TWI813186B - 集成晶片結構及其形成方法 - Google Patents

集成晶片結構及其形成方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI813186B
TWI813186B TW111107653A TW111107653A TWI813186B TW I813186 B TWI813186 B TW I813186B TW 111107653 A TW111107653 A TW 111107653A TW 111107653 A TW111107653 A TW 111107653A TW I813186 B TWI813186 B TW I813186B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
doped
epitaxial layer
base substrate
epitaxial
photodiode region
Prior art date
Application number
TW111107653A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202306187A (zh
Inventor
劉柏均
逸群 陳
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW202306187A publication Critical patent/TW202306187A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI813186B publication Critical patent/TWI813186B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0203—Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/1808—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table including only Ge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/1812—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table including only AIVBIV alloys, e.g. SiGe
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

本揭露涉及一種形成一集成晶片結構的方法。該方法包含蝕刻一底基板以形成藉由底基板的一或多個內部表面所界定的一凹槽。沿著底基板的一或多個內部表面形成一經摻雜磊晶層，以及在經摻雜磊晶層的水平地及垂直地延伸表面上形成磊晶材料。在磊晶材料內形成一第一經摻雜光電二極體區域以及在磊晶材料內形成一第二經摻雜光電二極體區域。第一經摻雜光電二極體區域具有一第一摻雜類型以及該第二經摻雜光電二極體區域具有一第二摻雜類型。

Description

集成晶片結構及其形成方法
本發明實施例係關於一種形成一集成晶片結構的方法以及一種集成晶片結構。
影像感測器係固態裝置，被組構以將進入的光(例如光子)轉換成一電信號。電信號接著提供給一處理器，其可將電信號轉換為可藉由使用者儲存及/或查看的數據。具有影像感測器的集成晶片(ICs)被廣泛用於現代的電子裝置，諸如手機、安全攝像機、醫療裝置等。
本揭露涉及一種形成一集成晶片結構的方法，包含：蝕刻一底基板以形成藉由該底基板的一或多個內部表面所界定的一凹槽；沿著該底基板的該一或多個內部表面形成一經摻雜磊晶層；形成一磊晶材料在該經摻雜磊晶層的水平地及垂直地延伸表面上；形成一第一經摻雜光電二極體區域在該磊晶材料內，該第一經摻雜光電二極體區域包含一第一摻雜類 型；以及形成一第二經摻雜光電二極體區域在該磊晶材料內，該第二經摻雜光電二極體區域包含一第二摻雜類型。
本揭露另涉及一種形成一集成晶片結構的方法，包含：蝕刻包含一第一半導體材料的一底基板以形成藉由該底基板的一或多個內部表面所界定的一凹槽；執行一第一沉積製程以沿著該底基板的該一或多個內部表面形成一經摻雜磊晶層；執行一第二沉積製程以在該經摻雜磊晶層上形成包含一第二半導體材料的一磊晶材料，該磊晶材料的一最大摻雜物濃度係小於該經摻雜磊晶層；執行一第一植入製程以在該磊晶材料內形成一第一經摻雜光電二極體區域；以及執行一第二植入製程以在該磊晶材料內形成一第二經摻雜光電二極體區域，其中該第二經摻雜光電二極體區域橫向圍繞該第一經摻雜光電二極體區域。
本揭露還涉及一種集成晶片結構，包含：一底基板，包含一或多個內部表面，其在該底基板的一上表面內界定一凹槽；一磊晶材料，設置在該凹槽內；一第一經摻雜光電二極體區域，設置在該磊晶材料內及包含一第一摻雜類型；一第二經摻雜光電二極體區域，設置在該磊晶材料內及包含一第二摻雜類型，其中該第二經摻雜光電二極體區域橫向圍繞該第一經摻雜光電二極體區域；以及一經摻雜磊晶層，水平地以及垂直地設置在該底基板以及該磊晶材料之間，該經摻雜磊晶層具有該第二摻雜類型。
本揭露提供用於實施本揭露的實施例的不同特徵的許多不同實施例或示範例。下文描述組件以及配置的特定示範例以簡化本揭露。當然，這些組件以及配置僅為示範例以及不意以為限制。舉例而言，在以下描述中，第一特徵在第二特徵之上或上的形成可包含直接接觸地形成第一特徵以及第二特徵的實施例，以及亦可包含附加特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間，使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本揭露可在各種示範例中重複元件符號及/或字母。此重複是出於簡化以及清楚的目的，以及本身並不指示所論述的各種實施例及/或組構之間的關係。
再者，為便於描述，可在本揭露中使用諸如「在…下面」、「在…下方」、「下」、「在…上方」、「上」及類似者之空間相對術語來描述一個元件或特徵與另一（些）元件或特徵之關係，如圖中繪示。空間相對術語旨在涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向（旋轉90度或按其他定向）且本揭露中使用之空間相對描述符同樣可相應地解釋。
近年來，具有偵測近紅外線（NIR）（例如，波長在約900奈米（nm）及約2500 nm之間的輻射）能力的影像感測器集成晶片（ICs）已經變得越來越普遍。其中一個原因係，能夠偵測近紅外線的影像感測器ICs能夠在幾乎沒有可見光的情況下有效運行，從而使這種影像感測器ICs成為機器及/或夜視相機的理想選擇。此外，由於夜空中的近紅外線光子比可見光子多，影像感測器IC偵測近紅外線輻射的能力可在不使用額外照明（例如LED）的情況下允許良好的影像捕捉，從而降低功耗以及增加與影像感測器IC相關的電池壽命。
影像感測器ICs通常包含設置在矽基板內的影像感測元件（例如光偵測器）。然而，矽的吸收係數隨著輻射線波長的增加而降低。因此，影像感測器ICs通常能夠以相對較低的量子效率（例如對像素區域內的影像感測元件產生的電信號有貢獻的光子數量與入射到該像素區域的光子數量之比）偵測近紅外線輻射。
鍺基光電二極體可能是近紅外線光偵測器的一較佳選擇。這是因為鍺是一種直接能隙材料（direct band gap material），因此能夠以比矽更高的效率在近紅外線光譜中運作。鍺基光電二極體可藉由在矽底基板的凹槽內形成的鍺基材料內形成光偵測器（例如光電二極體）來製造。然而，已知的是，在製造此種光電二極體期間，缺陷（例如位錯缺陷（dislocation defect））可能沿著矽及鍺基材料之間的介面形成。這些缺陷會在光偵測器內引起暗電流洩漏（例如透過自由電荷載子的熱生成），從而降低近紅外線感測的性能（例如限制了近紅外線在3D感測中的應用）。
在一些實施例中，本揭露涉及一種集成晶片結構，具有設置在底基板（例如矽底基板）內的磊晶材料（例如鍺基磊晶材料）中的光偵測器。該集成晶片結構包含沿著磊晶材料及底基板之間的介面而設置的經摻雜磊晶層。經摻雜磊晶層具有摻雜物，其係組構為沿著介面以鈍化（passivate）缺陷，從而減少導致暗電流形成的自由電荷載子的形成（例如熱生成）。藉由減少暗電流的形成，集成晶片結構的性能可得到改善。此外，藉由利用經摻雜磊晶層（例如不是藉由植入製程）以在集成晶片結構中引入摻雜物，摻雜物的面積可得到很好的控制，從而限制摻雜物對光偵測器的負面影響。
圖1A繪示集成晶片結構100的一些實施例的橫剖面圖，包含沿著底基板及磊晶材料（包含光偵測器）之間的介面設置的經摻雜磊晶層。
集成晶片結構100包含一底基板102。底基板102具有一或多個內部表面，其界定一凹槽，該凹槽延伸至底基板102的一第一表面102a。一磊晶材料104係設置在凹槽內。在一些實施例中，磊晶材料104具有一上表面，其在與底基板102接觸的最外側壁之間延伸。在一些實施例中，底基板102可包含矽。在一些實施例中，磊晶材料104可包含一直接能隙材料。在另外一些實施例中，磊晶材料104可包含一鍺基材料，諸如鍺、矽鍺或類似材料。
一光偵測器105係設置在磊晶材料104內。在一些實施例中，光偵測器105可包含一光電二極體。在一些這樣的實施例中，光偵測器105包含一第一經摻雜光電二極體區域106以及橫向圍繞第一經摻雜光電二極體區域106的一第二經摻雜光電二極體區域108。第一經摻雜光電二極體區域106可包含一第一摻雜類型（例如n型摻雜）以及第二經摻雜光電二極體區域108可包含一第二摻雜類型（例如p型摻雜）。在一些實施例中，如圖1B的俯視圖122所示，第二經摻雜光電二極體區域108可環繞第一經摻雜光電二極體區域106。在一些額外的實施例中，第二經摻雜光電二極體區域108可環繞第一經摻雜光電二極體區域106，形成一連續及不間斷的迴圈。
在運作期間，撞擊磊晶材料104的一入射光子115導致電子-電洞對產生，包含一電子116以及一電洞118。可將偏壓電壓施加至第一經摻雜光電二極體區域106以及第二經摻雜光電二極體區域108，以在磊晶材料104內形成一電場。電場可使電子116及電洞118藉由朝第一經摻雜光電二極體區域106及第二經摻雜光電二極體區域108移動而產生一光電流。在磊晶材料104包含直接能隙材料的實施例中，光偵測器105能提供真測近紅外線輻射的良好性能（例如具有波長在約1310 nm及約1550 nm之間的輻射）。
一經摻雜磊晶層114係沿著底基板102及磊晶材料104之間的水平地及垂直地延伸介面配置。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114包含第二摻雜類型（例如p型摻雜）。經摻雜磊晶層114具有大於磊晶材料的一最大摻雜物濃度。經摻雜磊晶層114係組構以沿著底基板102以及磊晶材料104之間的介面而鈍化缺陷，以此減輕自由電荷載子120（例如在磊晶材料104內形成的自由電子）的產生（例如，熱生成），這些自由電荷載子可促進光偵測器105內暗電流的流動。
經摻雜磊晶層114可藉由沉積製程（例如藉由原位經摻雜磊晶成長製程）形成，以具有相對為小的厚度（例如厚度在約10 nm及約1000 nm之間、厚度在約10 nm及約500 nm之間、或其他合適的值）。此外，從經摻雜磊晶層114的一第一摻雜濃度過渡至磊晶材料104的一第二摻雜濃度，發生在一相對為小的距離上。舉例而言，從經摻雜磊晶層114內的1e17原子/ cm 3的一第一摻雜濃度過渡至磊晶材料104內的約1e16原子/ cm 3的一第二摻雜濃度，可在能夠通過植入製程實現的一距離的約10%至約20%之間發生（例如與藉由植入製程達成的7000埃（Angstroms）的距離相比，過渡可在1000埃的距離上發生）。藉由使經摻雜磊晶層114具有相對為小的厚度，經摻雜磊晶層114的尺寸相對為小以及磊晶材料104的尺寸相對為大。磊晶材料104的相對大的尺寸允許在相對大的面積上形成電子-電洞對，從而提高光偵測器105的效率。此外，藉由沉積製程形成經摻雜磊晶層114，避免了可能導致進一步缺陷的植入損傷，從而進一步減輕了光偵測器105的漏電流。總體來說，所揭露的經摻雜磊晶層114可減少磊晶材料104中的暗電流到約70%（例如從約130皮安培（pico-amperes；pA）減少到約44皮安培）、減少約50%、減少約25%、或其他類似值。
圖2A至圖2B繪示包含所揭露的經摻雜磊晶層的影像感測結構的一些額外實施例。
如圖2A的橫剖面圖200所示，影像感測結構包含設置在一底基板102的像素區域201內的一磊晶材料104。一光偵測器105係設置在磊晶材料104內。光偵測器105包含第一經摻雜光電二極體區域106以及一第二經摻雜光電二極體區域108。如圖2B的俯視圖226所示，在一些實施例中，第一經摻雜光電二極體區域106可具有一實質上為正方形的形狀。在其他實施例（未示出）中，第一經摻雜光電二極體區域106可為圓形、矩形、多邊形等形狀。在一些實施例中，第二經摻雜光電二極體區域108以一方形環、一圓形環或相似形狀環以環繞第一經摻雜光電二極體區域106。
經摻雜磊晶層114沿著磊晶材料104及底基板102之間的水平地及垂直地延伸介面而配置。在各種實施例中，經摻雜磊晶層114可包含與底基板102相同的材料或與磊晶材料104相同的材料。經摻雜磊晶層114可包含具有約5e17原子/cm 3及約1e20原子/cm 3之間的摻雜濃度的摻雜物種類。在一些實施例中，摻雜物種類是硼。在其他實施例中，摻雜物種類可為鋁、鎵或類似物。經摻雜磊晶層114的摻雜濃度輪廓在相對為小的距離上突然改變，從而使經摻雜磊晶層114達到高摻雜濃度（例如大於約5e17），同時保持相對為小的寬度。舉例而言，在小於或等於約100 nm的距離上，摻雜濃度輪廓可在約50%至約60%的範圍內改變（例如從約1e16原子/ cm 3到約5e17原子/ cm 3）。高摻雜濃度使經摻雜磊晶層114能夠有效地減輕暗電流。
在一些實施例中，經摻雜磊晶層114具有一第一寬度202，與經摻雜磊晶材料104的一第二寬度204相比係相對為小。經摻雜磊晶層114的第一寬度202留下磊晶材料104的相對大的體積，其中電子-電洞對可形成，從而提高光偵測器105的效率。在一些實施例中，第一寬度202係在第二寬度204的約0.1%至約7.5%之間、在第二寬度204的約1%至約5%之間、或其他類似的值。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114具有在磊晶材料正下方的高度，該高度係在磊晶材料104的一第一高度206的約0.3%至約15%之間、在第一高度206的約1%至約10%之間、或其他類似的值。
在一些實施例中，磊晶材料104的第一高度206可在約1微米（microns）至約3微米之間、約1微米至約2微米之間、或其他類似的值。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114的第一寬度202可在約100埃（Angstroms；Å）及約10000 Å之間、約100 Å及約5000 Å之間、約100 Å及約1500 Å之間、約100 Å及約1000 Å之間、約250 Å及約750 Å之間、或其他類似的值。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114的第一寬度202（例如厚度）可沿著磊晶材料104的側壁及水平地延伸表面實質上均勻。在一些實施例中，磊晶材料104的第二寬度204可在約2微米及約10微米之間、約3微米及約5微米之間、或其他類似值的範圍。
在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可以與第一經摻雜光電二極體區域106橫向隔開，其距離208在磊晶材料104的第二寬度204的約10%及約25%之間的範圍內。在一些實施例中，距離208可在約500 nm及約2.5微米之間、約750 nm及約2微米之間、或其他類似的值的範圍內。
一第一經摻雜隔離區域210沿著底基板102的一第一表面102a配置以及一第二經摻雜隔離區域212沿著底基板102的第一表面102a設置。在一些實施例中，第一經摻雜隔離區域210係橫向於磊晶材料104以及第二經摻雜隔離區域212之間。在一些實施例中，第二經摻雜隔離區域212可包含一第一部分212a以及設置在第一部分212a下方的一第二部分212b。在一些實施例中，第一部分212a可比第二部分212b具有更高的摻雜濃度，以便為覆蓋接觸（overlying contacts）提供更低的接觸電阻。在一些實施例中，如圖2B的俯視圖226所示，第一經摻雜隔離區域210可做為一第一封閉環而環繞第二經摻雜光電二極體區域108，第二經摻雜隔離區域212可做為一第二封閉環而環繞第一經摻雜隔離區域210。
矽化物214係設置在第一經摻雜光電二極體區域106、第二經摻雜光電二極體區域108、第一經摻雜隔離區域210及第二經摻雜隔離區域212中的一或多個。在一些實施例中，舉例而言，矽化物214可包含矽化鎳。一或多個互接件110係設置在底基板102上的介電結構112內。一或多個互接件110係與矽化物214耦合。一或多個互接件110可組構為向第一經摻雜光電二極體區域106、第二經摻雜光電二極體區域108、第一經摻雜隔離區域210及第二經摻雜隔離區域212中的一或多個提供偏壓電壓。在一些實施例中，一或多個互接件110係組構為向第一經摻雜隔離區域210及第二經摻雜隔離區域212提供偏壓電壓，以形成一空泛區域(depletion region)，其在光偵測器105及鄰近的光偵測器(未顯示)之間提供接面隔離(junction isolation)。
一或多個隔離結構216係設置在底基板102的一第二表面102b內，與第一表面102a相對。在一些實施例中，一或多個隔離結構216可分別包含設置在藉由底基板102的側壁所界定的一或多個溝槽內的一介電材料。在一些實施例中，介電平面化結構218可沿著底基板102的第二表面102b設置。在一些實施例中，介電平面化結構218可包含氧化物、氮化物、高介電材料或類似材料中的一或多種。
在一些實施例中，格子結構220係設置在介電平面化結構218上。在一些實施例中，格子結構220可直接配置在一或多個隔離結構216上。 在一些實施例中，格子結構220可沿著一封閉路徑圍繞像素區域201延伸。在一些實施例中，格子結構220可包含一金屬，諸如鋁、鈷、銅、銀、金、鎢等。在一些實施例中，一過濾器222係配置在格子結構220的側壁之間。過濾器222係組構以傳輸特定波長的入射輻射(例如電磁波譜的遠紅外及/或近紅外區域的波長)。在一些實施例中，過濾器222可包含矽。一微透鏡224可配置在過濾器222上。微透鏡224係組構為將入射輻射(例如光)聚焦到光偵測器105上。
圖3繪示包含所揭露的經摻雜磊晶層的影像感測結構300的一些額外實施例的橫剖面圖。
影像感測結構300包含設置在底基板102內的磊晶材料104上的帽層302。在一些實施例中，帽層302可包含半導體材料，諸如矽。一第一經摻雜光電二極體區域106及一第二經摻雜光電二極體區域108從帽層302內延伸至磊晶材料104內。在一些實施例中，帽層302可具有一最外側壁，其係與磊晶材料104的最外側壁對齊。在這樣的實施例中，帽層302及磊晶材料104沿著底基板102的頂部表面(例如第一表面102a)可具有實質上相等的寬度。一經摻雜磊晶層114沿著底基板102及磊晶材料104之間的一介面延伸。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可具有一最上表面，其係橫向於帽層302的外側。
在帽層302及底基板102的上表面上設置一介電結構112。在一些實施例中，介電結構112包含設置在底基板102上的一第一介電材料304。第一介電材料304從帽層302的正上方橫向延伸至底基板102的一第一表面102a的正上方。第一介電材料304具有一或多個側壁，在第一經摻雜光電二極體區域106、第二經摻雜光電二極體區域108、第一經摻雜隔離區域210及第二經摻雜隔離區域212的頂部形成開口。
在一些額外的實施例中，介電結構112進一步包含設置在第一介電材料304上及沿著第一介電材料304的一或多個側壁的一接觸蝕刻停止層（contact etch stop layer；CESL）306。在不同的實施例中，CESL 306可包含氮化物、碳化物或類似物。在另外的實施例中，介電結構112包含一或多個彼此堆疊的層間介電（inter-level dielectric；ILD）層308a-308b。在一些實施例中，一或多個ILD層308a-308b可包含氮化物（例如氮化矽、氮氧化矽）、碳化物（例如碳化矽）、氧化物（例如氧化矽）、硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass；BSG）、磷矽酸鹽玻璃（phosphoric silicate glass；PSG）、硼磷矽酸鹽玻璃（borophosphosilicate glass；BPSG）、低介電氧化物（如碳摻雜氧化物，SiCOH）或類似物。
介電結構112橫向圍繞一或多個互接件110，這些互接件110與光偵測器105及/或一或多個經摻雜隔離區域210及212耦合。在一些實施例中，一或多個互接件110可包含導電接點110a、互接件通路及/或互接件導線110b。在不同的實施例中，一或多個互接件可包含鎢、鋁、銅、釕及/或類似物。
圖4繪示包含所揭露的摻雜磊晶層的影像感測結構400的一些額外實施例的橫剖面圖。
影像感測結構400包含設置在一底基板102內的一磊晶材料104上的一帽層302。一第一經摻雜光電二極體區域106及第二經摻雜光電二極體區域108從磊晶材料104內延伸至帽層302內。一經摻雜磊晶層114沿著底基板102及磊晶材料104之間的一介面延伸。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可具有一最上表面，其係在帽層302的正下方。在另外一些實施例中，經摻雜磊晶層114的最上表面可完全被帽層302覆蓋。
圖5A繪示包含所揭露的一經摻雜磊晶層的一影像感測結構500的一些額外實施例的橫剖面圖。
影像感測結構500包含一磊晶材料104，其設置在底基板102的一凹槽內。一經摻雜磊晶層114沿著底基板102及磊晶材料104之間的一介面延伸。在一些實施例中，一額外的經摻雜區域502可以沿著經摻雜磊晶層114的外邊緣配置在底基板102內。額外的經摻雜區域502可藉由一植入製程形成以減輕在底基板102內形成凹槽期間可能發生的損壞。植入製程在形成凹槽後將摻雜物植入底基板102中。與經摻雜磊晶層114相比，額外的經摻雜區域502在朝向底基板102的一介面上可具有一更長的遞減摻雜物濃度（longer decreasing dopant concentration）。在一些實施例中，額外的經摻雜區域502可橫向地及垂直地接觸該經摻雜磊晶層114。在其他實施例中(未顯示)，額外的經摻雜區502可與經摻雜磊晶層114為橫向地及垂直地以一非零距離隔開。
在一些實施例中，經摻雜磊晶層114和額外的經摻雜區域502都可包含或為與底基板102相同的材料。舉例而言，經摻雜磊晶層114及額外的經摻雜區域502可包含或為矽。在其他實施例中，經摻雜磊晶層114可包含一第一材料（例如鍺）以及額外的經摻雜區域502可包含一第二材料（例如矽）。
在一些實施例中，額外的經摻雜區域502可具有一第一摻雜物濃度以及經摻雜磊晶層114可具有不同於（例如高於）額外的經摻雜區域502的一第二經摻雜濃度。舉例而言，在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可具有約5e17原子/ cm 3以及約1e20原子/ cm 3之間的一摻雜物濃度（例如硼濃度），而額外的經摻雜區域502可具有約5e16原子/ cm 3以及約1e19原子/ cm 3之間的一摻雜物濃度（例如硼濃度）。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可具有一第一摻雜物種類（例如硼），以及額外的經摻雜區域502可具有與第一摻雜物種類不同的一第二摻雜物種類（例如鎵）。在其他實施例中，經摻雜磊晶層114以及額外的經摻雜區域502可具有一相同的摻雜物種類（例如硼）。
在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可具有一最上表面以及額外的經摻雜區域502可具有一最上邊界，它們都是橫向配置在一帽層302及一第一經摻雜隔離區域210之間。在這樣的實施例中，經摻雜磊晶層114的最上表面及額外的經摻雜區域502的最上邊界係在橫向上位於帽層302之外側。在其他實施例中，如圖5B的橫剖面圖504所示，經摻雜磊晶層114可具有在帽層302正下方的最上表面，以及額外的經摻雜區域502可具有橫向位於帽層302之外側的最上邊界。在一些這樣的實施例中，經摻雜磊晶層114的最上表面可以與額外的經摻雜區域502的最上邊界為垂直地偏移（例如高於或低於）。
圖6A繪示包含多數個經摻雜磊晶層的一影像感測結構600的一些額外實施例的橫剖面圖，多數個經摻雜磊晶層沿著一包含一光偵測器的磊晶材料的外部表面延伸。
影像感測結構600包含設置在一底基板102的一凹槽內的一磊晶材料104。一經摻雜磊晶層114沿著磊晶材料104的外邊緣延伸。一額外的經摻雜磊晶層602沿著經摻雜磊晶層114的外邊緣延伸。經摻雜磊晶層114橫向地且垂直地將磊晶材料104與額外的經摻雜磊晶層602隔開，以及額外的經摻雜磊晶層602橫向地且垂直地將底基板102與經摻雜磊晶層114隔開。在一些實施例中，一帽層302可設置在經摻雜磊晶層114及額外的經摻雜磊晶層602兩者的最上表面上。在一些實施例中，額外的經摻雜磊晶層602及經摻雜磊晶層114在磊晶製程其間中被摻雜。在一磊晶製程期間，經摻雜的層的摻雜物濃度輪廓與在磊晶製程後被植入的層的摻雜物濃度輪廓不同。
在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可包含一第一材料以及額外的經摻雜區域602可包含不同於第一材料的一第二材料。舉例而言，在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可包含鍺基材料以及額外的經摻雜磊晶層602可包含或為矽。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114以及額外的經摻雜磊晶層602都可包含一相同的摻雜物種類（例如硼）。在其他實施例中，經摻雜磊晶層114可包含與額外的經摻雜磊晶層602不同的一摻雜物種類。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114以及額外的經摻雜磊晶層602都可具有大於或等於約1e18原子/ cm 3的摻雜物濃度。在不同的實施例中，經摻雜磊晶層114及/或額外的經摻雜磊晶層602可具有一不變的摻雜濃度輪廓、一梯度摻雜濃度輪廓或一階狀摻雜濃度輪廓。
圖6B繪示包含多數個經摻雜磊晶層一的影像感測結構604的一些額外實施例的橫剖面圖。
影像感測結構604包含一經摻雜磊晶層114，其沿著設置在一底基板102的一凹槽內的一磊晶材料104的外邊緣延伸。一額外的經摻雜磊晶層602沿著經摻雜磊晶層114的外邊緣延伸以及一額外的經摻雜區域502沿著額外的經摻雜磊晶層602的外邊緣延伸。經摻雜磊晶層114橫向地且垂直地將磊晶材料104與額外的經摻雜磊晶層602隔開，及額外的經摻雜磊晶層602橫向地且垂直地將經摻雜磊晶層114與額外的經摻雜區域502隔開。
在一些實施例中，經摻雜磊晶層114以及額外的經摻雜磊晶層602可延伸至額外的經摻雜區域502的一頂部及/或底基板102的一頂部之上方。在一些這樣的實施例中，一第一介電材料304可沿著側壁延伸，及延伸至額外的經摻雜磊晶層602的最上表面之上方。在一些實施例中，帽層302覆蓋經摻雜磊晶層114及額外的經摻雜磊晶層602的最上表面。
圖7A繪示包含一經摻雜磊晶層的一影像感測結構700的一些實施例的橫剖面圖。
影像感測結構700包含一經摻雜磊晶層114，包含沿著底基板102以及磊晶材料104之間的一介面而設置的一鍺基材料。一摻雜物濃度輪廓沿著橫剖面線A-A´及B-B´改變，它們分別延伸通過底基板102、經摻雜磊晶層114及磊晶材料104。在一些實施例中，沿著橫剖面線A-A´及B-B´的摻雜物濃度輪廓可能實質上相同。可理解的是，本文披露的經摻雜磊晶層114可有各種摻雜物濃度輪廓。舉例而言，圖7B至圖7D繪示了顯示沿著圖7A的橫剖面線A-A´及B-B´的摻雜物濃度的圖表的一些實施例。
如圖7B的圖表702所示，在一些實施例中，摻雜物濃度輪廓具有一第一值，其在磊晶材料104的大部分中係實質上不變。摻雜物濃度輪廓在沿著磊晶材料104的邊緣的第一距離704上迅速增加到大於第一值的一第二值。在一些實施例中，第一距離704可藉由經摻雜磊晶層114的形成而控制在約5 Å及約100 Å之間的範圍。在經摻雜磊晶層114內，摻雜物濃度輪廓係在第二值為實質上不變。在底基板102內，摻雜物濃度輪廓下降到小於第二值的一第三值。在一些實施例中，第一值可小於或等於約1e16原子/ cm 3，諸如1e15原子/ cm 3，第二值可在約1e17原子/ cm 3及約1e19原子/ cm 3的範圍之間，或約1e18原子/ cm 3及約1e19原子/ cm 3之間，以及第三值可小於或等於約1e16原子/ cm 3，諸如1e15原子/ cm 3。在其他實施例中，第一值、第二值及第三值可有不同的數值。在一些實施例中，由於經摻雜磊晶層114及磊晶材料104之間的摻雜物濃度差異，第一距離704可為一過渡區。由於經摻雜磊晶層114在其磊晶製程期間中被摻雜，沿著橫剖面線A-A´及B-B´，鄰近經摻雜磊晶層114的過渡區可能比鄰近植入層的過渡區更窄(5 Å至100 Å)。舉例而言，若在磊晶材料104及底基板102之間的介面上植入硼摻雜物以形成具有2e17原子/ cm 3的一植入層，磊晶材料104的過渡區的寬度為7000 Å，其從磊晶材料104及經摻雜磊晶層114之間的介面至磊晶材料104的硼濃度為1e16原子/ cm 3處。
如圖7C的圖表706所示，在一些實施例中，經摻雜磊晶層114內的摻雜物濃度輪廓具有一階狀輪廓，其在複數個不同值之間呈階狀增加。
如圖7D的圖表708所示，在一些實施例中，經摻雜磊晶層114內的摻雜物濃度輪廓具有梯度輪廓，其在一第二值以及一第四值之間逐漸增加。
圖8A繪示包含一經摻雜磊晶層的一影像感測結構800的一些實施例的一橫剖面圖。
影像感測結構800包含經一摻雜磊晶層114，其包含矽以及係沿著一底基板102及一磊晶材料104之間的一介面配置。一摻雜物濃度輪廓沿著橫剖面線A-A´及B-B´改變，它們分別延伸通過底基板102、經摻雜磊晶層114及磊晶材料104。在一些實施例中，沿著橫剖面線A-A´及B-B´的摻雜物濃度輪廓可為實質上相同。可理解的是，本文揭露的經摻雜磊晶層114可具有各種摻雜物濃度輪廓。舉例而言，圖8B至圖8D繪示了顯示沿著圖8A的橫剖面線A-A´及B-B´的摻雜物濃度的圖表的一些實施例。
如圖8B的圖表802所示，在一些實施例中，摻雜物濃度輪廓具有一第一值，其係在磊晶材料104的大部分中實質上不變。摻雜物濃度輪廓沿著磊晶材料104的一邊緣迅速增加（例如在約5 Å及約100 Å之間的一距離內）達到大於第一值的一第二值。在經摻雜磊晶層114內，摻雜物濃度輪廓在一第二值實質上不變。在底基板102內，摻雜物濃度輪廓下降到小於第二值的一第三值。在一些實施例中，第一值可等於約1e16原子/ cm 3、第二值可在約1e19原子/ cm 3及約1e20原子/ cm 3之間的範圍內以及第三值可等於約1e16原子/ cm 3。在其他實施例中，第一值、第二值以及第三值可有不同的值。
如圖8C的圖表804所示，在一些實施例中，經摻雜磊晶層114內的摻雜物濃度輪廓具有一階狀輪廓，其在複數個不同的值之間呈階狀增加。
如圖8D的圖表806所示，在一些實施例中，經摻雜磊晶層114內的摻雜物濃度輪廓具有一梯度輪廓，其在一第二值以及一第四值之間逐漸增加。
圖9A繪示包含所揭露的一經摻雜磊晶層的一影像感測結構900的一些實施例的橫剖面圖。
影像感測結構900包含一磊晶材料104，其係設置在由一底基板102的一內部表面所界定的一凹槽內。一經摻雜磊晶層114沿著底基板102以及磊晶材料104之間的一介面延伸。一額外的經摻雜區域502沿著經摻雜磊晶層114的外邊緣而設置在底基板102內。
圖9B繪示了顯示沿著圖9A的橫剖面線A-A´及B-B´的一摻雜物濃度輪廓的一圖表902的一些實施例。如圖表902所示，磊晶材料104及/或經摻雜磊晶層114內的一摻雜物濃度在一短距離內突然增加，以限制一高摻雜物濃度延伸至磊晶材料104內的一深度以及從而限制摻雜物對磊晶材料104內的一光偵測器（例如圖9A的105）的負面影響。在一些實施例中，磊晶材料104內的摻雜物濃度在小於或等於約1000埃的一距離上改變一個數量級。舉例而言，在一些實施例中，磊晶材料104內的一摻雜濃度可在小於或等於約1000埃的距離上從約1e16原子/ cm 3改變到約1e17原子/ cm 3。在額外一些實施例中，磊晶材料104內的一摻雜濃度可在小於或等於約1000埃的一距離上從約1e16原子/ cm 3改變到約5e17原子/ cm 3。在一些實施例中，摻雜物濃度輪廓在經摻雜磊晶層114內及額外的經摻雜區域502內具有一相對較高的摻雜物濃度（例如大於或等於1e17原子/ cm 3）。
圖10繪示一多維集成晶片結構1000的一些實施例的一橫剖面圖，包含沿著一磊晶材料（包含一光偵測器）的外部表面設置的一經摻雜磊晶層。
多維集成晶片結構1000包含彼此堆疊的複數個層級1002-1004。複數個層級1002-1004包含一第一層級1002，其包含具有複數個像素區域201a-201b的一底基板102，該像素區域201a-201b分別包含設置在具有沿著磊晶材料104及底基板102之間的一介面的經摻雜磊晶層114的磊晶材料104內的光偵測器105。第一層級1002進一步包含設置在底基板102的一第一表面102a（例如前表面）上的介電結構112。複數個互接件110係設置在介電結構112內。在一些實施例中，底基板102可具有側壁，其延伸通過底基板102以及界定一接合墊開口1001。一接合墊1003係配置在底基板102的側壁之間。
一格子結構220係沿著複數個像素區域201a-201b的相對側設置在底基板102的一第二表面102b（例如背表面）上。在一些實施例中，格子結構220包含一曲面表面220c，其係設置在格子結構220的側壁220s之間以及面向遠離底基板102。
一隔離結構216係配置在一或多個溝槽內，其沿著複數個像素區域201的相對側延伸至基底基板102的第二表面102b。在一些實施例中，一或多個溝槽係由底基板102的側壁所界定，該側壁與底基板102的曲面下表面耦合。在一些實施例中，一或多個溝槽可延伸至底基板102中，其深度大於格子結構220的高度。在一些實施例中，一或多個溝槽可從格子結構220橫向偏移一非零距離。舉例而言，從橫剖面來看，將溝槽二等分的線可與最接近的將格子結構二等分的線橫向隔開。
複數個層級1002-1004進一步包含一第二層級1004，其包含一額外的基板1006以及一額外的介電結構1012。在一些實施例中，一或多個電晶體裝置1008係設置在額外的基板1006內。複數個額外的互接件1010係設置在額外的介電結構1012內以及與一或多個電晶體裝置1008耦合。
第一層級1002藉由包含一第一接合墊1016以及一第二接合墊1018的一接合結構1014而接合到第二層級1004。在一些實施例中，第一接合墊1016可設置在介電結構112上的一第一鈍化層1020內，以及第二接合墊1018可設置在額外的介電結構1012上的一第二鈍化層1022內。在一些實施例中，接合結構1014可包含一混合接合結構，其在第一接合墊1016以及第二接合墊1018之間具有一第一介面，在第一鈍化層1020以及第二鈍化層1022之間具有一第二介面。在一些實施例中，第一接合墊1016以及第二接合墊1018可包含金屬，諸如鋁、銅、鎢或類似物。在一些實施例中，第一接合墊1016以及第二接合墊1018可分別包含一導電核心銅芯（conductive core copper core）及一圍繞的阻障層（例如包含諸如鉭、鈦或類似的難熔金屬）。在一些實施例中，第一接合墊1016接觸第二接合墊1018及第二鈍化層1022。在一些實施例中，第一接合墊1016以及第二接合墊1018係實質上梯形，其彼此接觸的是實質上的梯形的一最大底。
圖11至圖29繪示形成集成晶片結構的方法的一些額外的實施例，包含沿著磊晶材料（包含光偵測器）的外部表面設置的經摻雜磊晶層。雖然圖11至圖29所描述的係關於方法，但可理解的是，圖11至圖29中揭露的結構並不限於此方法，而是可以作為獨立於方法的結構而存在。
如圖11的橫剖面圖1100所示，在一底基板102的一第一表面102a上形成一犧牲介電體（sacrificial dielectric）1102。在各種實施例中，底基板102可為任何類型的半導體本體（例如矽、SiGe、SOI等），諸如一半導體晶圓及/或一晶圓上的一或多個裸片，以及與之相關的任何其他類型的半導體及/或磊晶層。在不同的實施例中，犧牲介電體1102可包含氧化物、氮化物或類似物。在一些實施例中，犧牲介電體1102可藉由一熱氧化製程（例如濕熱氧化製程、乾熱氧化製程或類似製程）形成。在其他實施例中，犧牲介電體1102可藉由沉積製程（例如化學氣相沉積（CVD）製程、電漿增強化學氣相沉積（PE-CVD）製程、原子層沉積（ALD）製程、物理氣相沉積（PVD）製程、分子有機化學氣相沉積（MOCVD）製程等類似製程）而形成。
如圖12的橫剖面圖1200所示，一或多個經摻雜隔離區域係形成在底基板102內。一或多個經摻雜隔離區域可包含具有一第一摻雜類型的一第一經摻雜隔離區域210以及具有不同於第一摻雜類型的一第二摻雜類型的一第二經摻雜隔離區域212。在一些實施例中，第一經摻雜隔離區域210可藉由一第一植入製程形成，其根據一第一植入遮罩（未顯示）將一第一摻雜類型（例如硼、鋁、鎵或類似物）植入底基板102。在一些實施例中，第二經摻雜隔離區域212可藉由一或多個額外的植入製程形成，其根據一第二植入遮罩（未顯示）將一第二摻雜物類型（例如磷、砷、銻或類似物）植入底基板102。在一些實施例中，一或多個額外的植入製程可包含單獨的植入製程，其形成第二經摻雜隔離區域212的一第一部分212a以及第二經摻雜隔離區域212的一第二部分212b。第一植入製程以及一或多個額外的植入製程可在犧牲介電體1102在底基板102上的所在位置執行，以便植入製程通過犧牲介電體1102植入摻雜物。
如圖13的橫剖面圖1300所示，犧牲介電體（圖12的1102）從底基板102的第一表面102a上被移除。移除犧牲介電體後，隨後在底基板102的第一表面102a上形成一中間的第一介電材料1302。在一些實施例中，中間的第一介電材料1302可包含氧化物（例如二氧化矽）、氮化物（例如氮氧化矽）或類似物。在一些實施例中，中間的第一介電材料1302可藉由沉積製程（例如CVD製程、PE-CVD製程、ALD製程、PVD製程、MOCVD製程或類似製程）形成。
如圖14的橫剖面圖1400所示，在中間的第一介電材料1302上執行第一圖案化製程，以形成延伸穿過中間的第一介電材料1302的一開口1402，該開口暴露底基板102的第一表面102a的一部分。在一些實施例中，第一圖案化製程可藉由根據一第一遮罩1406將中間的第一介電材料1302選擇性地暴露於一第一蝕刻劑1404來執行。在一些實施例中，第一蝕刻劑1404可包含乾式蝕刻劑（例如活性離子蝕刻劑、濺射蝕刻劑或類似物）。在一些實施例中，第一遮罩1406可包含光刻膠、硬遮罩或類似物。
如圖15的橫剖面圖1500所示，在底基板102的第一表面102a的暴露部分上執行一第二圖案化製程。第二圖案化製程移除底基板102的一部分以形成藉由底基板102的一或多個內部表面所界定的一凹槽1502。在一些實施例中，凹槽1502可形成為具有在約1微米以及約3微米之間的一深度，以及在約2微米以及約10微米之間的一寬度。在一些實施例中，第二圖案化製程可藉由根據一第二遮罩1506將底基板102選擇性地暴露於一第二蝕刻劑1504來執行。在一些實施例中，第二蝕刻劑1504可包含乾式蝕刻劑（例如活性離子蝕刻劑、濺射蝕刻劑或類似物）。在一些實施例中，第二遮罩1506可包含光刻膠、硬遮罩或類似物。在額外的一些實施例中，第二遮罩1506可包含中間的第一介電材料1302。
如圖16的橫剖面圖1600所示，在凹槽1502內以及沿著底基板102的一或多個內部表面形成一經摻雜磊晶層114。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可藉由一第一沉積製程形成，其在第一沉積製程期間將摻雜物引入磊晶材料（例如使經摻雜磊晶層114在其沿著底基板102的一或多個內部表面形成的同時被摻雜）。藉由第一沉積製程形成經摻雜磊晶層114允許經摻雜磊晶層114內的摻雜物在相對為小的寬度上形成。此外，不需要使用光罩（例如與植入製程相比）及/或活化退火（activation anneal），從而降低了製造製程的成本。
在不同的實施例中，第一沉積製程可包含化學氣相沉積（CVD）製程、物理氣相沉積（PVD）製程、磊晶成長製程或類似製程。在一些實施例中，第一沉積製程可藉由在沉積磊晶材料期間將含硼氣體（例如二硼烷）引入一製程室來執行。在不同的實施例中，經摻雜磊晶層114可包含矽、鍺、矽鍺或類似物。在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可形成為厚度在約100 Å及約10000 Å之間、約100 Å及約5000 Å之間、約100Å及約1000 Å之間或其他類似值的範圍。在一些實施例中，第一沉積製程可在壓力介於約5托（torr）以及約200托之間的製程室中執行。在其他實施例中，第一沉積製程可於保持在大氣壓力下的製程室中執行。
在一些實施例中（未顯示），可利用後續的沉積製程在經摻雜磊晶層114上方形成額外的摻雜磊晶層。舉例而言，在一些實施例中，經摻雜磊晶層114可藉由將第一經摻雜半導體材料形成在底基板102上的第一沉積製程來形成，以及一第二經摻雜磊晶層可藉由將一第二經摻雜半導體材料形成在第一經摻雜半導體材料上的額外沉積製程來形成。
如圖16的橫剖面圖1602所示，一中間的磊晶材料1604形成在凹槽1502內以及沿著經摻雜磊晶層114的內部表面。在一些實施例中，中間的磊晶材料1604可藉由不將摻雜物引入中間的磊晶材料1604的一第二沉積製程的方式而形成。在各種實施例中，第二沉積製程可包含CVD製程、PVD製程、磊晶成長製程或類似製程。在一些實施例中，第二沉積製程可藉由在形成經摻雜磊晶層114以及中間的磊晶材料1604的一沉積（例如分段沉積、連續沉積等）期間停止將含硼氣體（例如二硼烷）引入製程室而執行。在其他實施例中，第二沉積製程可藉由將一組新的氣體引入一製程室而執行。在不同的實施例中，中間的磊晶材料1604可包含鍺、矽鍺或類似物。在一些實施例中，在形成中間的磊晶材料1604期間，來自經摻雜磊晶層114內的摻雜物可擴散至底基板102內，導致摻雜物濃度輪廓在底基板102內下降，其深度例如在約5 Å以及約100 Å之間。
如圖17的橫剖面圖1700所示，中間的磊晶材料的一部分（圖16的1604）從中間的第一介電材料1302上方移除，以形成磊晶材料104。在一些實施例中，中間的磊晶材料的部分是藉由蝕刻製程的方式而移除。在其他實施例中，中間的磊晶材料的部分係藉由平面化製程（例如化學機械平面化（CMP）製程）的方式而移除。在一些實施例中，磊晶材料104可凹陷在第一介電材料304的一上表面以下。在其他實施例中，磊晶材料104可具有一上表面，該上表面與中間的第一介電材料1302的上表面實質上共面（例如在CMP製程的公差範圍內共面）在一些這樣的實施例中，經摻雜磊晶層114可具有高於底基板102的第一表面102a的一最上表面。
如圖18的橫剖面圖1800所示，在磊晶材料104上形成帽層302。帽層302可形成在磊晶材料104上以及直接在中間的第一介電材料1302的側壁之間。在一些實施例中，帽層302可包含氧化物、氮化物或類似物。在各種實施例中，帽層302可藉由沉積製程（例如CVD製程、PE-CVD製程、ALD製程、PVD製程、MOCVD製程或類似製程）的方式形成。
如圖19的橫剖面圖1900所示，中間的第一介電材料(例如圖18的1302)係修改以形成一第一介電材料304。第一介電材料304比中間的第一介電材料具有較大的厚度以及延伸至帽層302上。在一些實施例中，中間的第一介電材料可藉由沉積製程（例如CVD製程、PE-CVD製程、ALD製程、PVD製程、MOCVD製程或類似製程）的方式而修改。
如圖20的橫剖面圖2000所示，在磊晶材料104內形成了一第一經摻雜光電二極體區域106以及一第二經摻雜光電二極體區域108。在一些實施例中，第一經摻雜光電二極體區域106可藉由一第三植入製程形成，其根據一第三植入遮罩（未顯示）將一第一摻雜物類型（例如硼、鋁、鎵等）植入磊晶材料104以及帽層302中。在一些實施例中，第二經摻雜光電二極體區域108可藉由一第四植入製程形成，其根據一第四植入遮罩（未示出）將一第二摻雜物類型（例如磷、砷、銻或類似物）植入磊晶材料104以及帽層302。
如圖21的橫剖面圖2100所示，執行一第三圖案化製程以選擇性地蝕刻第一介電材料304，以界定延伸通過第一介電材料304的第一複數個接觸開口2102。第一複數個接觸開口2102暴露第一經摻雜光電二極體區域106、第二經摻雜光電二極體區域108、第一經摻雜隔離區域210以及第二經摻雜隔離區域212。在一些實施例中，第三圖案化製程可藉由根據一第三遮罩層2106將第一介電材料304選擇性地暴露於一第三蝕刻劑2104而執行。在一些實施例中，第三蝕刻劑2104可包含乾蝕刻劑（例如活性離子蝕刻劑、濺射蝕刻劑或類似物）。在一些實施例中，第三遮罩層2106可包含光刻膠、硬遮罩或類似物。
如圖22的橫剖面圖2200所示，執行一矽化製程以在第一經摻雜光電二極體區域106、第二經摻雜光電二極體區域108、第一經摻雜隔離區域210以及第二經摻雜隔離區域212上形成矽化物214。在一些實施例中，可藉由沉積一鎳層，接著執行一熱退火製程（例如快速熱退火）以形成包含鎳的一矽化物214來執行矽化製程。
如圖23的橫剖面圖2300所示，在第一介電材料304以及矽化物214上形成一接觸蝕刻停止層（contact etch stop layer；CESL）306。在一些實施例中，CESL 306可包含碳化物（例如碳化矽、碳氧化矽等）、氮化物（例如氮化矽、氮氧化矽等）或類似物。在一些實施例中，CESL 306可藉由沉積製程（例如CVD製程、PE-CVD製程、ALD製程、PVD製程、MOCVD製程等）而形成。
如圖24的橫剖面圖2400所示，一第一ILD層308a係形成在CESL 306上。在一些實施例中，第一ILD層308a可包含氧化物（例如氧化矽）、一低介電材料或類似材料。在不同的實施例中，第一ILD層308a可藉由沉積製程（例如CVD製程、PE-CVD製程、ALD製程、PVD製程、MOCVD製程或類似製程）而形成。
如圖25的橫剖面圖2500所示，在第一ILD層308a上形成一抗反射塗層2502。抗反射塗層2502係組構以減輕光微影技術製程中使用的入射輻射的反射率，以便減輕臨界尺寸（CD）誤差。在不同的實施例中，抗反射塗層2502可藉由沉積製程（例如，CVD製程、PE-CVD製程、ALD製程、PVD製程、MOCVD製程或類似製程）而形成。
如橫剖面圖2600所示，執行一第四圖案化製程以選擇性地蝕刻第一ILD層308a以及CESL 306，以便界定延伸通過第一ILD層308a及CESL 306的第二複數個接觸開口2602。在一些實施例中，第四圖案化製程可藉由將第一ILD層308a及CESL 306根據一第四遮罩層2606選擇性地暴露一第四蝕刻劑2604而執行。在一些實施例中，第四蝕刻劑2604可包含乾式蝕刻劑（例如活性離子蝕刻劑、濺射蝕刻劑或類似物）。在一些實施例中，第四遮罩層2606可包含光刻膠。
如圖27的橫剖面圖2700所示，在第二複數個接觸開口2602內形成複數個導電接點110a。在一些實施例中，複數個導電接點110a可藉由在第二複數個接觸開口2602內形成一第一導電材料來形成。隨後執行平面化製程以從第一ILD層308a上移除過多的第一導電材料。在一些實施例中，平面化製程可包含化學機械平面化（CMP）製程。在一些實施例中，第一導電材料可包含鎢、釕、銅、金或類似物。
如圖28的橫剖面圖2800所示，在第一ILD層308a以及複數個導電接點110a上形成一互接件導線110b。在一些實施例中，互接件導線110b可藉由將一第二導電材料沉積至第一ILD層308a以及複數個導電接點110a上而形成。第二導電材料係隨後被圖案化以界定互接件導線110b。在一些實施例中，第二導電材料可包含鎢、釕、銅、金或類似物。
如圖29的橫剖面圖2900所示，在第一ILD層308a及互接件導線110b上形成一第二ILD層308b。在一些實施例中，第二ILD層308b可包含氧化物（例如氧化矽）、低介電材料或類似材料。在不同的實施例中，第二ILD層308b可藉由一沉積製程（例如CVD製程、PE-CVD製程、ALD製程、PVD製程、MOCVD製程或類似製程）形成。
圖30繪示形成集成晶片結構的方法3000的一些實施例的流程圖，包含沿著磊晶材料（包含光偵測器）的外部表面設置的經摻雜磊晶層。
雖然所揭露的方法3000在此被說明和描述為一系列的步驟或事件，但可理解的是，所繪示的這種步驟或事件的順序不應以限制性意義為解讀。舉例而言，一些步驟可用不同的順序及/或與其他步驟或事件同時發生，而不是本文繪示及/或描述的那些步驟或事件。此外，並非所有繪示的步驟都需要實施本文描述的一或多個方面或實施例。此外，本文所描述的一或多個步驟可在一或多個單獨的步驟及/或階段中實行。
在步驟3002中，在一底基板上形成一犧牲介電體。圖11繪示了對應於步驟3002的一些實施例的一橫剖面圖1100。
在步驟3004中，一或多個隔離區域可在底基板內形成。圖12繪示了對應於步驟3004的一些實施例的一橫剖面圖1200。
在步驟3006中，犧牲介電體係從第一基板上方移除，以及在基板上方形成一中間的第一介電材料。圖13繪示了對應於步驟3006的一些實施例的一橫剖面圖1300。
在步驟3008中，底基板係圖案化以形成由底基板的內部表面界定的一凹槽。圖14至圖15繪示了對應於步驟3008的一些實施例的橫剖面圖1400-1500。
在步驟3010中，沿著半導體基板（界定一凹槽）的內部表面形成一經摻雜磊晶層。圖16繪示了對應於步驟3010的一些實施例的一橫剖面圖1600。
在步驟3012中，在經摻雜磊晶層上以及凹槽內形成一磊晶材料。圖16至圖17繪示了對應於步驟3012的一些實施例的橫剖面圖1602及1700。
在步驟3014中，在磊晶材料上形成一帽層。圖18繪示了對應於步驟3014的一些實施例的一橫剖面圖1800。
在步驟3016中，中間的第一介電材料係修改以形成覆蓋帽層的一第一介電材料。圖19繪示了對應於步驟3016的一些實施例的一橫剖面圖1900。
在步驟3018中，在磊晶材料內形成一第一經摻雜光電二極體區域以及一第二經摻雜光電二極體區域。圖20繪示了對應於步驟3018的一些實施例的一橫剖面圖2000。
在步驟3020中，在第一介電材料上形成一第一ILD層。圖24繪示了對應於步驟3020的一些實施例的一橫剖面圖2400。
在步驟3022中，在一第一ILD層以及第一介電材料內形成複數個導電接點。圖25繪示了對應於步驟3022的一些實施例的一橫剖面圖2500。
因此，在一些實施例中，本揭露涉及一種集成晶片結構，包含沿著一磊晶材料的外部表面（包含一光偵測器）設置的經摻雜磊晶層。
在一些實施例中，本揭露有關一種形成集成晶片結構的方法。該方法包含蝕刻一底基板以形成藉由該底基板的一或多個內部表面所界定的一凹槽；沿著該底基板的該一或多個內部表面形成一經摻雜磊晶層；形成一磊晶材料在該經摻雜磊晶層的水平地及垂直地延伸表面上；形成一第一經摻雜光電二極體區域在該磊晶材料內，該第一經摻雜光電二極體區域具有一第一摻雜類型；以及形成一第二經摻雜光電二極體區域在該磊晶材料內，該第二經摻雜光電二極體區域具有一第二摻雜類型。在一些實施例中，該方法進一步包含形成該磊晶材料之後以及形成該第一經摻雜光電二極體區域之前，執行一平面化製程以移除該磊晶材料的一部分。在一些實施例中，該磊晶材料包含鍺。在一些實施例中，經摻雜磊晶層在該經摻雜磊晶層的寬度上具有一實質上不變的摻雜物濃度輪廓。在一些實施例中，經摻雜磊晶層具有一摻雜物濃度輪廓，其沿著從磊晶材料延伸至底基板的一方向增加。在一些實施例中，經摻雜磊晶層的寬度小於約100 nm。在一些實施例中，該經摻雜磊晶層在該磊晶材料的正下方具有一第一高度，該第一高度係小於該磊晶材料的一第二高度的約10%。在一些實施例中，該方法進一步包含執行一植入製程在蝕刻該底基板以界定該凹槽的步驟以及形成該經摻雜磊晶層的步驟之間，其中該植入製程沿著該底基板的該一或多個內部表面而植入一摻雜物種類。
在其他實施例中，本揭露有關一種形成集成晶片結構的方法。該方法包含蝕刻具有一第一半導體材料的一底基板以形成藉由該底基板的一或多個內部表面所界定的一凹槽；執行一第一沉積製程以沿著該底基板的該一或多個內部表面形成一經摻雜磊晶層；執行一第二沉積製程以在該經摻雜磊晶層上形成具有一第二半導體材料的一磊晶材料，該磊晶材料的一最大摻雜物濃度係小於該經摻雜磊晶層；執行一第一植入製程以在該磊晶材料內形成一第一經摻雜光電二極體區域；以及執行一第二植入製程以在該磊晶材料內形成一第二經摻雜光電二極體區域，其中該第二經摻雜光電二極體區域橫向圍繞該第一經摻雜光電二極體區域。在一些實施例中，該第一沉積製程係藉由將一摻雜物引入一製程室同時磊晶成長一半導體材料至該底基板的一或多個內部表面而執行。在一些實施例中，該第一沉積製程形成該經摻雜磊晶層為與該底基板相同材料。在一些實施例中，該方法進一步包含執行一額外沉積製程以沿著該經摻雜磊晶層的側壁形成一額外經摻雜磊晶層，其中該額外經摻雜磊晶層係與該經摻雜磊晶層為不同材料。在一些實施例中，該第一沉積製程形成該經摻雜磊晶層為與該底基板不同材料。在一些實施例中，該經摻雜磊晶層與該第二經摻雜光電二極體區域橫向隔開一非零距離。在一些實施例中，該經摻雜磊晶層具有一最上表面，其係垂直於該底基板的一最上表面之上。在一些實施例中，該方法進一步形成一帽層在該磊晶材料以及該經摻雜磊晶層的最上表面。
在另一些實施例中，本揭露有關一種晶片集成結構。該晶片集成結構包含一底基板，具有一或多個內部表面，其在該底基板的一上表面內界定一凹槽；一磊晶材料，設置在該凹槽內；一第一經摻雜光電二極體區域，設置在該磊晶材料內及具有一第一摻雜類型；一第二經摻雜光電二極體區域，設置在該磊晶材料內及具有一第二摻雜類型，其中該第二經摻雜光電二極體區域橫向圍繞該第一經摻雜光電二極體區域；以及一經摻雜磊晶層，水平地以及垂直地設置在該底基板以及該磊晶材料之間，該經摻雜磊晶層具有該第二摻雜類型。在一些實施例中，該經摻雜磊晶層係與該磊晶材料相同材料。在一些實施例中，該經摻雜磊晶層係與該底基板相同材料。在一些實施例中，經摻雜磊晶層係與第二經摻雜光電二極體區域為垂直地及橫向隔開。
上述內容概述了幾個實施例的特點，以便熟悉本技術領域之通常知識者可更好地理解本揭露的各方面。本技術領域之通常知識者應理解，其可很容易地將本揭露之內容作為設計或修改其他製程及結構的基礎，以實行相同的目的及/或實行本文介紹的實施例的相同優勢。熟悉本技術領域之通常知識者亦應理解，這種等效結構並不偏離本揭露的精神及範疇，其可在不偏離揭露的精神及範疇的情況下對本揭露進行各種改變、替換及變動。
100:集成晶片結構 102:底基板 102a:第一表面 102b:第二表面 104:磊晶材料 105:光偵測器 106:第一經摻雜光電二極體區域 108:第二經摻雜光電二極體區域 110:互接件 110a:導電接點 110b:互接件導線 112:介電結構 114:經摻雜磊晶層 115:入射光子 116:電子 118:電洞 120:自由電荷載子 122:俯視圖 200:橫剖面圖 201:像素區域 201a:像素區域 201b:像素區域 202:第一寬度 204:第二寬度 206:第一高度 208:距離 210:第一經摻雜隔離區域 212:第二經摻雜隔離區域 212a:第一部分 212b:第二部分 214:矽化物 216:隔離結構 218:介電平面化結構 220:格子結構 220c:曲面表面 220s:側壁 222:過濾器 224:微透鏡 226:俯視圖 300:影像感測結構 302:帽層 304:第一介電材料 306:接觸蝕刻停止層/CESL 308a:第一層間介電層/第一ILD層 308b:第二層間介電層/第二ILD層 400:影像感測結構 500:影像感測結構 502:額外的經摻雜區域 504:橫剖面圖 600:影像感測結構 602:額外的經摻雜磊晶層 604:影像感測結構 700:影像感測結構 702:圖表 704:第一距離 706:圖表 708:圖表 800:影像感測結構 802:圖表 804:圖表 806:圖表 900:影像感測結構 902:圖表 1000:多維集成晶片結構 1001:接合墊開口 1002:第一層級 1003:接合墊 1004:第二層級 1006:額外的基板 1008:電晶體裝置 1010:額外的互接件 1012:額外的介電結構 1014:接合結構 1016:第一接合墊 1018:第二接合墊 1020:第一鈍化層 1022:第二鈍化層 1100:橫剖面圖 1102:犧牲介電體 1200:橫剖面圖 1300:橫剖面圖 1302:中間的第一介電材料 1400:橫剖面圖 1402:開口 1404:第一蝕刻劑 1406:第一遮罩 1500:橫剖面圖 1502:凹槽 1504:第二蝕刻劑 1506:第二遮罩 1600:橫剖面圖 1602:橫剖面圖 1604:中間的磊晶材料 1700:橫剖面圖 1800:橫剖面圖 1900:橫剖面圖 2000:橫剖面圖 2100:橫剖面圖 2102:第一複數個接觸開口 2104:第三蝕刻劑 2106:第三遮罩層 2200:橫剖面圖 2300:橫剖面圖 2400:橫剖面圖 2500:橫剖面圖 2502:抗反射塗層 2600:橫剖面圖 2602:第二複數個接觸開口 2604:第四蝕刻劑 2606:第四遮罩層 2700:橫剖面圖 2800:橫剖面圖 2900:橫剖面圖 3000:方法 3002:步驟 3004:步驟 3006:步驟 3008:步驟 3010:步驟 3012:步驟 3014:步驟 3016:步驟 3018:步驟 3020:步驟 3022:步驟
當結合附圖閱讀時自以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據業界中之標準實踐，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚論述起見，可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1A至圖1B繪示影像感測結構的一些實施例，包含沿著磊晶材料（包含光偵測器）的外部表面設置的經摻雜磊晶層。
圖2A至圖2B繪示影像感測結構的一些額外實施例，包含沿著磊晶材料（包含光偵測器）的外部表面設置的經摻雜磊晶層。
圖3至圖4繪示包含所揭露的摻雜磊晶層的影像感測結構的一些額外實施例的橫剖面圖。
圖5A至圖5B繪示包含所揭露的經摻雜磊晶層的影像感測結構的一些額外實施例的橫剖面圖。
圖6A至圖6B繪示包含多數個經摻雜磊晶層的影像感測結構的一些額外實施例的橫剖面圖。
圖7A繪示包含所揭露的經摻雜磊晶層的影像感測結構的一些實施例的橫剖面圖。
圖7B至圖7D繪示顯示沿著圖7A的影像感測結構的橫剖面線的摻雜物濃度輪廓的各種實施例的圖表。
圖8A繪示包含所揭露的經摻雜磊晶層的影像感測結構的一些實施例的橫剖面圖。
圖8B至圖8D繪示顯示著沿圖8A的影像感測結構的橫剖面線的摻雜物濃度輪廓的各種實施例的圖表。
圖9A繪示包含所揭露的經摻雜磊晶層的影像感測結構的一些實施例的橫剖面圖。
圖9B繪示沿著圖9A的影像感測結構的橫剖面線的摻雜物濃度輪廓的一些實施例的圖表。
圖10繪示多維集成晶片結構的一些實施例的橫剖面圖，包含沿著磊晶材料（包含光偵測器）的外部表面設置的經摻雜磊晶層。
圖11至圖29繪示形成集成晶片結構的方法的一些額外的實施例，包含沿著磊晶材料（包含光偵測器）的外部表面設置的經摻雜磊晶層。
圖30繪示形成集成晶片結構的方法的一些實施例的流程圖，包含沿著磊晶材料（包含光偵測器）的外部表面設置的經摻雜磊晶層。
100:集成晶片結構
102:底基板
102a:第一表面
104:磊晶材料
105:光偵測器
106:第一經摻雜光電二極體區域
108:第二經摻雜光電二極體區域
110:互接件
112:介電結構
114:經摻雜磊晶層
115:入射光子
116:電子
118:電洞
120:自由電荷載子

Claims (10)

  1. 一種形成一集成晶片結構的方法，包含：蝕刻一底基板以形成藉由該底基板的一或多個內部表面所界定的一凹槽；沿著該底基板的該一或多個內部表面形成一經摻雜磊晶層；形成一磊晶材料在該經摻雜磊晶層的水平地及垂直地延伸表面上，其中該磊晶材料內的一摻雜濃度在小於或等於約1000埃(Angstroms)的一距離上以一數量級的方式改變；形成一第一經摻雜光電二極體區域在該磊晶材料內，該第一經摻雜光電二極體區域包含一第一摻雜類型；以及形成一第二經摻雜光電二極體區域在該磊晶材料內，該第二經摻雜光電二極體區域包含一第二摻雜類型。
  2. 如請求項1所述的方法，進一步包含：形成該磊晶材料之後以及形成該第一經摻雜光電二極體區域之前，執行一平面化製程以移除該磊晶材料的一部分。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該經摻雜磊晶層在該經摻雜磊晶層的寬度上具有一實質上不變的摻雜物濃度輪廓(dopant concentration profile)。
  4. 如請求項1所述的方法，進一步包含： 執行一植入製程在蝕刻該底基板以界定該凹槽的步驟以及形成該經摻雜磊晶層的步驟之間，其中該植入製程沿著該底基板的該一或多個內部表面而植入一摻雜物種類(dopant species)。
  5. 一種形成一集成晶片結構的方法，包含：蝕刻包含一第一半導體材料的一底基板以形成藉由該底基板的一或多個內部表面所界定的一凹槽；執行一第一沉積製程以沿著該底基板的該一或多個內部表面形成一經摻雜磊晶層；執行一第二沉積製程以在該經摻雜磊晶層上形成包含一第二半導體材料的一磊晶材料，該磊晶材料的一最大摻雜物濃度係小於該經摻雜磊晶層，其中該磊晶材料內的一摻雜濃度在小於或等於約1000埃的一距離上以一數量級的方式改變；執行一第一植入製程以在該磊晶材料內形成一第一經摻雜光電二極體區域；以及執行一第二植入製程以在該磊晶材料內形成一第二經摻雜光電二極體區域，其中該第二經摻雜光電二極體區域橫向圍繞該第一經摻雜光電二極體區域。
  6. 如請求項5所述的方法，其中該第一沉積製程係藉由將一摻雜物引入一製程室同時磊晶成長一半導體材料至該底基板的一或多個內部表面而執行。
  7. 如請求項5所述的方法，其中該經摻雜磊晶層與該第二經摻雜光電二極體區域橫向隔開一非零距離(non-zero distance)。
  8. 如請求項5所述的方法，進一步包含：形成一帽層在該磊晶材料以及該經摻雜磊晶層的最上表面。
  9. 一種集成晶片結構，包含：一底基板，包含一或多個內部表面，其在該底基板的一上表面內界定一凹槽；一磊晶材料，設置在該凹槽內，其中該磊晶材料內的一摻雜濃度在小於或等於約1000埃的一距離上以一數量級的方式改變；一第一經摻雜光電二極體區域，設置在該磊晶材料內及包含一第一摻雜類型；一第二經摻雜光電二極體區域，設置在該磊晶材料內及包含一第二摻雜類型，其中該第二經摻雜光電二極體區域橫向圍繞該第一經摻雜光電二極體區域；以及一經摻雜磊晶層，水平地以及垂直地設置在該底基板以及該磊晶材料之間，該經摻雜磊晶層具有該第二摻雜類型。
  10. 如請求項9所述的集成晶片結構，其中該經摻雜磊晶層在該經摻雜磊晶層的寬度上具有一實質上不變的摻雜物濃度輪廓(dopant concentration profile)。
TW111107653A 2021-07-26 2022-03-03 集成晶片結構及其形成方法 TWI813186B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163225656P 2021-07-26 2021-07-26
US63/225,656 2021-07-26
US17/570,066 US20230027354A1 (en) 2021-07-26 2022-01-06 Doped semiconductor structure for nir sensors
US17/570,066 2022-01-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202306187A TW202306187A (zh) 2023-02-01
TWI813186B true TWI813186B (zh) 2023-08-21

Family

ID=84060834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111107653A TWI813186B (zh) 2021-07-26 2022-03-03 集成晶片結構及其形成方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230027354A1 (zh)
KR (1) KR20230016567A (zh)
CN (1) CN115377133A (zh)
DE (1) DE102022100501A1 (zh)
TW (1) TWI813186B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140339398A1 (en) * 2013-05-16 2014-11-20 Stmicroelectronics S.R.L. Avalanche photodiode operating in geiger mode including a structure for electro-optical confinement for crosstalk reduction, and array of photodiodes
CN108511467A (zh) * 2018-03-06 2018-09-07 南京邮电大学 一种近红外宽光谱的cmos单光子雪崩二极管探测器及其制作方法
TW202013698A (zh) * 2018-09-28 2020-04-01 台灣積體電路製造股份有限公司 影像感測器、積體電路及形成影像感測器的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070045682A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-01 Hong Sungkwon C Imager with gradient doped EPI layer
US11393940B2 (en) * 2019-09-20 2022-07-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Photodetector and method for forming the same
US11393866B2 (en) * 2019-09-30 2022-07-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for forming an image sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140339398A1 (en) * 2013-05-16 2014-11-20 Stmicroelectronics S.R.L. Avalanche photodiode operating in geiger mode including a structure for electro-optical confinement for crosstalk reduction, and array of photodiodes
CN108511467A (zh) * 2018-03-06 2018-09-07 南京邮电大学 一种近红外宽光谱的cmos单光子雪崩二极管探测器及其制作方法
TW202013698A (zh) * 2018-09-28 2020-04-01 台灣積體電路製造股份有限公司 影像感測器、積體電路及形成影像感測器的方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202306187A (zh) 2023-02-01
DE102022100501A1 (de) 2023-01-26
CN115377133A (zh) 2022-11-22
US20230027354A1 (en) 2023-01-26
KR20230016567A (ko) 2023-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI773909B (zh) 影像感測器與其形成方法
TWI683430B (zh) 具有吸收增強半導體層的影像感測器
US7956432B2 (en) Photodiode for multiple wavelength operation
KR101617950B1 (ko) 포토다이오드 게이트 유전체 보호 층
US20080185691A1 (en) Fin Pin Diode
TW201919218A (zh) 積體晶片及其形成方法
TWI752636B (zh) 圖像感測器、其形成方法及積體晶片
US11316064B2 (en) Photodiode and/or PIN diode structures
US20210296377A1 (en) Spad pixel circuits and methods thereof for direct time of flight sensors
US11973093B2 (en) Visible-to-longwave infrared single photon avalanche photodetector on silicon
TW201426989A (zh) 裝置與方法與元件
KR20180033070A (ko) Ge 디바이스 및 SiGe 디바이스에서의 품질 개선을 위한 유전체 측벽 구조체
US20230131599A1 (en) Image sensor pixel with deep trench isolation structure
TWI813186B (zh) 集成晶片結構及其形成方法
US11908900B2 (en) Passivation layer for epitaxial semiconductor process
US9202829B2 (en) Light sensors with infrared photocurrent suppression
TWI832079B (zh) 積體晶片及其形成方法
US11581450B2 (en) Photodiode and/or pin diode structures with one or more vertical surfaces
US8742523B2 (en) Wavelength sensitive photodiode employing shorted junction
US12132066B2 (en) Capping structure along image sensor element to mitigate damage to active layer
US11967664B2 (en) Photodiodes with serpentine shaped electrical junction
US20230282476A1 (en) Passive cap for germanium-containing layer
US20240145499A1 (en) Sensor device and method for forming the same
US20240063315A1 (en) Photodetector structure with air gap and related methods
US20230042681A1 (en) Spad pixel for a backside illuminated image sensor