形成图像传感器器件的方法技术

方法包括形成从衬底的正面延伸至衬底中的多个开口。衬底包括第一半导体材料。多个开口的每个具有基于曲线的底面。方法包括用第二半导体材料填充多个开口。第二半导体材料与第一半导体材料不同。方法包括使用第二半导体材料形成配置为分别感测多个开口中的光的多个像素。本申请的实施例还涉及形成图像传感器器件的方法。件的方法。件的方法。

【技术实现步骤摘要】
形成图像传感器器件的方法


[0001]本申请的实施例涉及一种形成图像传感器器件的方法。

技术介绍

[0002]本专利技术总体上涉及图像传感器器件，尤其涉及包括至少两种不同半导体材料的图像传感器器件及其形成方法。
[0003]在半导体工业内存在恒流驱动以提高性能并且减小诸如光检测器、二极管、发光二极管、晶体管、锁存器的半导体器件和许多其它半导体器件的成本。这种驱动产生对将一种类型的半导体器件集成至另一半导体工艺中的持续需求。
[0004]例如，在光检测器的阵列中，优势是使用通常具有低带隙的非硅半导体材料(例如，锗(Ge)或其它III
‑
V半导体材料)制成光检测器的相应的p
‑
n结和/或p
‑
i
‑
n结构。为了提高成本效益，期望将这种非硅材料集成至低成本大尺寸硅晶圆中以减小高性能非硅器件的成本。通过将非硅p
‑
n结和/或p
‑
i
‑
n结构集成至硅工艺中，可以使用标准的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造系统中的其它电路(例如，图像传感器器件)。此外，当以共面方式制造非硅器件和硅CMOS时，可以以与标准和低成本CMOS工艺兼容的方式进行整个系统的互连和集成。

技术实现思路

[0005]本申请的一些实施例提供了一种形成图像传感器器件的方法，包括：形成从衬底的正面延伸至衬底中的多个开口，所述衬底包括第一半导体材料，所述多个开口的每个具有基于曲线的底面；用第二半导体材料填充所述多个开口，所述第二半导体材料与所述第一半导体材料不同；以及使用所述第二半导体材料形成配置为分别感测所述多个开口中的光的多个像素。
[0006]本申请的另一些实施例提供了一种形成图像传感器器件的方法，包括：形成从硅衬底的正面延伸至所述硅衬底中的开口，所述开口具有基于边缘的侧壁和基于曲线的底面；用非硅半导体材料填充所述开口；以及在所述开口中形成像素，其中，所述像素配置为感测通过硅衬底的背面的光。
[0007]本申请的又一些实施例提供了一种形成图像传感器器件的方法，包括：从衬底的正面蚀刻所述衬底以形成第一子开口，所述衬底包括第一半导体材料；从所述正面蚀刻所述衬底，以形成与所述第一子开口对准的第二子开口，所述第一子开口深于但是窄于所述第二子开口；将所述第一子开口和所述第二子开口延伸至衬底中以形成具有基于曲线的底面的开口；在所述开口中外延生长第二半导体材料，所述第二半导体材料与所述第一半导体材料不同；以及使用填充在所述开口中的所述第二半导体材料形成p
‑
n结，其中，所述像素配置为感测通过所述衬底的背面的光，所述背面与所述正面相对。
[0008]图说明
[0009]当结合图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各个方面。应该指出，
根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0010]图1示出了根据一些实施例的用于制成图像传感器器件的示例性方法的流程图。
[0011]图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11示出了根据一些实施例的在各个制造阶段期间通过图1的方法制成的示例性图像传感器器件的截面图。
[0012]图12示出了根据一些实施例的在各个制造阶段中的一个期间通过图1的方法的至少一些操作制成的的另一示例性图像传感器器件的截面图。
[0013]图13示出了根据一些实施例的在各个制造阶段中的一个期间通过图1的方法的至少一些操作制成的的又一示例性图像传感器器件的截面图。
具体实施方式
[0014]以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0015]而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在
…
之下”、“在
…
下方”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
[0016]术语“约”和“基本”可以表示在值的5％内变化(例如，值的
±
1％、
±
2％、
±
3％、
±
4％、
±
5％)的给定量的值。
[0017]虽然通过将非硅半导体材料(和对应的结构/组件)集成至硅晶圆中可以显著提高半导体器件的性能，但是使用这种“不同的”半导体材料(通常称为“异质结构”)的组合制造的半导体器件的实用性取决于所得结构的质量。例如，在多种半导体器件和工艺中，通常期望低水平的位错缺陷，因为位错缺陷使原本为整体的晶体结构分开，并且在电和光性能中引入不希望的和突然的变化，这进而导致性能有限甚至不佳。此外，这种位错缺陷可以降低器件材料的物理性能，并且可以导致器件过早失效。
[0018]由于两种材料不同的晶格尺寸，这些位错缺陷通常出现在努力在不同类型的材料(异质结构)的衬底上外延生长一种晶体材料中。开始衬底和随后的层之间的晶格失配在材料沉积期间(在半导体衬底和/或层中产生位错缺陷)产生应力。
[0019]通常，失配位错在失配界面处形成，以减轻失配应变。许多失配位错具有在表面处终止的垂直分量(称为“螺纹段”)。这些螺纹段继续穿过随后添加至异质结构的所有半导体层。此外，螺纹位错缺陷可以出现在与衬底本身包含位错的下面衬底相同的材料的外延生长中。位错中的一些在外延生长的材料中复制为螺纹位错缺陷。其它类型的位错缺陷包括堆叠层错、孪晶边界和反相边界。诸如图像传感器器件的半导体器件的有源区域中的这种
位错可以显著降低其性能。
[0020]本专利技术提供了包括集成至硅衬底中的非硅半导体材料的半导体器件的各个实施例及其形成方法。例如，半导体器件可以是包括形成在硅衬底中的一个或多个区域或结构(例如，像素)的图像传感器器件(例如，飞行时间(ToF)传感器、红外传感器等)，其中每个包括非硅半导体材料。在各个实施例中，可以在形成在硅衬底中的一个或多个凹槽(或开口)上方外延生长非硅半导体材料以形成一个或多个区域。通过在生长非硅半导体材料之前修改凹槽的轮廓或表面，可以显著减少外延生长的非硅半导体材料(或层)中的螺纹位错缺陷的量(例如，螺纹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成图像传感器器件的方法，包括：形成从衬底的正面延伸至衬底中的多个开口，所述衬底包括第一半导体材料，所述多个开口的每个具有基于曲线的底面；用第二半导体材料填充所述多个开口，所述第二半导体材料与所述第一半导体材料不同；以及使用所述第二半导体材料形成配置为分别感测所述多个开口中的光的多个像素。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一半导体材料包括硅，并且所述第二半导体材料包括选自由锗、磷化镓、磷化铟、砷化铝、砷化镓、砷化铟、锑化铝、锑化镓、锑化铟及它们的组合组成的组的材料。3.根据权利要求1所述的方法，其中，形成多个开口还包括：在所述衬底的正面上方形成多个第一子开口，所述第一子开口的每个从所述正面垂直延伸至所述衬底中第一深度，并且沿所述正面横向延伸第一宽度；在所述衬底的正面上方形成多个第二子开口，所述第二子开口的每个从所述正面垂直延伸至所述衬底中第二深度，并且沿所述正面横向延伸第二宽度，其中，所述第二宽度大于所述第一宽度，并且所述第二深度小于所述第一深度；以及将所述多个第一子开口和所述多个第二子开口延伸至所述衬底中，以形成所述多个开口的每个开口的基于曲线的底面。4.根据权利要求3所述的方法，其中，形成多个第一子开口和形成多个第二子开口的步骤的每个利用干蚀刻工艺。5.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述多个第一子开口和所述多个第二子开口延伸至所述衬底中的步骤利...

【专利技术属性】
技术研发人员：房业勋，王兆圻，曾仲铨，赖佳平，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：