CN115528127A - 光侦测器、影像感测器及制造光侦测器的方法 - Google Patents

光侦测器、影像感测器及制造光侦测器的方法 Download PDF

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Abstract

一种光侦测器、影像感测器及制造光侦测器的方法，光侦测器包含具有半导体材料层的基板(诸如含硅层)，以及嵌入于半导体材料层中的锗基井，其中间隙位于锗基井的横向侧面以及周围的半导体材料层之间。锗基井的横向侧面以及周围的半导体材料层之间的间隙可以减少井的含锗材料以及周围的半导体材料(其可为硅基材料)之间的表面接触面积。位于锗基井的横向侧面以及周围的半导体材料层之间的间隙的形成可以帮助最小化锗基井中的晶体缺陷(诸如滑移)的形成，从而降低暗电流并改善光侦测器的性能。

Description

光侦测器、影像感测器及制造光侦测器的方法
技术领域
本揭示内容是关于一种光侦测器、一种影像感测器以及一种制造具有锗基侦测区域的光侦测器的方法。
背景技术
能够感测红外光，尤其是近波红外光和短波红外光中的图像的影像感测器具有广泛的应用，包括光通信(光纤和自由空间)、测距和景深映射(depth mapping)(例如，飞行时间(time-of-flight；ToF)、LADAR和LIDAR系统)、非破坏性检测和检查、结冰检测(如在道路和飞机上)和制药。
发明内容
本揭示内容提供一种光侦测器，包含基板以及锗基井。基板包含半导体材料层。锗基井嵌入于基板的半导体材料层中，其中间隙位于锗基井的横向侧面以及周围的半导体材料层之间。
本揭示内容提供一种影像感测器，包含在包含半导体材料层的基板上的光侦测器的阵列。光侦测器的阵列中的至少一个光侦测器包含锗基井以及间隙。锗基井嵌入于基板的半导体材料层中。间隙位于锗基井的横向侧面以及周围的半导体材料层之间。
本揭示内容提供一种制造具有锗基侦测区域的光侦测器的方法，包含以下操作。提供包含半导体材料层的基板。形成沟槽于基板的半导体材料层中。形成锗基井以填充在基板的半导体材料层中的沟槽。通过蚀刻移除在沟槽的侧壁以及锗基井的横向侧面之间的界面处的材料，以形成在锗基井的横向侧面以及沟槽的侧壁之间的间隙。
附图说明
当结合随附附图进行阅读时，本揭示内容的态样将能被充分地理解。应注意，根据业界标准实务，各特征并非按比例绘制且仅用于图示目的。事实上，出于论述清晰的目的，可任意增加或减小各特征的尺寸。
图1是根据本揭示内容的各种实施方式，在形成影像感测器期间的示例性的中间结构的垂直截面图，其中影像感测器包含至少一个锗基检测区域，锗基检测区域形成于半导体材料基板中的凹槽中；
图2是在形成影像感测器期间，在形成硬遮罩层之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图3是在形成影像感测器期间，在硬遮罩层上方形成光阻层之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图4是在形成影像感测器期间，在硬遮罩层上方图案化光阻层之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图5是在形成影像感测器期间，在蚀刻硬遮罩层之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图6是在形成影像感测器期间，在半导体材料中形成沟槽之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图7是在形成影像感测器期间，在布植制程之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图8是在形成影像感测器期间，在沟槽和硬遮罩层上方形成锗基材料之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图9是在形成影像感测器期间，在平坦化制程之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图10是在形成影像感测器期间，垂直地凹陷部分在沟槽中形成的锗基材料之后以形成锗基井的示例性的中间结构的垂直截面图；
图11是在形成影像感测器期间，在锗基井上方形成光阻剂蚀刻遮罩之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图12A是在形成影像感测器期间，在蚀刻间隙之后的示例性的中间结构的垂直截面图，其间隙在沟槽内形成的锗基材料以及沟槽的掺杂侧壁之间；
图12B是根据各种实施方式的在形成影像感测器期间，绘示具有长方体形状的锗基井的示例性的中间结构的上视图；
图12C是根据各种实施方式的在形成影像感测器期间，绘示具有圆柱形状的锗基井的示例性的中间结构的上视图；
图13是在形成影像感测器期间，在沉积含硅覆盖材料之后的示例性的中间结构的垂直截面图；
图14绘示图13沿线A-A’的第一导电型的掺杂浓度的模拟作图；
图15是根据本揭示内容的各种实施方式，影像感测器的示例性结构的替代配置的垂直截面图，其中影像感测器包含至少一个锗基侦测区域，锗基侦测区域形成于半导体材料基板中的凹槽中；
图16绘示沿图15的线A-A’的第一导电型的掺杂浓度的模拟图；
图17是根据本揭示内容的各种实施方式，包含锗基侦测区域的光侦测器的垂直截面图，其中锗基侦测区域形成于半导体材料基板中的凹槽中；
图18是根据本揭示内容的各种实施方式的影像感测器的垂直截面图；
图19是根据各种实施方式的流程图，其示出制造具有锗基侦测区域的光侦测器的一般方法。
【符号说明】
7:前侧
10:半导体材料层
12:硬遮罩层
17:背侧
21:第一导电型半导体材料区域
30:锗基井
30L:含锗材料层
340:钝化硅区
400:蚀刻遮罩
401:间隙
403:横向侧面
404:顶表面
406:底表面
410:扩散区
500:基板
501:区域
503:区域
600:蚀刻遮罩
66:底表面
67:光阻层
68:侧壁
69:沟槽
701:层
703:层
800:光侦测器
803:掺杂接触区域
805:掺杂井
807:掺杂井
810:掺杂井
820:介电材料层
830:介电材料层
840:金属互连结构
850:金属互连结构
900:影像感测器
902:载体基板
904:集成电路(IC)
906:互连层
910:滤光层
912:透镜层
930:感测器层
1900:方法
1901:步骤
1903:步骤
1905:步骤
1907:步骤
A-A’:线
R:半径
L:长度
W:宽度
具体实施方式
以下揭示内容提供许多不同实施方式或实施例，用于实现本揭示内容的不同特征。以下叙述部件与布置的特定实施方式，以简化本揭示内容。这些当然仅为实施例，并且不是意欲作为限制。举例而言，在随后的叙述中，第一特征在第二特征上方或在第二特征上的形成，可包括第一特征及第二特征形成为直接接触的实施方式，亦可包括有另一特征可形成在第一特征及第二特征之间，以使得第一特征及第二特征可不直接接触的实施方式。此外，本揭示内容可能会在不同的实例中重复标号或文字。重复的目的是为了简化及明确叙述，而非界定所讨论的不同实施方式及配置间的关系。
除此之外，空间相对用语如“下面”、“下方”、“低于”、“上面”、“上方”及其他类似的用语，在此是为了方便描述图中的一个元件或特征和另一个元件或特征的关系。空间相对用语除了涵盖图中所描绘的方位外，该用语更涵盖装置在使用或操作时的其他方位。当该装置的方位与附图不同(旋转90度或在其他方位)时，在本揭示中所使用的空间相对用语同样可相应地进行解释。
一般来说，本揭示内容的结构和方法可用于制造锗基光侦测器和/或结合锗基光侦测器的阵列的影像感测器。详细来说，本揭示内容的结构和方法可用于制造形成于硅基板上的锗基光侦测器，即，硅中覆锗(germanium-in-silicon；GiS)光侦测器和/或包含GiS光侦测器的阵列的影像感测器。这种光侦测器或影像感测器可为各种感测应用，其提供近红外(near-infrared；NIR)光谱的高量子效率，包含例如作为用于飞行时间(Time-of-Flight；ToF)侦测系统的影像感测器。
飞行时间(ToF)侦测系统使用光源和影像感测器，来判断相机与影像感测器的视野内的一个或多个对象之间的距离。ToF侦测系统可通过使用来自照明单元的人造光照亮场景，检测从场景中的一个或多个对象反射且在影像感测器处接收到的光。ToF侦测系统可以使用影像感测器收集的图像数据，来计算影像感测器和场景内的各个点之间的距离。为了计算距离的信息，系统可以利用直接飞行时间技术，其中系统直接测量光离开照明单元并反射回影像感测器的每个像素所花费的时间。这可以使得能够用单个光脉冲捕获完整3D场景的深度信息。
或者，ToF侦测系统可以利用间接飞行时间测量技术，诸如相位检测技术，其中从照明源发出的光被周期性的参考信号调节，并且影像感测器可以检测反射光中的参考信号的相位移以确定距离信息。
与扫描范围成像系统(诸如LIDAR)不同，ToF侦测系统能够在单次拍摄中从场景中获取深度信息。ToF系统还可以在相对较高的频率下运行，使其非常适合即时测距(real-time range finding)和景深映射(depth mapping)应用。
ToF侦测系统通常利用红外(infrared；IR)光，其可能对来自可见范围内的环境光的干扰不太敏感。此外，由于IR光对人眼不可见，因此使用IR光可能会使ToF检测系统对人类无干扰。IR光的使用可能会影响ToF系统中使用的影像感测器的类型。举例来说，影像感测器的光侦测器可以由对IR辐射具有相对高量子效率的半导体材料制成。与其他候选材料(诸如硅)相比，由于锗基光侦测器在红外光谱中具有高量子效率，因此，锗基光侦测器已被用于IR辐射检测。
锗基光侦测器经常形成在由不同的半导体材料(诸如硅)制成的基板上或基板内。这可以使具有锗基光侦测器的影像感测器能够使用通常用于制造硅基半导体元件的低成本、完善的制造技术来制造。传统的锗基光侦测器依赖形成在半导体基板上方的锗层(单层或多层)。然而，这种配置可能会限制可以整合到元件中的锗层的数量，这可能会降低元件解析度和/或增加元件尺寸和复杂性。可以解决这些问题的替代技术是将锗基侦测区域直接嵌入到半导体基板中。
然而，光侦测器的锗基材料与其中嵌入锗基材料的基板的半导体材料之间的晶格常数差异会导致锗材料的晶体结构中的缺陷，诸如滑移(slip)。这些滑移可以传播到光侦测器的锗材料中，且可以增加光侦测器中的暗电流(dark current)的可能性。暗电流可以定义为，当没有实际照明时光侦测器中存在电流。换句话说，暗电流是在没有光子进入光电二极管的情况下流过光电二极管的电流。过大的暗电流会降低影像感测器的准确度。
为了解决暗电流问题并提高具有锗基光侦测器的影像感测器(诸如用于飞行时间(ToF)系统的影像感测器)的性能，本揭示内容的各种实施方式包含具有嵌入于基板的半导体材料层的锗基井的光侦测器，其中间隙围绕锗基井的横向侧面。在实施方式中，锗基井可包括含锗材料，含锗材料包含原子百分比大于50％的锗，且基板的半导体材料层包含第二半导体材料，第二半导体材料包含原子百分比在0％到50％之间的锗。在各种实施方式中，第二半导体材料层可以为含硅材料，含硅材料包含原子百分比大于50％的硅。锗基井可以接触在锗基井的底表面上的第二半导体材料，但是可以从锗基井的横向侧面周围的第二半导体材料移除(即，可以不接触)。围绕锗基井的横向侧面的间隙可以减少在锗基井的含锗材料以及周围的第二半导体材料之间的表面接触面积，第二半导体材料可以是硅基材料。这可以帮助最小化锗基井中的晶体缺陷(诸如滑移)的形成，因此，可以降低光侦测器中的暗电流且改善元件性能。
图1至图13是根据本揭示内容的各种实施方式，其在形成影像感测器期间期间的示例性的顺序垂直截面图，影像感测器包含至少一个形成于半导体材料基板中的凹槽的锗基侦测区域。参考图1，示例性结构包含基板500，基板500包含半导体材料层10。基板500可包含位于基板500的前侧7上的第一主水平面，以及位于基板500的背侧17的第二主平面。基板500可包含块半导体基板，其半导体材料层10可以从基板500的前侧7连续延伸至背侧17，如图1所示。在其他实施方式中，基板500可以具有绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator)的结构，其中半导体材料层10位于基板500的掩埋的绝缘体层上方。
在图1中的实施方式中，半导体材料层10可包含半导体材料，半导体材料包含原子百分比在0％至50％之间的锗。在各种实施方式中，半导体材料层10可为硅基的半导体材料，且可为单晶硅材料。其他合适的硅基半导体材料于预期的揭示范畴内，诸如多晶硅、非晶硅、和/或硅和一种或多种其他元素的化合物或合金。在各种实施方式中，半导体材料层10可包含硅锗合金，其中硅的原子百分比大于50％，且锗的原子百分比小于50％。
半导体材料层10可具有合适的导电型的掺杂，其可为p型或n型。在一实施方式中，半导体材料层10可具有第一导电型的掺杂，且可包含原子浓度在1.0x1013/cm3至1.0x1017/cm3的范围内的第一导电型的掺杂物，但也可以使用更小和更大的掺杂物浓度。
示例性结构可包含第一区域501，其中可以随后形成影像感测器的锗基(germanium-base)侦测区域。第一区域501可以被示例性结构的第二区域503横向包围。虽然图1中绘示单个第一区域501，应当理解的是，示例性结构可包含多个第一区域501，这些第一区域501通过示例性结构的第二区域503彼此横向分隔。这些第一区域501可以在示例性结构上形成阵列图案。
参考图2，硬遮罩层12可形成于半导体材料层10上方。硬遮罩层12可包含介电材料，诸如氧化硅。其他合适的介电材料于预期的揭示范畴内。硬遮罩层12可通过使用合适的沉积方法沉积氧化硅层来形成，或通过半导体材料层10的表面部分的热氧化来形成。如本文所用，“合适的沉积方法”可包含，举例来说，化学气相沉积(chemical vapordeposition；CVD)制程、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)制程、原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)制程、高密度电浆化学气相沉积(high-densityplasma CVD；HDPCVD)制程、金属有机化学气相沉积(metalorganic CVD；MOCVD)制程、电浆增强化学气相沉积(plasma enhanced CVD；PECVD)制程、溅镀制程、激光剥蚀、或类似者。硬遮罩层12的厚度可在50nm至300nm的范围内，诸如80nm至150nm，但也可以使用更小和更大的厚度。
参考图3，可施加光阻层67在硬遮罩层12上方。参考图4，可微影图案化光阻层67以形成蚀刻遮罩400。光阻层67可包含当暴露于某些类型的辐射时可能会改变的感光材料。举例来说，光阻材料可为正光阻材料，其中暴露于紫外线(ultraviolet；UV)辐射使包含在光阻材料中的聚合物更易溶解且更容易去除；或是负光阻材料，其中暴露于紫外线辐射会使聚合物交联并且更难去除。光阻层67可以通过光微影遮罩暴露于辐射(例如，UV光)以将遮罩图案转移到光阻层。然后可以移除不需要的光阻材料以形成蚀刻遮罩400。
再次参考图4，蚀刻遮罩400可包含开口，开口暴露示例性结构的第一区域501中的硬遮罩层12的上表面。蚀刻遮罩400可覆盖示例性结构的第二区域503中的硬遮罩层12的上表面。在第一区域501中穿过蚀刻遮罩400的开口可具有任何合适的横截面形状，多边形(例如，矩形)、圆形、椭圆形或不规则形状。虽然图4中的蚀刻遮罩400绘示为单个开口，应当理解的是，蚀刻遮罩400可包含暴露硬遮罩层12的多个离散区域的多个开口。穿过蚀刻遮罩400的这些开口可以在硬遮罩层12的上表面上形成阵列图案。穿过蚀刻遮罩400的每个开口可对应于示例性结构的第一区域501，在第一区域501内可随后形成影像感测器的锗基侦测区域。示例性结构可包含通过示例性结构的第二区域503彼此横向分隔的多个第一区域501。
参考图5，可通过蚀刻蚀刻遮罩400中的开口以移除硬遮罩层12，并暴露示例性结构的第一区域501中的半导体材料层10的上表面。蚀刻遮罩400可防止硬遮罩层12在示例性结构的第二区域503中被蚀刻。可以使用任何合适的蚀刻制程来蚀刻硬遮罩层12，包含湿蚀刻制程或是干蚀刻制程。在第一区域501中的半导体材料层10的上表面的暴露部分的尺寸和形状可以对应于穿过蚀刻遮罩400的开口的尺寸和形状。在硬遮罩层12的蚀刻之后，蚀刻遮罩400的光阻层67可以通过合适的制程来移除，诸如灰化。
参考图6，可蚀刻半导体材料层10的暴露的上表面以移除半导体材料层10的一些部分，并形成示例性结构的第一区域501中的沟槽69。硬遮罩层12可防止半导体材料层10在示例性结构的第二区域503中被蚀刻。可使用非等向蚀刻制程来蚀刻半导体材料层10。在实施方式中，可使用非等向干蚀刻制程来蚀刻半导体材料层10，诸如反应离子蚀刻制程。
在一实施方式中，在第一区域501中形成的沟槽69的深度可以在0.5微米到10微米的范围内，诸如1微米到6微米，但是也可以使用更小和更大的深度。沟槽69的横向尺寸可以在0.5微米到30微米的范围内，诸如1微米到15微米，但是也可以使用更小和更大的横向尺寸。在沟槽69具有圆形或椭圆形水平截面形状的实施方式中，沟槽69的横向尺寸可以是沟槽69的水平截面形状的直径或主轴。或是，在沟槽69的水平截面形状是矩形的实施方式中，沟槽69的横向尺寸可以是矩形的边长。沟槽69可包含水平延伸的底表面66和至少一个垂直延伸的侧壁68。在沟槽69的水平截面形状为矩形的实施方式中，沟槽69可包含四个垂直延伸的侧壁68。
虽然在图6中示出单个沟槽69，应当理解，可以在示例性结构的半导体材料层10中形成多个沟槽69。多个沟槽69可以呈阵列图案。
在一替代的实施方式中，可在相同的蚀刻制程期间移除硬遮罩层12和在第一区域501中的部分半导体材料层10。可以通过蚀刻蚀刻遮罩400的开口来蚀刻硬遮罩层12以移除硬遮罩层12并暴露在第一区域501中的半导体材料层10的上表面。并且还可以通过蚀刻在蚀刻遮罩400中的开口来蚀刻半导体材料层10以移除部分半导体材料层10并在第一区域501中形成沟槽69。蚀刻制程可为非等向干蚀刻制程，诸如反应离子蚀刻制程。
参考图7，第一导电型的掺杂物可以被植入到第一区域501中的沟槽69的区域周围的半导体材料层10中。可执行多角度离子布植制程以通过沟槽69的侧壁68将第一导电型的掺杂物植入到半导体材料层10中。此外，可将第一导电型的掺杂物植入到位于沟槽69的底表面66之下的半导体材料层10的水平部分。在实施方式中，第一导电型的掺杂物可包含硼。然而，本揭示内容不限于此，本揭示内容还包括其他掺杂物种类。第一导电型半导体材料区域21可以形成在第一区域501中的半导体材料层10内。围绕沟槽69的每个侧壁68的第一导电型半导体材料区域21的横向宽度可以在100nm到1,000nm的范围内，但是也可以使用更小和更大的横向尺寸。在沟槽69的底表面66下方的第一导电类型半导体材料区域21的水平部分的厚度可以在100nm到1,000nm的范围内，但是也可以使用更小和更大的厚度。
可选地，薄半导体材料衬垫(未示出)可以从第一导电型半导体材料区域21的物理暴露表面生长，其表面是沟槽69的表面。半导体材料衬垫(如果存在)可用作随后将沉积在沟槽69中的锗基材料与第一导电型半导体材料区域21之间的缓冲。半导体材料衬垫可以通过选择性磊晶制程而生长，选择性磊晶制程仅从物理暴露的半导体表面生长磊晶半导体材料(诸如磊晶硅)，且不从电介质表面生长半导体材料。半导体材料衬垫可包含磊晶生长的硅，例如，与半导体材料层10的单晶硅材料磊晶排列的单晶硅。半导体材料衬垫可为本质的(intrinsic)，或者可以具有低掺杂程度的。半导体材料衬垫的厚度可以在5nm至200nm的范围内，诸如从10nm至100nm，但是也可以使用更小和更大的厚度。
参考图8，锗基材料可以从沟槽69的物理暴露的表面生长，其可为从第一导电型半导体材料区域21的物理暴露的表面生长，或是在存有半导体材料衬垫的实施方式中，从半导体材料衬垫的物理暴露的表面生长。锗基材料包含原子百分比大于50％的锗。在一实施方式中，含锗材料可以包含掺杂或未掺杂的锗，使得锗的原子百分比至少为99％，并且基本上不含硅或其他元素。在其他实施方式中，含锗材料可以包含硅锗合金，其中锗的原子百分比大于50％，硅的原子百分比小于50％。可以由沉积的锗基材料形成含锗材料层30L。
含锗材料层30L可以通过选择性沉积制程或是非选择性沉积制程形成。选择性沉积制程是从沟槽69的侧壁68以及底表面66上的物理暴露的半导体表面(诸如第一导电型半导体材料区域21的物理暴露的表面，或可选地为半导体材料衬垫(若存在)的物理暴露的表面)生长含锗材料的制程。在此实施方式中，含锗反应物(诸如锗烷或二锗烷)可以与蚀刻气体(诸如氯化氢)的流动同时或交替地流入包含示例性结构的制程腔室。一般来说，半导体材料(诸如含锗材料)在半导体表面上的生长速度比在电介质表面上的生长速度快。可以控制流速和沉积温度，使得在选择性沉积制程期间的净沉积速率(即，沉积速率减去蚀刻速率)在半导体表面上为正，而在电介质表面上为负。在此实施方式中，含锗材料的生长仅发生在半导体表面上。非选择性沉积制程是含锗材料从所有物理暴露的表面生长的沉积制程。在此实施方式中，沉积制程可以使用含锗的反应物，而不使用蚀刻气体。
在一实施方式中，用于沉积含锗材料层30L的选择性沉积制程或非选择性沉积制程可以是磊晶沉积制程，即，沉积制程提供所沉积的含锗材料的晶体结构与下层材料部分的物理暴露表面处的结晶结构的对准。因此，可以沉积于沟槽69中的含锗材料层30L的部分可以磊晶地对准于第一导电型半导体材料区域21(或是，半导体材料衬垫(若存在))的结晶结构。在使用选择性磊晶沉积制程来沉积含锗材料层30L的实施方式中，含锗材料层30L的材料可以从第一导电型半导体材料区域21(或是，半导体材料衬垫(若存在))的物理暴露的表面生长。在此实施方式中，整个含锗材料层30L可以是单晶的，并且可以与单晶半导体材料层10的单晶半导体材料磊晶对准。
在使用非选择性磊晶来沉积含锗材料层30L的实施方式中，含锗材料层30L的材料从第一导电型半导体材料区域21(或是，半导体材料衬垫(若存在))的物理暴露的表面、以及从硬遮罩层12的物理暴露的表面生长。在此实施方式中，仅从第一导电型半导体材料区域21(或是，半导体材料衬垫(若存在))的物理暴露的表面生长的含锗材料层30L的部分可以是单晶，而从硬遮罩层12的物理暴露的表面生长的含锗材料层30L的部分可以是多晶。
一般来说，可以执行磊晶沉积制程以生长单晶含锗材料于沟槽69中。至少在沟槽69内生长的含锗材料层30L的部分可以是单晶，且可以与单晶半导体材料层10的单晶材料磊晶对准而形成。在此实施方式中，位于沟槽69内的含锗材料层30L的整个部分可以是单晶。
含锗材料层30L可为本质的，或者可以具有低掺杂程度的。举例来说，含锗材料层30L内的掺杂物的原子浓度可以从1.0x 1013/cm3至1.0x 1018/cm3的范围内，但也可以使用更小和更大的掺杂剂浓度。
由于热效应，在含锗材料层30L以及沿着沟槽69的底表面66和侧壁68的周围的第二半导体材料之间的界面附近的材料成分可包括含锗材料层30L的含锗材料以及第二半导体材料的混合物。举例来说，在含锗材料层30L为锗且第二半导体材料为硅的实施方式中，界面任一侧的材料成分可能包括锗和硅的混合物(例如，SixGe1-x，x的范围为1～0)，其中材料的相对浓度可取决于形成含锗基井30时使用的温度和制程时间。在各种实施方式中，在含锗材料层30L与周围的第二半导体材料(包括含锗材料层30L以及第二半导体材料的含锗材料的混合物)之间的界面周围的区域可以具有约0.5μm或更小的厚度。
参考图9，可以从包含硬遮罩层12的顶表面的水平面上方移除含锗材料的过量部分。在一实施方式中，可以执行化学机械平坦化(chemical mechanical planarization；CMP)制程以移除位于硬遮罩层12的顶表面的水平面上方的含锗材料层30L的部分。位于沟槽69内的含锗材料层30L的剩余部分包括含锗材料部分，其在本文中被称为锗基井30。锗基井30可以具有在与硬遮罩层12的顶表面相同的水平面(即，共平面)内的顶表面。
虽然使用锗基井30形成为单晶含锗材料部分的实施方式来描述本揭示内容，但是尽管效率降低，锗基井30可以形成为多晶材料部分或非晶材料部分。此类变化在本文中被明确考虑。
参考图10，含锗材料的剩余部分可以垂直凹陷于硬遮罩层12的开口内。详细来说，可以垂直凹陷锗基井30，举例来说，通过执行凹陷蚀刻制程。在此实施方式中，垂直的凹槽距离可以大于、等于或小于硬遮罩层12的厚度。无论垂直的凹槽距离如何，锗基井30不接触硬遮罩层12，且锗基井30的材料不接触硬遮罩层12的任何含氧材料(诸如氧化硅)。在不使用半导体材料衬垫的实施方式中，垂直的凹槽距离可以大于硬遮罩层12的厚度以防止锗基井30和硬遮罩层12之间的直接接触。在存在半导体材料衬垫的实施方式中，半导体材料衬垫可以防止锗基井30和硬遮罩层12之间的直接接触，且垂直的凹槽距离可以大于、等于或小于硬遮罩层12的厚度。
再次参考图10，锗基井30的含锗材料填充沟槽69，并沿着沟槽69的底表面66和侧壁68接触第二半导体材料。第二半导体材料可以是第一导电型半导体材料区域21或是半导体材料衬垫(若存在)。在任一情况下，第二半导体材料可以具有与锗基井30的含锗材料的成分不同的成分。如上所述，第二半导体材料可以是包含锗原子百分比在0％和50％之间的半导体材料。在各种实施方式中，第二半导体材料可以是硅基半导体材料，其中硅的原子百分比大于50％。第二半导体材料可以是单晶硅材料。在锗基井30的含锗材料以及周围的第二半导体材料之间的界面处的结晶结构的错位(dislocation)可能导致滑动缺陷(slipdefect)，其可以传播到锗基井30中。这些滑动缺陷会在随后使用锗基井30形成的光侦测器中引起暗电，并且可能对光电探测器的性能产生负面影响。
在本揭示内容的各种实施方式中，可以在锗基井30的横向侧表面周围形成间隙。间隙可以减小在锗基井30的含锗材料以及周围的第二半导体材料之间的表面接触面积，其中第二半导体材料可为硅基材料。这可帮助最小化锗基井30中滑动缺陷的形成，并且可以降低随后形成的光侦测器中的暗电流。
参考图11，光阻材料可以施加在硬遮罩层12以及锗基井30的暴露的顶表面上，且并且可以被光刻图案化以形成如上所述的蚀刻遮罩600。蚀刻遮罩600可包含开口，开口暴露锗基井30的外围部分并且覆盖在锗基井30的横向边缘上，其中锗基井接触沟槽69的侧壁68。蚀刻遮罩600中的开口可以围绕锗基井30的整个横向边缘延伸。蚀刻遮罩600中的开口可以额外地暴露硬遮罩层12的围绕锗基井30的横向边缘的一部分。穿过蚀刻遮罩600的开口可以具有至少0.5nm的宽度，并且可以具有在1nm和1000nm之间的宽度。锗基井30的中心部分可以被蚀刻遮罩600覆盖。
参考图12A，可以通过蚀刻遮罩600蚀刻锗基井30的外围部分以移除锗基井30的横向边缘周围的材料，并形成围绕锗基井30的横向侧面403的间隙401。可以使用非等向蚀刻制程来蚀刻锗基井30。在实施方式中，可以使用非等向干蚀刻制程，诸如反应离子蚀刻制程，来蚀刻锗基井30。在蚀刻制程之后，可以通过合适的制程来移除蚀刻遮罩600，诸如灰化制程。
围绕锗基井30的横向侧壁而形成的间隙401可以具有0.5nm或更大(例如，1nm至1000nm)的宽度。用于产生间隙401的蚀刻制程也可以移除硬遮罩层12的一部分以暴露锗基井30周围的半导体材料层10的一部分。或者，可以通过分离的蚀刻制程移除围绕锗基井30的硬遮罩层12的一部分。
蚀刻制程可以提供具有长方体形状的锗基井30，其包含一个顶表面404、四个横向侧面403以及一个底表面406，底表面406接触沟槽69的底表面66上的第二半导体材料。图12B是根据各种实施方式绘示具有长方体形状的锗基井30的示例性的中间结构的上视图。间隙401可以围绕每个横向侧面403。间隙401可以具有至少0.5nm的宽度，且小于沿着锗基井30的水平截面的锗基井30的长度(L)和宽度(W)尺寸之和的二分之一。
或者，锗基井30可具有圆柱形状，其包含一个顶表面404、一个具有弯曲形状的横向侧面403以及一个底表面406，底表面406接触沟槽69的底表面66上的第二半导体材料。图12C是根据各种实施方式绘示具有圆柱形状的锗基井30的示例性的中间结构的上视图。间隙401可以完全围绕具有弯曲形状的横向侧面403。间隙401可以具有至少0.5nm的宽度，且小于沿着锗基井30的水平截面的圆柱形锗基井30的半径(R)。
在一些实施方式中，间隙401可以填充有介电材料，例如氧化物材料。或者，间隙401可包含在沟槽69的侧壁68以及锗基井30的横向侧面403之间的气隙。
在形成间隙401(并且在一些实施例中为填充的介电材料)之后，锗基井30可以仅沿着沟槽69的底部水平表面接触第二半导体材料。锗基井30的横向侧表面周围的间隙401可以最小化在锗基井30的含锗材料以及围绕的第二半导体材料之间的位错的形成，第二半导体材料可为硅基材料。这可以降低随后将使用锗基阱30形成的光侦测器中的暗电流，从而提高其性能。
参考图13，含硅覆盖材料可以沉积在锗基井30的物理暴露的顶表面404。在实施方式中，含硅覆盖材料也可以沉积在围绕锗基井30的半导体材料层10的暴露的水平延伸部分上方，包含第一导电型半导体材料区域21(硅材料衬垫(若存在))的任何暴露的水平延伸部分。含硅覆盖材料还可以形成在围绕锗基井30的横向侧面403的顶部上方的间隙401，且至少部分地在锗基井30的横向侧面403以及沟槽69的侧壁68上方形成，以提供在锗基井30的顶表面上方的连续的钝化硅区340、围绕锗基井30的侧表面的间隙401、以及围绕锗基井30的半导体材料层10的暴露的水平延伸部分。钝化硅区340的顶表面可以位于与硬遮罩层12的顶表面相同的水平面内。
钝化硅区340的含硅覆盖材料可包含和/或可以基本上由可以防止氧扩散的含硅材料组成。举例来说，含硅覆盖材料可包含和/或可以基本上由硅或氮化硅组成。在一实施方式中，可以执行选择性磊晶制程以从锗基井30的顶表面生长硅。在此实施方式中，可以在锗基井30上方形成包含单晶硅的钝化硅区340。或者，可以在形成多晶硅的条件下执行选择性或非选择性硅沉积制程。在此实施方式中，钝化硅区340可以包含和/或可以基本上由多晶硅组成。
若使用选择性硅沉积制程(其可以是或可以不是磊晶沉积制程)，钝化硅区340可以仅形成在硬遮罩层12中的开口内。在此实施方式中，不需要平坦化制程，且钝化硅区340的顶表面可以位于包含硬遮罩层12的顶表面的水平面下方或上方。若使用非选择性硅沉积制程，可执行平坦化制程(诸如化学机械平坦化制程)以从包含硬遮罩层12的顶表面的水平面上方移除沉积的硅材料的部分。在此实施方式中，钝化硅区340的顶表面可以位于与硬遮罩层12的顶表面相同的水平面内。
在一些实施方式中，在形成间隙401之后，可以在锗基井30的物理暴露的顶表面404以及物理暴露的横向侧面403上方形成氧化层。氧化层可包含氧化锗。氧化层可以具有20nm或更大的厚度以最小化锗基井30的含锗材料中的缺陷。可以使用蚀刻制程(诸如高温氢(H2)蚀刻制程)以从锗基井30的顶表面404移除氧化层。然后，可以在锗基井30的物理暴露的顶表面404上沉积含硅覆盖材料，诸如透过磊晶沉积制程，以在锗基井30的顶表面404上方、半导体材料层10的暴露的水平延伸部分、以及间隙401的顶部上方形成钝化硅区340。氧化层可以保留在钝化硅区340下方的锗基井30的横向侧面403上。
再次参考图13，锗基井30可包含扩散区410，扩散区410相邻于锗基井30的横向侧面403以及底表面406。可以通过第一导电型的掺杂物从第一导电型半导体材料区域21扩散至锗基井30中而形成扩散区410。第一导电型的掺杂物可通过锗基井30与第一导电型半导体材料区域21之间的直接接触而扩散到锗基井30中(例如，在形成间隙401之前，沿着锗基井30的底表面406，且沿着锗基井30的横向侧表面)，或是间接地经由一种或多种中间材料(诸如钝化硅区340)，扩散第一导电型半导体材料区域21以及锗基井30之间的半导体材料衬垫(若存在)。
图14绘示图13沿线A-A’的第一导电型(即，硼)的掺杂浓度的模拟作图。如图14所示，掺杂浓度在第一导电型半导体材料区域21中最高，但在邻近锗基井30的横向侧面403仍然保持显著的掺杂浓度。在实施方式中，与锗基井30的横向侧面403相邻的锗基井30的掺杂浓度可以是与沟槽69的侧壁68相邻的掺杂浓度的至少30％，诸如至少50％。掺杂剖面中的不连续性对应于没有掺杂物的间隙401。
图15是根据本揭示内容的实施方式的示例性结构的替代配置的垂直截面图。参考图15，图13所示的示例性结构的替代配置，其可以通过在沟槽69的侧壁68上方形成半导体材料的层701，以及通过在围绕锗基井30横向侧面的间隙401内的锗基井30的横向侧面403上方的半导体材料形成层703而得。层701和层703可以在沟槽69的侧壁68和间隙401内的锗基井30的横向侧面403上磊晶地形成。半导体材料的层701和层703可包含硅。在一些实施方式中，层701和层703以是与钝化硅区340的含硅覆盖材料的形成同时形成的硅材料。
再次参考图15，在各种实施方式中，层701和层703可以是通过控制钝化硅区340的含硅覆盖材料的沉积速率而形成的硅材料。特别地，可以使用相对低的沉积速率，将含硅覆盖材料沉积于锗基井30的物理暴露的顶表面404、围绕锗基井30的半导体材料层10的暴露的水平延伸部分、锗基井30的横向侧面403、以及沟槽69的侧壁68上。在含硅覆盖材料形成在间隙顶部上方之前，相对低的沉积速率可以使更多的含硅覆盖材料能够形成于锗基井30的横向侧面403以及沟槽69的侧壁68之上，从而关闭间隙401并抑制含硅覆盖材料于锗基井30的横向侧面403以及沟槽69的侧壁68之上的额外沉积。以适当低的沉积速率沉积含硅覆盖材料，能够在间隙401关闭之前于沟槽69的侧壁68以及锗基井30横向侧面403上方形成含硅半导体材料的层701和层703，如图15所示。相比之下，在含硅覆盖材料形成于间隙401的顶部之前，以相对高的沉积速率沉积含硅覆盖材料可能会限制能够在沟槽69的侧壁68以及锗基井30的横向侧面403上方形成的含硅半导体材料的量。以适当高的沉积速率沉积覆硅半导体材料可以产生如图13的示例性结构的配置，其在沟槽69的侧壁68以及锗基井30横向侧面403上方可能分别缺少层701和层703。在各种实施方式中，可以至少约2.4nm/分的沉积速率沉积覆硅半导体材料以形成如图13所示的示例性结构，其在沟槽69的侧壁68以及锗基井30横向侧面403上方可能分别缺少层701和层703。相比之下，可以较低的沉积速率(诸如2.2nm/分或更小，包含在0.1nm/分和2.0nm/分之间的沉积速率)沉积覆硅半导体材料，以形成如图15所示的示例性结构，其包含分别位于沟槽69的侧壁68以及锗基井30的横向侧面403上方的含硅半导体材料的层701和层703。
图16绘示沿图15的线A-A’的第一导电型(即，硼)的掺杂浓度的模拟图。如图16所示，第一导电型半导体材料区域21中的掺杂浓度最高。存在不连续性，其中没有对应于间隙401的掺杂物。然后，掺杂浓度在整个半导体材料(即，硅)的层703增加，其半导体材料形成于间隙401内的锗基井30的横向侧面403上方，并且在半导体材料的层703以及锗基井30的横向侧面403之间的界面处达到第二峰值。在一些实施方式中，在半导体材料的层703以及锗基井30的横向侧面403之间的界面处的掺杂浓度可以至少为邻近沟槽69的侧壁68的掺杂浓度的40％，诸如至少50％，包含至少60％。
图17是包含锗基侦测区域501的光侦测器800的垂直截面图，锗基侦测区域501可以形成在半导体材料基板500的凹槽中。光侦测器800可包含如图13和/或图15所示的示例性结构，且可包含嵌入于基板500的半导体材料层10中的锗基井30，其中间隙401围绕锗基井30的横向侧面。在一些实施方式中，锗基井30可包括含锗材料，其包含原子百分比大于50％的锗，而半导体材料层10包含第二半导体材料，其包含原子百分比在0％和50％之间的锗。在各种实施方式中，第二半导体材料层10可以是含硅材料，其包含原子百分比大于50％的锗。锗基井30可以在锗基井30的底表面上接触第二半导体材料，但是可以不接触锗基井的横向侧面周围的第二半导体材料。
半导体材料层10和锗基井30可包含多个掺杂区域，掺杂区域可包含掺杂井805、807、810和/或掺杂接触区域803。掺杂区域可包含第一导电型的掺杂物或是第二导电型的掺杂物。在一些实施方式中，锗基井30可包含至少一个第一导电型(扩散区410)的掺杂区域以及至少一个第二导电型(掺杂井810)的掺杂井区域，使得光伏接面(photovoltaicjunction)，诸如p-i-n接面或是p-n接面形成于锗基井30之中。
光侦测器800也可包含一或多个介电材料层820、830以及金属互连结构840、850，金属互连结构840、850形成于半导体材料层10和锗基井30上方。每个介电材料层820、830可包含各自的层间介电(interlayer dielectric；ILD)材料，诸如未掺杂的硅酸盐玻璃、掺杂的硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃和/或多孔介电材料。介电材料层820、830可包含介电衬垫，诸如氮化硅介电衬垫、介电金属氧化物介电衬垫、碳化硅介电衬垫和/或氮氧化硅介电衬垫。金属互连结构840可包含金属通孔结构，且金属互连结构850可包含金属线结构。
图18是根据本揭示内容的各种实施方式的影像感测器900的垂直截面图。参考图18，影像感测器900可以为用于飞行时间(time-of-flight；TOF)侦测系统的影像感测器，诸如直接飞行时间(direct time-of-flight；dToF)侦测系统或是非直接飞行时间(indirecttime-of flight；iToF)侦测系统。
影像感测器900可包含载体基板902、集成电路(IC)904、互连层906、感测器层930、滤光层910以及透镜层912。一般来说，单个波长或多个波长的光可以进入透镜层912的透镜。根据透镜层912处的透镜设计，可以聚焦、准直、扩展或处理由光侦测感测器侦测到的入射光。入射的侦测到的光然后可以进入滤光层910。滤光层910可配置以通过具有特定波长范围的光，在此波长范围的光可以冲击(impinge)于感测器层930的光侦测器上。感测器层930中的光侦测器可以将入射光转换成自由载子。集成电路904可通过互连层906收集自由载子，并根据特定应用处理自由载子。
一般来说，载体基板902可以为硅基板，绝缘层上硅晶(silicon-on-insulator；SOI)基板或任何其他合适的载体基板材料。集成电路904的集成电路以及互连层906的布线可以使用CMOS处理技术制造。举例来说，可以通过干蚀刻穿过介电层的接触孔并使用化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)用金属材料填充接触孔来形成布线。此外，透镜层912的透镜形状可以是凹面、凸面、具有表面结构的平面或其他形状，不应以此处的示例性的附图为限。
感测器层930可包含多个光侦测器，诸如图17所示的光侦测器800。光侦测器800可以排列成阵列图案并且可以制造于共用基板500上。因此，影像感测器900可包含光侦测器800的阵列。图17中的介电材料层820、830以及金属互连结构840、850以形成图18的互连层906的部分或全部。感测器层930的光侦测器800中的至少一个可以包含如图13和/或图15所示的示例性结构，并且可包含嵌入在基板500的半导体材料层10中的锗基井30，其中间隙401围绕锗基井30的横向侧面。在图18的实施方式中，基板500相对于图17所示的视图为倒置的，使得入射光通过基板500的背面进入光侦测器800。
感测器层930可以包含用于检测不同波长范围的光的多组光侦测器。举例来说，感测器层930的一或多个光侦测器800的第一组可包含如图13和/或图15所示的示例性结构，并且可配置以侦测红外波长范围内的光，诸如近红外(near infrared；NIR)的波长范围(例如，810nm至1500nm)。尽管未示出，但感测器层930可包含配置用以侦测蓝色波长范围(例如，420nm至500nm)、绿色波长范围(例如，500nm至580nm)和/或红色波长范围(例如，580nm至660nm)的光侦测器感测器。每个光侦测器可以通过绝缘侧壁间隔物、沟槽或其他合适的隔离结构来隔离。在一些实施中，配置以检测可见光(例如，红色、绿色和蓝色)的光侦测器感测器组可以是硅光侦测器的感测器。
图19是根据各种实施方式的流程图，其示出制造具有锗基侦测区域的光侦测器的一般方法1900。参考图1，在方法1900的步骤1901中，可以提供包含半导体材料层10的基板500。参考图2至图7，在步骤1903中，可以在基板500的半导体材料层10中形成沟槽69。参考图8至图10，在步骤1905中，可以形成锗基井30以填充在基板500的半导体材料层10中的沟槽69。参考图11至图13以及图15，在步骤1907中，可以通过蚀刻移除在沟槽69的侧壁68以及锗基井30的横向侧面403之间的界面处的材料，以形成在锗基井30的横向侧面403以及沟槽69的侧壁68之间的间隙401。
参考所有附图并根据本揭示内容的各种实施方式，光侦测器800包含基板500，基板500包含半导体材料层10；以及嵌入于基板500的半导体材料层10中的锗基井30，其中间隙401位于锗基井30的横向侧面403以及围绕的半导体材料层10之间。
在一实施方式中，锗基井30包括含锗材料，含锗材料包含原子百分比大于50％的锗。
在一实施方式中，基板500的半导体材料层10包含第二半导体材料，第二半导体材料包含原子百分比在0％到50％之间的锗。
在一实施方式中，基板500的半导体材料层10为含硅材料，含硅材料包含原子百分比大于50％的硅。
在一实施方式中，锗基井30在锗基井30的底表面406上接触半导体材料层10的第二半导体材料，并在锗基井30的横向侧面403上移除半导体材料层10的第二半导体材料。
在一实施方式中，半导体材料层10包含具有至少一个侧壁68的沟槽69，且间隙401位于沟槽69的至少一个侧壁68以及锗基井30的横向侧面403之间。
在一实施方式中，光侦测器800包含第一含硅半导体层701和第二含硅半导体层703，第一含硅半导体层701于沟槽69的至少一个侧壁68上方，且第二含硅半导体层703于锗基井30的横向侧面403上方，其中间隙401位于第一含硅半导体层701和第二含硅半导体层703之间。
在一实施方式中，间隙401具有至少0.5nm的宽度。
在一实施方式中，间隙401具有介于1nm和1000nm之间的宽度。
在一实施方式中，锗基井30具有长方体形状，长方体形状包含四个横向侧面403，间隙401围绕锗基井30的每个横向侧面403，间隙401具有至少0.5nm的宽度，且宽度小于沿着锗基井30的水平截面的锗基井30的长度尺寸和宽度尺寸之和的二分之一。
在一实施方式中，锗基井30具有圆柱形状，圆柱形状包含具有弯曲形状的横向侧面403，间隙401完全围绕锗基井30的横向侧面403，间隙401具有至少0.5nm的宽度，且宽度小于沿着锗基井30的水平截面的圆柱形锗基井30的半径。
在一实施方式中，光侦测器800包含形成于锗基井30中的光伏接面(扩散区410、掺杂井810)。
在一实施方式中，光侦测器800包含钝化硅区340于锗基井30的顶表面404以及间隙401的顶部上方，间隙401介于锗基井30的横向侧面403以及围绕的半导体材料层10之间。
在一实施方式中，锗基井30包含具有第一导电型的掺杂物的扩散区410，扩散区410相邻于锗基井30的横向侧面403和底表面406。
另一实施方式涉及影像感测器900，其包含基板500上的感测器层930中的多个光侦测器800的阵列，基板500包含半导体材料层10，其中感测器层930中的多个光侦测器800的阵列中的至少一个光侦测器800包括锗基井30以及间隙401，锗井30嵌入于基板500的半导体材料层10中，间隙401位于锗基井30的横向侧面403以及周围的半导体材料层10之间。
在一实施方式中，感测器层930中的光侦测器800的阵列包含多个光侦测器800，多个光侦测器800具有嵌入于基板500的半导体材料层10中的锗基井30，其中间隙401位于每个锗基井30的横向侧面403以及周围的半导体材料层10之间，且影像感测器900还包含透镜层912和滤光层910，透镜层912光学耦合至感测器层930中的光侦测器800的阵列，滤光层910光学耦合至透镜层912以及光侦测器800的阵列930，滤光层910配置以允许具有特定波长范围的光穿过滤光层910并冲击(impinge)到多个光侦测器800上，以及集成电路904，耦合至感测器层930中的光侦测器800的阵列，集成电路904配置以收集由每个光侦测器800回应冲击到多个光侦测器800上的光产生的自由载子。
在一实施方式中，影像感测器900为飞行时间(Time of Flight；ToF)影像感测器，其配置以检测近红外波长范围内的光。
另一实施方式涉及制造具有锗基侦测区域501的光侦测器800的方法，其包含提供包含半导体材料层10的半导体基板500、形成沟槽69于基板500的半导体材料层10中、形成锗基井30以填充沟槽69于基板500的半导体材料层10中、以及移除(通过蚀刻)在沟槽69的侧壁68以及锗基井30的横向侧面403之间的界面的材料，以形成在锗基井30的横向侧面403以及沟槽69的侧壁68之间的间隙401。
在一实施方式中，此方法还包含在形成锗基井30之前，通过沟槽69的侧壁68；第一导电型的掺杂物布植到基板500的半导体材料层10中，并布植到位于沟槽69的底表面66下方的半导体材料层10的水平部分，以及形成钝化硅区340于锗基井30的顶表面404上方以及于锗基井30的横向侧面403和沟槽69的侧壁68之间的间隙401的顶部上方，其中锗基井30包含扩散区410，扩散区410邻近锗基井30的横向侧面403以及邻近锗基井30的底表面406，扩散区410包含从半导体材料层10扩散到锗基井30的第一导电型的掺杂物。
在一实施方式中，此方法还包含形成第一含硅半导体层701于沟槽69的至少一个侧壁68上方，以及形成第二含硅半导体层703于锗基井30的横向侧面403上方，其中间隙401位于第一含硅半导体层701和第二含硅半导体层703之间。
通过形成含锗光侦测器800，含锗光侦测器800包含围绕嵌入于半导体材料层10中的锗基井30的横向侧面403的间隙401，可以减少在锗基井30的含锗材料以及周围的半导体材料(其可为硅基材料)之间的表面接触面积。这可以最小化锗基井30中晶体缺陷的形成(诸如滑动)，从而降低暗电流并改善光侦测器的性能。
上文概述多个实施方式的特征，使得熟悉此项技术者可更好地理解本揭示内容的态样。熟悉此项技术者应了解，可轻易使用本揭示内容作为设计或修改其他制程及结构的基础，以便执行本文所介绍的实施方式的相同目的及/或实现相同优点。熟悉此项技术者亦应认识到，此类等效构造并未脱离本揭示内容的精神及范畴，且可在不脱离本揭示内容的精神及范畴的情况下产生本文的各种变化、取代及更改。

Claims (10)

1.一种光侦测器，其特征在于，包含：
一基板，包含一半导体材料层；以及
一锗基井，嵌入于该基板的该半导体材料层中，其中一间隙位于该锗基井的一横向侧面以及周围的该半导体材料层之间。
2.根据权利要求1所述的光侦测器，其特征在于，该锗基井包含一含锗材料，该含锗材料包含原子百分比大于50％的锗。
3.根据权利要求2所述的光侦测器，其特征在于，该基板的该半导体材料层包含一第二半导体材料，该第二半导体材料包含原子百分比在0％到50％之间的锗。
4.根据权利要求1所述的光侦测器，其特征在于，该半导体材料层包含具有至少一个侧壁的一沟槽，且该间隙位于该沟槽的该至少一个侧壁以及该锗基井的该横向侧面之间。
5.根据权利要求1所述的光侦测器，其特征在于，该锗基井具有一长方体形状，该长方体形状包含四个横向侧面，该间隙围绕该锗基井的每个该横向侧面，该间隙具有至少0.5nm的一宽度，且该宽度小于沿着该锗基井的一水平截面的该锗基井的一长度尺寸和一宽度尺寸之和的二分之一。
6.根据权利要求1所述的光侦测器，其特征在于，该锗基井具有一圆柱形状，该圆柱形状包含具有一弯曲形状的一横向侧面，该间隙完全围绕该锗基井的该横向侧面，该间隙具有至少0.5nm的一宽度，且该宽度小于沿着该锗基井的一水平截面的该圆柱形的锗基井的一半径。
7.根据权利要求1所述的光侦测器，其特征在于，还包含一钝化硅区于该锗基井的一顶表面以及该间隙的一顶部上方，该间隙介于该锗基井的该横向侧面以及周围的该半导体材料层之间。
8.一种影像感测器，其特征在于，包含：
在包含一半导体材料层的一基板上的一光侦测器的阵列，其中该光侦测器的阵列中的至少一个光侦测器包含：
一锗基井，嵌入于该基板的该半导体材料层中；以及
一间隙，位于该锗基井的一横向侧面以及周围的该半导体材料层之间。
9.根据权利要求8所述的影像感测器，其特征在于，该光侦测器的阵列包含多个光侦测器，所述多个光侦测器具有嵌入于该基板的该半导体材料层中的一锗基井，其中一间隙位于每个所述锗基井的一横向侧面以及周围的该半导体材料层之间，且该影像感测器还包含：
一透镜层，光学耦合至该光侦测器的阵列；
一滤光层，光学耦合至该透镜层以及该光侦测器的阵列，该滤光层配置以允许具有一特定波长范围的光穿过该滤光层以及冲击到该光侦测器的阵列的一光侦测器；以及
一集成电路，耦合至该光侦测器的阵列，且配置以收集由每个所述光侦测器回应冲击到所述多个光侦测器上的光产生的自由载子。
10.一种制造具有锗基侦测区域的光侦测器的方法，其特征在于，包含：
提供包含一半导体材料层的一基板；
形成一沟槽于该基板的该半导体材料层中；
形成一锗基井以填充在该基板的该半导体材料层中的该沟槽；以及
通过蚀刻移除在该沟槽的一侧壁以及该锗基井的一横向侧面之间的一界面处的材料，以形成在该锗基井的该横向侧面以及该沟槽的该侧壁之间的一间隙。
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