牲衬底上形成渐变牺牲缓冲层，渐变牺牲缓冲层中的锗浓度是变化的；在渐变牺牲缓冲层上形成均匀层，均匀层包括邻近于渐变牺牲缓冲层的原位掺杂的钝化层；在均匀层上形成第二渐变缓冲层，第二渐变缓冲层中的锗浓度是变化的；在第二渐变缓冲层上形成硅层；在硅层上布置器件层；在均匀层和硅层内形成光敏感光区；将载具晶圆接合至器件层；以及去除渐变牺牲缓冲层和牺牲衬底。附图说明本专利技术的各方面最好在阅读以下详细说明时结合附图来理解。需要强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件并不是按照比例绘制。实际上，为了更清楚的讨论，各种部件的尺寸可能任意进行被增加或减小。图1A至图1E是根据本专利技术所述原理的一个实例的具有渐变缓冲层的背照式光敏器件的示例性形成过程的示意图。图2A是示出了根据本专利技术所述原理的一个实例的形成在光敏器件的均匀层内的示例性光栅结构的示意图。图2B是示出了根据本专利技术所述原理的一个实例的形成在光敏器件的均匀层内的示例性钝化层的示意图。图3是示出了根据本专利技术所述原理的一个实例的形成具有渐变缓冲层的背照式光敏器件的示例性方法的流程图。具体实施方式可以理解的是，以下公开的内容包含为了实现本专利技术的不同特征的多个不同的实施例和实例。为了简化本专利技术，对部件和装置的具体实例进行了以下描述。这些内容，当然，仅仅是实例而不是限制。此外，在下面的描述中，第二步骤在第一步骤之前执行可以包括第二步骤在第一步骤后立刻执行的实施例，也可以包括在第一步骤和第二步骤之间可能执行了额外的步骤的实施例。为了简单和清楚起见，一些部件可以以不同的比例任意绘制。此外，在下面的描述中，第一部件在第二部件上方或第二部件上形成可以包括第一部件与第二部件直接接触的实施例，也可以包括第一部件与第二部件之间可能形成有其他部件的结构，即第一部件与第二部件可能不直接接触。而且，诸如“在…之下”、“之下”、“下部”、“之上”、“上部”等的空间相对术语在此可以被用于便于描述图中所示的一个元件或部件与另一个(或多个)元件或部件的关系的说明。空间相对术语旨在包括除了在图中描述的定向之外的在使用或操作中的设备的不同定向。例如，如果图中的设备被翻转，被描述为在其他元件或特征“之下”或“在…之下”的元件然后将被定向为在其他元件或特征“之上”。因此，实例性术语“之下”可以包括之上和之下的定向。装置可以另外被定向(旋转90度或者在其他定向)，并且在此使用的空间相对描述可以类似地相应地解释。图1A至图1E是具有渐变缓冲层的背照式光敏器件100的实例性形成过程的示意图。根据某些实例，牺牲渐变缓冲层104形成于牺牲衬底102上。这些层被称为“牺牲”是因为他们最终将被清除，正如下文将要详细讨论的那样。牺牲衬底102由诸如硅的半导体材料构成。牺牲衬底102用于支撑外延生长工艺以形成渐变缓冲层104。外延工艺是半导体晶体生长到现有的半导体材料上的工艺。外延生长层一般通过使用气态前体形成。牺牲渐变缓冲层104由与衬底相匹配的半导体材料和第二材料组成。例如，如果半导体衬底为硅，那么牺牲渐变缓冲层104就由硅和第二材料组成。第二材料基于将要在缓冲层104上面形成的层的材料。例如，如果上面形成的层包含锗，那么第二材料可以是锗。牺牲渐变缓冲层104的第二材料(在本实例中为锗)的浓度随着距离牺牲衬底102越远而变化。例如，牺牲渐变缓冲层104与牺牲衬底102的边界处的锗浓度为零。随着牺牲渐变缓冲层104的生长，锗浓度也就增加。图1A示出了与牺牲衬底102和牺牲渐变缓冲层104共同相关的掺杂曲线。横轴代表第二材料(在本例中为锗)的浓度。纵轴代表沿光敏器件100的深度的位置。如图所示，牺牲渐变缓冲层104的掺杂曲线106随着距离牺牲衬底102的变远而在浓度上增大。在一个实例中，渐变缓冲层的梯度可能随每0.1微米的厚度变化而增加10％的浓度。在一些情况中，厚度每变化0.1微米，浓度变化可能在锗浓度的5％至20％的变化范围内。牺牲渐变缓冲层104的总厚度大约在0.1至1.0微米的范围内。因此，如果示例性的渐变缓冲层104的厚度为0.4微米而梯度为每0.1微米浓度变化10％，那么渐变缓冲层104顶部的总锗浓度将大约为40％。在一些实例中，梯度可以是贯穿层104的厚度而从0％变化至100％。虽然掺杂曲线106如示意图为线性曲线，但掺杂曲线106可能是非线性的。可使用各种方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成背照式光敏器件的方法，所述方法包括： 在牺牲衬底上形成渐变牺牲缓冲层； 在所述渐变牺牲缓冲层上形成均匀层； 在所述均匀层上形成第二渐变缓冲层； 在所述第二渐变缓冲层上形成硅层； 在所述硅层上布置器件层；以及 去除所述渐变牺牲缓冲层和所述牺牲衬底。

【技术特征摘要】
2013.08.09 US 13/963,0791.一种形成背照式光敏器件的方法，所述方法包括：在牺牲衬底上形成渐变牺牲缓冲层；在所述渐变牺牲缓冲层上形成均匀层；在所述均匀层上形成第二渐变缓冲层；在所述第二渐变缓冲层上形成硅层；在所述硅层上布置器件层；以及去除所述渐变牺牲缓冲层和所述牺牲衬底。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述均匀层包括硅锗(SiGe)、纯锗(Ge)和其中形成有量子点、量子阱、光栅或者原位掺杂剂的半导体材料中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述渐变牺牲缓冲层包括硅和锗，并且所述渐变牺牲缓冲层的锗浓度随着距离所述牺牲衬底更远而增大。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二渐变缓冲层包括硅和锗，并且所述第二渐变缓冲层的锗浓度随着距离所述均匀层更近而增大。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述渐变牺牲缓冲层的厚度范围是0.1微米至1.0微米。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述均匀层的厚度范围是0.1微米至2.0微米。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅层的厚度范围是0.01微米至1.0微米。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述渐变牺牲缓冲层的锗浓度变化介于每0.1微米5％至20％的范围内。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用注入工艺在所述均匀层和所述硅层中形成感光区。10.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述牺牲渐变缓冲层和所述均匀层之间形成光栅。11.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用原位掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑有宏，朱彦璋，吴政达，杜友伦，蔡嘉雄，陈晓萌，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71