具有结栅极场效应晶体管的基于锗的传感器及其制造方法技术

本申请公开了具有结栅极场效应晶体管的基于锗的传感器及其制造方法。本文公开了基于锗的传感器。示例性的基于锗的传感器包括锗光电二极管和结型场效应晶体管(JFET)，该结型场效应晶体管(JFET)由锗层形成，该锗层在一些实施例中设置在硅衬底中或者在一些实施例中设置在硅衬底上。在锗层和硅衬底之间设置掺杂硅层，该掺杂硅层可以通过原位掺杂外延生长的硅来形成。在锗层位于硅衬底上的实施例中，掺杂硅层设置在锗层和氧化物层之间。JFET具有掺杂多晶硅栅极，并且在一些实施例中，栅极扩散区域设置在锗层中并且在掺杂多晶硅栅极之下。域设置在锗层中并且在掺杂多晶硅栅极之下。域设置在锗层中并且在掺杂多晶硅栅极之下。

【技术实现步骤摘要】
具有结栅极场效应晶体管的基于锗的传感器及其制造方法


[0001]本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及具有结栅极场效应晶体管的 基于锗的传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]电子行业对更小、更快的电子设备的需求不断增加，这些电子设备同 时能够支持更多数量的日益复杂和精密的功能。因此，在半导体工业中， 制造低成本、高性能和低功耗的集成电路(IC)是一种持续的趋势。迄今 为止，这些目标在很大程度上是通过缩小半导体IC尺寸(例如最小特征尺 寸)来实现的，从而提高生产效率并降低相关成本。然而，这种缩放也增 加了半导体制造工艺的复杂性，因此实现IC的持续进步需要半导体制造工 艺和技术的类似进步。
[0003]作为一个示例，半导体传感器广泛用于各种应用，以测量物理、化学、 生物和/或环境参数。一些特定类型的半导体传感器包括气体传感器、压力 传感器、温度传感器、以及光学图像传感器等。对于光学图像传感器，暗 电流是性能和可靠性的主要问题。暗电流是在没有光的情况下流动的电流， 可以更一般地描述为存在于光学图像传感器中的泄露电流。在至少一些情 况下，光学图像传感器中使用的各种半导体层之间的界面质量差和/或各种 半导体层的表面质量差可能导致显著的暗电流。光学图像传感器的性能和/ 或可靠性的另一个主要关注点是光学填充因子，其通常指示像素的光敏面 积(例如光电二极管面积)与像素的总面积之比。尽管现有的光学图像传 感器及其制造方法通常足以满足它们的预期目的，但它们并非在所有方面 都完全令人满意。

技术实现思路

[0004]根据本公开的第一方面，提供了一种光敏器件，包括：硅衬底；锗层， 设置在所述硅衬底之上；掺杂硅层，设置在所述硅衬底和所述锗层之间； 第一掺杂区域、第二掺杂区域和第三掺杂区域，设置在所述锗层中，其中， 所述第一掺杂区域设置在所述第二掺杂区域和所述第三掺杂区域之间，所 述第一掺杂区域包括第一型掺杂剂，并且所述第二掺杂区域和所述第三掺 杂区域包括第二型掺杂剂；第四掺杂区域、第五掺杂区域和第六掺杂区域， 设置在所述锗层中，其中，所述第四掺杂区域与所述第一掺杂区域和所述 第二掺杂区域之间的第一界面交叠，所述第五掺杂区域与所述第一掺杂区 域和所述第三掺杂区域之间的第二界面交叠，所述第六掺杂区域设置在所 述第一掺杂区域之上并且在所述第四掺杂区域和所述第五掺杂区域之间， 所述第四掺杂区域和所述第五掺杂区域包括所述第一型掺杂剂，并且所述 第六掺杂区域包括所述第二型掺杂剂。多晶硅栅极，设置在所述第六掺杂 区域之上，其中，所述多晶硅栅极包括所述第二型掺杂剂；以及第七掺杂 区域，设置在所述锗层中并且在所述多晶硅栅极之下，其中，所述第七掺 杂区域包括所述第二型掺杂剂。
[0005]根据本公开的第二方面，提供了一种光敏器件，包括：硅衬底；基于 锗的光电二极管，所述基于锗的光电二极管具有：锗层，所述锗层设置在 所述硅衬底之上，两个第一掺杂
区域，所述两个第一掺杂区域具有第一导 电类型并且设置在所述锗层中，两个第二掺杂区域，所述两个第二掺杂区 域具有所述第一导电类型，并且分别设置在所述锗层中并且在所述两个第 一掺杂区域之上，第三掺杂区域，所述第三掺杂区域具有第二导电类型， 并且设置在所述锗层中并且在所述两个第一掺杂区域之上和所述两个第二 掺杂区域之间，以及第四掺杂区域，所述第四掺杂区域具有所述第一导电 类型，并且设置在所述锗层中并且在所述第三掺杂区域之上；掺杂硅层， 所述掺杂硅层设置在所述硅衬底和所述基于锗的光电二极管的所述锗层之 间，并且将所述硅衬底和所述基于锗的光电二极管的所述锗层间隔开；以 及两个掺杂多晶硅栅极，所述两个掺杂多晶硅栅极设置在所述第三掺杂区 域之上，其中，所述第四掺杂区域设置在所述两个掺杂多晶硅栅极之间。
[0006]根据本公开的第三方面，提供了一种用于形成光敏器件的方法，所述 方法包括：在硅衬底之上形成传感器腔；形成原位掺杂硅层，所述原位掺 杂硅层部分地填充所述传感器腔并且内衬所述传感器腔；在所述原位掺杂 硅层之上形成锗层，所述锗层填充所述传感器腔的剩余部分；以及形成包 括所述锗层的光电二极管和结场效应晶体管，其中，所述结型场效应晶体 管具有多晶硅栅极。
附图说明
[0007]结合附图阅读时，从以下具体实施方式可以最好地理解本公开。需要 强调的是，根据工业中的标准实践，各种结构未按比例绘制，并且绘制来 仅用于说明目的。事实上，为了讨论的清楚，各种结构的尺寸可能被任意 地增大或缩小了。
[0008]图1A
‑
1J是根据本公开的各方面的在各种制造阶段的光敏器件(例如， 具有结栅极场效应晶体管的基于锗的传感器)的一部分或整体的示意截面 图。
[0009]图2是根据本公开的各方面的光敏器件(例如图1A
‑
1J的光敏器件) 的一部分或整体的示意性顶视图和示意性截面图。
[0010]图3A
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3J是根据本公开的各方面的在各种制造阶段的光敏器件(例如， 具有结栅极场效应晶体管的基于锗的传感器)的一部分或整体的示意截面 图。
[0011]图4是根据本公开的各方面的光敏器件(例如图3A
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3J的光敏器件) 的一部分或整体的示意性顶视图和示意性截面图。
[0012]图5是根据本公开的各方面的光敏器件(例如，具有结栅极场效应晶 体管的基于锗的传感器)的一部分或整体的示意截面图。
[0013]图6是根据本公开的各方面的光敏器件(例如，具有结栅极场效应晶 体管的基于锗的传感器)的一部分或整体的示意截面图。
[0014]图7是根据本公开的各个方面的用于制造光敏器件(例如，图1A
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1J、 图2、图3A
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3J、图4、图5和图6中所描绘的光敏器件)的一部分或整体 的方法的流程图。
具体实施方式
[0015]本公开总体涉及光敏器件，并且更具体地涉及基于锗的光敏器件及其 制造方法。
[0016]下面的公开内容提供了用于实现本专利技术的不同特征的许多不同的实施 例或示例。以下描述了组件和布置的特定示例以简化本公开。当然，这些 只是示例，并不旨在进行限制。例如，在下面的描述中在第二特征之上或 上形成第一特征可以包括其中第一特征和
第二特征以直接接触方式形成的 实施例，还可以包括可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得 第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。此外，使用空间相关术语， 例如“较低”、“较高”、“水平”、“垂直”、“高于”、“之上”、
ꢀ“
低于”、“之下”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”等及其派生 词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)，以易于描述本公 开的一个特征相对于另一特征的关系。空间相关术语旨在涵盖包括特征的 器件的不同朝向。此外，当用“约”或“近似”等来描述数字或数字范围 时，该术语旨在涵盖合理范围内的数字，这些合理范围内的数字考虑了如 本领域普通技术人员所理解的在制造期间固有地出现的变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光敏器件，包括：硅衬底；锗层，设置在所述硅衬底之上；掺杂硅层，设置在所述硅衬底和所述锗层之间；第一掺杂区域、第二掺杂区域和第三掺杂区域，设置在所述锗层中，其中，所述第一掺杂区域设置在所述第二掺杂区域和所述第三掺杂区域之间，所述第一掺杂区域包括第一型掺杂剂，并且所述第二掺杂区域和所述第三掺杂区域包括第二型掺杂剂；第四掺杂区域、第五掺杂区域和第六掺杂区域，设置在所述锗层中，其中，所述第四掺杂区域与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域之间的第一界面交叠，所述第五掺杂区域与所述第一掺杂区域和所述第三掺杂区域之间的第二界面交叠，所述第六掺杂区域设置在所述第一掺杂区域之上并且在所述第四掺杂区域和所述第五掺杂区域之间，所述第四掺杂区域和所述第五掺杂区域包括所述第一型掺杂剂，并且所述第六掺杂区域包括所述第二型掺杂剂。多晶硅栅极，设置在所述第六掺杂区域之上，其中，所述多晶硅栅极包括所述第二型掺杂剂；以及第七掺杂区域，设置在所述锗层中并且在所述多晶硅栅极之下，其中，所述第七掺杂区域包括所述第二型掺杂剂。2.根据权利要求1所述的光敏器件，还包括第八掺杂区域和第九掺杂区域，所述第八掺杂区域和所述第九掺杂区域设置在所述锗层中，其中，所述第二掺杂区域设置在所述第八掺杂区域之上，所述第三掺杂区域设置在所述第九掺杂区域之上，所述第一掺杂区域设置在所述第八掺杂区域和所述第九掺杂区域之上，并且所述第八掺杂区域和所述第九掺杂区域包括所述第二型掺杂剂。3.根据权利要求2所述的光敏器件，其中，所述第二掺杂区域和所述第三掺杂区域分别与所述第八掺杂区域和所述第九掺杂区域交叠。4.根据权利要求1所述的光敏器件，其中，所述多晶硅栅极是第一多晶硅栅极，并且所述光敏器件还包括设置在所述第六掺杂区域之上的第二多晶硅栅极和设置在所述第二多晶硅栅极之下的所述锗层中的第八掺杂区域，其中，所述第一多晶硅栅极和所述第二多晶硅栅极设置在所述第四掺杂区域与所述第五掺杂区域之间，所述第二多晶硅栅极包括所述第二型掺杂剂，并且所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：施俊吉，江欣益，朱怡欣，廖英凯，陈祥麟，黄冠杰，
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：