多晶圆光吸收装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术介绍的结构和技术能使用典型的半导体装置制造技术以设计和制造光检测器和/或其他电子电路，并减少对光检测器性能的不利影响。本发明专利技术介绍的各种结构和技术的范例包括但不限于前置光检测器同质晶圆接合技术、前置光检测器异质晶圆接合技术、包括反射镜的光检测器结构、后置光检测器晶圆接合技术及其组合。本发明专利技术以前述结构和技术，可使用典型的直接成长材料磊晶技术来实现光检测器，同时减少由晶格失配而在材料接口处产生的缺陷层所产生的不利影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多晶圆光吸收装置及其应用【关于本申请的交叉引用文献】本专利技术要求美国临时专利申请案号62/196,315，名称为“基于高速混合波导的多通道光学模块”，申请日为2015年7月24日的优先权；要求美国临时专利申请案号62/200,109，名称为“光电探测器与集成电路集成”，申请日为2015年8月2日的优先权；要求美国临时专利申请案号62/204,460，名称为“硅锗光电二极管”，申请日为2015年8月13日的优先权；以及，要求美国临时专利申请案号62/205,003，名称为“硅锗光电二极管”，申请日为2015年8月14日的优先权。所有这些文献都将引用并入本文。
本专利技术是关于半导体元件，特别是有关于多晶圆半导体光检测器及其它元件。
技术介绍
归因于大数据、云端计算以及其它计算器网络和通讯应用，使得高速通讯需求增加。传输速度能够超过25Gbps的高速光学发射器和接收器(或统称为「光学收发器」)吸引了大众的目光。虽然光学收发器广受欢迎，但是半导体光检测器的设计和制造技术往往是不同且不兼容于其它传统半导体元件的制作技术，例如互补金属氧化物半导体晶体管。举例来说，一直接成长硅锗材料在硅材料基板上通常会因硅和锗间的晶格失配而产生一缺陷层，此缺陷层将导致漏电流和降低光侦射器的性能(例如︰讯杂比)。元件设计及制程技术可让光检测器及/或其它电子电路利用典型的半导体元件制造技术以降低对光检测器性能的不良冲击。
技术实现思路
依据本专利技术提供一种多晶圆半导体光吸收结构，包含一第一晶圆、一光吸收区、一接触区及一接合接口；第一晶圆接合在一第二晶圆；一光吸收区位在第一晶圆中；接触区位在第一晶圆中，接触区直接位在光吸收区上方并与光吸收区实体接触；接合接口位在第一晶圆及第二晶圆之间，接合接口位在光吸收区下方且未与光吸收区实体接触。依据本专利技术另提供一种光吸收结构，包含一接触区、一光吸收区及一光学反射镜结构；光吸收区位在接触区下方，其中光由接触区入射并沿着一第一方向往光吸收区传递，光吸收区的一宽度小于接触区的一宽度；光学反射镜结构耦合于光吸收区，藉此经由接触区及光吸收区入射至光学反射镜结构的光会由光学反射镜结构反射回光吸收区；光学反射镜结构包含多个反射镜层。本专利技术所采用的具体技术，将通过以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。【附图说明】图1A绘示一承载晶圆的剖视图；图1B绘示另一承载晶圆的剖视图；图1C绘示又一承载晶圆的剖视图；图2A绘示在掺杂晶圆(或称一转换晶圆)上形成感光材料的示意图；图2B绘示在掺杂晶圆(或称一转移晶圆)上形成感光材料的示意图；图3A绘示在施体晶圆上制备保护层的一示意图；图3B绘示在施体晶圆上制备保护层的另一示意图；图3C绘示在施体晶圆上制备保护层的又一示意图；图4绘示完成接合后的施体(转移)晶圆及承载晶圆的剖视图；图5绘示完成后置接合材料移除的剖视图；图6A绘示利用在本文中介绍的技术所制作的一光检测器的示意图；图6B绘示利用在本文中介绍的技术所制作的另一光检测器的示意图；图7绘示一随选范例制程以在施体晶圆上形成感光材料层的示意图；图8绘示的完成接合的施体晶圆及承载晶圆的剖视图；图9绘示完成后置接合材料移除的剖视图；图10A-图10C绘示在将光检测器形成在施体晶圆之后，接合施体晶圆及承载晶圆在制作中间阶段的示意图；图11A-图11E绘示于将光检测器形成在施体晶圆之后，接合施体晶圆及承载晶圆在制作中间阶段的示意图；图12A-图12D绘示形成二替代性实施方式的具有反射镜结构的光检测器在制作中间阶段的示意图；图13A-图13C绘示形成具有反射镜结构及集成电路的光检测器在制作中间阶段的示意图；图14绘示具有硅穿孔的承载基板的光检测器的示意图；图15A绘示一整合前侧入光双反射镜光检测器及集成电路的示意图；图15B绘示另一整合前侧入光双反射镜光检测器及集成电路的示意图；图16A绘示一集成电路接合在前侧入光双反射镜光检测器的示意图；图16B绘示另一集成电路接合在前侧入光双反射镜光检测器的示意图；图17A绘示一背侧入光光侦射器接合在集成电路上的示意图；图17B绘示另一背侧入光光侦射器接合在集成电路上的示意图；图18A绘示一前侧入光单反射镜光侦射器及其它整合电路的示意图；图18B绘示另一前侧入光单反射镜光侦射器及其它整合电路的示意图；图19绘示可用与本文所介绍的光检测器配合使用的一波导结构的剖视图；图20绘示利用本文所介绍的技术体现的一波导系统示意图；图21绘示利用本文所介绍的技术体现的另一波导系统示意图；图22A绘示依照本专利技术的一多信道接收模块的示意图；以及图22B绘示依照本专利技术的另一多信道接收模块的示意图。【具体实施方式】锗光学传感器或锗硅光学传感器(例如光检测器(photodetector)或光电二极管(photodiode)；在本文中简称为PD)、累崩光电二极管(avalanchephotodiode；简称APD)或影像传感器，对于近红外光信号的高灵敏度是众所皆知的。再者，锗硅材料系统适用在现今高容积互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor；简称CMOS)的制造技术；因此，锗硅材料系统与集成电路的整合潜力备受青睐。随着锗硅的磊晶技术发展，直接将锗硅合金(SixGe1-x,0≤x<1)材料成长在硅材料基板的技术变得热门。在此要特别说明的是，锗硅合金材料包含各种锗硅不同锗含量及硅含量的组合，意即包含从锗含量为100％至硅含量约为100％。然而，归因在锗和硅之间的大晶格失配(latticemismatch)(两者之间的晶格失配大于4％)，因此在接近硅基板和已沉积锗硅合金薄膜的界面处会形成一密集缺陷层，藉以释放因大晶格失配所造成的应变能量(strainenergy)。前述密集缺陷层的厚度至少约30奈米，这主要取决于薄膜中的锗含量。若这些缺陷位在或接近PD元件的高电场或本质区时，将成为载子生成及复合密集区，导致PD漏电流增加。在PD中，漏电流也被称为暗电流(darkcurrent)，其为一种PD中最主要的噪声电流，且会使一光检测器的讯杂比(signal-to-noise；简称SNR)降低。相比于以纯硅或三五(III-V)族半导体材料(例如︰砷化镓(GaAs)或砷化镓铟(InGaAs))制成的光电二极管，基于锗或锗硅合金的光电二极管因具有相对较高的穿透位错密度(highthreadingdislocationdensity；简称TDD)，故其暗电流特性低落。暗电流的大小与TDD成正相关。此外，高TDD层可横向导通，因此，若装置主要的电流方向与前述的TDD层的横向方向一致，将不利于整体性能。有些方式是采用锗基晶圆以形成高质量锗材料层之后，再转移到其它基板。然而，锗基晶圆的脆性造成昂贵、尺寸受限及不易处理等问题，故难以大规模生产。对此，本专利技术的目的在于提供多个装置设计及制造方法以让多个PD及/或其它电子电路能在使用典型的半导体装置制造技术的前提下，降低不利于PD性能的问题。在本专利技术中，举例说明的多种技术，包含(但不限于)一前置PD同质晶圆接合技术(pre-PDhomogeneouswaferbondingtechnique)、一前置PD异质晶圆接合技术(pre本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，所述多晶圆半导体光吸收结构包含：一第一晶圆，接合在一第二晶圆；一光吸收区，位在所述第一晶圆中；一接触区，位在所述第一晶圆中，所述接触区直接位在所述光吸收区上方并与所述光吸收区实体接触；以及一接合接口，位在所述第一晶圆及所述第二晶圆之间，所述接合接口位在光吸收区下方且未与所述光吸收区实体接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.24 US 62/196,315;2015.08.02 US 62/200,109;1.一种多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，所述多晶圆半导体光吸收结构包含：一第一晶圆，接合在一第二晶圆；一光吸收区，位在所述第一晶圆中；一接触区，位在所述第一晶圆中，所述接触区直接位在所述光吸收区上方并与所述光吸收区实体接触；以及一接合接口，位在所述第一晶圆及所述第二晶圆之间，所述接合接口位在光吸收区下方且未与所述光吸收区实体接触。2.根据权利要求1所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中还包含：一第一反射镜区，所述光吸收区位在所述第一反射镜区及所述接触区之间。3.根据权利要求2所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中所述第一反射镜区包含多个反射镜层，且至少二所述反射镜层由所述接合接口分隔。4.根据权利要求2所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中至少一部分的所述第一反射镜区在所述第一晶圆内并包含一第一反射镜层及一第二反射镜层，所述第二反射镜层设置靠近于所述光吸收区，所述第一反射镜层为金属，且所述第二反射镜层为介电层。5.根据权利要求2所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中还包含：一第二反射镜区，其中所述接触区位在所述第二反射镜区及所述光吸收区之间。6.根据权利要求5所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中所述第二反射镜区为一局部反射镜，所述第一反射镜区为一全反射镜。7.根据权利要求6所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中还包含︰一光学信道，用以供入射光通过所述第二反射镜区进入所述光吸收区。8.根据权利要求5所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中所述第二反射镜区为一全反射镜，所述第一反射镜区为一局部反射镜。9.根据权利要求8所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中入射光由所述第二晶圆入射。10.根据权利要求9所述的多晶圆半导体光吸收结构，其特征在于，其中还包含︰一光学信道，用以允许所述入射光通过所述第一反射镜区进入所述光吸收区。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑斯璘，陈书履，那允中，陈慧文，
申请(专利权)人：光澄科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY