淺槽紋理區域和相關方法
【專利摘要】提供了一種光敏設備和相關方法。在一方面，例如，光敏成像器設備可包括半導體層，具有形成至少一個接合的多個摻雜區；紋理區，耦合到所述半導體層并與電磁輻射相互作用。所述紋理區可形成一系列淺槽隔離特征。
【專利說明】淺槽紋理區域和相關方法
[0001]發明背景
[0002]背景說明
[0003]具有光相互作用的半導體材料是個重大創新。硅成像設備用于不同的技術，例如，數碼相機、光電鼠標、攝像機、移動電話等等。電荷耦合器(CCDs)廣泛應用于數字成像，且之后被改進為具有改進性能的金屬-氧化物半導體(CMOS)成像器。許多傳統的CMOS成像器利用正面照明(FSI)。在這種情況下，電磁輻射投射在含有CMOS設備和電路的半導體表面。背面照明(BSI)CMOS成像器也被使用，且在很多設計中，電磁輻射投射在CMOS設備和電路對面的半導體表面上。CMOS傳感器通常是由硅制造，且能變相可見入射光至光電流和最終變相至數字圖像。雖然用于檢測紅外線的投射電磁輻射的硅基技術具有問題，但是，因為硅是具有大約1.1eV帶隙的間接帶隙半導體。因此，波長大于IlOOnm的電磁輻射的吸收率在硅里是非常低。
【發明內容】
[0004]本公開提供一種具有加強光吸收特性的光電設備，包括合并該設備的系統該和各種相關方法。在一方面，例如，具有加強電磁輻射吸收的光電設備被提供。該設備可包括半導體層，耦合到支撐基板;及一組淺槽隔離表面特征，位于所述半導體層和所述支撐基板之間，所述表面特征被定位與穿過所述半導體層的電磁輻射相互作用。在一方面，所述半導體層是單晶硅。在另一方面，設備層，耦合到所述表面特征對面的所述半導體層。
[0005]在一方面，第一粘結層可耦合在所述半導體層和所述支撐基板之間。而考慮各種配置，在一方面，第一粘結層可被耦合在所述支撐基板和所述表面特征之間。在另一方面，第二粘結層可位于所述第一粘結層和所述表面特征之間。在另一方面，反射器層可被配置在所述第一粘結層和所述第二粘結層之間。
[0006]表面特征可具有各種配置，且可形成在所述半導體層和所述半導體支撐之間的各種位置。例如，在一方面，所述表面特征可被形成在所述支撐基板。在另一方面，所述表面特征可被形成在所述半導體層。此外，在一方面，所述表面特征可根據預設定的圖案被布置。在特別的一方面，該預設定的圖案是至少基本上均勻的網格。在特別的方面，該預設定的圖案是非均勻的布置。此外，在一方面，所述表面特征可具有至少基本上均勻的高度。在另一方面，所述表面特征在高度上是不均勻的。
[0007]此外，考慮了各種結構性的配置。例如，在一方面，所述設備可結構性地配置為正面照明的光電設備。在另一方面，所述設備可結構性地配置為背后照明的光電設備。
[0008]在另一方面，一種制作光電設備的方法被提供。該方法，其步驟可包括使用淺槽隔離蝕刻，在半導體層生成一組表面特征；及在支撐基板和半導體層之間粘結所述一組表面特征。在另一方面，生成所述一組表面特征的步驟，還可包括在所述半導體層表面的至少一個部分上，生成所述一組表面特征。在另一方面，生成所述一組表面特征的步驟，還可包括在所述支撐基板表面的至少一個部分上，生成所述一組表面特征。此外，在一方面，在所述支撐基板和所述半導體層之間粘結所述一組表面特征的步驟，還可包括在所述半導體層上沉積第一粘結層;及將所述第一粘結層與沉積在所述支撐基板上的第二粘結層粘結。在一些方面，將所述半導體層粘結至所述支撐基板之前，在所述第一粘結層或者所述第二粘結層的至少一個上可沉積反射器層。在進一步的方面，所述方法可包括使所述支撐基板對面的所述半導體層薄型化至I微米-10微米的厚度，以生成原始的薄的表面;及在所述薄的表面上形成設備層。然后，所述半導體可進一步的處理所需形成的光電設備。
[0009]附圖簡要說明
[0010]為了進一步了解本公開的性質和優點，參考以下的實施例和附圖進行詳細地說明。
[0011]圖1是根據本公開的一個實施例的波長功能，顯示出與標準硅相比較的紋理硅的光吸收率的數據；
[0012]圖2是示出根據本公開的另一個實施例的一個圖像傳感器的橫斷面視圖；
[0013]圖3是示出根據本公開的另一個實施例的一個圖像傳感器的橫斷面視圖；
[0014]圖4是示出根據本發明的另一個實施例，有關基片紋理層的橫斷面視圖；
[0015]圖5是示出根據本發明的另一個實施例，有關基片紋理層的橫斷面視圖；及
[0016]圖6是示出根據本層的另一個實施例，有關基片紋理區域的橫斷面視圖。
[0017]具體說明
[0018]在此說明本公開之前，應理解此公開不限于在此公開的特別的結構、工序，或材料，且經相關技術領域中的普通技術人員可被延伸到其等價物。這也應該理解為，在此采用的術語僅僅用于描述實施例，且不限于此。
[0019]定義
[0020]下列專業術語將被下面的定義被使用。
[0021]應該注意的是，在此說明書和附加權利要求書的單數形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”包括復數形式，除非上下文清楚地公開。因此，例如，參考“摻雜物”包括一個或多個該摻雜物，且參考“所述層”包括參考一個或多個該層。
[0022]如在此所用，術語“光”和“電磁輻射”可交換的被使用，且可涉及在紫外線、可見的、近紅外線和紅外線光譜的電磁輻射。術語可更廣泛地包括電磁輻射，例如，無線電波、微波、X射線和伽馬射線。因此，術語“光”不限于可見光譜的電磁輻射。在此描述的很多光的例子，特別地涉及可見的和紅外線(和/或近紅外線)譜的電磁輻射。為了此公開的目的，可見波長的區域被認為是約350nm至800nm，且非可見波長被認為是長于約800nm或短于約350nm。此外，紅外線譜被認為包括近紅外線譜的部分，包括大約800至100nm的波長，短波紅外線譜的部分包括大約IlOOnm至3微米的波長，且中長波長紅外線(或熱紅外線)譜的部分包括大于3微米到30微米的波長。除非另有說明，這些是一般統稱為電磁譜的“紅外線”部分。
[0023]如在此所使用，術語“檢測”涉及電磁輻射的感應、吸收，和/或收集。
[0024]如在此所使用，術語“背面照明”涉及設備的結構設計，其中，電磁輻射投射在半導體材料的表面上，其相對于含有設備電路的表面。換句話說，電磁輻射透射在上面，且接觸設備電路之前穿過半導體材料。
[0025]如在此所使用，術語“正面照明”涉及設備的結構設計，其中，電磁輻射投射在半導體材料的表面上，該表面含有設備電路。換句話說，電磁輻射投射在上面，且接觸半導體材料之前穿過設備電路區域。
[0026]如在此所使用，術語“吸收率”涉及經材料或設備吸收的投射電磁輻射的分級。
[0027]如在此所使用，術語“紋理層”和“紋理表面”可交換地被使用，且涉及具有與納米到微米級的表面變化拓撲的表面。該表面拓撲可由各種已知的STI技術組成。應該注意，激光消融技術至少在一個方面特別地被放棄。該表面特征可變更取決于材料和技術的采用，而在一方面，該表面可包括微米級的結構(例如，大約Iwn至ΙΟμπι)。在另一方面，該表面可包括大約5μηι到I Ομπι的納米級和/或微米級結構。在另一方面，表面結構可以是從大約I ΟΟμπι到I微米。各種標準可被用于測量該結構尺寸。例如，對于圓錐體類結構，以上范圍從結構的頂到該結構和鄰近結構之間形成的槽被測量。對于如同納米孔結構，以上范圍可以是近似直徑。此外，表面結構可在不同的平均距離彼此有間隔。在一方面，鄰近結構可有大約50nm至2μπι距離的間隔。該間隔可以是從一個結構的中心點到鄰近結構的中心點。
[0028]如在此所使用，術語“基本上”涉及完整或幾乎完整的程度或動作、特性、特征、狀態、結構、項目，或結果的度。例如，一個物體“基本上”封閉，意思是其物體或者完整的封閉或者幾乎完整地封閉。從絕對完備性的精確容許的偏差有時可取決于特定的上下文。不過，一般來說，如果絕對和全部的完成被獲得，接近完整將具有相同的結果。當被用在消極含義的涉及完整或接近完整的缺乏一個動作、特性、特征、狀態、結構、項目，或結果時，“基本上”的使用同樣地可適用。例如，“基本上不含”粒子的組合或者完全地缺乏粒子，或者幾乎完全地缺乏粒子，其作用與其完全地缺乏粒子一樣。換句話說，當組合“基本上不含”成分或元件時，實際上仍可含有項目，只要其中不影響測量。
[0029]如在此所使用，通過提供已知的值可以是“超過”或“低于”端點，術語“大約”被用于提供數值范圍端點的靈活性。
[0030]如在此所使用，為了方便，多個項目、結構元件、合成元件，和/或材料可以通用列表被陳述。但是，這些列表應該被解釋為，列表中的每一個構件被單獨地識別成分離的和唯一的構件。因此，在沒有相反意思的情況下，該列表中的獨立構件不應當被解釋為，是僅基于其在通用組中的陳述的相同列表中的任何其他構件的等價物。
[0031]聚集度、數量，和其他數值數據可在范圍格式中被表達或提供。應理解，該范圍格式僅僅為了方便簡潔起見被使用，以及應當靈活地被解釋為，其不僅包括明顯地被詳述作為范圍限度的數值，而且還包括所有單獨的數值或該范圍中包括的子范圍，當各數值范圍和子范圍明顯地被詳述時。作為列子，“大約I至5”的數值范圍應當被解釋為，不僅包括大約I至5的明顯詳述值，而且包括該指示的范圍內的獨立值和子范圍。因此，包括在此數值范圍中的獨立值為，例如，2，3和4和子范圍，如同1-3，2-4，和3-5等等，以及單獨的I，2，3，4和5。
[0032]該相同的原則適用于陳述類似最小或最大的僅一個數值的的范圍。此外，該解釋在應用時與范圍的幅度或所描述的特性無關。
[0033]本公開
[0034]傳統的硅光電探測成像器具有有限的光吸收/檢測性質。例如，該硅基檢測器對于紅外線光通常是透明的，特別是與薄硅層。在一些情況下，其他材料，例如銦鎵砷化物InGaAs可用于檢測具有波長大于約100nm的紅外線光，硅仍然用于檢測可見光譜(例如，可見光，350nm至800nm)內的波長。傳統的硅材料需要大量的光程長度，從波長長于700nm的電磁輻射中檢測出光子。結果，在較淺的硅深處可見光可能被吸收，且標準的晶片深度(例如，約750μπι)的硅處較長波長(例如，900nm)的吸收率較弱。增加硅層的厚度來允許較長波長的吸收，因此，大大增加了光電探測成像器的厚度。
[0035]根據本公開的一些方面，光電設備顯示出增加了光的吸收，這是由于相比傳統設備，用于光的較長波長的有效光程長度被增加。常規硅探測器中的吸收深度為硅的深度，其中福射強度被減少到約為半導體表面處的值的36 %。本發明娃材料的增加的光子光程長度導致明顯的吸收深度的減少，或明顯或有效的吸收深度的減少。例如，硅的有效吸收深度可被減少，從而這些較長波長可在小于850微米厚的硅層中被吸收。換句話說，通過增加光程長度，這些設備可在較薄硅材料內吸收較長波長(例如，用于硅的大于lOOOnm)。除了薄硅材料(例如，與700微米厚相比小于30微米厚)中具有較長波長的吸收光之外，反應率或反應速度也能通過使用該薄材料被增加。
[0036]本公開的光電設備可以是正面照明(FSI)或背面照明(BSI)設備。在典型的FSI成像器中，投射光通過晶體管和金屬電路的第一傳進入半導體設備。不過，光在進入成像器的光傳感部分之前，可分散于晶體管和電路，因此導致光損耗和噪聲。透鏡可布置在FSI像素的上部，且將投射光引導及聚焦到設備的光傳感有源區，因此，至少部分地避免電路。各種透鏡和透鏡配置被考慮，不過，在一方面透鏡可以是微透鏡。
[0037]在另一個方面，BSI成像器被配置，以便投射光通過電路對面的感光區域進入設備，且到達電路之前大部分被吸收，因此大大地減少分散和/或噪聲。BSI設計還使成像器具更大感應、更小的像素結構，和高填充率。另外，應理解，根據本公開的設備，無論是FSI或BSI，可以合并成互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像器結構，或電荷耦合設備(CCD)成像器結構。
[0038]通常，本公開提供各種光電設備，例如，寬帶光敏二極管、像素，和能夠檢測可見光以及紅外線電磁輻射的成像器，包括制作該設備的相關方法，但其并不局限于此。在特定的方面，例如，光電設備被提供為具有增強吸收電磁輻射。該設備可包括耦合到支撐基板的半導體層和一組淺槽隔離表面特征，位于半導體層和支撐基板之間，表面特征被定位與穿過半導體層的電磁輻射相互作用。
[0039]因此，發現該一組淺槽隔離表面特征，被定位在結構上適當的方式可大大地增加硅材料的光吸收。如圖1所示，例如，至少約700nm至I 10nm的電磁頻譜范圍內，與非紋理硅相比，該紋理區域可增加硅的光吸收。
[0040]從圖2中可以看出，例如，FSI設備200被顯示為具有半導體層202，耦合在支撐基板204，其中半導體層可包括一個或多個摻雜區206，208，其形成至少一個接合。紋理層210包括一組或多個STI表面特征，被定位在半導體層202和支撐基板204之間。電路層212被耦合到在支撐基板204對面的半導體層202。光214被顯示為撞擊設備200，且接觸半導體層202之前穿過電路層212。光214未被吸收，且穿過半導體層202接觸紋理層210，并被重定向回至半導體層202，從而使光在隨后的通過中被吸收。因此，當光穿過設備時，紋理層210有效增加了光214的光程長度。在一個方面，半導體層可以是單晶硅。
[0041 ]在圖3，BSI設備300被顯示為具有半導體層302耦合在支撐基板304，其中半導體層可包括一個或多個摻雜區306,308,其形成至少一個接合。在這種情況下，支撐基板304可以是電路層或是包括電路層的大塊基板。紋理層310包括一組或多個表面特征，被定位在半導體層302和支撐基板304之間。光312被顯示為撞擊設備300，且不接觸任何可被定位在支撐基片304中或其上的電路元件，從而穿過半導體層302。光312未被吸收，且穿過半導體層302接觸紋理層310，并被重定向回至半導體層302。如圖2所示的FSI設備，當光穿過設備時，紋理層310有效增加了光312的光程長度。在一個方面，半導體層可以是單晶硅。
[0042]根據設備，用于FSI和BSI的多個摻雜區，可具有相同的摻雜分布或不同的摻雜分布。此外，摻雜區的任何數量或配置被認為在本范圍內。在一些方面，半導體層可被摻雜，因此，可被認為是摻雜區域。
[0043]此外，設備可包括深槽隔離(DTI)，分離成像器和提供光捕獲功能。在一些方面，除了支撐基板以外，該設備可包括便于操作設備的硅處理晶片。在一些方面，支撐基板可以是硅處理晶片。一種用于將硅處理晶片耦合到半導體層的技術包括氧化物粘結。進一步的細節，關于基板、粘結，和各種成像器細節，在美國專利申請號13/069，135被示出，其被納入此處作為參照。
[0044]根據本公開的一些方面，光電設備可包括光電二極管或像素，其能夠在給定波長范圍內吸收電磁輻射。該成像器可以是無源像素傳感器(PPS)、有源像素傳感器(APS)、數字像素傳感器成像器(DPS)等等。該設備也可結構性地配置為三個或四個晶體管有源像素傳感器(3T APS或4T APS)。此外，具有大于4個晶體管的設備也在本范圍內。設備還可包括用于CMOS成像器的光電二極管結構。同時，光電設備可用于飛行時間(TOF)應用，以及各種結構光應用。也可考慮，設備也可配置成滾動快門或全局快門的讀出設備。
[0045]在一些方面，設備可包括位于紋理層和摻雜區之間的鈍化層。在一些方面，鈍化層可被摻雜形成表面區域，且在下進行詳細地說明。應該注意的是，有無鈍化區，紋理區可位于半導體材料的光投射側、光投射側對面的半導體材料側，或者光投射側以及光投射側對面兩者。此外，設備還可包括耦合在半導體層的電傳輸元件，且可操作從摻雜區中傳輸電信號。此外，電傳輸元件可包括各種設備，包括晶體管、傳感節點、傳送門、轉移電極，等等，但并不局限于此。
[0046]如所描述，紋理層由多個表面特征組成，其中，該表面特征以陣列或分組被形成，穿過半導體層和支撐基板之間的界面。在一些方面，紋理區可覆蓋半導體層和支撐基板之間的整個界面，而在其他方面，紋理區可僅僅覆蓋半導體層和支撐基板之間的一部分界面。例如，在一方面，紋理層可覆蓋材料之間的界面，至少在光穿過半導體層將接觸界面的區域內。在另一方面，紋理層可覆蓋材料之間的界面，僅在光穿過半導體層將接觸界面的區域內。因此，應該理解為，紋理層的覆蓋面積可取決于設備的設計，以及光捕獲和/或光的重定向所需的圖案。因此，其目的是，本公開的范圍不受包括紋理層的程度的限制。
[0047]此外，在一些方面，一個或多個中間層可存在于半導體層和支撐基板之間。該層可適用于促進粘結，用于反射光，用于各種其他目的。在一方面，例如，一個或多個粘結層可被利用來促使半導體層與支撐基板粘結。在這種情況下，將第一粘結層應用在半導體層和第二粘結層，可有利于支撐基板作為粘結機制。粘結層可包括能夠使支撐基板和半導體層之間粘結的材料。非限制性的例子可包括氧化硅、氮化硅、非晶硅，等。給定的粘結層的厚度，其取決于使用的制造技術和設計者的偏好可有所不同。然而，在一方面，粘結層可足夠厚以促進粘結，且足夠薄以最小化設備內的波導效應。在另一方面，粘結層可具有從30nm到3微米的厚度。另一方面，粘結層可具有從40nm到2微米的厚度。
[0048]紋理層的位置可由耦合的支撐基板和半導體層，以及形成紋理層的位置受到影響。在一方面，紋理層可被形成在半導體層內或上。在另一方面，紋理層可形成在支撐基板內或上。對于紋理層形成在半導體層內或上的情況，一個或多個粘結層可耦合在支撐基板和紋理層之間。如果使用兩個或多個粘結層，第一粘結層可形成在紋理層上，第二粘結層可形成在支撐基板上，然后第一和第二粘結層可粘結在一起。
[0049]對于紋理層形成在支撐基板內或上的情況，一個或多個粘結層可耦合在半導體層和紋理層之間。例如，在一方面，一個或多個粘結層可耦合在支撐基板和表面特征之間。如果使用兩個或多個粘結層，第一粘結層可形成在紋理層上，第二粘結層可形成在半導體層上，然后第一和第二粘結層可粘結在一起。
[0050]如所描述，光反射層可被放置在上述引用的任何兩個層或材料之間。例如，在一方面，反射層可被應用于紋理層的一側。在另一方面，反射層可被應用于粘結層的任何一側。在一個特定的方面，反射層可位于第一和第二粘結層之間。反射層可包括能夠將反射光返回半導體層的任何材料。非限制性例子可包括金屬、陶瓷、氧化物、玻璃、分布式布拉格反射器堆棧，等等，其中包括合金和組合物。
[0051]紋理層的表面特征可通過能夠在重復的和預測的方式進行蝕刻的任何過程制作。然而，在一方面，表面特征可通過任意數量的淺槽隔離(STI)技術被形成。這種制造技術被已知，先前被用于在電路元件之間制造電氣隔離的區域。因此，該實現方式被利用在電路元件的邊緣。雖然，本范圍是針對創建位置內與光相互作用的一組表面特征。通過這種相互作用，由表面特征陣列，光可被重定向、被擴散、被聚焦，或以其他方式被操作。
[0052]此外，STI技術可用于形成具有各種形狀、圖案等，表面特征。例如，在一方面，表面特征可按照預設定的圖案排列成陣列。在一個特定的方面，預設定的圖案可以是均勻的或基本上均勻的網格。此外，預設定的圖案可以是有組織的、有序的，或周期性的圖案。在另一方面，預設定的圖案可以是非均勻的或及基本非均勻的圖案。表面特征陣列圖案也可以是無序的、準周期的、隨機的，等等。
[0053]如所描述的，紋理層可做漫反射光、重定向光的功能，從而增加設備的量子效率。在一些情況下，光的一部分穿過半導體層接觸紋理層。紋理層的表面特征有利于增加半導體層的有效光程長度。表面特征可以是微米級和/或納米級，并且可以是通過STI技術形成的任意形狀或結構。非限定例子的形狀和配置可包括錐、柱、金字塔、倒置的特征、溝、光柵、突起等，其中包括這些組合。此外，如同操作的特征尺寸、規格、材料類型、摻雜物輪廓、紋理位置等因素，可調整紋理層用于特定波長或波長的范圍。在一方面，調整設備可允許特定補償或波長的范圍被吸收。在另一方面，調整設備可使特定波長或波長的范圍通過過濾被減少或消除。
[0054]根據本公開的一些方面，紋理層可允許半導體層在設備內經歷多個光傳遞，特別是在較長波長(即，紅外線)。內部反射可增加有效光程長度，從而允許如同硅的材料，以小于標準硅的厚度來吸收光。如所描述，這增加在硅中的電磁輻射的有效光程長度，增加了設備的量子效率，從而導致改進信號的噪聲比。
[0055]用于制造紋理層的材料可取決于設備的不同設計和所需的特性。因此，任何材料可被利用在紋理區的構建，被認為是在本范圍內。在一方面，紋理區可在半導體層(例如，硅外延層)上直接地形成。在另一方面，附加材料可沉積在半導體層上，以支持紋理層的形成。非限定性例子的材料包括半導體材料、介電材料、硅、多晶硅、非晶硅、透明導電氧化物等，其中包括復合材料及其組合。在一個特定的方面，紋理層可以是紋理的多晶硅層。因此，多晶層可沉積在半導體層，或直接地或在中間鈍化層上，然后以紋理形成紋理區域。在另一方面，紋理層可以是紋理的介電層。在這種情況下，紋理層可以是設置在半導體層上的形成鈍化區的電介質層的一部分。在另一方面，紋理層可以是透明的導電氧化物或另一種半導體材料。在電介質層的情況下，紋理層可以是鈍化層的紋理部分，或紋理層可從沉積于鈍化層的其他電介質材料中被形成。
[0056]不同的方法可用來形成STI特征，且任何淺槽形成技術被認為是在本范圍內。應該注意的是，在一方面，涉及激光燒蝕的紋理技術從本范圍被明確否認。
[0057]在一些情況下，紋理層可通過使用圖案掩蔽和照相平印術被形成，接著通過蝕刻定義特定結構或圖案。在一方面，STI技術可用于形成紋理區域。各種STI技術被執行，且任何這樣技術被認為是在本范圍內。在一個非限定例子中，氧化物材料被沉積在材料上，用來蝕刻淺槽。氮化物材料的均勻涂層被沉積在氧化物材料上，然后由抗蝕材料的圖案涂層用來作為掩蔽。因此，掩蔽的圖案將定義未來的紋理區域的圖案。任何的蝕刻過程可應用于整個層狀材料。結果，抗蝕劑下的層狀材料區域從蝕刻中被保護，而沒有位于抗蝕劑下的層狀材料區域則在過程中被蝕刻。這個過程被繼續來產生淺槽(或孔)，在抗蝕材料之間不受保護的區域中被蝕刻，所述材料通過氮化物材料、氧化物材料，且進入基板。隨著淺槽的蝕刻，抗蝕材料可由任何適當的過程被刪除。應該注意的是，雖然術語“淺槽”是用來描述蝕刻過程，蝕刻圖案結果不限于槽，而且包括孔、坑、錐等。
[0058]在一些方面，蝕刻區域可被留下作為開放間隔。在其他方面，進一步的處理可被執行填補蝕刻區域。例如，氧化物材料可被沉積在槽的兩側和底部，類似于氧化層。這樣可通過熱氧化過程、直接的氧化物沉積，或任何其他有用的過程被沉積。一旦蝕刻區域被充分地填充，最終的表面可通過如同，CMP處理技術，進一步地被加工，然后，一旦暴露，氮化層可被刪除。
[0059]在另一方面，蝕刻的區域可經摻雜劑分布沿著側壁和/或底部被高摻雜，生成表面區域。后表面區域可以起到阻礙光生載流子從接合處向紋理層運動的作用，并據此設計相應的摻雜劑分布。后表面區域在蝕刻區域的使用，可用于電鈍化紋理層周圍的區域。
[0060]表面特征可具有各種配置、結構，和大小，其取決于最終設備的所需特性。在一方面，例如，如圖4所示，表面特征402被形成在材料層404內，例如，半導體層。在這種情況下的表面特征被均勻地設置為均勻網格圖案，組成一系列間隔或孔406和線408或柱。仔細考慮各種均勻網格圖案，并在一方面，圖案可包括由間隔包圍系列柱的均勻地間隔，或反之亦然取決于圖案是否從蝕刻材料的頂部或者底部被看到。在另一方面，均勻網格圖案可包括一系列線，圍繞均勻隔開的一系列間隔，或線之間切斷的孔，或反之亦然。
[0061]此外，如所描述，表面特征的蝕刻圖案可以是預設定的非均勻圖案。如圖5所示，例如，蝕刻至材料層504的間隔506具有大致相同的大小和形狀，且線或者柱508寬度不同。圖6顯示蝕刻圖案為間隔606和線或柱608是不同的。應該注意的是，可考慮各種蝕刻圖案，且本范圍應該不限于此。關于非均勻圖案，在一些方面，圖案可以是隨機的，或是線或柱、間隔，或者兩者。
[0062]除了圖案由STI過程形成，蝕刻的深度也可對光吸收具有影響。例如，在一方面，表面特征可具有均勻或大致均勻的厚度或高度。雖然深度或者高度可取決于設備的使用和設計有所不同，在一方面，高度或深度可以是約50nm到2微米。應該注意的是，在標準的STI加工，處理深度約為0.35微米，這也被認為是在本范圍之內。在另一方面，表面特征可具有非均勻深度或高度，從而可多樣化穿過紋理層的表面。在一些情況下，深度的變化可以是隨機的，且在其他情況下是非隨機的，其取決于設備的設計要求。在一方面，深度或高度可以是約50nm到2微米。在一些方面，可利用深度的離散程度。例如，在一方面，一個水平可具有
0.35微米的深度，而另一個水平可具有0.7微米的深度。通過使用不同的掩蔽，可獲得不同深度的水平。類似地，后續水平可被蝕刻來創建第三水平、第四水平，或更多。應該注意的是，在一些方面，蝕刻水平可具有約50nm到2微米的厚度。
[0063]如所描述，根據本公開的一些方面，各種設備相比傳統的光敏設備可顯示出吸收率增加。例如，根據本公開的一些方面，有源半導體層具有約I微米到10微米的厚度，吸收特性可如下:一方面，半導體層可吸收投射的700nm光的約60%到80% ;在另一方面，半導體層可吸收投射的850nm光的約40%到60% ;而另一方面，半導體層可吸收投射的940nm光的約25 %到40 % ;在另一方面，半導體層可吸收投射的100nm光的約15 %到30 % ；而另一方面，半導體層可吸收投射的1064nm光的約5%到10%。此外，根據本公開的一些方面，根據結構，設備可表現出外量子效率(EQE)，約是1%到5%，小于上述描述的用于給定的光波長的吸收值。此外，進一步地注意的是，本公開的設備具有至少大致相同的暗電流，作為沒有紋理區的標準的EPI設備。
[0064]雖然，本公開焦點在硅材料，應該理解的是，各種半導體材料也被考慮到使用，且應該考慮在本范圍內。這些半導體材料的非限定例子可包括第四族元素材料、由第二族和第六族元素材料構成的化合物和合金、由第三族和第五族元素材料構成的化合物和合金，以及上述的組合物。更具體地，示范性的第四族元素材料可包括硅、炭(例如，鉆石)、鍺，和其組合。第四族元素材料的各種示例組合可包括碳化硅(SiC)和鍺化硅(SiGe)。在特定的一方面，半導體材料可以是或包括硅。示例硅材料可包括非晶硅(a-Si)、微晶硅、多晶硅，和單晶硅，以及其他晶體類型。在另一方面，半導體材料可包括硅、碳、鍺、氮化鋁、氮化鎵、銦鎵砷化物、砷化鋁鎵，及其組合的至少一個。在另一方面，半導體材料可包括有用于制造成像器的任何材料，包括S1、SiGe、InGaAs等，包括其組合。
[0065]硅半導體層可以是允許電磁輻射探測和轉換功能的任何厚度，因而硅材料的任何該厚度被認為在本范圍內。在一些方面，紋理層增加設備的效率，如硅材料可比以前的更薄。降低硅材料的厚度，減少所需硅的量來制作該設備。在一方面，例如，硅材料具有約500nm到50μηι的厚度。在另一方面，娃材料具有小于或等于約ΙΟΟμπι的厚度。在另一方面，娃材料具有約Iym到I Ομπι的厚度。在另一方面，娃材料可具有約5μηι到50μηι的厚度。在另一方面，娃材料可具有約5μηι到I Ομπι的厚度。
[0066]各種摻雜材料被考慮用于形成多個摻雜區和在淺槽區域生成表面區域，且任何摻雜劑可用于該過程被認為是在本范圍內。應該注意的是，使用的特定摻雜劑可根據不同的材料被摻雜，以及最終材料的預期使用。
[0067]摻雜劑可以是電荷轉移或接收的摻雜劑種類。更具體地，相比半導體層，電子轉移或空穴轉移種類可導致區域在極性中變得更積極或消極。在一方面，例如，摻雜區可以是P-摻雜。在另一方面，摻雜區可以是η-摻雜。高摻雜區也可形成在摻雜區上或附近，來生成固定的二極管。在一個非限定例子中，半導體層可在極性是消極的，且摻雜區和高摻雜區可分別地摻雜?+和11摻雜。在一些方面，各種區域的11(--)、11(-)、11( + )、11(++)、？(--)、？(-)、？( + )，或P(++)類型摻雜可被使用。在一方面，摻雜材料的非限定例子可包括S、F、B、P、N、As、Se、Te、Ge、Ar、Ga、In、Sb 和其組合。
【主權項】
1.一種具有加強電磁福射吸收的光電設備，包括: 半導體層，耦合到支撐基板;及 一組淺槽隔離表面特征，位于所述半導體層和所述支撐基板之間，所述表面特征被定位與穿過所述半導體層的電磁輻射相互作用。2.根據權利要求1所述的光電設備，其中，所述半導體層是單晶硅。3.根據權利要求1所述的光電設備，還包括: 第一粘結層，耦合在所述半導體層和所述支撐基板之間。4.根據權利要求3所述的光電設備，其中，所述第一粘結層被耦合在所述支撐基板和所述表面特征之間。5.根據權利要求3所述的光電設備，還包括: 第二粘結層，位于所述第一粘結層和所述表面特征之間。6.根據權利要求5所述的光電設備，還包括: 反射器層，被配置在所述第一粘結層和所述第二粘結層之間。7.根據權利要求1所述的光電設備，其中，所述表面特征被形成在所述支撐基板。8.根據權利要求1所述的光電設備，其中，所述表面特征被形成在所述半導體層。9.根據權利要求1所述的光電設備，其中，所述表面特征根據預設定的圖案被布置。10.根據權利要求9所述的光電設備，其中，所述預設定的圖案是至少基本上均勻的網格。11.根據權利要求9所述的光電設備，其中，所述預設定的圖案是非均勻的布置。12.根據權利要求1所述的光電設備，其中，所述表面特征具有至少基本上均勻的高度。13.根據權利要求1所述的光電設備，其中，所述表面特征在高度上是不均勻的。14.根據權利要求1所述的光電設備，還包括: 設備層，耦合到所述表面特征對面的所述半導體層。15.根據權利要求1所述的光電設備，其中，所述設備結構性地配置為正面照明的光電設備。16.根據權利要求1所述的光電設備，其中，所述設備結構性地配置為背面照明的光電設備。17.一種制作光電設備的方法，其步驟包括: 使用淺槽隔離蝕刻，在半導體層生成一組表面特征;且 在支撐基板和半導體層之間粘結所述一組表面特征。18.根據權利要求17所述的方法，其中，生成所述一組表面特征的步驟，還包括: 在所述半導體層表面的至少一個部分上，生成所述一組表面特征。19.根據權利要求17所述的方法，其中，生成所述一組表面特征的步驟，還包括: 在所述支撐基板表面的至少一個部分上，生成所述一組表面特征。20.根據權利要求17所述的方法，其中，在所述支撐基板和所述半導體層之間粘結所述一組表面特征的步驟，還包括: 在所述半導體層上配置第一粘結層;及 將所述第一粘結層與沉積在所述支撐基板上的第二粘結層粘結。21.根據權利要求20所述的方法，其步驟還包括: 將所述半導體層粘結至所述支撐基板之前，在所述第一粘結層或者所述第二粘結層的至少一個上沉積反射器層。22.根據權利要求17所述的方法，其步驟還包括: 使所述支撐基板對面的所述半導體層薄型化至2微米-10微米的厚度，以生成原始的薄的表面;及 在所述薄的表面上形成設備層。
【文檔編號】H01L27/146GK105849907SQ201380079262
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2013年11月19日
【發明人】H·哈達, J·蔣
【申請人】西奧尼克斯股份有限公司