CN219246682U - 一种具有横向pin光电二极管的硅基锗图像传感器 - Google Patents
一种具有横向pin光电二极管的硅基锗图像传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN219246682U CN219246682U CN202221183078.8U CN202221183078U CN219246682U CN 219246682 U CN219246682 U CN 219246682U CN 202221183078 U CN202221183078 U CN 202221183078U CN 219246682 U CN219246682 U CN 219246682U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- pin photodiode
- layer
- image sensor
- germanium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其包括：PIN光电二极管层，包括锗衬底、形成于锗衬底中的隔离结构以及PIN光电二极管，其中，所述隔离结构用于限定横向PIN光电二极管的阵列区域，横向PIN光电二极管形成于所述阵列区域中；与横向PIN光电二极管相连的第一互连层；硅电路晶圆，包括用于控制和读取横向PIN光电二极管的电路以及至少一个第二互连层，其中，横向PIN光电二极管层借由第一互连层与第二互连层的键合与硅电路晶圆相连。本实用新型的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器能够增强光的传播并且减少表面反射，并能减少光串扰以及噪声并由此改善图像传感器的填充因子，提高光的吸收，另外可捕获来自可见光和更远波长的图像。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体器件制造技术领域，具体涉及一种具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器。
背景技术
图像传感器被越来越多地应用至汽车工业、工程机械、农业及生命科学等领域中。相较于可见光感测图像传感器而言，短波红外(SWIR，Short-WavelengthInfrared)图像传感器在夜视、雾天等低视觉环境下具有更好的穿透性和更高的灵敏度。
目前现有的一种短波红外CMOS图像传感器是基于砷化铟镓材料制成，其结构自下而上依次包括CMOS读出集成电路、连接使用的金属凸点(bumps，例如铟凸点)、与该金属凸点相连的砷化铟镓阵列、磷化铟衬底和防反射层。由于采用了金属凸点的键合工艺，导致像素间距较大、传感器的厚度较厚，不利于实现器件的小型化。并且晶圆尺寸有限、产量低、化合物匮乏等原因，砷化铟镓的制造成本较高。在制造过程中需要芯片对芯片/芯片对晶圆键合，以及由于以磷化铟为基底，砷化铟镓外延生长制作的CMOS图像传感器降低了对可见光的吸收，所以制造工艺复杂且昂贵导致量产难度提高。再者，砷化铟镓与硅在化学上不相容，这导致了基于砷化铟镓的图像传感器在制造工艺上难以与现有的硅CMOS制造工艺相兼容。
另一种现有的传感器就是基于硅衬底制作的图像传感器。但是硅传感器的光谱响应被限制在波长1μm以内，其在近红外光谱中有着较低的光吸收效率。而锗传感器则在0.4μm～1.6μm范围内有着较好的光响应。由此产生了不少关于硅基锗(Ge-on-Si)短波红外图像传感器的研究。
外延生长法是一种现有的制作硅基锗的方法，即直接在硅衬底上生长锗层。但是由于硅和锗之间晶格失配度(latticemismatch)为4.2％，而失配能的累积会在二者界面之间产生失配位错(misfit dislocation)和穿透位错(threadingdislocation)等缺陷。为了抑制失配位错和穿透位错这类缺陷，则需要提高其制造工艺的复杂度(例如，采用狭窄孔径的选择性生长)。
实用新型内容
基于现有技术的技术问题，本实用新型提供一种具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器。
依据本实用新型的技术方案，本专利提供一种具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其包括：
PIN光电二极管层，包括锗衬底、形成于锗衬底中的隔离结构以及PIN光电二极管，所述隔离结构用于限定PIN光电二极管的阵列区域，PIN光电二极管形成于所述阵列区域中；
与PIN光电二极管相连的第一互连层；
硅电路晶圆，包括用于控制和读取PIN光电二极管的电路以及至少一个第二互连层，
PIN光电二极管层借由第一互连层与第二互连层的键合与硅电路晶圆相连。
其中，所述横向PIN光电二极管包括第一导电类型掺杂区域、第二导电类型掺杂区域以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域。
进一步地，所述第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域完全不重叠。
优选地，所述隔离结构为填充有可流动电介质材料填充的隔离沟道。所述可流动电介质材料为可流动氧化硅或氮化硅。所述可流动电介质材料还覆盖于锗供体晶圆正面。覆盖于锗供体晶圆正面的可流动电介质材料的厚度为10nm～100nm。
更优选地，隔离沟道的宽度范围为0.05μm到2μm，隔离沟道的深度范围为0.5μm到10μm。
另外地，第一互连层上形成有第一对准标记，第二互连层上形成有第二对准标记，其中第一互连层与第二互连层键合时第一对准标记对准于第二对准标记。优选地，横向PIN光电二极管包括第一导电类型掺杂区域、第二导电类型掺杂区域以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域，所述本征区域的宽度范围为0.1μm～3μm。
相比较于现有技术，本实用新型具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器的有益效果如下：
1、本实用新型的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器能够增强光的传播并且减少表面反射，并能减少光串扰以及噪声并由此改善图像传感器的填充因子，提高光的吸收。
2、本实用新型的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器可捕获来自可见光和更远波长(例如，直到1.6μm波长)的图像，质量更高、缺陷更少。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器的结构示意图。
图2为本实用新型一实施例的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器中横向PIN光电二极管的结构示意图。
图3a-图3c分别表示本实用新型一实施例的第二对准标记、第一对准标记和第一、第二对准标记相对准的图案。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
本专利提供一种具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其包括：PIN光电二极管层，包括锗衬底、形成于锗衬底中的隔离结构以及横向PIN光电二极管，其中，所述隔离结构用于限定横向PIN光电二极管的阵列区域，横向PIN光电二极管形成于所述阵列区域中；
与横向PIN光电二极管相连的第一互连层；
硅电路晶圆，包括用于控制和读取横向PIN光电二极管的电路以及至少一个第二互连层，
其中，横向PIN光电二极管层借由第一互连层与第二互连层的键合与硅电路晶圆相连。
优选地，所述隔离结构为填充有可流动电介质材料的隔离沟道。所述可流动电介质材料能够填充窄而深的间隙并且防止STI(浅沟槽隔离)结构中的空隙和不连续性。
优选地，第一互连层包括沟道和过孔，其中沟道和过孔的侧壁依次填充有阻挡金属和铜种子，沟道和过孔中形成有铜。
优选地，第二互连层包括沟道和过孔，其中沟道和过孔的侧壁依次填充有阻挡金属和铜种子，沟道和过孔中形成有铜。阻挡金属例如钛/氮化钛(Ti/TiN)或钽/氮化钽(Ta/TaN)，用于阻止铜扩散进电介质中。
优选地，第一互连层上形成有第一对准标记，第二互连层上形成有第二对准标记，其中第一互连层与第二互连层键合时第一对准标记对准于第二对准标记。
优选地，横向PIN光电二极管的厚度小于等于锗衬底的厚度。
优选地，具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器进一步包括：形成于PIN光电二极管层上的减反射层，所述减反射层用于增强光的传播并且减少表面反射。
优选地，具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器进一步包括：形成于减反射层上的滤波层和棱镜层；滤波层用于选择性地使得特定波长的光透过；棱镜层用于改善光的聚焦并将其引导至相应的像素点，由此减少光串扰以及噪声。
优选地，第一互连层和第二互连层分别具有“工”字型截面。
优选地，所述横向PIN光电二极管的阵列区域为方形、圆形或六边形。
优选地，所述可流动电介质材料为可流动氧化硅或氮化硅。
优选地，所述可流动电介质材料还覆盖于锗供体晶圆正面，优选地，覆盖于锗供体晶圆正面的可流动电介质材料的厚度为10nm～100nm。
优选地，隔离沟道的宽度范围为0.05μm到2μm，隔离沟道的深度范围为0.5μm到10μm。
优选地，所述横向PIN光电二极管包括第一导电类型掺杂区域、第二导电类型掺杂区域以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域，所述第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域完全不重叠。
优选地，所述本征区域的宽度范围为0.1μm～3μm。
下面结合附图，详细说明本专利的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器。如图1-2所示，本实施例提供了一种具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其包括：
PIN光电二极管层120，包括锗衬底1、形成于锗衬底1中的隔离结构11以及横向PIN光电二极管12，其中，所述隔离结构用于限定横向PIN光电二极管12的阵列区域，横向PIN光电二极管12形成于所述阵列区域中；
与横向PIN光电二极管12相连的第一互连层21；
硅电路晶圆3，包括用于控制和读取横向PIN光电二极管的电路以及至少一个第二互连层22，
其中，横向PIN光电二极管层120借由第一互连层21与第二互连层22的键合与硅电路晶圆3相连。
其中，所述隔离结构为由可流动电介质材料填充的隔离沟道。所述可流动电介质材料能够填充窄而深的间隙并且防止STI(浅沟槽隔离)结构中的空隙和不连续性。优选地，所述可流动电介质材料为可流动氧化硅或氮化硅，所述可流动电介质材料还覆盖于锗供体晶圆正面，覆盖于锗供体晶圆正面的可流动电介质材料的厚度范围可以为10nm～100nm。另外，隔离沟道的宽度范围可以为0.05μm到2μm，隔离沟道的深度范围可以为0.5μm到10μm。
所述第一互连层和所述第二互连层均包括沟道和过孔，其中沟道和过孔的侧壁依次填充有阻挡金属和铜种子，沟道和过孔中形成有铜。阻挡金属可以为例如钛/氮化钛(Ti/TiN)或钽/氮化钽(Ta/TaN)，用于阻止铜扩散进电介质中。
本实施例中，优选地，第一互连层上形成有第一对准标记，第二互连层上形成有第二对准标记，其中第一互连层与第二互连层键合时第一对准标记对准于第二对准标记。在本实施例中，第一互连层和第二互连层可采用相同的结构，当然，本领域技术人员应当理解，第一互连层和第二互连层的结构并不要求一定相同，在具体实践中也可以采用不同的结构。本实施例仅以第一互连层为例，介绍其具体结构。第一互连层具有“工”字形截面，其包括沟道和过孔，沟道位于“工”字的两端，而过孔则连接两端沟道。当然，上述“工”字形截面只是互连中沟道和过孔所形成结构的粗略表示，它们的组合实际上可以形成各种不同的形状。当然，除了“工”字型结构之外，本领域技术人员还可以采用其他构造的互连层形式。
其中图3a-图3c示出了一种对准标记的表现形式和对准的情况。例如图3b表示第一对准标记，图3a表示第二对准标记，而图3c则示出了第一对准标记和第二对准标记相对准的情况。本领域技术人员还可以采用其他形式的对准标记。
在具体实施过程中，横向PIN光电二极管的厚度小于等于锗衬底的厚度。
另外，具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器进一步包括：形成于PIN光电二极管层上的减反射层4，所述减反射层4用于增强光的传播并且减少表面反射。优选地，具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器进一步包括：形成于减反射层上的滤波层5和棱镜层6；滤波层用于选择性地使得特定波长的光透过；棱镜层用于改善光的聚焦并将其引导至相应的像素点，由此减少光串扰以及噪声。其中，减反射层4能够增强光的传播并且减少表面反射，滤波层5则是用于选择性地使得特定波长的光透过，而棱镜层6则用于改善光的聚焦并将其引导至相应的像素点，由此减少光串扰以及噪声并由此改善CMOS图像传感器的填充因子，提高光的吸收。
在一优选实施例中，所述横向PIN光电二极管的阵列区域可以为方形、圆形或六边形，横向PIN光电二极管的阵列区域也就是图像传感器件的像素区域。在本实施例中，以正方形像素作为示例，例如每个像素为5μm×5μm的正方形，即隔离沟道将锗衬底1的正面划分成多个5μm×5μm的正方形区域，每个正方形区域中用于形成光电二极管。
其中，所述横向PIN光电二极管包括第一导电类型掺杂区域51、第二导电类型掺杂区域52以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域10，所述第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域完全不重叠。所述本征区域的宽度范围可以为0.1μm～3μm。
本实用新型的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器能够增强光的传播并且减少表面反射，并能减少光串扰以及噪声并由此改善图像传感器的填充因子，提高光的吸收，另外本实用新型的图像传感器可捕获来自可见光和更远波长(直到1.6μm波长)的图像，质量更高、缺陷更少。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其特征在于，其包括：
PIN光电二极管层，包括锗衬底、形成于锗衬底中的隔离结构以及PIN光电二极管，隔离结构用于限定PIN光电二极管的阵列区域，PIN光电二极管形成于阵列区域中；
与PIN光电二极管相连的第一互连层；
硅电路晶圆，包括用于控制和读取PIN光电二极管的电路以及至少一个第二互连层，PIN光电二极管层借由第一互连层与第二互连层的键合与硅电路晶圆相连；
横向PIN光电二极管包括第一导电类型掺杂区域、第二导电类型掺杂区域以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域；第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域完全不重叠；
具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器进一步包括：形成于减反射层上的滤波层和棱镜层；滤波层用于选择性地使得特定波长的光透过；棱镜层用于改善光的聚焦并将其引导至相应的像素点。
2.如权利要求1所述的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其特征在于，隔离结构为填充有可流动电介质材料填充的隔离沟道。
3.如权利要求2所述的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其特征在于，可流动电介质材料为可流动氧化硅或氮化硅。
4.如权利要求2所述的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其特征在于，可流动电介质材料还覆盖于锗供体晶圆正面。
5.如权利要求4所述的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其特征在于，覆盖于锗供体晶圆正面的可流动电介质材料的厚度为10nm～100nm。
6.如权利要求4所述的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其特征在于，隔离沟道的宽度范围为0.05μm到2μm，隔离沟道的深度范围为0.5μm到10μm。
7.如权利要求1所述的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其特征在于，第一互连层上形成有第一对准标记，第二互连层上形成有第二对准标记，其中第一互连层与第二互连层键合时第一对准标记对准于第二对准标记。
8.如权利要求7所述的具有横向PIN光电二极管的硅基锗图像传感器，其特征在于，横向PIN光电二极管包括第一导电类型掺杂区域、第二导电类型掺杂区域以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域，本征区域的宽度范围为0.1μm～3μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221183078.8U CN219246682U (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 一种具有横向pin光电二极管的硅基锗图像传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221183078.8U CN219246682U (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 一种具有横向pin光电二极管的硅基锗图像传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219246682U true CN219246682U (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=86839677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202221183078.8U Active CN219246682U (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 一种具有横向pin光电二极管的硅基锗图像传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN219246682U (zh) |
-
2022
- 2022-05-17 CN CN202221183078.8U patent/CN219246682U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2888619B1 (en) | Method and apparatus for reducing signal loss in a photo detector | |
| US9941319B2 (en) | Semiconductor and optoelectronic methods and devices | |
| DE102018122789B4 (de) | Rissbeständige tiefe Grabenisolationsstrukturen | |
| US6984816B2 (en) | Vertically integrated photosensor for CMOS imagers | |
| US7129488B2 (en) | Surface-normal optical path structure for infrared photodetection | |
| KR100889365B1 (ko) | 3차원 구조의 영상센서와 그 제작방법 | |
| US6927432B2 (en) | Vertically integrated photosensor for CMOS imagers | |
| JP2817703B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| US7214999B2 (en) | Integrated photoserver for CMOS imagers | |
| CN104485340B (zh) | 光电转换装置 | |
| US9197804B1 (en) | Semiconductor and optoelectronic devices | |
| US8399820B2 (en) | Multicolor detectors and applications thereof | |
| US10818816B2 (en) | Optical device with decreased interference | |
| CN219246682U (zh) | 一种具有横向pin光电二极管的硅基锗图像传感器 | |
| CN219246681U (zh) | 一种硅基锗图像传感器 | |
| US8716822B2 (en) | Back-illuminated type solid-state imaging device and method of manufacturing the same | |
| EP4125130A1 (en) | Image sensor | |
| US8652868B2 (en) | Implanting method for forming photodiode | |
| CN110634897A (zh) | 一种背照式近红外像素单元及其制备方法 | |
| CN114497244B (zh) | 一种红外探测器芯片及其制作方法与应用 | |
| CN116053289B (zh) | 图像传感器及其制备方法 | |
| US11282702B2 (en) | Method of forming a semiconductor device structure | |
| CN112563299B (zh) | Cmos图像传感器及其制备方法 | |
| CN116960142A (zh) | 光学传感器及其制备方法 | |
| JP2000106453A (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |