TWI790528B - 影像感測器及形成影像感測器之方法及半導體元件 - Google Patents

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Abstract

在此描述用於感測長波長光的元件與方法。一種半導體元件包括載體、元件層、半導體層以及絕緣層。元件層位於載體上。半導體層位於元件層上。絕緣層位於半導體層上。半導體層包括隔離區域與像素區域。隔離區域為或包括第一半導體材料。像素區域為或包括第二半導體材料，第二半導體材料不同於第一半導體材料。

Description

影像感測器及形成影像感測器之方法及半導體元件
本揭露係關於一種影像感測器、一種形成影像感測器之方法以及一種半導體元件。
半導體影像感測器通常包括互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(CIS)與感光耦合元件(CCD)感測器，它們皆在如數位相機(DSC)、手機相機、數位影音(DV)以及數位錄影機(DVR)等各種應用中被廣泛使用。這些半導體影像感測器利用影像感測器元件的陣列，每一個影像感測器元件包括光電二極體與其他元件，以吸收光並將吸收的光轉換成數位數據或電訊號。
背照式(BSI)CMOS影像感測器可操作以偵測從其背側入射的光。背照式CMOS影像感測器的技術正在成為一項主流技術，因為其可顯著改善CMOS影像感測器的影像品質。然而，常規的背照式CMOS影像感測器利用矽在半導體基板上磊晶生長。由於矽的低光敏度，特別是對於長波長光來說，需要非常厚的光感測矽層。
由此，常規的背照式CMOS影像感測器在各方面還未完全令人感到滿意。
根據一些實施例，揭露了一種半導體元件。一種半導體元件包含：載體；元件層，位於載體上；半導體層，位於元件層上；以及絕緣層，位於半導體層上。半導體層包含多個隔離區域與多個像素區域。多個隔離區域包含第一半導體材料。多個像素區域包含第二半導體材料，第二半導體材料不同於第一半導體材料。
根據一些實施例，揭露了一種影像感測器。一種影像感測器包含：包含多個元件的元件層；在元件層上的半導體層；以及在半導體層上的絕緣層。半導體層包含矽區域與被矽區域包圍的至少一光感測區域。至少一光感測區域由半導體材料所製成，其中半導體材料的能帶間隙小於矽的能帶間隙。
根據一些實施例，揭露了一種用於形成影像感測器的方法。一種方法包含：在半導體基板上形成絕緣層；在絕緣層上磊晶生長第一半導體材料以形成半導體層；蝕刻半導體層以在半導體層中決定多個蝕刻區域；在多個蝕刻區域中磊晶生長第二半導體材料以在半導體層中形成多個光感測區域，其中第二半導體材料不同於第一半導體材料；在半導體層上形成介電層以產生第一晶圓；以及藉由介電層在第二晶圓上接合第一晶圓。
100:半導體元件
100a:前側
100b:背側
101:入射光
110:載體
120:鈍化層
130:內層金屬介電層
140:元件層
141:元件
150:半導體層
150a:第一表面
150b:第二表面
151:半導體區域
152:光感測區域
153:離子佈值井
155:隔離區域
156:像素區域
160:絕緣層
170:介電材料
171:深溝槽隔離結構
180:緩衝層
190:金屬柵層
195:鈍化層
200:半導體元件
201:元件晶圓
202:載體晶圓
210:半導體基板
220:絕緣層
220a:底面
220b:頂面
230:半導體層
231:第一半導體材料
232:光感測區域
233:隔離區域
240:元件層
241:元件
250:內層金屬介電層
260:鈍化層
270:介電層
271:溝槽，深溝槽
272:隔離結構
280:緩衝層
290:金屬柵層
295:鈍化層
300:半導體元件，影像感測器
310:坑洞部分
300a:前側
300b:背側
301:入射光
350a:底面
350b:頂面，第一表面
355:隔離區域
356:像素區域
420a:第一表面
420b:第二表面
500:半導體元件
510:像素區域
511:矽
512:光感測區域
530:匯總隔離區域
600:方法
602:操作
604:操作
606:操作
608:操作
610:操作
612:操作
614:操作
616:操作
618:操作
620:操作
622:操作
624:操作
本揭露之各種範例實施例當結合隨附諸圖描述。本揭露提供隨附諸圖僅出於說明之目的，並且僅描繪本揭露之範例實施例，以加速讀者對本揭露之理解。因此，隨附諸圖不應被認為是對本揭露之廣度、範圍或適用性的限制。應注意，為清楚表述與易於繪示於圖中，這些隨附諸圖不須按比例繪製。
第1圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種半導體元件的示意剖面圖。
第2A圖至第2N圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種用於製造半導體元件之方法的中間階段示意剖面圖。
第3圖繪示根據本揭露之一些實施例之另一種半導體元件的示意剖面圖。
第4A圖與第4B圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種用於製造半導體元件之部分方法的中間階段示意剖面圖。
第5圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種半導體元件的半導體層與隔離結構的示意上視圖。
第6圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種用於製造半導體元件的方法流程圖。
以下附圖描述本揭露之各種範例實施例，以使本領域具有通常知識者可製造與使用本揭露。在閱讀本揭露後，對於本領域具有通常知識者認為明顯的話，可在不脫離本揭露之範圍與精神的情況下對本文所述範例進行各種修改或調整。因此，本揭露並不限制於在此所描述與繪示的範例實施例與應用。另外，在本揭露之方法中的特定步驟順序和/或階級僅為範例性順序。根據設計需求，可重新排列本揭露之方法或過程的特定步驟順序或階級，並保持在本揭露之範圍與精神內。因此，本領域具有通常知識者將理解本揭露之方法與技術以簡單順序呈現各種步驟或動作，除非另有明確說明，否則本揭露不限於所呈現的特定順序或階級。
此外，諸如「在……下方」、「在……之下」、「下部」、「在……之上」、「上部」等等空間相對術語可在本文中為了便於描述之目的而使用，以描述如附圖中所示之一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係。空間相對術語意欲涵蓋除了附圖中所示的定向之外的在使用或操作中的裝置的不同定向。裝置可經其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)並且本文所使用的空間相對描述詞可同樣相應地解釋。除非另有明確說明，諸如「附著」、「添加」、「連接」與「互連」等術語指一種可移動或剛性的附著或關係，其中結構藉由中間結構直接或間接地固定或附著彼此。
除非另有定義，否則本文中所使用的所有術語(包括技術與科學術語)具有與本領域具有通常知識者通常理解的相同含義。並進一步理解本文術語，諸如在普通字典中所定義的術語應被解釋為與相關領域及本揭露的上下文具有一致涵義，並且不被理想化解釋或解釋成過於正式的意義，除非在此明確定義。
下列將詳細參照本揭露之實施例，其範例在附圖中繪示。在附圖與說明書中，將盡可能使用相同的附圖標記以表示相同或相似的部分。
本揭露提供用於感測具有長波長的光的元件與方法。一種揭露的背照式(BSI)CMOS影像感測器可包含多重半導體材料，其根據絕緣體上矽(SOI)結構形成以鈍化背照式矽表面。
在一實施例中，一種揭露的影像感測器結構可增加光電轉換效率，於是藉由使用鍺或吸收係數比矽高或能帶間隙比矽小的另一種半導體材料代替光感測區域中的部分矽的元件的量子效率。每一個光感測區域相應於影像感測器的像素，並且可摻雜有選擇性的摻雜濃度。也就是說，根據影像感測器的設計，摻雜濃度可能因像素而不同，以獲得最佳結果。另外，根據SOI結構形成影像感測器以減少在形成期間背側結構的矽晶傷害。SOI結構可在背照式製造過程中提供更好的磊晶生長材料的鈍化。
在一實施例中，分離的基板材料，例如矽與鍺，分別用於邏輯元件與光學感測區域，以達到最佳效能。在矽 上製造如MOS元件嵌入相應井的邏輯元件並不需要對積體電路進行元件重新校準。
在各種實施例中，揭露的影像感測器可使用圖案化表面結構，例如非平坦且週期性的表面結構，以改善光吸收與量子效率、可使用背側式深溝槽隔離(BDTI)結構來減少光互擾雜訊和/或可使用離子佈值井隔離結構以減少影像感測器內的電互擾雜訊。
第1圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種半導體元件100的示意剖面圖。在一些實施例中，半導體元件100為CMOS影像感測器元件，可對其進行操作以感測入射光101。半導體元件100具有前側100a與背側100b。在一些實施例中，半導體元件100為背照式(BSI)CMOS影像感測器元件，操作以從背側100b感測入射光101。
如第1圖所示，半導體元件100包括載體110、元件層140與半導體層150。當半導體元件100為一般影像感測器且光感測像素與邏輯元件形成在同一晶圓中時，載體110為用於支撐晶片製程和/或薄化製程的晶圓基座。當半導體元件100為堆疊影像感測器且分別在不同晶圓上形成光感測像素與邏輯元件時，載體110為在半導體元件100上形成邏輯元件的邏輯晶圓。
元件層140設置在載體110上。元件層140包含各種元件141，例如電晶體或其他MOS元件。在一些範例中，半導體元件100可選擇地包含設置在載體110上的鈍化層120。鈍化層120可為介電薄膜，例如氧化矽、 氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或上述材料之組合。可選擇地，半導體元件100可包含至少一內層金屬介電層130。內層金屬介電層130設置在鈍化層120與元件層140之間。內層金屬介電層130包含導線，導線電性連接元件層140的元件141。內層金屬介電層130包含介電薄膜，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。
在第1圖所示之範例中，半導體層150設置在元件層140上。半導體層150包括多個隔離區域155與多個像素區域156。在一實施例中，多個像素區域156根據預定設計在半導體層150上均勻分佈。在第1圖所示之範例中，多個隔離區域155中的每一個位於兩相鄰像素區域156之間。
在第1圖所示之範例中，半導體層150包括各種光感測區域152。每一光感測區域152包含多個像素區域156中的相應像素區域156。光感測區域152在半導體層150中形成光感測區域次層。在一實施例中，半導體層150具有2μm至10μm之間的第一厚度，以及在光感測次層中的多個光感測區域152中的每一個具有相同於或小於第一厚度的第二厚度。
如第1圖所示，多個像素區域156中的每一個包含光感測區域152與包圍光感測區域152的半導體區域151。在一實施例中，每一半導體區域151包括第一半導體材料，並且每一光感測區域152包括與第一半導體材料不同的第二半導體材料。在一實施例中，第二半導體材料 的能帶間隙小於第一半導體材料的能帶間隙。第一與第二半導體材料中的每一個可為IV族材料、IV族材料化合物或III-V族材料化合物。在一範例中，第一半導體材料為矽，並且第二半導體材料為鍺、另一種半導體材料或任何半導體材料化合物，其能帶間隙小於矽的能帶間隙。
每一光感測區域152可包括光電二極體。在一實施例中，每一光感測區域152可為長方形區域。在一實施例中，多個光感測區域152中的每一個以摻雜材料摻雜。在一實施例中，多個光感測區域152的摻雜濃度根據預定設計而彼此不同。
在一些範例中，如第1圖所示，多個隔離區域155設置在半導體層150中以定義各種像素區域156。在一些範例中，多個隔離區域155中的每一個被半導體層150中的第一半導體材料包圍。在一些範例中，多個隔離區域155中的每一個包含：淺溝槽隔離(STI)、深溝槽隔離(DTI)或離子佈值井。如第1圖所示，在此範例中的多個隔離區域155中的每一個包含離子佈值井153以在相鄰光感測區域152之間提供井隔離，以避免電互擾雜訊。舉例來說，當光感測區域152包括n型半導體材料時，離子佈值井153可包括p型摻雜材料以提供p型井隔離。
在一實施例中，每一離子佈值井153包含第一半導體材料，例如矽。如第1圖所示，在元件層140中的多個元件141位於隔離區域155正下方。也就是說，在元件層140中的多個元件141接觸離子佈值井153與半導體 區域151中的第一半導體材料，而未接觸光感測區域152中的第二半導體材料。在一實施例中，離子佈值井153與半導體區域151可一起視為第一半導體區域，例如當第一半導體材料為矽的話可視為矽區域。
半導體層150具有第一表面150a與相對於第一表面150a的第二表面150b，並且第一表面150a相鄰元件層140。在第1圖所示之範例中，第二表面150b為平坦表面。在另一實施例中，第二表面150b具有非平坦且週期性的表面結構，以提供較佳的半導體元件100的量子效率與光吸收率。
在第1圖所示之範例中，半導體元件100包括在半導體層150上的絕緣層160。絕緣層160可為絕緣體，以作為用於形成半導體元件100的SOI結構的一部分。在一實施例中，絕緣層160包括介電材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。在一實施例中，絕緣層160作為半導體層150的鈍化層。
如第1圖所示，在此範例中的多個隔離區域155中的每一個進一步包括深溝槽隔離結構171，深溝槽隔離結構171從絕緣層160的頂面延伸至半導體層150的預定深度，以隔離兩相鄰光感測區域152，以避免光互擾雜訊。深溝槽隔離結構171可稱為背照式深溝槽隔離(BDTI)。每一深溝槽隔離結構171以介電材料170填充，介電材料170如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。在某些範例中，延伸部分介電材料170 以覆蓋絕緣層160的頂面。
在一些範例中，如第1圖所示，半導體元件100可選擇地包括緩衝層180。緩衝層180重疊且覆蓋絕緣層160與用於填充深溝槽隔離結構171的介電材料170。緩衝層180可直接設置在絕緣層160的頂面上並與絕緣層160的頂面接觸。在一些範例中，絕緣層160的頂面被部分介電材料170覆蓋，並且緩衝層180設置在介電材料170上。緩衝層180可為透明的並且可包括介電材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。
如第1圖所示，半導體元件100可選擇地包括金屬柵層190，其中金屬柵層190設置在部分緩衝層180上。金屬柵層190可阻擋入射光101，進而避免像素區域156之間的光學干涉。舉例來說，金屬柵層190可包括鎢、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鋁、銅、鋁銅合金、鎳或任何上述材料之組合或合金。
如第1圖所示，半導體元件100可選擇地包括鈍化層195。鈍化層195設置在金屬柵層190與緩衝層180上，並覆蓋金屬柵層190與緩衝層180。鈍化層195可用於保護金屬柵層190與緩衝層180。鈍化層195可為介電薄膜，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。
第2A圖至第2N圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種用於製造如第1圖中的半導體元件100之方法的中 間階段示意剖面圖。第2A圖為根據本揭露之一些實施例之包括半導體基板210與絕緣層220的半導體元件的截面圖，其中在各種製造階段的一階段中，在半導體基板210上形成絕緣層220。可提供半導體板210以包括IV族材料、IV族材料化合物或III-V族材料化合物。舉例來說，IV族材料可為矽或鍺，IV族材料化合物可為矽鍺，並且III-V族材料化合物可為藍寶石。絕緣層220可包括介電材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。
第2B圖為根據本揭露之一些實施例之包括半導體層230的半導體元件剖面圖，其中在各種製造階段的一階段中，在絕緣層220上形成半導體層230。藉由在絕緣層220上磊晶生長第一半導體材料231以形成半導體層230，以提供SOI結構。第一半導體材料231可包括IV族材料、IV族材料化合物或III-V族材料化合物。舉例來說，在第2B圖中的第一半導體材料231可包括矽。
如第2C圖所示，形成半導體層230以包括各種光感測區域232。光感測區域232可藉由以下操作所形成：根據光刻定義從光遮罩至半導體層230的幾何圖案；蝕刻半導體層230以決定半導體層230中的多個蝕刻區域；在多個蝕刻區域中磊晶生長第二半導體材料，以在半導體層230中形成多個光感測區域232；以及進行化學機械拋光(CMP)以平滑半導體層230與多個光感測區域232的表面。在一實施例中，第二半導體材料不同於第一半導體材 料。舉例來說，當第一半導體材料為矽時，第二半導體材料為鍺、另一半導體材料，其能帶間隙小於矽的能帶間隙或任何半導體材料化合物，其能帶間隙小於矽的能帶間隙。如此，每一光感測區域232被第一半導體材料231包圍。
可形成每一光感測區域以包括光電二極體。在一實施例中，摻雜多個光感測區域232中的每一個，使得摻雜濃度根據預定設計從一光感測區域至另一光感測區域變化，例如根據不同RGB顏色的最佳化條件。
如第2D圖所示，進一步形成半導體層230以包括各種隔離區域233。隔離區域233可藉由以下操作所形成：在半導體層230中決定多個隔離區域233的每一個在兩相鄰光感測區域232之間；以及摻雜多個隔離區233中的每一個以在隔離區域233中產生離子佈值井。隔離區域233中的離子佈值井可在每兩相鄰光感測區域232之間提供電性隔離。每一離子佈值井的高度或深度可大於每一光感測區域232的高度或深度。
在一實施例中，隔離區域233彼此連接以形成匯總隔離區域。第5圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種半導體元件500的半導體層與隔離結構的示意上視圖。在一實施例中，第5圖繪示第2D圖中半導體層230的示意上視圖。如第5圖所示，半導體元件500具有多個光感測區域512，多個光感測區域512在晶圓的平面區塊中周期性排列。在一範例中，每一光感測區域512包括鍺並且被矽511包圍。
匯總隔離區域530分佈在平面區塊上並填充光感測區域512之間的間隙。每一光感測區域512包括相應像素區域510。像素區域510由匯總隔離區域530定義。在縱向與橫向上，匯總隔離區域530分離每兩相鄰像素區域510，以及匯總隔離區域530隔離每兩相鄰光感測區域512。
回到參照第2E圖，在半導體層230上形成元件層240。形成元件層240以包括各種元件241，例如電晶體。在第2E圖所示之範例中，多個元件241中的每一個位於多個隔離區域233中的一個上並接觸多個隔離區域233中的一個。也就是說，多個元件241中的每一個由第一半導體材料231支撐並接觸第一半導體材料231，以在不影響位於光感測區域232中的第二半導體材料的光吸收率的情況下實現良好的電性控制。
如第2F圖所示，至少一內層金屬介電層250可選擇地形成在元件層240上。在一實施例中，內層金屬可形成介電層250以包括導線，其中導線電性連接元件層240的元件241。可形成內層金屬介電層250以包括介電薄膜，例如氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。
在一些範例中，如第2G圖所示，在內層金屬介電層250上可選擇地形成鈍化層260。可藉由使用如化學氣相沉積(CVD)製程的沉積製程以形成鈍化層260。可形成鈍化層260以包括介電薄膜，例如氧化矽、氮化矽、氧氮 化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。由此形成第一晶圓或元件晶圓201。
在一些範例中，如第2H圖所示，提供載體晶圓202。如第2H圖所示，翻轉半導體基板210與形成在半導體基板210上的結構，其中包括絕緣層220、半導體層230、元件層240、內層金屬介電層250以及鈍化層260。也就是說，將元件晶圓201翻轉並接合至載體晶圓202。鈍化層260適合用於接合內層金屬介電層250與載體晶圓202。在藉由鈍化層260接合內層金屬介電層250至載體晶圓202後，在載體晶圓202上設置元件層240與半導體層230。
如第2I圖所示，在接合晶圓後，去除半導體基板210以暴露絕緣層220。舉例來說，可藉由蝕刻製程、拋光製程或薄化製程以去除半導體基板210。拋光製程可為化學機械拋光(CMP)製程。可選擇地，可在絕緣層220的頂面上執行薄化製程以減小絕緣層220的厚度。舉例來說，，可藉由蝕刻製程或拋光製程執行薄化製程。在某些範例中，可藉由單一製程執行以去除半導體基板210並薄化絕緣層220。在一實施例中，在去除和/或薄化製程後，至少一部分的絕緣層220保留在半導體層230上。絕緣層220可作為半導體層230的鈍化層。至少一部分的絕緣層220具有頂面220b與相對於頂面220b的底面220a，並在接合晶圓後接觸半導體層230。
在一些範例中，如第2J圖所示，在去除半導體基 板210後，可選擇地形成各種通過絕緣層220並至半導體層230中的各種溝槽271。舉例來說，可藉由使用光刻製程與蝕刻製程以去除部分絕緣層220與部分半導體層230以形成溝槽271。溝槽271從絕緣層220的頂面220b通過絕緣層220的底面220a並延伸至半導體層230的預定厚度。溝槽271可為深溝槽，每一深溝槽271都延伸至多個隔離區域233中的相應隔離區域233。
如第2K圖所示，在形成溝槽271後，以各種隔離結構272分別填充溝槽271。每一隔離結構272隔離兩相鄰光感測區域232，以避免或減少光互擾雜訊。可藉由如化學氣相沉積技術的沉積技術形成隔離結構272。在某些範例中，如第2K圖所示，在形成隔離結構272中，在絕緣層220的頂面220b上形成介電層270，其中以介電層270填充溝槽271，使得在溝槽271中分別形成隔離結構272。絕緣層220的頂面220b被介電層270覆蓋。舉例來說，形成介電層270以包括介電材料，例如氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。
在一些範例中，如第2L圖所示，緩衝層280可選擇地形成在介電層270上。在一些實施例中，緩衝層280可直接形成在絕緣層220的頂面220b上並接觸絕緣層220的頂面220b。在一些實施例中，絕緣層的頂面220b被介電層270覆蓋，並且在介電層270上形成緩衝層280。可藉由沉積技術形成緩衝層280。緩衝層280可為透明的，並且可被形成以包括介電材料，介電材料如氧化矽、氮化 矽、氧氮化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。
在一些範例中，如第2M圖所示，金屬柵層290可選擇地形成在部分緩衝層280上。可藉由沉積技術、光刻技術與蝕刻技術形成金屬柵層290，其中沉積技術可為物理氣相沉積技術或化學氣相沉積技術。舉例來說，可形成金屬柵層290以包括鎢、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鋁、銅、銅鋁合金、鎳或任何上述材料之組合或合金。
在一些範例中，如第2N圖所示，鈍化層295可選擇地形成在緩衝層280與金屬柵層290上，並覆蓋緩衝層280與金屬柵層290，使得大致完成半導體元件200。可形成鈍化層295以保護金屬柵層290與緩衝層280。可形成鈍化層295以包括介電薄膜，例如氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽或任何上述材料之組合。
第3圖繪示根據本揭露之一些實施例之另一種半導體元件300的示意剖面圖。在一些實施例中，半導體元件300為CMOS影像感測器元件，可操作以感測入射光301。半導體元件300具有前側300a與背側300b。在一些實施例中，半導體元件300為背照式CMOS影像感測器元件，可操作以感測入射光301。在一實施例中，入射光301從半導體元件300的背側300b入射。
第3圖中的半導體元件300具有與第1圖中的半導體元件100相同的結構，除了第3圖中的半導體元件300的半導體層150具有頂面350b，頂面350b具有圖案化且非平坦的結構。頂面350b相對於半導體層150的 底面350a，其中底面350a接觸元件層140。在一實施例中，與平面結構相比，頂面350b的圖案化結構增加了影像感測器300的量子效率。
在一實施例中，圖案化且非平坦的結構包括排列在頂面350b上的各種坑洞部分310。舉例來說，坑洞部分310可為錐形坑洞部分或棱形坑洞部分。第3圖中的半導體層150包括多個隔離區域355與被隔離區域355分離的多個像素區域356。在一些範例中，在每一像素區域356中，坑洞部分310規則地排列在頂面350b上。坑洞部分310中的任何兩相鄰坑洞部分310可彼此鄰接。在一些範例中，坑洞部分310中的任何兩相鄰坑洞部分310彼此分離。在一些範例中，半導體層150的坑洞部分310的形狀大致相同。對於不同的半導體層，在這些半導體層上的坑洞部分可具有不同形狀。
第4A圖與第4B圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種用於製造如第3圖中半導體元件300之部分方法的中間階段示意剖面圖。第4A圖為根據本揭露之一些實施例之包括半導體基板210與絕緣層220的半導體元件的剖面圖，其中在各種製造階段的一階段中，在半導體基板210上形成絕緣層220。可提供半導體基板210以包括IV族材料、IV族材料化合物或III-V族材料化合物。舉例來說，IV族材料可為矽或鍺，IV族材料化合物可為矽鍺，並且III-V族材料化合物可為藍寶石。絕緣層220可包括介電材料，例如氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽或任何上 述材料之組合。絕緣層220具有第一表面420a與相對於第一表面420a的第二表面420b，第一表面420a接觸半導體基板210。
如第4A圖所示，形成第二表面420b以具有圖案化結構。與平坦表面結構相比，第二表面420b增加了影像感測器的量子效率。在一實施例中，可根據在絕緣層220的第二表面420b上執行的蝕刻製程形成圖案化結構，以在絕緣層220的第二表面420b上形成各種坑洞部分310。在一些範例中，蝕刻製程可根據圖案化硬遮罩、沉積技術、光刻技術與蝕刻技術(例如乾蝕刻操作和/或濕蝕刻操作)執行。
坑洞部分310可為錐形坑洞部分或稜形坑洞部分，並規則排列在絕緣層220的第二表面420b上。在一些範例中，坑洞部分310可以陣列方式排列。坑洞部分310中的任何兩相鄰坑洞部分310可彼此鄰接或彼此分離。另外，坑洞部分310的形狀可大致相同。
第4B圖為根據本揭露之一些實施例之包括半導體層230的半導體元件的剖面圖，其中在各種製造階段的一階段中，在絕緣層220上形成半導體層230。半導體層230藉由沉積或磊晶生長第一半導體材料以在絕緣層220的第二表面420b上形成，並接觸絕緣層220的第二表面420b，以提供SOI結構。第一半導體材料231可包括IV族材料、IV族材料化合物或III-V族材料化合物。舉例來說，在第4B圖中的第一半導體材料231可包括矽。
如第4B圖所示，半導體層230具有接觸絕緣層220的第二表面420b的第一表面350b。如此一來，半導體層230的第一表面350b具有與絕緣層220的第二表面420b相同的圖案化結構。用於製造如第3圖中半導體元件300的方法之其餘階段類似於第2C圖至第2N圖所示之階段，因此為簡化起見而在此省略。在接合晶圓後，類似於第3圖中半導體元件300的頂面350b，半導體層230的圖案化第一表面350b將變成半導體層的頂面。
第6圖繪示根據本揭露之一些實施例之一種用於製造半導體元件的方法600流程圖。方法從操作602開始，其中在半導體基板上形成絕緣層。可選擇地，在操作604中，在絕緣層的頂面上形成圖案化表面結構。圖案化表面結構可為周期性且非平坦的結構。
在操作606中，在絕緣層上磊晶生長矽以形成半導體層。在操作608中，蝕刻半導體層以決定多個蝕刻區域。接著，在操作610中，在每一蝕刻區域中磊晶生長鍺或能帶間隙比矽低的另一種半導體材料，以形成光感測區域。
在操作612中，決定隔離區域，其中每一隔離區域位於兩相鄰光感測區域之間。在操作614中，摻雜每一隔離區域與每一光感測區域。在一實施例中，隔離區域與光感測區域以不同種類的摻雜材料摻雜。舉例來說，當隔離區域以p形材料摻雜時，光感測區域以n形材料摻雜。摻雜的隔離區域可提供兩相鄰光感測區域之間的電性隔離。 在一實施例中，隔離區域彼此連接以形成匯總隔離區域。
在操作616中，在半導體層上形成包括多個元件的元件層。在操作618中，在元件層上形成介電層以產生元件晶圓。在操作620中，藉由介電層在載體晶圓上接合元件晶圓。在操作622中，去除半導體基板，以在晶圓接合後保留至少一部分的絕緣層在半導體層上。在操作624中，在多個隔離區域的每一個中形成深溝槽隔離(DTI)以提供每兩相鄰光感測區域之間的光學隔離。
在一些實施例中，揭露了一種半導體元件。一種半導體元件包含：載體；元件層，位於載體上；半導體層，位於元件層上；以及絕緣層，位於半導體層上。半導體層包含多個隔離區域與多個像素區域。多個隔離區域包含第一半導體材料。多個像素區域包含第二半導體材料，第二半導體材料不同於第一半導體材料。在一實施例中，第二半導體材料具有能帶間隙，其能帶間隙小於第一半導體材料的能帶間隙。在一實施例中，根據預定設計，在半導體層中均勻分佈多個像素區域，以及多個隔離區域中的每一個位於兩相鄰像素區域之間。在一實施例中，半導體層包含光感測次層，光感測次層包含多個光感測區域，其中多個像素區域中的每一個包含光感測區域中的一相應光感測區域。在一實施例中，多個光感測區域中的每一個包含第二半導體材料與摻雜材料，以及根據預定設計，多個光感測區域的摻雜濃度彼此不同。在一實施例中，半導體層具有在2μm至10μm之間的第一厚度，以及在光感測次層 中的多個光感測區域的每一個具有第二厚度，第二厚度相同於或小於第一厚度。在一實施例中，多個隔離區域中的每一個被半導體層中的第一半導體材料包圍，以及多個隔離區域中的每一個包含淺溝槽隔離、深溝槽隔離或離子佈植井中的一個。在一實施例中，半導體層具有第一表面與相對於第一表面的第二表面，第一表面相鄰元件層，以及第二表面具有非平坦且週期性的表面結構。
在一些實施例中，揭露了一種影像感測器。一種影像感測器包含：包含多個元件的元件層；在元件層上的半導體層；以及在半導體層上的絕緣層。半導體層包含矽區域與被矽區域包圍的至少一光感測區域。至少一光感測區域由半導體材料所製成，其中半導體材料的能帶間隙小於矽的能帶間隙。在一實施例中，半導體材料為鍺。在一實施例中，多個元件位於矽區域下方而無接觸位於光感測區域中的半導體材料。在一實施例中，絕緣層包含氧化矽以作為用於半導體層的鈍化層。在一實施例中，矽區域的厚度大於光感測區域的厚度。
在一些實施例中，揭露了一種用於形成影像感測器的方法。一種方法包含：在半導體基板上形成絕緣層；在絕緣層上磊晶生長第一半導體材料以形成半導體層；蝕刻半導體層以在半導體層中決定多個蝕刻區域；在多個蝕刻區域中磊晶生長第二半導體材料以在半導體層中形成多個光感測區域，其中第二半導體材料不同於第一半導體材料；在半導體層上形成介電層以產生第一晶圓；以及藉由介電 層在第二晶圓上接合第一晶圓。在一實施例中，方法進一步包含在絕緣層的第一表面上形成圖案化結構，其中：在絕緣層的第一表面上形成半導體層，且半導體層接觸絕緣層的第一表面；以及與平面結構相比，第一表面的圖案化結構增加影像感測器的量子效率。在一實施例中，方法進一步包含摻雜多個光感測區域中的每一個，使得摻雜濃度根據預定區域從一光感測器區域至另一光感測器區域變化。在一實施例中，方法進一步包含：在半導體層中決定多個隔離區域，多個隔離區域中的每一個位於兩相鄰光感測區域之間；以及摻雜多個隔離區域中的每一個以在隔離區域中產生離子佈植井。在一實施例中，方法進一步包含形成元件層，元件層包含在半導體層上的多個元件，其中：在元件層上形成介電層；以及多個元件中的每一個位於多個隔離區域中的一個上。在一實施例中，方法進一步包含在接合後，去除在絕緣層上的半導體基底，其中保留絕緣層的至少一部分以作為用於半導體層的鈍化層。在一實施例中，方法進一步包含：在接合後，在多個隔離區域的每一個中形成深溝槽，其中絕緣層的至少一部分具有頂面與相對於頂面的底面，且在接合後絕緣層的至少一部分接觸半導體層，以及深溝槽從絕緣層的頂面延伸至多個隔離區域中的一相應隔離區域內；以及在多個隔離區域的每一個中的深溝槽中形成隔離結構。
儘管本揭露之各種實施例已於上描述，但應當理解，本揭露之各種實施例僅以範例的方式呈現，而非用於限制 之方式。同理，各種附圖可描繪範例性架構或配置，以提供本領域具有通常知識者能夠理解本揭露之範例特徵與功能。然而，這些具有通常知識者將理解本揭露不限於所示的範例架構或配置，而是可使用多種替代架構與配置來實現。另外，如本領域具有通常知識可理解本揭露，實施例中的一或多個特徵可結合本文所述的另一實施例的一或多個特徵。因此，本揭露之廣度與範圍不應受到任何上述範例性實施例的限制。
可理解的是，在本文中使用的「第一」、「第二」等對元件的任何描述通常不限制那些元件的數量或順序。而是，這些描述在本文中用於區分兩個或更多個元件或元件之實施例的便利模式。因此，對第一與第二元件的描述並不意味只能採用兩個元件，或者第一元件必須以某種方式存在於第二元件之前。
另外，本領域具有通常知識者可理解以使用多種不同科技與技術中的任何一種代表資訊與訊號。舉例來說，可在上述參照中如數據、指令、命令、資訊、訊號、位元以及符號代表電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光場或光粒子或任何上述之組合。
本領域具有通常知識者可進一步認知到，結合本揭露之態樣描述的各種示例邏輯區塊、模組、處理器、裝置、電路、方法以及功能中的任何一個都可由電子硬體(例如數位實現、類比實現或兩者之組合)、韌體、結合指令的各種形式的程式或設計編碼(為方便起見，在本文中可稱為「軟 體」或「軟體模組」)或這些技術的任何組合實現。
為了清楚說明硬體、韌體與軟體的可互換性，已大致根據其功能性描述各種示例元件、區塊、模組、電路以及步驟。將功能性實現為硬體、韌體、軟體或這些技術的組合取決於特定應用程式與對整個系統施加的設計約束。技術人員可針對每一特定應用以各種方式來實現所述的功能，但這樣的實現決定不會造成背離本揭露之範圍。根據各種實施例，處理器、設備、元件、電路、結構、機器、模組等可配置以執行本文所述的一或多個功能。如本文針對特定操作或功能所用之術語「配置以」或「配置為」指的是物理結構、編碼、排列和/或格式化以執行特定操作或功能。
此外，本領域具有通常知識者可理解本文所述的各種示例邏輯區塊、模組、裝置、元件以及電路可在積體電路(IC)中實現或由積體電路執行，積體電路可包括數位訊號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)、其他可程式化邏輯裝置或任何上述之組合。邏輯區塊、模組以及電路可進一步包括天線和/或收發器，以在網絡或裝置中的各種組件進行通訊。程式化後執行本文中的功能的處理器將變為特殊程式化處理器或特殊目的處理器，並且可實現為計算裝置的組合，例如數位訊號處理器與微處理器的組合、多個微處理器、與數位訊號處理器核心結合的一或多個微處理器或執行本文所述之功能的任何其他合適配置。
如果以軟體實現，則功能可作為一或多個指令或代碼儲存在電腦可讀媒介上。因此，本揭露之方法或演算法的步驟可實現為儲存在電腦可讀媒介上的軟體。電腦可讀媒介包括電腦存儲媒介與通訊媒介，通訊媒介包括能夠使電腦程序或代碼從一個地方傳輸至另一地方的任何媒介。儲存媒介可為存取電腦的任何可用媒介。作為範例且非限制，這種電腦可讀媒介可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他儲存光碟、儲存磁碟、其他儲存磁性裝置或可用於儲存指令或數據結構形式的所需程序代碼，其可由電腦存取。
在本文中，在此使用的術語「模組」指用於執行本文描述的相關功能的軟體、韌體、硬體以及上述任何組合。此外，為討論之目的，各種模組描述為分散模組。然而，對於本領域具有通常知識者認為顯然的是，可組合兩個或更多個模組以執行根據本揭露之實施例的相關功能的單一模組。
在本揭露中描述的實施方式的各種修改對於本領域具有通常知識者而言將是顯然的，並且在不背離本揭露之範圍情況下，本文中定義的普遍原則可應用在其他實施方式中。因此，本揭露不意欲限制本揭露中所示實施方式，而是將賦予最廣之範圍並與本揭露的新穎特徵和原則一致，如同下列請求項描述。
100:半導體元件
100a:前側
100b:背側
101:入射光
110:載體
120:鈍化層
130:內層金屬介電層
140:元件層
141:元件
150:半導體層
150a:第一表面
150b:第二表面
151:半導體區域
152:光感測區域
153:離子佈值井
155:隔離區域
156:像素區域
160:絕緣層
170:介電材料
171:深溝槽隔離結構
180:緩衝層
190:金屬柵層
195:鈍化層

Claims (10)

  1. 一種半導體元件，包含：一載體；一元件層，位於該載體上；一半導體層，位於該元件層上，其中該半導體層包含多個隔離區域與多個像素區域，每一該些隔離區域包含一溝槽隔離及包圍該溝槽隔離之一離子佈植井，該溝槽隔離包含一介電材料，該離子佈植井包含一第一半導體材料，以及該些像素區域包含一第二半導體材料，該第二半導體材料不同於該第一半導體材料；以及一絕緣層，位於該半導體層上。
  2. 如請求項1所述之半導體元件，其中該半導體層包含一光感測次層，該光感測次層包含多個光感測區域，其中該些像素區域中的每一個包含該些光感測區域中的一相應光感測區域。
  3. 如請求項1所述之半導體元件，其中：該溝槽隔離為淺溝槽隔離或深溝槽隔離中的一個。
  4. 如請求項1所述之半導體元件，其中：該半導體層具有一第一表面與相對於該第一表面的一第 二表面，該第一表面相鄰該元件層；以及該第二表面具有一非平坦且週期性的表面結構。
  5. 一種影像感測器，包含：一元件層，其包含多個元件；一半導體層，位於該元件層上，其中該半導體層包含多個隔離區域與多個像素區域，該些隔離區域中的每一個包含一離子佈植井及一深溝槽隔離，該些像素區域中的每一個包含一矽區域與被該矽區域包圍的至少一光感測區域，其中該深溝槽隔離包含一介電材料，該離子佈植井包含一第一半導體材料，該至少一光感測區域由一第二半導體材料所製成，該第二半導體材料具有一能帶間隙，該能帶間隙小於矽的能帶間隙；以及一絕緣層，位於該半導體層上。
  6. 如請求項5所述之影像感測器，其中：該絕緣層包含氧化矽以作為用於該半導體層的鈍化層。
  7. 一種形成影像感測器之方法，包含：在一半導體基板上形成一絕緣層；在該絕緣層上磊晶生長一第一半導體材料以形成一半導體層；蝕刻該半導體層以在該半導體層中決定多個蝕刻區域；在該些蝕刻區域中磊晶生長一第二半導體材料以在該半 導體層中形成多個光感測區域，其中該第二半導體材料不同於該第一半導體材料；在該半導體層中決定多個隔離區域，並摻雜該些隔離區域中的每一個，以在該些隔離區域的每一個中產生一離子佈植井，其中該離子佈植井包含該第一半導體材料；在該半導體層上形成一介電層以產生一第一晶圓；藉由該介電層在一第二晶圓上接合該第一晶圓；在接合後，在該些隔離區域的每一個中形成一深溝槽；以及在該些隔離區域的每一個中的該深溝槽中形成一隔離結構，其中該隔離結構包含一介電材料。
  8. 如請求項7所述之方法，進一步包含在該絕緣層的一第一表面上形成一圖案化結構，其中：在該絕緣層的該第一表面上形成該半導體層，且該半導體層接觸該絕緣層的該第一表面；以及與平面結構相比，該第一表面的該圖案化結構增加該影像感測器的量子效率。
  9. 如請求項7所述之方法，其中該些隔離區域中的每一個位於兩相鄰光感測區域之間。
  10. 如請求項7所述之方法，其中該絕緣層的該至少一部分具有一頂面與相對於該頂面的 一底面，且在接合後該絕緣層的該至少一部分接觸該半導體層，以及該深溝槽從該絕緣層的該頂面延伸至該些隔離區域中的一相應隔離區域內。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240186190A1 (en) * 2022-12-01 2024-06-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor Device and Methods of Forming the Same

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070120214A1 (en) * 2005-03-07 2007-05-31 Cole Bryan G Method and structure to reduce optical crosstalk in a solid state imager
TWI568021B (zh) * 2011-11-18 2017-01-21 蘋果公司 形成微發光二極體結構與具有電性絕緣層之微發光二極體結構陣列的方法
TWI576990B (zh) * 2009-08-07 2017-04-01 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
US20170141153A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Complementary metal-oxide-semiconductor (cmos) image sensor with silicon and silicon germanium
TWI596676B (zh) * 2008-12-26 2017-08-21 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
US20180331159A1 (en) * 2017-05-10 2018-11-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor
TWI670840B (zh) * 2016-01-12 2019-09-01 美商豪威科技股份有限公司 電漿子奈米結構感測器像素
US20190288026A1 (en) * 2017-03-01 2019-09-19 G-Ray Industries Sa Electromagnetic radiation detector based on wafer bonding
TWI692076B (zh) * 2015-09-04 2020-04-21 香港商香港北大青鳥顯示有限公司 具有微透鏡陣列之發光二極體顯示器面板
TW202023041A (zh) * 2018-12-03 2020-06-16 日商索尼半導體解決方案公司 固態成像元件，製造固態成像元件之方法，及電子裝置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100748342B1 (ko) * 2005-09-14 2007-08-09 매그나칩 반도체 유한회사 씨모스 이미지 센서의 제조방법
KR101997539B1 (ko) * 2012-07-13 2019-07-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 형성 방법
CN103413782B (zh) * 2013-07-23 2015-08-26 北京京东方光电科技有限公司 一种阵列基板及其制作方法和显示面板
US10707260B2 (en) * 2015-08-04 2020-07-07 Artilux, Inc. Circuit for operating a multi-gate VIS/IR photodiode
US10991804B2 (en) * 2018-03-29 2021-04-27 Xcelsis Corporation Transistor level interconnection methodologies utilizing 3D interconnects
US11411039B2 (en) * 2020-05-19 2022-08-09 Applied Materials, Inc. Stacked pixel structure formed using epitaxy

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070120214A1 (en) * 2005-03-07 2007-05-31 Cole Bryan G Method and structure to reduce optical crosstalk in a solid state imager
TWI596676B (zh) * 2008-12-26 2017-08-21 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
TWI576990B (zh) * 2009-08-07 2017-04-01 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
TWI568021B (zh) * 2011-11-18 2017-01-21 蘋果公司 形成微發光二極體結構與具有電性絕緣層之微發光二極體結構陣列的方法
TWI692076B (zh) * 2015-09-04 2020-04-21 香港商香港北大青鳥顯示有限公司 具有微透鏡陣列之發光二極體顯示器面板
US20170141153A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Complementary metal-oxide-semiconductor (cmos) image sensor with silicon and silicon germanium
TWI670840B (zh) * 2016-01-12 2019-09-01 美商豪威科技股份有限公司 電漿子奈米結構感測器像素
US20190288026A1 (en) * 2017-03-01 2019-09-19 G-Ray Industries Sa Electromagnetic radiation detector based on wafer bonding
US20180331159A1 (en) * 2017-05-10 2018-11-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor
TW202023041A (zh) * 2018-12-03 2020-06-16 日商索尼半導體解決方案公司 固態成像元件，製造固態成像元件之方法，及電子裝置

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