TW202226562A - 短波紅外線焦點平面陣列及其使用方法和製造方法 - Google Patents

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Abstract

短波紅外線(short-wave infrared, SWIR)焦點平面陣列(focal plane array, FPA)包括：一矽層，該短波紅外線焦點平面陣列可以檢測到的光通過該矽層到達該短波紅外線焦點平面陣列的複數個光電二極體；至少一個鍺(Ge)層，其包含複數個不同的感光區域，在該些感光性感光點中的每一個包含至少一個不同的感光區域，該些不同的感光區域中的每一個包括複數個鍺近似陡峭結構，該些鍺近似結構具有至少0.5微米(µm)的一高度及至少為2的一高寬比，及其形成方法。

Description

短波紅外線焦點平面陣列及其使用方法和製造方法
相關申請的交叉引用文獻 本申請要求於2020年8月31日提交申請號為63/072,249的美國臨時專利申請的優先權，其全部內容通過引用結合在本申請中。
本發明涉及短波紅外線(short-wave infrared, SWIR)焦點平面陣列(focal plane array, FPA)及其使用方法和製造方法，特別是涉及包含以鍺組件作為其感光像素的一部份的短波紅外線焦點平面陣列。
Steglich、Martin等人研究了深度蝕刻的鍺的反射率、透射率及吸收率，並且發表在Appl. Phys. A (2016) 122:836, DOI 10.1007/s00339-016-0318-y中，標題為“Black Ge Fabricated by Reactive Ion Etching”。工業中需要用於製造和使用經濟且高效率的焦點平面陣列(focal plane array, FPA) 感測器的技術，該感測器包括在矽(Si)基板上的鍺(Ge)感光組件。
通過將慣用的、傳統的及建議的方法與參考附圖在本申請的其餘部分中闡述的本申請的主題進行比較，慣用的、傳統的及建議的方法的進一步限制和缺點對於本領域技術人員來說將變得顯而易見。
在各種實施例中，提供了一種用於製造一短波紅外線焦點平面陣列的方法，其包括：蝕刻實施在一矽(Si)晶圓上的一鍺(Ge)層，以從該鍺層的不同位置移除不同數量的鍺，從而為了該短波紅外線焦點平面陣列的複數個感光點中的每一個產出至少一個不同的 鍺感光區域，該鍺感光區域包括複數個鍺近似結構，該些鍺近似 結構具有至少0.3微米(µm)的一高度及至少為2的一高寬比；沉積一填充材料在蝕刻後的該鍺層，以填充該些鍺近似結構之間的複數個間隙直至至少達到該些鍺近似結構的一平均高度；研磨該矽晶圓的一上表面，以為了接合該矽晶圓與一感光檢測陣列的另一晶圓做準備；以及沉積一金屬層，用於為了該些感光點中的每一個創造複數個電接點，以讀出由各自的該感光點檢測到的一檢測資訊。
在一些實施例中，該蝕刻該鍺層包括：為了該焦點平面陣列的每一個感光點保護一鍺平坦部，並且其中該沉積該金屬層包括：創造一金屬電接點，該金屬電接點在該鍺平坦部處連接到各自的該不同的鍺感光區域，以從各自的該不同的鍺感光區域讀出一電數據。
在一些實施例中，該蝕刻包括：在光從該矽層進入該鍺層之後從該鍺層逸出的該鍺層的一側處蝕刻該鍺層。
在一些實施例中，一方法還包括：研磨該矽晶圓的一矽基板至小於20微米的一厚度。在一些實施例中，為了操縱通過的光的至少一個光特性，在該研磨該矽基板之後，將至少一個介電層接合到該矽基板的該研磨側，該光特性選自由振幅、相位、偏振和/或光譜特性所組成的一群組。
在一些實施例中，一方法還包括：將蝕刻了該鍺層的該矽晶圓接合到一讀出積體電路(Readout Integrated Circuit, ROIC)晶圓，使得該矽晶圓的複數個電極接觸該讀出積體電路晶圓的複數個電極，從而能使該讀出積體電路晶圓能夠處理複數個電信號，該些電信號對應於由該矽晶圓的該鍺基感光點捕獲的複數個光子。
在一些實施例中，該鍺層的一厚度小於10微米。
在一些實施例中，在該蝕刻該鍺層之前先在該矽晶圓上生長該鍺層，其中在該生長之前處理沉積有該鍺的一矽層，該處理包括至少一個製程，該製程選自由摻雜、阱化、鈍化及電接點沉積所組成的一晶圓處理階段群組。
在一些實施例中，該鍺層包括複數個鍺的未連接區域，每一個鍺的未連接區域沉積到一矽層的一凹陷內，該凹陷是在該鍺層生長的該矽層上沉積的一先前沉積層內所創造的。
在一些實施例中，該些鍺近似結構的一平均高度大於1微米，並且其中該些鍺近似結構的一平均高寬比至少為5。
在一些實施例中，該沉積包括至少一個沉積製程，該沉積製程選自由該填充材料的化學氣相沉積及該填充材料的濺鍍所組成的一群組。
在一些實施例中，一方法還包括：摻雜該鍺，以製成一光電二極體，該光電二極體包含該鍺並且可以檢測短波紅外線光。
在一些實施例中，一方法還包括：為了短波紅外線光的光檢測，摻雜該矽以在該矽中製成一二極體，該短波紅外線光將會由該鍺吸收並且將產生複數個載子，該些載子將會傳輸到該矽層。
在各種實施例中，提供了一種短波紅外線(short-wave infrared, SWIR)焦點平面陣列(focal plane array, FPA)，其具有複數個感光性感光點，該短波紅外線焦點平面陣列包括：一矽層，該短波紅外線焦點平面陣列可以檢測到的光通過該矽層到達該短波紅外線焦點平面陣列的複數個光電二極體；至少一個鍺(Ge)層，其包含複數個不同的感光區域，在該些感光性感光點中的每一個包含至少一個不同的感光區域，該些不同的感光區域中的每一個包括複數個鍺近似結構，該些鍺近似結構具有至少0.5微米(µm)的一高度及至少為2的一高寬比；一鈍化層，覆蓋該些不同的感光區域，其中該鈍化層填充該些鍺近似結構之間的複數個間隙直至至少達到該些鍺近似結構的一平均高度；一研磨後的上表面，一感光檢測陣列的另一晶圓接合到該研磨後的上表面；以及複數個金屬電極，用於發送複數個電信號到其它晶圓，該些電信號指示出由鍺的不同的該些不同的感光區域所吸收的複數個光子的數量。
在一些實施例中，該短波紅外線焦點平面陣列的每一個感光點包括一鍺平坦部及至少一個金屬電極，該鍺平坦部耦合到各自的該感光點的該些鍺近似結構，該金屬電極耦合到該鍺平坦部。
在一些實施例中，該矽層的一厚度小於20微米。
在一些實施例中，一短波紅外線焦點平面陣列還包括至少一個光有效層，該光有效層接合到該矽層的該研磨側。
在一些實施例中，該鍺層的一厚度在5微米以下。
在一些實施例中，該些鍺近似結構的一平均高度大於1微米，並且其中該些鍺近似結構的一平均高寬比至少為5。
在一些實施例中，一短波紅外線焦點平面陣列還包括複數個第二感光點，其包括複數個基本上平坦的鍺片，其中該些第二感光點中的每一個包括至少一個電極，該電極可以連接到其它晶圓。
在各種實施例中，提供了一種電光(electro-optical, EO)檢測系統，其包括：如上所述或如下所述的一短波紅外線焦點平面陣列；至少一光學介面，用於將光從該電光檢測系統的一視場(field of view) 指引到該短波紅外線焦點平面陣列；一讀出積體電路(Readout Integrated Circuit, ROIC)晶圓，接合到該短波紅外線焦點平面陣列的該矽晶圓，其中該矽晶圓的複數個金屬電極接觸該讀出積體電路晶圓的複數個金屬電極，從而能使該讀出積體電路晶圓能夠處理複數個電信號，該些電信號對應於由該矽晶圓的該鍺基感光點捕獲的複數個光子，其中該讀出積體電路晶圓包括至少一個輸出介面，該輸出介面用於提供一檢測數據到一外部系統，該檢測數據指示出由複數個不同感光點所檢測到的複數個光子的數量；以及一處理器，可操作用於處理該讀出積體電路晶圓所提供的該檢測數據，以提供該視場的一紅外線(IR)圖像。
在以下詳細描述中，闡述了許多具體細節以提供對本公開的透徹理解。然而，本領域技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐本公開。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的方法、程序和組件，以免混淆本公開。
在闡述的圖式和描述中，相同的符號表示不同實施例或配置共有的那些組件。
除非另外具體說明，如從以下討論中顯而易見的，應理解在整個說明書討論中使用諸如“處理”、“計算”、“計算”、“確定”、“產生”、“設定” “配置”、“選擇”、“定義”之類的術語，其包括操作和/或將數據轉換為其他數據的電腦的動作和/或過程，所述數據表示為物理量，例如電子量，和/或表示物理物體的所述數據。
術語“電腦”、“處理器”、“控制器”應被廣泛地解釋為涵蓋具有數據處理能力的任何種類的電子設備，包括但不限於個人電腦、伺服器、電腦系統、通信設備、處理器(例如 數位信號處理器(digital signal processor, DSP)、微控制器、現場可程式閘陣列(field programmable gate array, FPGA)、應用特定積體電路(application specific integrated circuit, ASIC)等)、任何其他電子計算設備，和/或它們的任何組合。
根據本文中的教導的操作可以由為所需目的而專門構造的電腦或由為所需目的而專門配置的一般電腦通過儲存在電腦可讀儲存介質中的電腦程式來執行。
如本文所用，短語“例如”、“諸如”、“舉例”及其變體描述了本公開的主題的非限制性實施例。說明書中對“一種情況”、“一些情況”、“其他情況”或其變體的引用意味著結合實施例描述的特定特徵、結構或特性包括在本公開的主題的至少一個實施例。因此，短語“一種情況”、“一些情況”、“其他情況”或其變體的出現不一定指代相同的實施例。
應當理解，為了清楚起見，在單獨實施例的上下文中描述的本公開的主題的某些特徵也可以在單個實施例中組合提供。相反，為了簡潔起見，在單個實施例的上下文中描述的本公開的主題的各種特徵也可以單獨提供或以任何合適的子組合提供。
在本公開的主題的實施例中，圖式中所示的一個或多個階段可以不同的順序執行和/或一組或多組階段可以同時執行，反之亦然。圖式示出了根據本公開的主題的實施例的系統架構的一般示意圖。圖式中的每個模組可以由軟體、硬體和/或韌體的任意組合構成，這些軟體、硬體和/或韌體執行本文定義和解釋的功能。圖式中的模組可以集中在一處，也可以分散在不止一處。
說明書中對方法的任何引用都應比照適用於能夠執行該方法的系統，並且應比照適用於儲存指令的一非暫時性電腦可讀介質，該指令一旦被一電腦執行，就會導致執行該方法。
說明書中對系統的任何引用都應比照適用於可由系統執行的方法，並且應比照適用於儲存可由系統執行的指令的一非暫時性電腦可讀介質。
第1A圖至第1E圖是示意性功能截面圖，其根據本公開主題的示例示出了短波紅外線焦點平面陣列(focal plane array, FPA)感測器100(也稱為焦點平面陣列100)的示例。在這些圖式中的每一個，為簡單起見，示出了焦點平面陣列100的三個感光點(photosites, PSs)102(也稱為像素(pixels))，儘管可以在實際的焦點平面陣列100中實現明顯更多的感光點，例如，排列成一維(1D)或二維(2D)陣列。雖然不同的感光點可以以任何合適的方式(例如，溝槽)彼此分離，但是為了簡單起見，在第1A圖至第1E圖中未示出這樣的分離。在不同的圖式中，焦點平面陣列100使用的符號包含一個識別字母(例如，100A、100B、…、100E)。
焦點平面陣列100的每一個感光點102包含了至少一個鍺(Ge)片，該鍺片可以可選地作為一半導體光電二極體的一陽極或一陰極，該半導體光電二極體還包含矽作為對應的陰極或陽極。該至少一個鍺片104接觸氧化矽(SiO 2)或另一種材料例如氮化矽(Si 3N 4)的一層106，其可以實現為一鈍化層和/或也可以實現為具有另一功能的層，例如一平坦化層。在不同的感光點102中示出了不同形狀的鍺片104，但是需要注意的是，雖然不一定如此，但一單一個焦點平面陣列100可以包括一單一類型的鍺片104(例如，具有統一的整體形狀，如一盒子、一截斷錐體及一截斷透鏡)。在相關圖式的不同形狀提供作為少數非限制性示例。每一個感光點102還包括一個或多個電極108，電極用於從該感光點102讀出一檢測信號，該檢測信號是由撞擊在光電二極管上的光轉換到電荷所產生。電極108可以方便地由金屬或任何其他合適的導電材料所製成。多個讀出電極108中的至少一個應該連接到每一個感光點102的該矽或該鍺。其他電極108可以連接到每一個感光點102，或者可以共同用於數個感光點102甚至整個陣列。在不同的第1A圖至第1E圖中以非限制性的方式示例了多個電極108的一些可能的排列，並且與各自的焦點平面陣列100的其他元件無關(例如，鍺片104的形狀)。應當注意的是，該鍺104的一個或多個部分可以被摻雜以提高效率。該鍺的不同區域可以不同地摻雜(例如，使用不同的雜質和/或不同的摻雜程度)。
此外，焦點平面陣列100還包括一連續的矽(Si)層110，該焦點平面陣列100的該鍺及其他材料連接到該連續的矽層110。連續的矽層110可以實施在其上實施該鍺的該基板矽晶圓或具有所需特性的一磊晶層。可選地，在製造期間可以研磨該矽層110以減少其厚度，例如降低至幾微米或幾十微米(例如，4微米(µm)、8微米(µm)、15微米(µm)、30微米(µm))。該連續的矽層是連續的，因為它是從一個感光點102連續到另一個感光點，可能穿過整個焦點平面陣列100。
第1A圖舉例說明了焦點平面陣列感測器100的實施方式，其中處理鍺以產生複數個鍺陡峭結構(例如，針狀、棱錐狀、脊狀)，與未蝕刻的鍺鍺片相比，這種結構可以吸收更多數量的光子。根據所實施的鍺的物理特性，由處理後的鍺所捕獲的光子百分比與由具有相似凸包絡的同質鍺塊所捕獲的光子百分比的比率可能不同，並且因不同的量而變得更大，例如：至少10%、至少20%、至少30%、至少40%、至少50%、至少60%或更好。將鍺處理成陡峭結構112的密集排列可以出於各種原因而提高其吸收水平，例如但不限於：(a) 鍺表面的增加、(b) 通過陡峭結構112產生一有效介質，在該介質中存在折射率的連續變化，導致菲涅耳反射(Fresnel reflection)減少、及(c)光捕獲機制，通過該機制，一反射光子可能與鍺發生多次相互作用，從而提高有效的吸收概率。
術語“陡峭結構”用於指在至少一個寬度方面，其高度至少是其寬度的兩倍的微米尺度(micrometer-scale)及奈米尺度(nanometer-scale)的結構。在一些實施例中，奈米尺度的結構是可以實現的。在一些實施例中，微米尺度的結構是可以實現的。陡峭結構112的一高度是垂直於製造陡峭結構的該晶圓的一平面來測量，並且寬度是平行於該晶圓的該平面來測量。參考第1F圖中提供的坐標(也屬於第1A至1E圖及第1G至1H圖)，該晶圓的該平面是圖示坐標系的x-y平面，並且沿z軸來測量該陡峭結構(112)的該高度。有可能，一陡峭結構112的最寬寬度可以小於各自陡峭結構112的高度的兩倍(例如，如果該陡峭結構是針狀的)，但這不一定如此。該陡峭結構的該高度可以在本公開的不同實施方式中變化，甚至在單一個焦點平面陣列感測器內。在一個示例中，一給定焦點平面陣列100至少80%的陡峭結構112的高度可以在1微米至2微米之間。在一個示例中，一給定焦點平面陣列100至少80%的陡峭結構112的高度可以在1微米至1.5微米之間。在一個示例中，一給定焦點平面陣列100至少80%的陡峭結構112的高度可以在1.2微米至1.5微米之間。
應當注意的是，焦點平面陣列100可以是對在短波紅外線範圍內的電磁輻射敏感的一短波紅外線焦點平面陣列。例如，焦點平面陣列100可能對以下任一或多個光譜範圍的任意組合內的入射光敏感：900奈米至1,000奈米、1,000奈米至1,100奈米、1,100奈米至1,200奈米至、1,200奈米至1,300奈米、1,300奈米至1,400奈米、1,400奈米至1,500奈米、1,500奈米至1,600奈米、1,600奈米至1,700奈米。焦點平面陣列100還可以對電磁頻譜的其他部分(例如，在可見光範圍或其部分)敏感。焦點平面陣列100可以與光學濾光片(例如，彩色帶通濾光片、彩色帶通封鎖器、彩色低通濾光片、彩色高通濾光片、偏振器等)一起實現。本文所使用的術語“短波紅外線感測器”和類似術語(例如，“短波紅外線焦點平面陣列感測器”、“短波紅外線焦點平面陣列”)是屬於感光的感測器，其可以吸收及檢測撞擊的短波紅外線輻射(即，波長在1,000至1,700奈米之間的輻射)。至少在短波紅外線光譜的一部分中，焦點平面陣列100的量子效率高於矽基底的光感測器的量子效率(更適合在可見光譜內進行感測)。可選地，本文公開的短波紅外線感測器可能對短波紅外線(IR)光譜(出於本公開的目的，其被定義為介於1,000奈米至1,700奈米之間)的子部分內的撞擊照明敏感，甚至更具體地說，是在1,200奈米至1,550奈米之間。如果一感測器對於一給定波長的量子效率高於5%，則在本公開的上下文中，該感測器被定義為對該給定波長敏感。
如第1B圖的示例所示，焦點平面陣列感測器100可選地可以包含一個或多個光有效層114，其操縱穿過它的照明。例如，該光有效層114可以用作一彩色濾光片、一偏振濾光片、任何其他類型的濾光片、一延遲器、一繞射光柵或會影響穿過該層的光輻射的任何其他類型的層。
如第1C圖的示例所示，焦點平面陣列感測器100可以包括可以加到焦點平面陣列感測器100的一層微透鏡116(除了所示出的另一種類型的光有效層114之外，或作為唯一的光有效層114)。
如第1D圖的示例所示，焦點平面陣列感測器100可以包含兩個晶圓，包括耦合到感光晶圓的第二晶圓120。晶圓120包含一讀出積體電路(Readout Integrated Circuit, ROIC)並且因此可以被稱為一讀出積體電路晶圓。該讀出積體電路晶圓可以包含例如一互補金屬氧化物半導體(complementary metal–oxide–semiconductor, CMOS)基底的讀出電路及可選的處理電路，以及一個或多個後端(back-end-of-line, BEOL)層。
焦點平面陣列100可以包括上述組件的任何組合。例如，如第1E圖的示例所示，焦點平面陣列感測器100可以包含一個或多個光有效層114、微透鏡116及第二晶圓120。
應當注意的是，雖然第1A圖至第1E圖示出了背面照明的短波紅外線焦點平面陣列感測器(其中來自視場的光直接到達感光層，不經過金屬讀出層)，但通過必要的修改(其中來自視場的光在通過金屬讀出層後到達感光層)，焦點平面陣列100也可用於正面照明的短波紅外線焦點平面陣列感測器。
第1F圖至第1H圖是示意性功能截面圖，其根據本公開主題的示例示出了短波紅外線焦點平面陣列(focal plane array, FPA)感測器100的示例。如第1F圖至第1H圖的示例所示，可選地，焦點平面陣列100的該連續的矽層110可以包含複數個陡峭結構，例如，符合以上關於鍺陡峭結構定義的標準。在這樣的情況下，矽層在圖中表示為122。例如，可以使用矽層122中的該些陡峭結構(矽陡峭結構)來增加以不同入射角到達該焦點平面陣列的入射光的吸收率。雖然不一定如此，但矽層122的一厚度(例如，從該陡峭結構的尖端測量到該鍺片104的底部)可以在幾微米到幾十微米之間(例如，4微米、8微米、15微米、30微米)。一可選的層124可以實施在該矽層122之上，例如用作一鈍化層和/或也用作具有另一功能的層，例如一平坦化層。層124可由任何合適的材料製成，例如但不限於氧化矽(SiO 2)、氮化矽(Si 3N 4)等。
第1I圖是根據根據本公開主題的示例的一類似焦點平面陣列100的焦點平面陣列的一示例的一示意立體圖。在所示示例中，焦點平面陣列100(在示例焦點平面陣列表示為100J)包含一3 x 3感光點190陣列，但顯然可以實現任何不同數量的感光點，例如1、1 x 10、2 x 2、32 x 32、224 x 144、320 x 224、640 x 480、800 x 600、1024 x 768、1440 x 900、2048 x 152、3200 x 2048、8192 x 8192、15360 x 8640及其它任何數量。
第1J圖是根據根據本公開主題的示例的一類似焦點平面陣列100的焦點平面陣列的一示例的一示意上視圖。在所示示例中，焦點平面陣列100(在示例焦點平面陣列表示為100K)的不同感光點排列在矩形網格中，但可以實施任何其他合適的幾何佈置或平鋪(例如，蜂窩網格、圓形網格等)。
第2圖根據本公開主題的示例示出了一種用於製造一焦點平面陣列的方法編號為200的一實施例。可選地，方法200可用於製造焦點平面陣列(或其部分)，例如在第1A圖至第1J圖中說明和討論的那些，特別是用於短波紅外線焦點平面陣列的製造，但不一定是如此。第3A圖及第3B圖中提供了製造一焦點平面陣列(例如一短波紅外線焦點平面陣列)的一製程的兩個非限制性示例，其可以促進對方法200及其不同階段的理解。
方法200的階段202包含蝕刻實施在一矽晶圓上的一鍺層，以從該鍺層的不同位置移除不同數量的鍺，從而為了該短波紅外線焦點平面陣列的複數個感光點中的每一個產出至少一個不同的鍺感光區域，該鍺感光區域包括複數個鍺近似結構(例如，上述的“鍺陡峭結構”)，該些鍺近似結構具有至少0.3微米的一高度及至少為2的一高寬比。參考第1F圖中提供的坐標系，寬度是在x-y平面內所測量的，而高度是沿z軸所測量的。更陡峭的高寬比(例如，＞3、＞4、＞5、＞10)也是可以實現的。需要注意的是，不同的鍺感光區域可以包含較不陡峭的結構(例如，較短的針)，例如是在製造製程產生的，但是大多數的陡峭結構具有高於前述閾值(例如，2、3等)的高寬比。需要注意的是，該鍺近似結構可以在該些結構的底部連接到另一個鍺近似結構(例如，如圖中所例示)。儘管不一定如此，但是連接不同結構的該鍺層的一厚度可以比該陡峭結構的一高度更薄(例如，1微米)。參考圖式的示例，該鍺層可以是鍺層104。
階段202極大地提高了撞擊在不同的鍺區域上的光的吸收率。參考第3A圖的示例，階段202可以在圖302與304所示的狀態之間的轉變中實現。參考第3A圖的示例，階段202可以在圖322和324所示的狀態之間的轉變中實現。應當注意的是，類似於第1A圖至第1J圖，僅出於示例的目的，三個示出的感光點具有不同的形狀。術語“不同的鍺感光區域”廣義上包含一鍺區域，其由至少一個無鍺區與其他此類區域所隔開。每一個不同的鍺感光區域平行於該晶圓的該平面的一截面可以是大致正方形、大致矩形、大致圓形、大致橢圓形或任何其他封閉形狀。這種截面的直徑可以具有不同的尺寸，例如(但不限於)在1微米到5微米之間。
階段202的蝕刻可以例如通過反應式離子蝕刻(reactive ion etchingㄝRIE)來實現。例如，可以使用基於氯的反應式離子蝕刻或基於氟的反應式離子蝕刻。例如，可以使用非脈衝反應式離子蝕刻。在另一個示例中，可以使用金屬增強蝕刻來蝕刻該鍺層以提供該陡峭結構。可選地，鍺陡峭結構的產生可以通過蝕刻以外的工藝來實現，例如雷射處理。
可選地，階段202的蝕刻可以包含在該層的背面蝕刻該鍺層(光從矽層進入鍺層後，通過它從該鍺中逸出)。該鍺陡峭結構用於在光被吸收之前限制離開該鍺的光的數量。或者，可以蝕刻該鍺層的另一側(光通過該側進入該鍺層)。
方法200的階段204包含沉積一填充材料在蝕刻後的該鍺層，以填充該些鍺近似結構之間的複數個間隙直至至少達到該些鍺近似結構的一平均高度。可選地，該填充材料可以完全覆蓋該鍺層。參考第3A圖及第3B圖的示例，階段204可以分別在圖304及306以及324及326所示的狀態之間的轉變中實現。沉積的該填充材料還可以覆蓋所製造的晶圓的其他部件，例如電極、金屬層部件、鈍化層部件等(例如，如圖所示)。應當注意的是，該晶圓的一個或多個處理階段可以將階段202的該蝕刻和階段204的該填充材料的該沉積分開。這樣的階段的一些示例包含摻雜(doping)、開槽(trenching)、研磨(polishing)、舖設(laying)金屬層等(其中每一個這樣的階段可以任選地包括多個子階段)。不同的技術可用於在階段204中沉積該填充材料。例如，該填充材料的沉積可以包含該填充材料的化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)、該填充材料的濺鍍(sputtering)或本領域已知的其他方式。
在階段204中填充材料的沉積可以用於結構、幾何及電氣用途，以及其他可能的目的，並且可以選擇填充材料以最好地服務於這些目的之間的期望平衡。填充材料的幾個非限制性示例包含二氧化矽(SiO 2)、氮化矽(Si 3N 4)和各種聚合物。這樣的材料可以很好地結合到該晶圓的矽層及鍺片，並且為該鍺(也可能為底下的矽)提供電子鈍化。可選地，被選作該填充材料的材料的折射率相對於鍺可以相對較低，以通過在每一個感光點中設置鍺陡峭結構來減少光的反射並且增加短波紅外線輻射的吸收。例如，對於相關波長(例如，在1微米至1.5微米之間或該光譜的一部分)，該填充材料的折射率可能低於2。例如，對於相關波長(例如，在1微米至1.5微米之間或該光譜的一部分)，該填充材料的折射率可能低於1.75。
方法200的階段206包含研磨該矽晶圓的一上表面。舉例來說，在相關實施方式中，執行階段206的該研磨可以為了接合該矽晶圓與一感光檢測陣列(例如，用於與系統400的感光檢測陣列450的晶圓420接合，如第5圖所示)的另一晶圓做準備。另一個晶圓可以是一讀出積體電路，例如，如第1D圖所示。應當注意的是，上述晶圓的上表面包括該填充材料並且可能還包括鍺。在一些實施方式中，該鍺在階段206的該研磨之後被該填充材料完全覆蓋，例如，如果該填充材料用於鈍化用途。在一些實施方式中，鍺的部分可以保持暴露，例如，以允許將電極連接到該鍺。然而，這不一定是必須的。可選地，電極可以通過在用該填充材料覆蓋該鍺之後創建的專用孔來到達該鍺(如果需要)。參考第3A圖及第3B圖的示例，階段206可以在圖306和308(分別是326和328)所示的狀態之間的轉變中實現。應當注意的是，階段206的該研磨可在階段208的金屬沉積之前或之後。階段206的該研磨可以以任何合適的方式進行，例如(但不限於)化學機械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)。
方法200的階段208包含沉積一金屬層，用於為了該些感光點中的每一個創造複數個電接點(electric contacts)，以讀出由各自的該感光點檢測到的一檢測資訊。參考第3A圖及第3B圖的示例，階段208可以在圖310和312(以及分別地330和332)所示的狀態之間的轉變中實現。此外，雖然不一定如此，但在一些實施方式中，階段208可選地可以在階段204的該沉積該填充材料之前執行。
在階段208中沉積的該些電接點可選地可以用於通過接觸該鍺或足夠靠近該鍺從該鍺貼片(該些不同的鍺感光區域)讀出電資訊。來自鍺片的該讀出可以來自鍺的摻雜或未摻雜部分。電接點可以實現以從該些感光點的其它部分(例如，矽部分)來讀取複數個電信號。其他類型的電極可以實現以從  與單一個感光點無關的矽晶圓的部分讀出電數據(例如，服務一組數個相鄰的感光點、服務所有的感光點等。這些部分可能包括矽或該晶圓的其他部分)。
將該鍺連接到金屬電極的準備工作(如果適用)可作為階段202的一部分。可選地，該鍺層的該蝕刻可以包含為了該焦點平面陣列的每一個感光點保護一鍺平坦部，並且該沉積該金屬層可以包含創造一金屬電接點，該金屬電接點在該鍺平坦部處連接到各自的該不同的鍺感光區域，以從各自的該不同的鍺感光區域讀出一電數據。
參考第3A圖和第3B圖，應當注意的是，除了關於第2圖討論的那些製造製程(也稱為“階段”)也被示出，並且這些階段(在其他可選階段中)可以是方法200的一部分，即使沒有明確闡述。參考第3A圖，尤其是圖302，該鍺層可能包括孤立的鍺片，它們要不是成長在平坦的基板上就是在口袋內。方法200可以包含將該鍺層生長成這樣的片，或者處理已經包括這樣的鍺片的晶圓。參考整體方法200，該鍺層可選地可以包含複數個鍺的未連接區域，每一個鍺的未連接區域沉積到一矽層的一凹陷內，該凹陷是在該矽層上沉積的一先前沉積層內所創造的。該先前沉積層可以包含用於填充階段204的相同填充材料或另一種材料(例如，另一種鈍化材料)。方法200可選地可以包含在其中生長該鍺的上述沉積層。方法200可任選地包括處理該層以產生複數個口袋(例如，通過蝕刻)。應當注意的是，可以實施在底部由矽製成但其壁由在其上不容易生長鍺的另一種材料製成的袋中生長鍺片，以產生更高品質的鍺晶體。
參考第3B圖，尤其是圖322，應當注意的是，該鍺層可以是一連續層，該連續層被處理以將該連續層分成服務不同感光點的多個不連續區域。方法200可以可選地包含生長連續的該鍺層(例如，如圖320所示)和/或處理該者鍺(例如，通過蝕刻)以製造獨自的鍺片。在矽上生長鍺的方法是本領域已知的。
該鍺層(無論是連續的、片狀、在口袋中的等等)可以在蝕刻之前具有一初測厚度，並且在階段202的該蝕刻之後具有不同的蝕刻後厚度(測量到該陡峭結構的頂部)。例如，該鍺層的該初測厚度可以小於10微米。例如，該鍺層的該初測厚度可以小於7微米。例如，該鍺層的該初測厚度可以小於5微米。例如，該鍺層的該初測厚度可以小於4微米。例如，該鍺層的該初測厚度可以小於3微米。該鍺層的該蝕刻後厚度可以等於或小於該初測厚度。例如，該蝕刻後厚度可以比該初測厚度小0微米至0.5微米。例如，該蝕刻後厚度可以比該初測厚度小0.5微米至1微米。例如，該蝕刻後厚度可以比該初測厚度小1微米至1.5微米。例如，該蝕刻後厚度可以比該初測厚度小1.5微米至2微米。例如，該蝕刻後厚度可以比該初測厚度小2微米至2.5微米。例如，該蝕刻後厚度可以比該初測厚度小2.5微米至3微米。
方法200還可以包含研磨該鍺層—在階段202的該蝕刻之前或之後，或兩者—以實現不同感光點的該鍺層的厚度之間的更高均勻性。
回到階段202的該蝕刻，該些鍺近似結構的一平均高度大於1微米，並且其中該些鍺近似結構的一平均高寬比為5或更高(例如，大約6、大約7、大約8)。
分別參考第3A圖及第3B圖的圖310和330，應當注意的是，可以任選地在該矽層中、在該填充材料層中、在其中沉積鍺的一鈍化層中(例如，如圖所示) 或者以兩個或更多個上述層的任何組合，將不同的感光點彼此隔離。感光點這樣的分離可以包括開槽(例如，深溝槽隔離、淺溝槽隔離)、摻雜或任何其他合適的製程。在方法200的執行中這樣的分離的時間取決於它在其中執行的一個或多個層。例如，可以在沉積該鍺層之前和/或之後執行這種感光點分離(例如，通過開槽、通過摻雜)。可選地，生長該鍺層(如果是方法200的一部分)在處理其上沉積鍺的矽i層之前，其中該處理包含至少一個製程，該製程選自由摻雜(doping)、阱化(welling)、鈍化(passivation)及電接點沉積(electrical contacts depositing)所組成的一晶圓處理階段群組。除了感光點的分離之外，矽層(或焦點平面陣列的其他層，例如，在任何上述類型的製程中)的處理也可用於其他目的，例如創造摻雜區域(N區和/或P區)、創造接點等。值得注意的是，焦點平面陣列的一種或多種材料的摻雜(例如，矽、矽氧化物、矽氮化物、鍺)可以包含將相應材料(例如，矽、鍺等)的不同部分摻雜到不同的摻雜程度和/或用不同的雜質。可選地，方法200可以包含高濃度摻雜鍺，以使其也檢測到更長的波長。可選地，方法200可以包含為了短波紅外線光的光檢測，摻雜該矽以在該矽中製成一二極體，該短波紅外線光將會由該鍺吸收並且將產生複數個載子，該些載子將會傳輸到該矽層。
例如分別參考第3A圖及第3B圖的圖314和334，應當注意到，方法200可選地可以包含研磨該矽晶圓的一矽基板至小於20微米的一厚度。例如，該矽基板的一初始厚度可以是大約800微米。研磨該矽晶圓(或任何合適的替代製程來減少該矽基板層的厚度) 甚至可以將該矽層的厚度減少到小於10微米、小於5微米等。例如，可以使用減少矽層的厚度以減少幾何光學考慮，例如相鄰感光點之間的漏光。雖然不一定如此，但可以在所有上層的處理結束之後(例如，當不再需要結構支撐時)，執行該矽層的研磨(如圖314和334所示)。可選地，可以在將該矽晶圓接合到提供結構支撐的另一個晶圓 (例如，一讀出積體電路晶圓)之後，執行該矽層的研磨(例如，低至幾微米的厚度)。
方法200可以通過將一個或多個層連接(例如，結合)到矽層的底側來繼續進行(在對矽層進行研磨之後或者沒有它)。這樣的其他層可以包括濾光片、微透鏡陣列等(例如，如關於第1B圖、第1C圖所展示和討論的)。方法200可以包括，在研磨該矽基板之後，至少一個光有效層(例如，微透鏡、偏振器、彩色濾光片)接合到該矽基板的該研磨側。
方法 200 可以任選地通過處理矽層以提供複數個矽陡峭結構，例如，如上文關於第1F圖至第1H圖所討論，來繼續進行(無論是在研磨矽層之後或者沒有它)。
參考第1D圖的示例，方法200還包含將該矽晶圓(蝕刻了該鍺層的)接合到一讀出積體電路晶圓(或任何其他晶圓，例如與階段206相關的討論)，使得該矽晶圓的複數個電極接觸該讀出積體電路晶圓的複數個電極(無論是金屬電極還是任何其他合適類型的電極)，從而能使該讀出積體電路晶圓能夠處理複數個電信號，該些電信號對應於由該矽晶圓的該鍺基感光點捕獲的複數個光子
回到第1A圖至第1J圖的非限制性示例，公開了一種焦點平面陣列，其包含複數個感光性感光點。可選地，該焦點平面陣列可以是一種短波紅外線焦點平面陣列。不管製造製程如何，通過必要的修改關於方法200所討論的任何變化都可以應用於目前公開的焦點平面陣列。目前公開的短波紅外線焦點平面陣列至少包括： (a)      一矽層，該短波紅外線焦點平面陣列可以檢測到的光通過該矽層到達該短波紅外線焦點平面陣列的複數個光電二極體； (b)     至少一個鍺層，其包含複數個不同的感光區域，在該些感光性感光點中的每一個包含至少一個不同的感光區域，該些不同的感光區域中的每一個包括複數個鍺近似結構，該些鍺近似結構具有至少0.3微米的一高度及至少為2的一高寬比； (c)      至少一鈍化層，覆蓋該些不同的感光區域，其中該鈍化層填充該些鍺近似結構之間的複數個間隙直至至少達到該些鍺近似結構的一平均高度； (d)     一研磨後的上表面，一感光檢測陣列的另一晶圓接合到該研磨後的上表面；以及 (e)      複數個電極(例如，金屬電極)，用於發送複數個電信號到其它晶圓，該些電信號指示出由鍺的不同的該些不同的感光區域所吸收的複數個光子的數量。
所公開的焦點平面陣列可以是焦點平面陣列100，但這不一定如此。可選地，該焦點平面陣列的每一個感光點包含一鍺平坦部及至少一個金屬電極，該鍺平坦部耦合到各自的該感光點的該些鍺近似結構，該金屬電極耦合到該鍺平坦部。可選地，該矽層的一厚度小於20微米。可選地，該焦點平面陣列還包括至少一個附加層，該附加層結合到該矽層的該研磨側，可以控制光的振幅、相位、偏振或光譜響應。
可選地，該焦點平面陣列還包含結合到該矽晶圓的一讀出積體電路晶圓，該矽晶圓包含該些鍺近似結構，其中該矽晶圓的複數個金屬電極接觸該讀出積體電路晶圓的複數個金屬電極，從而能使該讀出積體電路晶圓能夠處理複數個電信號，該些電信號對應於由該矽晶圓的該鍺基感光點捕獲的複數個光子。在這個例子中的該讀出積體電路晶圓可以包含至少一個輸出介面，該輸出介面用於提供一檢測數據到一外部系統，該檢測數據指示出由複數個不同感光點所檢測到的複數個光子的數量。可選地，該鍺層的厚度小於5微米。可選地，該鍺層的厚度小於10微米。可選地，該些鍺近似結構的一平均高度大於1微米，並且其中該些鍺近似結構的一平均高寬比至少為5。可選地，該短波紅外線焦點平面陣列還包含複數個第二感光點，其包括複數個基本上平坦的鍺片(例如，未蝕刻的鍺片)，其中該些第二感光點中的每一個包括至少一個電極，該電極可以連接到其它晶圓。可以使用實現兩種或更多種類型的鍺基底的感光性感光點，例如，為了創造在其中有不同類型感光點的不同特性(例如 吸收率、暗電流、信噪比)的一個焦點平面陣列允許不同類型的感光點在不同場景(例如，檢測到的光的數量、工作溫度等)下在該焦點平面陣列中優於其他類型的感光點。不同類型的感光點(蝕刻之前和/或之後)的鍺層的厚度可以任選地不同。
第4圖根據本公開主題的示例示出了一種電光(electro-optical, EO)檢測系統400。電光檢測系統400至少包括： (a)      上述討論的任何一種焦點平面陣列(短波紅外線焦點平面陣列其他類型的焦點平面陣列)，在圖中用410表示； (b)     至少一光學介面430，用於將光從該電光檢測系統的一視場(field of view, FOV)指引到該焦點平面陣列(在圖中用透鏡表示，可以包含合適的光學組件的任何組合，例如反射鏡、透鏡、棱鏡、光纖、光譜濾光片、偏振器、其他濾光片、窗口、延遲器等)； (c)      一讀出積體電路(Readout Integrated Circuit, ROIC)晶圓420，接合到該焦點平面陣列410的該矽晶圓，使得該矽晶圓的複數個電極接觸該讀出積體電路晶圓的複數個電極，從而能使該讀出積體電路晶圓420能夠處理複數個電信號，該些電信號對應於由該矽晶圓的該鍺基感光點捕獲的複數個光子，其中該讀出積體電路晶圓420包括至少一個輸出介面，該輸出介面用於提供一檢測數據到一外部系統，該檢測數據指示出由複數個不同感光點所檢測到的複數個光子的數量； (d)     一處理器440，可操作用於處理該讀出積體電路晶圓所提供的該檢測數據，以提供該視場的一圖像(例如，紅外線(IR)圖像、短波紅外線(SWIR)圖像、可見(visible, VIS)圖像、可見＋紅外線(VIS+SWIR)圖像)。該視場的短波紅外線圖像是其中每一個感光點的信號(或以其他方式來表示的感光點強度)對應於從該視場的一特定部分到達各自的感光點的短波紅外線光的數量的圖像。術語VIS與電磁圖像的可見部分或其一部分有關。
系統400可以包括圖中未示出的其他組件，例如電源、有源光源(例如，雷射、LED)、外殼、通信模組、系統級濾波器等。許多這樣的組件在本領域中是已知的，並且為了簡單和清楚的原因不包括在內。
除了(或代替)處理檢測數據以生成該視場的一個或多個短波紅外線圖像之外，該處理器可選地可以被配置成用以處理該檢測數據以確定在該視場中至少一個物體的存在。這樣的物體可以包括人、車輛、道路、建築物、地球、岩石、諸如植物和動物的自然物體、人造物體、星星等等。處理器還可以以其他方式處理該焦點平面陣列的該檢測數據，其中許多方式相對於現有技術感測器在本領域中是已知的，並且可以被修改以處理當前公開的焦點平面陣列感測器的該檢測數據。例如，該處理器可以處理由該焦點平面陣列獲取的數據，以便評估該視場中不同物體與系統400的距離。
本文所討論的連接可以是適合於例如經由中間設備將信號從各個節點、單元或設備傳輸或傳輸到各個節點、單元或設備的任何類型的連接。因此，除非另有暗示或說明，連接可以例如是直接連接或間接連接。可以參考單個連接、多個連接、單向連接或雙向連接來圖示或描述連接。然而，不同的實施例可以改變連接的實現方式。例如，可以使用單獨的單向連接而不是雙向連接，反之亦然。此外，多個連接可以用串行或以時間復用方式傳輸多個信號的單個連接代替。同樣，承載多個信號的單個連接可以分離成承載這些信號的子集的各種不同連接。因此，存在許多用於傳輸信號的選項。其他修改、變化和替代也是可能的。因此，說明書和附圖被認為是說明性的而不是限制性的。
在請求項中，置於括號之間的任何參考標記不應被解釋為限制權利要求。“包括”一詞不排除權利要求中所列的其他要素或步驟的存在。此外，本文所用的術語“一”或“一個”被定義為一個或多個。此外，在請求項中使用諸如“至少一個”和“一個或多個”之類的介紹性短語不應被解釋為暗示通過不定冠詞“一”或“一個”引入另一請求項元件來限制任何特定的包含此類引入的情求項元件的請求項適用於僅包含一個此類元件的公開內容，即使同一權利要求包括介紹性短語“一個或多個”或“至少一個”以及不定冠詞，例如“一”或“一個”。 這同樣適用於定冠詞的使用。 除非另有說明，諸如“第一”和“第二”之類的術語用於任意區分這些術語所描述的要素。因此，這些術語不一定旨在表明此類元件的時間或其他優先順序。某些措施的唯一事實在相互不同的請求項中引用並不表示這些措施的組合不能有利地使用。
雖然本文已經說明和描述了本公開的某些特徵，但是本領域的普通技術人員現在將想到許多修改、替換、變化和等同物。因此，應當理解，所附請求項旨在涵蓋落入本公開的真實精神內的所有此類修改和變化。應當理解，上述實施例是作為示例引用的，並且可以改變和修改其各種特徵和這些特徵的組合。
100A:焦點平面陣列 100B:焦點平面陣列 100C:焦點平面陣列 100D:焦點平面陣列 100E:焦點平面陣列 100F:焦點平面陣列 100G:焦點平面陣列 100H:焦點平面陣列 100J:焦點平面陣列 100K:焦點平面陣列 102:感光點 104:鍺片 106:層 108:電極 110:矽層 112:陡峭結構 114:光有效層 116:微透鏡 120:晶圓 122:矽層 124:層 200:方法 202:階段 204:階段 206:階段 208:階段 300:圖 302:圖 302:圖 304:圖 306:圖 308:圖 310:圖 312:圖 314:圖 320:圖 322:圖 324:圖 326:圖 328:圖 330:圖 332:圖 334:圖 400:電光檢測系統 410:圖 420:讀出積體電路晶圓 430:光學介面 440:處理器
下面參考在此段落之後列出的所附圖式描述本文公開的實施例的非限制性示例。出現在多幅圖式中的相同結構、元件或部件可以在它們出現的所有圖中標以相同的數字。圖式和描述旨在闡明和闡明本文公開的實施例，並且不應被視為以任何方式進行限制。所有圖式都顯示了根據當前公開的主題的示例的設備或流程圖。在圖式中： 第1A圖至第1J圖是示意性功能截面圖，其根據本公開主題的示例示出了短波紅外線焦點平面陣列(focal plane array, FPA)感測器的示例。 第2圖根據本公開主題的示例示出了一種用於製造一焦點平面陣列的方法的一實施例。 第3A圖包含了示意性功能截面圖，其根據本公開主題的示例示出了一示例焦點平面陣列感測器的一製造製程的不同階段。 第3B圖包含了示意性功能截面圖，其根據本公開主題的示例示出了一示例焦點平面陣列感測器的一製造製程的不同階段。 第4圖根據本公開主題的示例示出了一種電光(electro-optical, EO)檢測系統的一實施例。
400:電光檢測系統
410:圖
420:讀出積體電路晶圓
430:光學介面
440:處理器

Claims (22)

  1. 一種用於製造一短波紅外線(short-wave infrared, SWIR)焦點平面陣列(focal plane array, FPA)的方法，其包括： 蝕刻實施在一矽(Si)晶圓上的一鍺(Ge)層，以從該鍺層的不同位置移除不同數量的鍺，從而為了該短波紅外線焦點平面陣列的複數個感光點中的每一個產出至少一個不同的鍺感光區域，該鍺感光區域包括複數個鍺近似結構，該些鍺近似結構具有至少0.3微米(µm)的一高度及至少為2的一高寬比； 沉積一填充材料在蝕刻後的該鍺層，以填充該些鍺近似結構之間的複數個間隙直至至少達到該些鍺近似結構的一平均高度； 研磨該矽晶圓的一上表面，以為了接合該矽晶圓與一感光檢測陣列的另一晶圓做準備；以及 沉積一金屬層，用於為了該些感光點中的每一個創造複數個電接點，以讀出由各自的該感光點檢測到的一檢測資訊。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該蝕刻該鍺層包括：為了該焦點平面陣列的每一個感光點保護一鍺平坦部，並且其中該沉積該金屬層包括：創造一金屬電接點，該金屬電接點在該鍺平坦部處連接到各自的該不同的鍺感光區域，以從各自的該不同的鍺感光區域讀出一電數據。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該蝕刻包括：在光從該矽層進入該鍺層之後從該鍺層逸出的該鍺層的一側處蝕刻該鍺層。
  4. 如請求項1所述之方法，還包括：研磨該矽晶圓的一矽基板至小於20微米的一厚度。
  5. 如請求項4所述之方法，其中為了操縱通過的光的至少一個光特性，在該研磨該矽基板之後，將至少一個介電層接合到該矽基板的該研磨側，該光特性選自由振幅、相位、偏振和/或光譜特性所組成的一群組。
  6. 如請求項1所述之方法，還包括：將蝕刻了該鍺層的該矽晶圓接合到一讀出積體電路(Readout Integrated Circuit, ROIC)晶圓，使得該矽晶圓的複數個電極接觸該讀出積體電路晶圓的複數個電極，從而能使該讀出積體電路晶圓能夠處理複數個電信號，該些電信號對應於由該矽晶圓的該鍺基感光點捕獲的複數個光子。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該鍺層的一厚度小於10微米。
  8. 如請求項1所述之方法，其中在該蝕刻該鍺層之前先在該矽晶圓上生長該鍺層，其中在該生長之前處理沉積有該鍺的一矽層，該處理包括至少一個製程，該製程選自由摻雜、阱化、鈍化及電接點沉積所組成的一晶圓處理階段群組。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該鍺層包括複數個鍺的未連接區域，每一個鍺的未連接區域沉積到一矽層的一凹陷內，該凹陷是在該鍺層生長的該矽層上沉積的一先前沉積層內所創造的。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該些鍺近似結構的一平均高度大於1微米，並且其中該些鍺近似結構的一平均高寬比至少為5。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該沉積包括至少一個沉積製程，該沉積製程選自由該填充材料的化學氣相沉積及該填充材料的濺鍍所組成的一群組。
  12. 如請求項1所述之方法，還包括：摻雜該鍺，以製成一光電二極體，該光電二極體包含該鍺並且可以檢測短波紅外線光。
  13. 如請求項1所述之方法，還包括：為了短波紅外線光的光檢測，摻雜該矽以在該矽中製成一二極體，該短波紅外線光將會由該鍺吸收並且將產生複數個載子，該些載子將會傳輸到該矽層。
  14. 一種短波紅外線(short-wave infrared, SWIR)焦點平面陣列，其由請求項1至13中任一項所述之方法所產生。
  15. 一種短波紅外線(short-wave infrared, SWIR)焦點平面陣列(focal plane array, FPA)，其具有複數個感光性感光點，該短波紅外線焦點平面陣列包括： 一矽層，該短波紅外線焦點平面陣列可以檢測到的光通過該矽層到達該短波紅外線焦點平面陣列的複數個光電二極體； 至少一個鍺(Ge)層，其包含複數個不同的感光區域，在該些感光性感光點中的每一個包含至少一個不同的感光區域，該些不同的感光區域中的每一個包括複數個鍺近似結構，該些鍺近似結構具有至少0.5微米(µm)的一高度及至少為2的一高寬比； 一鈍化層，覆蓋該些不同的感光區域，其中該鈍化層填充該些鍺近似結構之間的複數個間隙直至至少達到該些鍺近似結構的一平均高度； 一研磨後的上表面，一感光檢測陣列的另一晶圓接合到該研磨後的上表面；以及 複數個金屬電極，用於發送複數個電信號到其它晶圓，該些電信號指示出由鍺的不同的該些不同的感光區域所吸收的複數個光子的數量。
  16. 如請求項15所述之短波紅外線焦點平面陣列，其中該短波紅外線焦點平面陣列的每一個感光點包括一鍺平坦部及至少一個金屬電極，該鍺平坦部耦合到各自的該感光點的該些鍺近似結構，該金屬電極耦合到該鍺平坦部。
  17. 如請求項15所述之短波紅外線焦點平面陣列，其中該矽層的一厚度小於20微米。
  18. 如請求項15所述之短波紅外線焦點平面陣列，還包括至少一個光有效層，該光有效層接合到該矽層的該研磨側。
  19. 如請求項15所述之短波紅外線焦點平面陣列，其中該鍺層的一厚度在5微米以下。
  20. 如請求項15所述之短波紅外線焦點平面陣列，其中該些鍺近似結構的一平均高度大於1微米，並且其中該些鍺近似結構的一平均高寬比至少為5。
  21. 如請求項15所述之短波紅外線焦點平面陣列，還包括複數個第二感光點，其包括複數個基本上平坦的鍺片，其中該些第二感光點中的每一個包括至少一個電極，該電極可以連接到其它晶圓。
  22. 一種電光(electro-optical, EO)檢測系統，其包括： 根據請求項15至21中任一項所述之短波紅外線焦點平面陣列； 至少一光學介面，用於將光從該電光檢測系統的一視場(field of view) 指引到該短波紅外線焦點平面陣列； 一讀出積體電路(Readout Integrated Circuit, ROIC)晶圓，接合到該短波紅外線焦點平面陣列的該矽晶圓，其中該矽晶圓的複數個金屬電極接觸該讀出積體電路晶圓的複數個金屬電極，從而能使該讀出積體電路晶圓能夠處理複數個電信號，該些電信號對應於由該矽晶圓的該鍺基感光點捕獲的複數個光子，其中該讀出積體電路晶圓包括至少一個輸出介面，該輸出介面用於提供一檢測數據到一外部系統，該檢測數據指示出由複數個不同感光點所檢測到的複數個光子的數量；以及 一處理器，可操作用於處理該讀出積體電路晶圓所提供的該檢測數據，以提供該視場的一紅外線(IR)圖像。
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