CN118136642A - 可见光和红外图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本描述涉及一种可见光和红外图像传感器，包括：用于检测可见光辐射的第一有源层(101)，其中限定了多个可见光检测像素(VP)；和叠加在第一有源层(101)上的用于检测红外辐射的第二有源层(111)，其中限定了多个红外检测像素(IRP)，传感器在第二有源层(111)的与第一有源层(101)相对的面的一侧上还包括，叠加在第一(101)有源层和第二(111)有源层上的控制集成电路(160)，其中，传感器包括隔离沟槽(120)，隔离沟槽竖直延伸穿过第二有源层(111)的厚度的至少一部分，并且在第二有源层(111)中横向界定形成红外检测像素(IRP)的岛部或台面。
Description
技术领域
本申请涉及图像采集器件领域，并且更特别地，涉及适于同时或连续采集场景的可见光图像和红外图像的图像采集器件，例如，用于需要同时或连续采集场景的可见光二维(2D)图像和同一场景的深度图的应用。
背景技术
申请人先前提交的专利申请US2019191067和US2021305206描述了包括相互叠加的可见光图像传感器和红外图像传感器的器件的示例。2021年5月18日提交的并且题为“Method for manufacturing an optoelectronic device”的法国专利申请FR2105161，结合其图10A至图10D，描述了用于制造包括相互叠加的可见光检测器和红外检测器的器件的方法的示例。2021年12月14日提交的并且题为“Sensor for sensing visible andinfrared images and method for producing such a sensor”的法国专利申请FR2113457，描述了包括叠加的可见光检测器和红外检测器的器件的另一示例以及用于制造这种器件的方法。
将期望至少部分地改进已知可见光和红外图像传感器的某些方面，以及用于制造这种传感器的已知方法。
发明内容
一个实施例提供了可见光和红外图像传感器，包括：
-用于检测可见光辐射的第一有源层，其中限定了多个可见光检测像素；和
-叠加在第一有源层上的用于检测红外辐射的第二有源层，其中限定了多个红外检测像素，
传感器在第二有源层的与第一有源层相对的面的一侧上还包括，叠加在第一有源层和第二有源层上的控制集成电路，
其中，传感器包括隔离沟槽，隔离沟槽竖直延伸穿过第二有源层的厚度的至少一部分，并且在第二有源层中横向界定形成红外检测像素的岛部或台面。
根据一个实施例，绝缘沟槽完全穿过第二有源层。
根据一个实施例，绝缘沟槽仅在第二有源层的部分厚度上延伸。
根据一个实施例，第二有源层在每个红外检测像素中限定用于所述红外辐射的竖直谐振光学腔。
根据一个实施例，第一有源层和第二有源层由非金属界面层分隔，界面层经由第一面与第一有源层接触，并且经由第二面与第二活性层接触。
根据一个实施例，界面层由氧化硅制成。
根据一个实施例，界面层包括由掺杂多晶硅制成的电气布线元件。
根据一个实施例，第一有源层由硅制成。
根据一个实施例，第二有源层由无机半导体材料制成。
根据一个实施例，第二有源层包含锗或硅，例如硅-锗合金或硅-锗-碳合金。
根据一个实施例，第二有源层包含InGaAs或来自III-V半导体族的任何其他感测半导体材料。
根据一个实施例，在第二有源层的与第一有源层相对的表面的一侧上，传感器包括反射层，例如由金属或掺杂半导体材料制成。
根据一个实施例，传感器还包括掺杂半导体层，该掺杂半导体层布置在第一有源层和第二有源层之间，并且经由它们面向第一有源层的面电气连接传感器的红外检测像素。
根据一个实施例，传感器包括导电通孔，竖直延伸穿过隔离沟槽，并且将可见光感测像素的有源元件电气连接到控制集成电路。
进一步实施例提供了一种用于制造可见光和红外图像传感器的方法，包括以下连续步骤：
a)提供用于检测可见光辐射的第一有源层，其中限定了多个可见光检测像素；
b)通过直接接合将用于检测红外辐射的第二有源层附接到第一有源层；
c)形成隔离沟槽，隔离沟槽横向延伸穿过第二有源层，并且在第二有源层中横向界定在第二有源层中限定多个红外检测像素的岛部或台面；并且
d)在第二有源层的与第一有源层相对的面的一侧上，布置叠加在第一有源层和第二有源层上的控制集成电路。
附图说明
前述特征和优点以及其他将在以下参考附图通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中详细描述，其中：
图1A、图1B、图1C、图1D、图1E和图1F是示出根据一个实施例的用于制造可见光和红外图像传感器的示例方法的步骤的横截面视图；
图2是示出根据一个实施例的可见光和红外图像传感器的变型的横截面视图；和
图3是示出根据一个实施例的可见光和红外图像传感器的另一变型的横截面视图。
具体实施方式
在各个附图中，类似的特征由类似的附图标记指定。特别地，在各种实施例中常见的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅详细示出和描述了对理解本文所述实施例有用的操作和元件。特别地，制造用于可见光和红外检测像素的光电二极管和控制电路没有未被详细描述，因为制造这些元件在本领域技术人员基于本说明书中的指示的能力内。
除非另有指示，否则当提到连接在一起的两个元件时，这意味着除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，并且当提到耦合在一起的两个元件时，这意味着这两个元件可以被连接，或者它们可以经由一个或多个其他元件被耦合。
在以下公开中，除非另有指示，否则当参考绝对位置限定符(诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)，或相对位置限定符(诸如术语“上方”、“下方”、“更高”、“更低”等)，或取向限定符(诸如“水平”、“竖直”等)时，参考图中所示的取向。
除非另有说明，否则表述“约”、“大约”、“基本上”和“大概”表示在10％以内，并且优选在5％以内。
图1A至图1F是示出根据一个实施例的用于制造可见光和红外图像传感器的示例方法的步骤的横截面视图。
图1A非常示意性地示出了包括有源可见光检测层101的第一结构，其中限定了例如以矩阵图案布置的用于检测可见光辐射的多个像素VP。层101由半导体材料(诸如晶体硅)制成。层101例如是绝缘体上硅(Silicon On Insulator，SOI)堆叠的顶部半导体层。在该示例中，SOI堆叠包括例如由氧化硅制成的电气绝缘层102，其顶侧与层101的下部面接触，以及例如由硅制成的支撑层103，其上部面与绝缘层102的下部面接触。有源层101的厚度例如在2μm和10μm之间，例如大概4μm。
每个像素VP包括形成在有源层101之中和有源层101之上的有源部分。有源部分包括例如形成在层101的上部面侧上的光电二极管(图中未详细示出)和读取节点(图1A的横截面视图中不可见)。例如，每个像素VP的有源部分还包括竖直或平面传输门TG，允许使得光生电荷能够从光电二极管传输到感测节点。举例来说，在平面视图中，每个可见光像素VP的传输门TG的尺寸大概为100nm至300nm。每个可见光像素VP的感测节点的俯视尺寸例如也大概为100nm至300nm。举例来说，每个可见光像素VP的传输门TG和感测节点各自在一侧上具有大概150nm的大致正方形形状。然而，所描述的实施例不限于形状和尺寸的这些示例。每个像素VP的有源部分可以可选地包括一个或多个附加晶体管，未详细说明。形成每个像素VP的有源部分的各种元件将不再进一步详细说明，因为所描述的实施例与所有或大多数已知的光敏像素结构兼容，例如与一个或多个晶体管兼容。
在该示例中，像素VP的有源部分通过(例如在层101的整个厚度上)竖直延伸穿过有源层101的隔离沟槽或壁105彼此横向分隔。沟槽105是电容性隔离沟槽，例如CDTI(电容性深沟槽隔离)类型，每个沟槽包括由电气导电材料(例如掺杂多晶硅)制成的芯或中心壁，以及由电气绝缘材料(例如氧化硅)制成的横向涂层。然而，所描述的实施例不限于这种特定情况。举例来说，沟槽105是完全以介电材料(诸如氧化硅)填充的绝缘沟槽，例如DTI(深沟槽隔离)沟槽。可替选地，沟槽105被填充有绝缘涂层，例如氧化物，例如12nm-13nm厚，接着是导电层，例如掺杂多晶硅，例如50nm厚，接着是介电填充材料，例如氧化物，例如80nm厚。例如，绝缘沟槽105从有源层101的上部表面形成。除了制造分散体之外，像素VP的有源部分例如都是相同的。
在所示的示例中，有源层101被涂覆有电气绝缘材料(诸如氧化硅)的钝化层107。层107例如在结构的整个表面上连续地延伸。例如，层107的下部表面与有源层101的上部表面接触。
图1B示出了在将有源红外检测层111转移并附接到图1A所示结构的上部面的步骤结束时获得的结构。
举例来说，有源红外检测层111最初被布置在例如由硅制成的支撑基板(未示出)的一个面上。层111外延地形成在支撑基板的所述面上。在该示例中，钝化层115然后形成在有源层111的与支撑基板相对的面上，例如与有源层111的与支撑基板相对的面接触。层115由电气绝缘材料(诸如与层107相同的材料，例如氧化硅)制成。层115例如在有源层111的整个表面上连续地延伸。
然后将包括支撑基板、有源层111和钝化层115的结构转移并附接到图1A所示的结构上，之后移除支撑基板以暴露有源层111的与钝化层115相对的面，即在图1B所示取向中的其上部面。举例来说，有源层111通过直接接合(也被称为分子接合)介电层115的下部面的全板被附接到层107的上侧。在该阶段，有源层111在下层可见光感测结构的整个上部表面上连续且以基本上均匀的厚度延伸。
有源层111包括吸收红外辐射的半导体材料，该红外辐射是例如由包括可见光和红外图像传感器的采集系统的红外源发射的辐射，例如波长在900nm和2μm之间的辐射，例如波长大概为940nm的辐射或波长大概为1.4μm的辐射，该红外辐射旨在由传感器检测。
有源层111例如是半导体多层的堆叠。有源层111例如由锗或锗基半导体合金(诸如硅-锗)制成。
更一般地，层111可以由适合于将感兴趣波长范围内的红外辐射转换成电荷的任何其他半导体材料制成，例如：
-IV族半导体，诸如硅(Si)、锗(Ge)或锗锡合金(GeSn)，或包括这些材料中的一种或多种的合金；
-III-V族半导体，诸如具有磷化铟(InP)层的铟镓砷(InGaAs)合金，或磷化铟镓砷(InGaAsP)合金；
-基于量子点的材料，例如基于砷化铟(InAs)、硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)、锑化铟(InSb)或砷化锑化铟(InAsSb)的胶体量子点；或者-有机半导体材料或钙钛矿。
优选地，有源层111是无机的。
在所示的示例中，有源层111包括掺杂有第一类型导电性(例如N型)的下部层111a和掺杂有第二类型导电性(例如P型)的上部层111b。层111a和111b例如通过在将有源层111转移到可见光检测结构的上部表面的步骤之前或之后扩散或植入掺杂元素而被掺杂。可替选地，在将有源层111转移到可见光检测结构的上部面的步骤之前，层111a和111b在它们形成在支撑基板上时被原位掺杂。在该示例中，层111a和111b之间的界面限定了器件的未来红外检测像素IRP的PN结。
举例来说，在该阶段，层111a和111b各自在下层可见光感测结构(全板)的整个表面上连续地且以基本上均匀的厚度延伸。
可替选地，有源层111可以包括相对于下层可见光检测结构的元件横向对齐并且限定器件的未来红外检测像素IRP的局部掺杂区。在这种情况下，可以在有源层111转移到可见光检测结构的上部面之前或之后形成局部掺杂区。
例如，器件的红外检测像素IRP以矩阵图案被布置。像素IRP的红外检测器可以是不同类型的，这取决于所需的红外检测的类型。举例来说，红外检测器是用于测量红外通量的常规PN结光电二极管。可替选地，红外检测器是PIN型光电二极管。可替选地，红外检测器是单光子雪崩检测(single-photon avalanche detection，SPAD)光电二极管。可替选地，红外检测器是电流辅助光子解调器(current-assisted photonic demodulator，CAPD)，例如Gian-Franco Dalla Betta等人的文章“Design and Characterization of Current-Assisted Photonic Demodulators in 0.18-μm CMOS Technology”中描述的类型的电流辅助光子解调器，以测量红外信号的调制以提供深度信息，或任何其他类型的光检测器。形成红外检测像素IRP的各种元件将不再详细说明，因为所描述的实施例与所有或大多数已知的红外检测像素结构兼容。
图1C示出了从有源层111的上部面蚀刻沟槽120的步骤后获得的结构，沟槽120竖直延伸穿过有源层111厚度的至少一部分，并横向界定器件的红外检测像素IRP。在该示例中，每个像素IRP被沟槽120完全包围并与其他像素分隔。以这种方式，沟槽120在有源层111中横向界定岛部或台面结构，每个岛部或者台面结构包含红外检测器并且对应于器件的红外检测像素IRP。举例来说，当从上方观察时，沟槽120形成将器件的像素IRP彼此横向分隔的栅格。
例如，红外检测像素IRP与下层VP可见光检测像素对齐。像素IRP矩阵的间距(两个相邻像素之间的中心到中心的距离)可以不同于像素VP矩阵的间距。例如，像素IRP矩阵的间距是像素VP矩阵的间距的两倍大(在行和列方向上)。
在所示的示例中，沟槽120竖直延伸穿过有源层120的整个厚度，并开口到钝化层115的上部表面上。
图1C进一步示出了在形成沟槽120之后，在结构的上部表面上沉积钝化层122的步骤。层122例如由介电材料(诸如氧化硅或氮化硅)制成。层122例如通过共形沉积工艺来沉积。举例来说，钝化层122的厚度在几十纳米和几百纳米之间，例如在20纳米和500纳米之间，例如大概50纳米。
层122在有源层111的顶部和侧面上延伸并与之接触。特别地，层122使得有源层111的侧面能够在蚀刻沟槽120的步骤之后被钝化。在所示的示例中，该层还在沟槽底部的层115的上部表面上延伸并与之接触。举例来说，层122在形成沟槽120之后获得的结构的整个上部表面上连续且以基本上均匀的厚度延伸。
图1C进一步示出了平坦化结构上部表面的步骤。为此，在形成钝化层122之后，用于填充沟槽120的介电材料124(诸如氧化硅)被沉积在结构的上部面上，厚度大于沟槽120的深度，从而完全填充沟槽120。然后，例如通过化学机械抛光来执行平坦化结构的上部面的步骤。在所示的示例中，在平坦化步骤结束时，介电填充材料124的厚度的一部分覆盖器件的像素IRP的有源层111的岛部或台面。举例来说，覆盖有源层111的岛部或台面的介电填充材料124的厚度在几十纳米和几百纳米之间，例如在20纳米和500纳米之间，例如大概50纳米。作为非限制性实例，在沉积介电填充材料之前，在结构的上部表面上沉积平坦化上部层，例如氮化硅。钝化层122可以例如充当上部层。在上部层上中断平坦化，并且然后可以在结构的上部面上再沉积薄薄一层的填充材料124。
图1C进一步示出了用于在结构的上部面上形成在红外像素IRP的检测波长范围内反射的层126的可选步骤，例如与介电层124的上部面接触。层126(也被称为光学反射器)特别覆盖有源层111的岛部或台面结构，并且在广谱反射层126(例如金属层)的情况下增加在对应像素IRP的红外检测器中以及在可见光像素VP的检测器中的吸收。举例来说，光学反射器126在结构的整个上部表面上连续延伸。根据未示出的可替选方案，反射层126可以在沉积填充材料124之前被直接沉积在钝化层122上。反射层126然后可以在沉积填充材料124之后平坦化结构的上部表面的步骤期间被用作上部层。
光学反射器126例如是反射金属层，例如钛、铝、铜或基于这些材料中的一种或多种的合金。可替选地，光学反射器126是高度掺杂的硅或锗层，例如N型或P型，例如掺杂水平大概为1020个原子/cm3或更大，例如厚度大概为400nm或更大。
可替选地，反射层126可以是由具有不同折射率的交替的半导体层或介电层(例如交替的硅(Si)层和氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)层，或者交替的氧化硅(SiO2)层和氮化硅(SiN)层，或者交替的氧化硅(SiO2)层和氧化铪(HfO2)层、或者适用于反射目标红外波长的任何其他材料对)组成的布拉格镜。可替选地，该结构可以适于反射可见光和红外波长两者。
在其中有源红外检测层111由III-V族半导体材料制成的情况下，反射层126可以是由III-V族材料的交替外延层(诸如砷化铝(AlAs)和砷化镓(GaAs)的交替层)组成的布拉格镜。在这种情况下，堆叠可以在沉积钝化层122之前，在层111之后外延。
在所示的示例中，顶部钝化介电层128(例如氧化硅)附加形成在光学反射器126的上部面上并与之接触。层128例如在结构的整个上部表面上连续地且以均匀的厚度延伸。
图1D示出了从图1C所示结构的上部面开始，在形成导电接触通孔的后续步骤结束时获得的结构。在该步骤中，与可见光VP和红外IRP像素的接触区域进行电气接触，并且可能与绝缘沟槽105的导电区域(如果这些沟槽是极化电容性绝缘沟槽)进行电气接触。
图1D示出了竖直延伸穿过层128、126、124、122、115和107，并单独接触可见光传感器像素VP的电荷传输门TG的绝缘导电通孔145a。尽管在图中未示出，但是可以为传感器的每个可见光像素VP提供用于接触传输门TG的通孔145a。传感器的每个可见光像素VP的感测节点也可以通过竖直通孔(图中未示出)被连接。其他通孔(图中未详细说明)可以被提供以接触可见光像素的其他有源元件。
此外，在该示例中，对于每个红外检测像素IRP，竖直延伸穿过层128、126和124的绝缘导电通孔145b单独接触像素IRP的光敏检测器的有源区的接触区域。在所示的示例中，通孔145b接触像素IRP的光敏检测器的层111的岛部或台面有源的上部层111b。可以为每个像素IRP提供第二绝缘导电通孔(未示出)，其接触像素IRP的光敏检测器的有源区的另一接触区域。举例来说，该第二通孔(未示出)与像素IRP的光敏检测器的有源层的岛部或台面111的下部层111a接触。在实践中，与像素VP一样，一个或多个其他通孔(图中未详细说明)可以被提供以接触像素IRP的一个或多个其他接触区。
图1D进一步示出了竖直延伸穿过层128、126、124、122、115和107，并接触可见光传感器像素VP的绝缘沟槽105的导电区域的绝缘通孔导体145c。
优选地，旨在与可见光像素VP的元件接触的导电通孔与横向界定传感器的检测像素IPR的绝缘沟槽120相对布置。以这种方式，这些通孔不穿过有源层111，或者仅穿过有源层的减小的厚度(在其中沟槽120仅在有源层111的部分厚度上延伸的情况下)。特别地，这允许与有源层111的界面缺陷相关联的暗电流受到限制。
图1E示出了将互连堆叠150形成在图1D所示结构的上部面上并与之接触的后续步骤结束时获得的结构。互连堆叠150包括交替的绝缘层和导电层，其限定用于各种传感器部件的互连和布线轨道和通孔。特别地，互连堆叠包括金属化物，通过它们的下部面与在先前步骤中形成的接触通孔的上部面接触。互连堆叠150的形成可以包括在图1D所示的结构的上部面上沉积和蚀刻绝缘层和导电层(例如金属的)的连续阶段。
在所示的示例中，互连堆叠150具有包括交替的导电和绝缘区域的混合平面上部表面(也被称为连接面)。
图1F示出了在将电子控制电路160(例如CMOS电路)转移并附接到图1E所示结构的上部面并与之接触的步骤结束时获得的结构。在图1F中，结构相对于图1E的取向被倒置。因此，在图1F中，控制电路160被布置在互连堆叠150的下部面侧。电子控制电路160包括例如用于读取可见光像素VP和红外像素IRP的电路。
在所示的示例中，电子电路160由SOI结构形成，该SOI结构包括涂覆有绝缘层162的基板161，其本身涂覆有半导体层163，在半导体层163中以及在其上形成部件165，例如MOS晶体管。电子电路160在半导体层的与基板161相对的一侧上还包括互连堆叠167，互连堆叠167具有相对于互连堆叠150的连接面(图1F的取向中的下部面)对称的连接面(图1F的取向中的上部面)。电子电路160被附接并被电气连接到图1E的结构，例如通过将互连堆叠167的上部面(在图1F的取向中)直接接合到堆叠150的下部面。接合可以是铜/氧化物类型的混合直接接合。
可替选地，不是使用SOI结构，而是电子控制电路160由不太贵的体半导体基板制成。
图1F进一步示出了在转移和附接电子控制电路160之后，从用于形成可见光检测结构的SOI结构(图1A)中移除支撑基板103，并且然后在传感器的光曝光面一侧(即图1F的取向中的其上部面)形成光学元件(例如滤波元件和/或聚焦元件)的步骤。
在该示例中，彩色滤光器181形成在每个可见光像素VP上方，适于让仅部分可见光谱通过。举例来说，单独的可见光像素VP可以由单独的彩色滤光器181遮盖。举例来说，第一可见光像素VP由适于主要让绿光通过的滤光器181遮盖，第二可见光像素VP由适于主要让红光通过的滤光器181遮盖，并且第三可见光像素VP由适于主要让蓝光通过的滤光器181遮盖。彩色滤光器被设计为让旨在被红外像素IRP检测的红外光通过。例如，彩色滤光器由彩色树脂制成。
在该示例中，微透镜进一步形成在每个可见光像素VP上方，适于将入射光聚焦到下层像素VP的光敏区中。
可替选地，初始SOI结构103-102-101可以由(例如由硅制成)固体半导体基板代替。在这种情况下，应在沉积光学元件之前执行从基板上部面(图1F所示的取向中)薄化基板的步骤。
关于图1A至图1F描述的实施例的优点在于，有源红外检测层的岛部或台面结构允许限制相邻红外检测像素IPR之间的光学串扰和电气串扰。
请注意，在所示的示例中，隔离沟槽120延伸穿过有源红外检测层111的整个厚度，界定限定传感器的像素IPR的层111的不相交的岛部。如先前所指示的，沟槽120可以仅延伸穿过有源层111的部分厚度，界定限定传感器的像素IPR的层111的台面。
有源层111是被完全还是部分蚀刻到沟槽120中，可以根据光子到电荷载流子转换、暗电流和调制传递函数之间的期望折衷来选择。通过减少可用于光电转换的体积，沟槽120中的有源层111的完全蚀刻倾向于降低量子效率。通过增加侧面的表面积和其中产生的缺陷数量，全蚀刻也倾向于增加暗电流。然而，通过将像素IPR彼此隔离，全蚀刻倾向于限制光学和电气串扰，从而改善红外传感器的调制传递函数。
优选地，有源红外检测层111、下部反射层126和由层107和115的堆叠形成的上部界面层限定了用于要由传感器检测的红外辐射的谐振腔。
为此，以类似于上面提及的FR2113457专利申请中描述的方式，选择有源层111的厚度和上部界面层107-115的厚度，以便最大化有源层111中感兴趣的红外辐射的吸收。
特别地，发明人已经发现，即使当由硅制成的有源红外检测层111和有源可见光检测层101之间的上部界面层不包括反射器时，也可能获得非常好的谐振腔。所谓反射器，我们指的是在所讨论的红外波长下具有大于80％，例如大于50％，例如大于20％的反射系数的层或层堆叠。
厚度可以使用标准光子模拟工具进行选择。举例来说，将有源层111的厚度设置为期望值，优选地小于1μm，例如在200μm和500μm之间，然后改变上部氧化物层107-115的厚度参数，直到获得吸收峰为止。
这种谐振腔使得有源层111能够吸收超过80％，例如90％或更多的感兴趣的红外辐射。
氧化物层107-115的厚度(层107和115的厚度之和)例如在10nm和800nm之间，例如在100nm和500nm之间。
图2是示出根据一个实施例的可见光和红外图像传感器的变型的横截面视图。
图2中所示的变型包括与关于图1A-图1F所描述的实施例共同的元件。以下将不再详细说明这些元件。
图2示出了在用于制造传感器的方法的中间阶段获得的结构。
导致图2中所示结构的步骤与关于图1A-图1D描述的步骤相同或类似，除了在图2所示的示例中，该结构包括例如硅的掺杂半导体层201(位于有源层111下方并与有源层111接触)之外。举例来说，在形成钝化层115之前，层201形成在有源层111的与用于支撑或生长有源层111的初始基板相对的面上并与之接触。以类似于上面关于图1B所述的方式，然后将包括有源层111、掺杂半导体层201和钝化层115的组件转移到图1A所示结构的上部表面。
掺杂半导体层201例如在传感器的整个表面上连续地且以基本上均匀的厚度延伸。掺杂半导体层201的厚度例如在20nm和500nm之间，例如大概100nm。
在图2所示的示例中，界定有源层111的岛部或台面的横向绝缘沟槽120仅在有源层111的部分厚度上延伸。
可替选地，沟槽120可以以类似于上面关于图1A-图1F所述的方式完全穿过有源层111。
然而，在图2所示的示例中，沟槽120不穿过掺杂半导体层201。201层因此形成掺杂基板，其经由传感器的像素IPR的红外光检测器的下部面电气连接传感器的像素IPR的红外光检测器。
一个或多个绝缘导电通孔145d可以与沟槽120相对形成，以与层201电气接触。举例来说，可以提供矩阵中所有IRP像素共用的单个通孔145d，或若干通孔145d，例如每个像素或每组像素一个通孔。
以下方法步骤例如与上面关于图1E和图1F中描述的步骤相同或类似。
图3是示出根据一个实施例的可见光和红外图像传感器的另一变型的横截面视图。
图3中所示的变型包括与关于图1A至图1F描述的实施例共同的元件。以下将不再详细说明这些元件。
图3示出了在用于制造传感器的方法的中间阶段获得的结构。
导致图3中所示结构的步骤与关于图1A-图1D描述的步骤相同或类似，除了在图3所示的示例中，该结构包括可见光检测有源层101和红外检测有源层111之间的中间电气布线结构301之外。布线结构301包括一个或多个绝缘层和一个或多个导电层的堆叠，其中形成了电气布线元件。电气布线元件优选地由在红外像素检测波长带中透明的半导体材料制成，例如掺杂多晶硅。
举例来说，在形成可见光像素VP之后并且在转移红外检测有源层111之前，布线结构形成在可见光检测有源层101的上部表面上。形成布线结构301可以涉及在可见光检测有源层101的上部表面上沉积和蚀刻绝缘层和导电层的连续步骤。
结构301的布线元件例如被连接到可见光像素VP的有源元件。
提供布线结构301有利地允许放松可见光检测像素VP的有源区域的定位。这允许例如允许电气接触可见光像素VP的有源元件的导电通孔145a和145c被优先布置在红外检测半导体层111的蚀刻区120中。
以下方法步骤例如与以上关于图1E和图1F所述的步骤相同或类似。
已经描述了各种实施例和变型。本领域的技术人员将理解，这些实施例的某些特征可以组合，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。特别地，所描述的实施例不限于本描述中提及的材料、尺寸和波长范围的示例。
另外，图1A-图1F描述了其中集成控制电路160被单独制造，然后通过混合接合被转移并附接到有源可见光和红外检测结构(图1F所示的步骤)的示例实施例。可替选地，用于控制可见光和/或红外像素的集成电路可以使用顺序3D技术以类似于关于上面提及的专利申请FR2113457的图1A-图1K描述的方式形成。在这种情况下，可以将例如硅的半导体层全板转移到图1C所示的结构上，并且然后可以在该层中形成电子部件(特别是晶体管)。在图1D所示的步骤中形成的导电通孔然后进一步穿过该半导体层。然后可以在半导体层上形成互连堆叠。
Claims (15)
1.一种可见光和红外图像传感器，包括：
第一有源层(101)，其用于检测可见光辐射，其中限定了多个可见光检测像素(VP)；和
第二有源层(111)，其叠加在所述第一有源层(101)上，用于检测红外辐射，其中限定了多个红外检测像素(IRP)，
所述传感器在所述第二有源层(111)的与所述第一有源层(101)相对的面的一侧上还包括，叠加在所述第一有源层(101)和所述第二有源层(111)上的控制集成电路(160)，
其中，所述传感器包括隔离沟槽(120)，所述隔离沟槽竖直延伸穿过所述第二有源层(111)的厚度的至少一部分，并且在所述第二有源层(111)中横向界定形成所述红外检测像素(IRP)的岛部或台面。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述隔离沟槽(120)完全穿过所述第二有源层(111)。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述隔离沟槽(120)仅在所述第二有源层(111)的部分厚度上延伸。
4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述第二有源层(111)在每个红外检测像素(IRP)中限定用于所述红外辐射的竖直谐振光学腔。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器，其中，所述第一有源层(101)和所述第二有源层(111)由非金属界面层(107，115；301)分隔，所述界面层通过第一面与所述第一有源层(101)接触，并且通过第二面与所述第二有源层(111)接触。
6.根据权利要求5所述的传感器，其中，所述界面层(107，115；301)由氧化硅制成。
7.根据权利要求5所述的传感器，其中，所述界面层(107，115，301)包括由掺杂多晶硅制成的电气布线元件。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器，其中，所述第一有源层(101)由硅制成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器，其中，所述第二有源层(111)由无机半导体材料制成。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器，其中，所述第二有源层(111)包含锗或硅，例如硅-锗合金(SiGe)、硅-锗-碳合金(SiGeC)。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器，其中，所述第二有源层(111)包含InGaAs或来自III-V半导体族的任何其他感测半导体材料。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的传感器，在所述第二有源层(111)的与所述第一有源层(101)相对的面的一侧上，包括例如由金属或掺杂半导体材料制成的反射层(126)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的传感器，还包括掺杂半导体层(201)，所述掺杂半导体层布置在所述第一有源层(101)和所述第二有源层(111)之间，并且经由它们面向所述第一有源层(101)的面电气连接所述传感器的红外检测像素(IRP)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的传感器，包括导电通孔(145a，145c)，其竖直延伸穿过所述隔离沟槽(120)，并且将所述可见光检测像素(VP)的有源元件电气连接到所述控制集成电路(110)。
15.一种用于制造可见光和红外图像传感器的方法，包括以下连续步骤：
a)提供用于检测可见光辐射的第一有源层(101)，其中限定了多个可见光检测像素(VP)；
b)通过直接接合将用于检测红外辐射的第二有源层(111)固定到所述第一有源层(101)上；
c)形成隔离沟槽(120)，所述隔离沟槽横向延伸穿过所述第二有源层(111)，并且在所述第二有源层(111)中横向界定在所述第二有源层(111)中限定多个红外检测像素(IRP)的岛部或台面；并且
d)在所述第二有源层(111)的与所述第一有源层(101)相对的面的一侧上，布置叠加在所述第一有源层(101)和所述第二有源层(111)上的控制集成电路(160)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication |