TW201505162A - 穿孔於阻擋層以增強焦平面陣列之寬頻回應 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種焦平面陣列，其包括一光偵測器陣列，其中每一光偵測器與一讀出積體電路之一電極之一相應者電連通。該光偵測器陣列包括一絕緣層、包括至少一盲孔之一阻擋層，及形成在該絕緣層與該阻擋層之間之一主動層。該阻擋層之一第一部分透射具有一第一波長之輻射且反射低於該第一波長之輻射之具有第二波長的輻射。選擇該至少一盲孔之一直徑以允許該第二波長之輻射通過該至少一盲孔。
Description
本發明大體上係關於光偵測器領域，特定言之係關於近紅外(NIR)及短波紅外(SWIR)光偵測器，且更具體言之係關於包括複數個光偵測器之焦平面陣列領域。
可見光譜波長自約0.4微米擴展至約0.7微米。長於可見波長之波長可被專用感測器偵測。然而，SWIR光係從物體回彈極像可見光之反射光。由於其反射性質，經偵測SWIR光可具有陰影且與其影像形成對比。對於低亮度等級成像應用，必須減小雜訊/洩漏電流(諸如暗電流)以獲得充分感光度。
由諸如碲鎘汞(HgCdTe)或銻化銦(InSb)之材料構造的感測器在SWIR或MWIR帶中可能極具感光度。然而，至少在HgCdTe之情況下，由於由窄帶隙引起之高暗電流，必須通常將此等裝置機械式冷卻至低溫溫度，其增加使用此等感測器之相機的電力消耗、大小及成本。較新制程使得在較高操作溫度下達成SWIR或MWIR(1.1μm至3.5μm)成像，但是SWaP(大小、重量及功率)仍係一個挑戰，而且MWIR系統無法使可見能量成像使得要求可見信號回應(通常係藍光450nm至紅光700nm)的系統亦必須採用用於可見成像的EO感測器且接著用合併演算法合併兩個資料流以提供雙重顯示用於使兩個獨立帶成像。
熱成像器係具有良好偵測能力之另一等級的相機。儘管熱成像可偵測暖物體在冷背景下的存在，但是其提供跨光譜含量的低解析度及動態範圍，要求感測反射光，諸如觀察到諸如建築物、傢俱或與背景場景處於最小熱偏離之其他材料之物體。此外，由於許多玻璃，尤其用在工業
環境中的玻璃的材料性質，LWIR(熱光譜通常係8um至12um)不被透射，但在介質中吸收或反射，因此單獨的熱感測無法透過諸如建築物或要求此等量測之工業總成線路中的ANSI標準保護性遮蔽中之一般窗材料成像。
此外，CMOS及CCD成像器係繼續發展以滿足軍用需求之極佳裝置。但是此等感測器通常用於可見光回應，其具有在IR光譜短端中之近紅外回應(通常在不超過1100nm處切斷)。為了針對夜視應用很好地成像，矽基成像器要求大幅放大，其由於雜訊放大而產生影像品質挑戰。另外，矽基成像器係間接帶隙，且同時能夠以低成本製造、具有高解析度，相較於以窄吸收帶來達成跨全SWIR帶之較高感光度之III-V直接帶隙材料(諸如銦鎵砷化物)具有對NIR能量之相對較低感光度。
InGaAs感測器可被製成感光度極高(商用InGaAs成像器中係D*~1E+14鐘斯)，確實計數個別光子。因此，當建立為具有數千或數萬個細點感測器或光二極體感測器像素之焦平面陣列時，SWIR相機將可在極暗條件下運作。來自InGaAs相機的影像之解析度及細節可與可見影像相當；然而，SWIR影像無色彩。此使得物體容易辨識且產生SWIR之戰術優點之一，即，物體或個別識別。
針對習知背照明光偵測器，諸如用在混合式IR焦平面陣列結構中之背照明光偵測器，背照明成像平面包括帶隙高於主動材料之基板材料。用於SWIR光偵測之InGaAs傳統上生長在磷化銦(InP)基板上，且能夠作出皆為SWIR帶(450nm至1700nm)可見之光回應。InP(1.35eV)基板具有高於晶格匹配的InGaAs(0.7eV)之帶隙，此將限制InGaAs成像器對1100nm→1700nm光回應之有利應用，除非移除InP基板。因此，基板充當高於其帶隙能量之全部能量的長通濾光片。波長與能量成反比例(E=hc/λ，其中：E係能量，h係普朗克常數，c係光速，l係波長)，因此，較長波長越過給定材料之吸收「切斷」。然而，需延長SWIR中傳統化合物半導體成像之光回應以包括較短(可見)波長，尤其對於其中短波IR解決方案可取代具有併入其中之真實可見回應之該等成像裝置之應用。
在用於在習知InGaAs/InP基成像系統中達成可見回應之方法中，例如，使用機械拋光方法或使用蝕刻阻止層而移除基板。然而，由
於此等系統中之基板一般用作二極體陣列之陰極(基板接觸件)，故無法完全移除基板。此等解決方案目前供商業使用，且用於專業應用。
在一些材料系統中，如上文論述所示，基板或緩衝層之帶隙高於較低帶隙半導體主動層之帶隙。在此等系統中，若p-n接面因缺陷、表面狀態及一般稱為載體捕獲之事物而暴露於表面，較低帶隙半導體則具有高重組速度。缺陷狀態因為傳導提供的能量電位減小而減小帶隙。因此，高帶隙緩衝層(亦稱為包覆層)之缺乏使裝置性能降級。即，具有低電場之區域中的能量帶偏移之缺乏不允許光生載體(少數載體)之有效遷移。因此，在缺乏包覆層之情況下，量子效率因少數載體捕獲而變低。
因此，習知裝置依靠剩餘基板「阻擋層」(緩衝/包覆層)厚度之謹慎平衡來達成所要電性質，諸如限制表面重組，同時亦提供充分的光透射至主動層。一種用來使較高帶隙材料中之表面重組最小化的方法係使用包覆層之N+摻雜以輔助少數載體遷移。在此種方法中，隨著費米能階越來越移動靠近此層中之傳導帶，結果係載體遷移遠離表面且朝向接面。此說明對半導體結構之最外(暴露)層之量子機械依賴性。儘管不限於特定理論，但是此同樣適用於關於晶圓之「前及後」表面之蝕刻側壁。因此，越來越需要使足夠厚的層維持對其電性能的穩固控制以及裝置之量子效率。然而，基板層之光學吸收要求其製造得基本上薄以允許可見波長光透射至主動層。例如，用於達成SWIR成像器中之充足可見回應之阻擋層的典型厚度小於1.5μm。然而，此等厚度易受蝕刻坑及各種缺陷影響。為達成穩固電及機械性能，需使層保持儘可能厚而針對所要應用不切斷光回應。
如圖1A至圖1B所示與讀出積體電路9電連通之習知焦平面陣列之一個缺點係關於其光學性質。例如，如所示，光偵測器陣列包括連續支撐層11，該連續支撐層僅透射具有第一波長之輻射22，諸如紅外(IR)輻射，同時完全阻擋具有第二波長之輻射20，諸如可見(通孔)輻射。將需要具有克服此等光學問題之焦平面陣列。
同樣重要的是一些材料系統不具有合適蝕刻阻擋層來執行諸如上述之程序。例如，在製造習知InGaAs感測器期間，使選擇性蝕刻阻止層生長以允許塊體基板移除，諸如InP基板移除。因此，用於該等材料且
不具有阻止基板移除之化學方式的程序必須使用CMP或機械車床或金剛石車削操作。此等方法之厚度控制非常好，然而，使剩餘「阻擋層」達成<2um厚度不切實際。使「阻擋層」保持較厚之能力將提高此等結構之可製造性。
在實施例中，存在焦平面陣列，其包括光偵測器陣列，每一光偵測器與讀出積體電路之電極之相應者電連通。該光偵測器陣列可包括絕緣層、包括至少一盲孔之阻擋層，及形成在絕緣層與阻擋層之間之主動層。阻擋層之第一部分透射具有第一波長之輻射且反射低於第一波長輻射之具有第二波長的輻射。選擇該至少一盲孔之直徑以允許第二波長之輻射通過該至少一盲孔。
在另一實施例中，存在光偵測器。該光偵測器可包括絕緣層、包括至少一盲孔之阻擋層、形成在絕緣層與阻擋層之間之主動層。阻擋層之第一部分可透射具有第一波長之輻射且可反射低於第一波長輻射之具有第二波長的輻射。可選擇該至少一盲孔之直徑以允許第二波長的輻射通過該至少一盲孔。
在又一實施例中，存在一種形成焦平面陣列之方法。該方法可包括形成光偵測器陣列。光偵測器陣列可包括絕緣層；阻擋層，其包括透射具有第一波長的輻射且反射低於第一波長輻射的具有第二波長的輻射的第一部分；及形成在絕緣層與阻擋層之間之主動層。該方法可包括將光偵測器陣列電接合至讀出積體電路。可將光偵測器之每者放置為與讀出積體電路之電極之相應者電連通。該方法亦可包括在光偵測器陣列之阻擋層中形成至少一盲孔。可選擇該至少一盲孔之直徑以允許第二波長之輻射通過該至少一盲孔。
至少一實施例之優點包括SWIR成像產品之可見回應增強。至少一實施例之優點包括經由僅藉由添加盲孔來薄化阻擋層而增強可見回應。
實施例之額外優點將部分在下文描述中陳述且部分將自描述中瞭解，或可藉由實踐本發明而獲知。優點將憑藉元件及尤其在隨附申請專利範圍中指出之組合而實現並獲得。
應明白前述大體描述及下文詳細描述皆僅係例示性及說明性且非限制本發明，如所主張。
隨附圖式併入本說明書中且構成本說明書的一部分，該等圖式示出本發明之實施例且與描述一起用於說明本發明之原理。
1‧‧‧晶圓
2‧‧‧主動層
3‧‧‧基板/支撐層
4‧‧‧絕緣/介電層
5‧‧‧p+區域
6‧‧‧接觸金屬
7‧‧‧互連件
8‧‧‧像素光二極體光偵測器
9‧‧‧讀出積體電路
10‧‧‧混合式焦平面陣列
11‧‧‧連續支撐層
12‧‧‧圖案化/經穿孔之阻擋層
13‧‧‧盲孔
20‧‧‧第二波長
22‧‧‧第一波長
圖1A示出焦平面陣列之俯視圖。
圖1B示出圖1A之焦平面陣列之橫截面。
圖2A示出實施例之焦平面陣列之透視圖。
圖2B示出圖2A之偵測器之俯視圖。
圖2C示出圖2A之偵測器之橫截面。
圖3A至圖3D示出根據實施例之製造光偵測器之程序中的製造階段。
圖4A至圖4E示出根據實施例之製造焦平面陣列之程序中的製造階段。
圖5示出操作期間焦平面陣列之實施例。
如本文所使用，術語「阻擋層」可指代表面層，諸如導向光二極體之輻射入射的光二極體之背面層。本文描述的實施例包括已用基板或剩餘緩衝(阻擋)層(其係入射光子通量之光學路徑中之主要層)之圖案化蝕刻處理之光偵測器陣列。現在將詳細參考本實施例，隨附圖式中示出其實例。只要有可能，將在各圖式中使用相同參考符號來指代相同或類似部件。
儘管陳述本發明之寬範疇之數值範圍及參數係近似值，但是特定實例中陳述之數值係儘可能精確地報告。然而，任何數值固有地包含必定由其各自測試量測中找出的標準偏差引起的特定誤差。而且，本文揭示之全部範圍應被理解為涵蓋歸入其中之任何及全部子範圍。例如，「小於10」之範圍可包括介於(且包括)最小值零與最大值10之間的任何及全部子範圍，即，具有等於或大於零之最小值及等於或小於10之最大值之任何或全部子範圍，例如，1至5。在特定情況下，參數之如所述數值可呈現負
值。在此情況下，陳述為「小於10」範圍之例示性值可假定負值，例如-1、-2、-3、-10、-20、-30等等。
參考圖式僅出於闡釋目的而描述下列實施例。熟習此項技術者應明白下列描述本質上係例示性，且可對本文陳述之參數作出各種修改而不背離本發明之範疇。希望說明及實例僅被視為實例。各種實施例不一定相互排除，因為一些實施例可與一個或多個其他實施例組合以形成新的實施例。
本文所述之實施例，諸如如圖2A至圖2C所示之焦平面陣列，提供包括光偵測器陣列(諸如形成經穿孔支撐層12上與讀出積體電路9電連通之像素光二極體光偵測器8之陣列)之焦平面陣列。經穿孔支撐層包括以至少一盲孔諸如盲孔13之陣列(即，「支撐層」中之孔)修改之支撐層。經穿孔支撐層可被形成為薄至足以透過支撐層本身透射具有第一波長22之輻射，諸如IR輻射。盲孔13可各由足夠直徑形成來允許透過盲孔透射具有低於第一輻射波長22的第二波長20的輻射，諸如可見光，現在可被製成小至不足以干擾來自N+周圍材料之電場。因此，裝置之量子效率可能不會因施加的電場遭受表面捕獲，且光子透射可因缺乏阻擋層而增強。
如圖3A至圖3D所示，包括單個像素之該等光二極體光偵測器之每者可由晶圓1形成。晶圓可包括絕緣/介電層4(諸如複數個絕緣/介電層)、基板/支撐層3及形成在絕緣層與阻擋層之間之主動層2。
晶圓可由化合物半導體形成，諸如藉由使用基板晶體及使用有機金屬氣相磊晶(OMVPE)(亦稱為金屬有機化學氣相沉積(MOCVD))生長額外層。在實施例中，光偵測器可使用InGaAsP材料系統，但不受如此限制。因此，基板可為磷化銦(InP)基板，且使用二元InP、三元InGaAs、InAsP或四元InGaAsP材料之各種成分的磊晶層可生長在基板上以形成至少一主動層2。在其他實施例中，成像裝置可包括藉由使用由GaSb、InAs、InSb、GaAs製造之基板生長類似支撐層結構形成的光偵測器。此項技術中MOCVD晶體生長商或熟習磊晶生長或化合物半導體裝置設計及製造技術之其他工程師已知此等基板之合適的磊晶層。給定基板之材料系統可藉由設計有機金屬化合物之成分使得晶格常數適於達成所要電光性能而決定。
對於IR成像應用，此等材料之典型電說明係使得基板係N+硫摻雜InP，且添加的主動層、緩衝層及包覆層係非有意摻雜(NID)或輕N型(N-)或重N型(N+)。在MOCVD磊晶生長中之典型N型摻雜藉由使用矽以提供額外電子給晶格上之III族元素而達成。因此使用III-V材料銦及磷形成的化合物半導體可因此經「摻雜」具有負電荷。主動(光回應)層2可具有約2μm至約14μm的厚度。在一些實施例中，可包括額外支撐/包覆層來提供自較低帶隙主動層至較高帶隙之過渡。因此生長至基板上之磊晶結構可薄至3至5μm，或對於複雜結構可厚至數十微米，其可能或不可能包括蝕刻阻止層。
在實施例中，裸晶圓1可藉由執行「鈍化」步驟而絕緣，該「鈍化」步驟導致絕緣/介電層4沉積在裸晶圓表面上。該絕緣層可防止材料降級且限制因氧化、化學蝕刻、曝光或污染引起之表面狀態。絕緣/介電層4可包括氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)、鋁、ALD或原生氧化物之至少一同質膜。絕緣層4可藉由電漿沉積(諸如PECVD)、熱制程(諸如濕氧化)、蒸鍍技術(諸如電子束沉積)或電化學制程(諸如陽極氧化)形成。形成絕緣層4之步驟可稱為介電鈍化或表面鈍化。介電鈍化目的在於提供與表面金屬之電隔離，且為後續制程(諸如蝕刻、擴散或離子佈植)提供硬遮罩。
如圖3B所示，在形成實施例之光偵測器(諸如PIN光二極體)之制程中，絕緣層(鈍化膜)4中之區域可隨後經蝕刻以形成二極體接面窗。窗圖案可使用標準光微影術制程界定。例如，可使用針對特定應用設計的遮罩形成圖案化光阻。伴隨著窗圖案經光微影術形成至介電膜中，使用價電子少於III族原子之金屬(諸如鋅、鈹或鎘)之局部摻雜(諸如在主動層2中摻雜P+物種)可經預成形以形成P+區域5。P+區域5形成可藉由採用熱擴散程序或離子佈植而達成。
應注意一種用於形成像素PIN光二極體之方法未必藉由如上述「平坦」制程界定。在替代實施例中，「MESA」蝕刻制程可用在材料系統中，其中避免側壁接面曝光無益處。因此，當採用較高帶隙材料來使
由暴露pn接面引起的表面洩漏電流最小化時可使用上述方法。若使用同質接面，或出於成本、性能或其他原因，可能需要磊晶生長中接面。在此一實施例中，圖案化及形成局部化P+區域或像素之制程藉由在磊晶結構中包括P+層而替換，且因此連續P+膜必須被圖案化且蝕刻足夠深度以中斷一個P+區域像素與另一個之電連通。因此保留像素「mesas」。此項技術中亦已知普通P型半導體，其具有局部化N型像素，遵循此等實施例中描述之下列類似制程。用來描述兩個極性之一般命名係「普通陰極」或「普通陽極」，其中普通陽極表示塊體半導體之陰離子或陽離子類型。接著將藉由形成相反類型的局部化區域-因此在每一像素周圍形成pn-接面邊界層而界定像素，其係二極體功能之基礎。因此，此分立二極體形成之替代程序包括蝕刻穿過pn接面以形成mesa像素之步驟且可結合材料系統(諸如HgCdTe、InSb等等)使用。
在於P+區域5與主動層2之間形成二極體接面之後，可藉由後續金屬化蝕刻制程使用光微影術剝離或鑲嵌回蝕制程以形成金屬接觸件6之制程選擇完成光二極體制程。在半導體晶圓上形成金屬接觸件6之此等添加或減除方法係熟習形成圖案化P+或N+金屬接觸件之技術者所常見。例如，在實施例中，P+接觸件金屬可基於粘附劑、障壁及頂層金屬(一般由選自下列：TI、Cr、Ni、Pd、Pt、Au、AuZn、Cu、Al等等之選擇金屬之一或堆疊組成)而選擇。另一方面，可選擇N+接觸件金屬用於達成低接觸電阻或「歐姆」條件。例如，N接觸件可包括但不限於：AuGe、Cr、Ni、Ti、Pt Au、Cu、TiW等等。
最後，由例如銦形成之凸塊(互連件)7可形成在接觸件金屬6上，如圖3D所示。可選擇其他合適金屬用於互連件7。
在實施例中，形成2D焦平面陣列(FPA)。FPA可包括由形成在共用基板上之複數個像素光偵測器(諸如圖3D所示之像素光偵測器)形成之二維像素格柵，且可用於大範圍影像解析度及像素節距。雖然制程不限於此等解析度，但是在實例中，紅外焦平面陣列(IRFPA)影像感測器
可具有320x240的解析度或1280x1024的解析度，且具有10um至40um的像素節距。因此，如圖4A至圖4E所示，本文所述之實施例包括可經整合用於焦平面陣列中之像素光二極體光偵測器8之陣列。如上文所論述，光二極體陣列可形成在包括基板3、主動層2及絕緣層4之普通晶圓1上。
IRFPA總成中所採用之混合FPA，其中光感測器形成在讀取電路之外部介質中，可與讀取電子器件GaSb、InAs、InSb、GaAs凸塊技術介接。影像感測器所採用之覆晶技術通常使用沉積或直接電鍍至二極體接觸件6之銦凸塊，諸如如圖4A所示之互連件7。
如圖4B所示，可在讀取IC(ROIC)9像素墊上沉積相應的相配凸塊陣列以形成光二極體陣列8之光二極體之相應電極。當如圖4C所示接合並放置為與光二極體陣列8電連通時，ROIC 9可因此被配置為電荷感測或電荷整合裝置，因此將當合適能量光到達光二極體之主動層2時產生之光電流轉換成電壓，且使用於影像分析或視訊顯示之光電流多工化。
IRFPA之互連技術通常使用銦，此係因為銦具有高延展性以及耐受大幅熱擺動之能力而不會因偵測器材料與ROIC矽之CTE不匹配而賦予應力。然而，熟習此項技術者亦應瞭解可使用其他金屬方案或互連技術。例如，此等其他互連件可包括Cu及Cu合金，插入方法使用各種微尖端形成、柱、微管或直接晶圓接合接觸件。
化合物半導體基板層3可為約500至650μm且可包括多於一層，諸如InP、GaAs、InSb、InAs、GaSb層。可藉由採用蝕刻阻止程序或其他化學-機械或純機械塊體移除程序來形成薄化阻擋層11而薄化此等材料層，諸如圖4D所示。形成薄化阻擋層11之剩餘材料必須薄至足以允許適合透射有關波長之光子之通孔形成。通孔(諸如通孔13)可被圖案化至薄化阻擋層11中以形成如圖4E所示之圖案化/經穿孔阻擋層12。
如上文所論述，圖案化/經穿孔阻擋層12之厚度保持基本上為薄化阻擋層11之厚度使得其可透射具有第一波長之輻射，同時阻擋低於第一波長之具有第二波長之輻射。盲孔13可被蝕刻入剩餘基板厚度，或蝕刻阻擋層移除後之剩餘緩衝層，例如薄化阻擋層11中。盲孔13可經圖案
化具有足以允許來自具有第二波長之輻射(諸如可見光)的較高能量光子通過通孔且到達主動層。因此，盲孔13可經形成具有處於可見光波長等級或更大之直徑且可包括約0.1μm至約1μm之直徑及約0.5μm至約1μm之直徑。
圖案化/經穿孔層12可經鈍化(未示出)以最小化或消除可能促成偵測器雜訊之暴露的低帶隙材料中的缺陷或表面狀態。因此，雖然小通孔直徑將實現來自包覆層之電場以促進充足的表面累積，但是可採用後側鈍化制程。
如圖5所示，混合式焦平面陣列10可包括光二極體陣列8，其中其光二極體與ROIC 9之電接觸件電連通。光二極體陣列可包括形成包括盲孔13之圖案之圖案化/經穿孔阻擋層12之薄化且圖案化InP基板。光二極體陣列亦可包括InGaAs主動層2。光二極體陣列之後側可暴露於輻射源，且經穿孔/圖案化阻擋層12可充當來自具有第一波長之輻射22及具有小於第一波長之第二波長之輻射20之入射光子通量的入射表面。在一些實施例中，抗反射(AR)塗層(未示出)可形成在圖案化/經穿孔阻擋層12上。例如，PECVD氮化矽可形成為在約500nm至約1700nm之波長範圍中之可見及SWIR光之適當單層AR膜。熟習此項技術者應認知用於形成多層堆疊之其他制程在工業中係常見的。額外處理，諸如濕蝕刻或原位表面處理，可經進一步採用以使來自接合氧化物或其他電荷離子之表面狀態最小化。
在使用InGaAs主動層之實施例中，匹配於InP基板之晶格：在未薄化基板之情況下，光回應被限於具有高於約1.1μm之波長的輻射。同時可為晶格匹配的InGaAs層之主動層可對具有約1.7μm之波長的輻射作出光回應。藉由將基板薄化至約0.5μm至約2μm的厚度，支撐層可經形成具有充足透射以達成裝置中對具有低至約450nm之波長的輻射(藍光)的可見回應。然而，薄化程序期間基板的厚度必須謹慎控制，因為小變動可導致低端波長偵測範圍之明顯變化。例如，由於InP具有吸收係數使得其可充當長通濾光片，具有大於約2μm厚度之支撐層可導致充分可見光回應被切斷以限制可見光成像之有用性。因此，不僅標稱目標厚度重要，而目
在不使用諸如本發明中描述之經穿孔層之實施例下，阻擋層之任何厚度變動將對短波長回應均勻性具有重要影響。
通過將薄InP穿孔以形成經穿孔/圖案化阻擋層12，例如，對450nm波長之光回應可以更一致方式達成。因此，此種圖案化使InP層之厚度變動能夠自光回應開啟解耦。換言之，藉由圖案化InP支撐層，提供如上所論述之電及機械益處之所要較厚層可改變而不降級裝置性能。
例如，習知可見-SWIR或NIRSWIR裝置在450nm下提供10-15%回應，在600nm下提供30-50%，一旦高於1100nm，則上升至50-80%。雖然不限於特定理論，但是據信包括本文描述之實施例之混合式焦平面陣列之裝置可使450nm回應上升至30-50%，且在600nm至1100nm範圍內使回應平坦化，從而提供經改良之可見回應性能。
在實例中，包括本文所述之實施例之SWIR成像產品之增強的可見回應之益處可在諸如驅動器視覺增強之應用或諸如工業或車載士兵系統之單人可攜式系統中實現。例如，由本文所述之實施例所提供之較強可見回應可提供更加直觀之影響，獲得SWIR之益處而不損失來自普遍使用的顏料之可見線索情境察覺。
儘管已經關於一個或多個實施方式闡釋了本發明，但是可對所闡釋實例作出替代及/或修改，而不背離隨附申請專利之精神及範疇。此外，儘管已經關於若干實施方式之僅一者揭示了本發明之特定特徵，但是此特徵可根據可能需要的且對給定或特定功能有利而與其他實施方式之一個或多個其他特徵組合。
例如，在一些實施例中，可採用蝕刻阻止層來確保剩餘緩衝/包覆層之充足厚度。此一特徵實現穩固設計，其較不易受因蝕刻坑、斷裂或其他原因引起的缺陷之影響。藉由包括蝕刻阻止層以防止過度薄化而使得較厚包覆層可行，其亦可改良較大裝置之電荷均勻性之電流-電阻性能。
在一些實施例中，可不採用蝕刻阻止層。因此，可使用化學機械或純機械制程來薄化基板以形成經薄化支撐層。具有經形成穿過其之盲孔陣列之經圖案化/穿孔支撐層構造允許較厚阻止厚度規格。在此之後可謹慎控制乾蝕刻技術以形成盲孔至合適深度來達成所要結果。
此外，描述本文所述之一些實施例，不限於如通孔之陣列之特定圖案或配置。在一些實施例中，盲孔具有比像素格柵節距足夠小之直徑。因此，此等配置每一單胞包括複數個通孔，使得光回應均勻分佈且觀察不到固定圖案回應變動。此一通孔分佈可被提供為對準非關鍵特徵以達成所要回應。在包括平坦(單體)結構之實施例中，其中擴散或佈植接面允許像素之間之主動區域的連續體積，此一特徵將甚至較不關鍵。在包括淺溝渠mesa像素之實施例中，其中mesa僅深至足以隔離個別像素，通孔之對準變得更加重要。
同時，在包括深溝渠mesa裝置之實施例中，其中個別像素之間之主動區域全完移除，在每一像素之光學路徑內，通孔必須居中。因此，為使用此種方法達成最佳優點及最高感光度，諸如圖2至圖5中提供之實施例之較佳實施例包括平坦(單體)結構，其提供少數載體擴散之更佳使用。
在一些實施例中，例如包括視訊率成像或子MHz工作週期之實施例，已在像素之間產生之載體之試驗收集效率可為100%。因此，在較佳實施例中，盲孔之對準對於達成自通過通孔之高能光子產生的光載體高效率並非關鍵。應注意此一對準-不可知特徵之增加的益處提供適於晶粒等級操作或晶圓級操作之實施例。此為制程工程師提供選擇，其取決於制程能力來在制程完備之不同階段採用本文所述之實施例。即，本文所述之實施例可將其借給晶圓級操作，使得晶粒至晶圓接合使用與既有方法相同之工具實現處理後混合，從而使得通孔形成所需之微影術及蝕刻操作與典型的製造操作一致。因此，可使用此項技術中已知之技術形成實施例之盲孔，諸如濕蝕刻、反應性離子蝕刻、ICP等等，包括相應制程之任何標準蝕刻遮罩之使用，諸如光阻或其他圖案化材料。
本文所述之其他實施例可包括具有預定深度之盲孔。在一些實施例中，有利的是在包覆(阻擋)層與主動層之間的介面處阻止盲孔，諸如圖5所示。在一些實施例中，需形成穿透主動層之通孔。應注意較深通孔可增加與表面重組及電荷捕獲相關之問題。然而，在提供表面狀態之充足鈍化之實施例中，較高能量光子可被輸送至相較于習知裝置中先前可
能更接近二極體空乏區。因此，對於諸如矽之主動材料，其中少數載體壽命很短，或其中幀對幀電荷潛伏成問題之應用，更靠近收集區域之輸送光載體可改良時間回應，因此改良空間及時間解析度。
雖然不限於特定理論，但是據信蝕刻以形成複數個通孔可影響電場之空間分佈。因此，在實施例中，特定圖案之通孔分佈可形成電荷之「透鏡化」或方向聚焦，因此載體可變成如通孔之空間分佈所決定般聚焦，且偏壓施加至包覆層。此亦可造成改良之MTF(調變轉移功能)。在此一實施例中，對準可能至關重要。因此，對於晶粒等級圖案化操作，非常需要晶圓級操作。
在實施例中，晶圓處理通常包括基板薄化及拋光，其足以達成可接受總厚度變動(TTV)及表面粗糙度。在實施例中，可在混合之前實施晶圓級薄化操作。可使用薄晶圓處置方法(諸如先進3D-IC應用中所使用之方法)來在混合之前預先薄化基板移除的焦平面陣列。在實施例中，可在混合之後藉由針對此等關鍵薄化操作採用個別裝置處置量測進行完整基板移除。
此外，由於內在背照明混合成分，一些實施例提議特定應用給化合物半導體。然而，據信本文所述之實施例可採用背照明矽成像器以根據需要提供較薄塊體之局部區域。
此外，就術語「包括(including,includes)」、「具有(having,has,with))」或其變體用於詳細描述及申請專利範圍中而言，此等術語旨在以類似於術語「包括」之方式為包括性。如本文所使用，片語「一個或多個」，例如，A、B及C意味下列之任一者：單獨A、B或C；或兩個之組合，諸如A及B，B及C，以及A及C；或三者A、B及C之組合。
熟習此項技術者將考量本文所揭示之說明及實行而明白本發明之其他實施例。希望將本說明及實例視為僅例示性，其中本發明之真實範疇及精神由下列申請專利範圍指示。
2‧‧‧主動層
8‧‧‧像素光二極體光偵測器
9‧‧‧讀出積體電路
10‧‧‧混合式焦平面陣列
12‧‧‧圖案化/經穿孔之阻擋層
13‧‧‧盲孔
20‧‧‧第二波長
22‧‧‧第一波長
Claims (15)
- 一種焦平面陣列，其包括：一光偵測器陣列，每一光偵測器與一讀出積體電路之一電極之一相應者電連通，其中該光偵測器陣列包括：一絕緣層；一阻擋層，其包括至少一盲孔；及一主動層，其形成在該絕緣層與該阻擋層之間，其中該阻擋層之一第一部分透射具有一第一波長之輻射且反射低於該第一波長之輻射之具有第二波長的輻射，且其中選擇該至少一盲孔之一直徑以允許該第二波長之輻射通過該至少一盲孔。
- 如申請專利範圍第1項之焦平面陣列，其中該阻擋層之該第一部分透射紅外輻射且反射可見輻射，且其中選擇該至少一盲孔之該直徑以允許可見輻射通過該至少一盲孔。
- 如申請專利範圍第1項之焦平面陣列，其中該至少一盲孔包括一盲孔陣列。
- 如申請專利範圍第1項之焦平面陣列，其中該至少一盲孔之該直徑係約0.1μm至約1μm。
- 如申請專利範圍第1項之焦平面陣列，其中該至少一盲孔自該阻擋層之一表面延伸至該阻擋層與該主動層之一介面。
- 如申請專利範圍第1項之焦平面陣列，其中該至少一盲孔自該阻擋層之一表面延伸且穿透至該主動層中。
- 如申請專利範圍第1項之焦平面陣列，其進一步包括形成在該阻擋層與該主動層之間之一蝕刻-阻止層。
- 如申請專利範圍第1項之焦平面陣列，其中該阻擋層包括InP、GaAs、InSb、InAs或GaSb。
- 如申請專利範圍第1項之焦平面陣列，其中該主動層包括選自包括InP、InGaAs、InAsP或InGaAsP之群組之至少一層。
- 一種形成一焦平面陣列之方法，其包括：形成一光偵測器陣列，其中該光偵測器陣列包括 一絕緣層，一阻擋層，其包括第一部分，該第一部分透射具有一第一波長之輻射且反射低於該第一波長之輻射之具有第二波長的輻射，及一主動層，其形成在該絕緣層與該阻擋層之間；將該光偵測器陣列電接合至一讀出積體電路，其中該等光偵測器之每者被放置為與該讀出積體電路之一電極之一相應者電連通；及在該光偵測器陣列之該阻擋層中形成至少一盲孔，其中選擇該至少一盲孔之一直徑以允許該第二波長之輻射通過該至少一盲孔。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其中形成該至少一盲孔包括蝕刻該阻擋層。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其進一步包括在一基板上形成該主動層及薄化該基板以形成該阻擋層。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其中該阻擋層之該第一部分透射紅外輻射且反射可見輻射，且其中選擇該至少一盲孔之該直徑以允許可見輻射通過該至少一盲孔。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其中該至少一盲孔包括一盲孔陣列。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其中該至少一盲孔之該直徑係約0.1μm至約1μm。
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