在短波红外线内针对CMOS成像器的绝缘体上的锗制造技术

本发明专利技术公开一种光检测结构，包含在一绝缘体上锗(GeOI)芯片的一器件层内形成的锗(Ge)光电二极管、基于所述锗光电二极管(PD)的多个焦平面阵列；以及公开一种制备所述锗光电二极管及焦平面阵列(FPA)的方法。一FPA包含结合至一ROIC的一位于GeOI上方的锗光电二极管阵列，其中所述GeOI层的操作层已被移除。可设计所述GeOI的绝缘体的特性及厚度，以改善耦入所述光电二极管的光耦合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在短波红外线内针对CMOS成像器的绝缘体上的锗相关申请交叉引用本申请要求于2018年2月12日提交美国临时专利申请案第62/629,245的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本文公开的实施例整体上涉及焦平面阵列(FPA)器件，且尤其涉及基于锗(Ge)的FPA，所述FPA检测在短波红外线(SWIR)光谱模式下的光。
技术介绍
在各种应用中，可在短波红外线(SWIR)下运行的摄像机变得越来越重要。众所周知，SWIR范围在0.9至1.7微米(μm)之间。例如，由于眼睛安全规范允许使用更高的光功率，因此任何依赖有源照明的应用皆可自于SWIR模式下运行中受益。通过作为量子检测器，SWIR摄像机中所使用的传感器的功能类似于基于硅的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器(亦称为“光电检测器”或“PD”)。光子将电子从一能级激发至另一能级，从而将光转换为一电流。由于硅的能带隙并不支持对于超过～1.1μm的波长进行光检测，因此SWIR传感器通常由诸如砷化铟镓(InGaAs)的材料所制成。虽然InGaAs传感器能够提供具有高量子效率及相对较低的暗电流的高质量焦平面阵列(FPA)，然而彼等的使用成本高，实质地阻止彼等在许多消费市场应用中的实现。因此，高度需要实现能够履行低成本的用于SWIR摄像机的CMOS兼容传感器及/或FPA。基于锗(Ge)的传感器是已知的。锗位于元素周期表的第IV组中，与硅颇为兼容，且可直接在硅上生长。目前不同的铸造厂将锗工艺集成至其等的CMOS生产线中。在习知的技术中，可通过在所述基于硅的ROIC的顶部外延地生长一锗层(其中形成多個锗PD)，以将基于锗的PD或FPA与基于硅的读出集成电路(ROIC)进行整合。此种方法具有两个主要缺点：a)在硅与锗之间存在4.2％的晶格失配，导致在锗层中残留位错，造成更高的PD漏电，且有时会降低工艺良率；以及b)ROIC的顶部的锗层的生长需要在低温下进行，从而进一步降低锗层的品质。“绝缘体上锗”(GeOI)芯片亦是已知的且可商购的(例如，由IQESilicon，PascalClose，加地夫，CF30LW，英国所提供)。图1示意地说明一GeOI芯片的一横截面，包括一处理层(例如，硅或锗基质)102、一各别的绝缘体(例如，氧化物)104及一单晶锗“器件”层106。所述锗器件的厚度范围可介于0.2与10微米(μm)之间。已知GeOI芯片用于制造微电子器件。然而，目前并未将GeOI芯片使用于光学(照片)检测。
技术实现思路
在不同的实施例中，提供多个光检测结构，所述光检测结构包含形成于一GeOI芯片的一锗器件层中的至少一锗(Ge)光电二极管，其中，所述GeOI芯片包含一操作层及一绝缘层，所述绝缘层是位于所述操作层与锗器件层之间。在一示例性实施例中，所述绝缘体包含氧化硅。在一示例性实施例中，所述绝缘体包含氧化锗。在一示例性实施例中，所述绝缘层是一个四分之一波长层。在一示例性实施例中，所述绝缘层是由一抗反射涂层替代。在一示例性实施例中，所述操作层是由硅所制成。在一示例性实施例中，所述至少一锗光电二极管是一垂直型的PN光电二极管。在其他实施例中，一锗光电二极管可为一垂直型的PIN二极管或一水平型的PN或PIN二极管。在一示例性实施例中，所述至少一锗光电二极管包含在所述锗器件层中所形成的多个锗光电二极管的一阵列。多个锗光电二极管的所述阵列中的各个锗光电二极管皆可检测位在短波红外线(SWIR)范围内的光。在示例性实施例中，多个锗光电二极管的所述阵列中的相邻的多个锗光电二极管是彼此电性隔离的。在示例性实施例中，提供包含所述锗器件层的多个FPA，所述锗器件层具有多个锗光电二极管的所述阵列，所述多个锗光电二极管的所述阵列机械地且电气地耦合至一ROIC。在示例性实施例中，提供用于制备一光检测结构的方法，所述方法包含提供一GeOI芯片，所述GeOI芯片包含一操作层、一锗器件层及一绝缘层，所述绝缘层是位于所述操作层与所述锗器件层之间，以及在所述锗器件层中形成至少一锗光电二极管。在一示例性实施例中，在所述锗器件层中形成至少一锗光电二极管包含形成多个锗光电二极管的一阵列。在一示例性实施例中，一种方法进一步包含将多个锗光电二极管的所述阵列机械地且电气地耦合至一ROIC，以及移除所述操作层，以提供一FPA。附图说明下面参考在此段落之后列出的附图来描述本文公开的实施例的非限制性示例。出现在多个附图中的相同结构，元素或零件通常在所有出现的附图中均标有相同的数字。附图和说明意在阐明和阐明本文公开的实施例，并且不应被认为以任何方式进行限制。在图纸中：图1示意性地说明一GeOI芯片的一横截面；图2A示意性地显示本文中所公开的一单一像素结构的一横截面侧视图；图2B示意性地显示图2A的所述单一像素结构在一A-A切面的俯视图；图3显示如图2B中的一像素的阵列的俯视图；图4A示意性地显示在侧面横截面中，结合至一ROIC芯片的一基于锗的PS芯片的截面；图4B示意性地显示在侧截面中，移除图4A的所述结构中的所述操作层，以提供一FPA；图4C示意性性地显示在侧截面中，在图4B的所述结构中新增多个微透镜；图5在一流程图中说明用于制备在本文中所公开的一位于GeOI上方的锗的FPA的一芯片规模工艺的示例性实施例。具体实施方式现在回到附图，图2A示意性地显示本文中所公开编号为200的一单一像素位于GeOI上方的锗结构的一横截面侧视图。图2B示意性地显示所述单一像素结构200在一A-A切面的俯视图。像素结构200形成于单晶层106内，且包含具有一PN型的或PIN型的结构的一锗光电二极管202。如图所示，PD202示例性地具有包含一P-掺杂区域204及N-掺杂区域206的一PN结构。在一些实施例中，可切换所数P区域及N区域。通常，所述PD可为以如图所示的一垂直型的PN结形式(即，所述P及N区域是沿着入射光的方向排列)、一水平型的PN结(未显示)、一PIN二极管(未显示)或任何其他类型的二极管。一(高于所述P掺杂的)P+掺杂区域208及一(高于所述N掺杂的)N+掺杂区域210分别作为多个奥姆接触并钝化至用于外部电接触的金属垫层212及214。沟槽隔离216将PD202与相邻的多个PD分开。所述沟槽内填充一绝缘体，例如氧化硅，所述绝缘体亦覆盖所述像素的顶部(所述锗的顶部的PD区域具有多个通孔及多个电触点)。所述多个电触点是界定于所述绝缘体内，以将所述像素连接至额外的多个金属层(未显示)，所述多个金属层将与一ROIC芯片连接。所述多个掺杂的、多个奥姆接触及多个金属垫层可与已知的多个锗光电二极管相似。一像素的所述面积实质上为所述PD面积新增相邻的多个PD之间的所述隔离面积的一半。一PD202可具有任何数量的形状。尤其，所述PD的形状是矩形，其尺寸D1及D2如图2B所示是相等的(即，正方形)或不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光检测结构，其特征在于：所述光检测结构包含：至少一锗(Ge)光电二极管，所述至少一锗光电二极管形成于一绝缘体上锗(GeOI)晶片的一锗器件层中，所述绝缘体上锗晶片包含一操作层及一绝缘层，所述绝缘层是位于所述操作层与所述锗器件层之间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180212 US 62/629,2451.一种光检测结构，其特征在于：所述光检测结构包含：至少一锗(Ge)光电二极管，所述至少一锗光电二极管形成于一绝缘体上锗(GeOI)晶片的一锗器件层中，所述绝缘体上锗晶片包含一操作层及一绝缘层，所述绝缘层是位于所述操作层与所述锗器件层之间。


2.如权利要求1所述的光检测结构，其特征在于：所述绝缘层包含氧化硅。


3.如权利要求1所述的光检测结构，其特征在于：所述绝缘层包含氧化锗。


4.如权利要求1所述的光检测结构，其特征在于：所述绝缘层是一个四分之一波長层。


5.如权利要求1所述的光检测结构，其特征在于：所述操作层是由硅所制成。


6.如权利要求1所述的光检测结构，其特征在于：所述至少一锗光电二极管是一垂直型的PN光电二极管。


7.如权利要求1所述的光检测结构，其特征在于：所述至少一锗光电二极管包含多个锗光电二极管的一阵列。


8.如权利要求7所述的光检测结构，其特征在于：所述多个锗光电二极管的所述阵列中相邻的多个锗光电二极管是彼此电性隔离的。


9.如权利要求7所述的光检测结构，其特征在于：所述多个锗光电二极管的所述阵列中的各个锗光电二极管是一PN光电二极管。


10.如权利要求7所述的光检测结构，其特征在于：所述多个锗光电二极管的所述阵列中的各个锗光电二极管包含多个电触点。


11.如权利要求7所述的光检测结构，其特征在于：所述多个锗光电二极管的所述阵列中相邻的多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌利尔·利维，俄梅尔·卡帕奇，乌拉罕·巴卡尔，阿萨夫·拉萨夫，爱德华·普莱斯勒，
申请(专利权)人：趣眼有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL