一种基于锗p-i-n光电二极管的图像传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于锗p

【技术实现步骤摘要】
一种基于锗p
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n光电二极管的图像传感器


[0001]本技术属于半导体
，涉及一种基于锗p
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n光电二极管的图像传感器，具体涉及将锗p
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n光电二极管制造和集成到图像传感器结构中，所述锗p
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n光电二极管为制造CMOS图像传感器的垂直p
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n光电二极管。

技术介绍

[0002]目前，短波红外CMOS图像传感器(SWIR CMOS Image Sensor)已广泛应用于小型无人机系统、机动车辆系统、智能农业系统、监控系统等领域。如本领域所公知的，采用硅材料作为光电二极管对红外吸收的量子效率低下，特别是对于1μm以上的波段几乎没有吸收；与硅相比，基于锗的短波红外CMOS图像传感器可捕获来自可见光(0.4μm
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0.75μm)和更远波长(一直到1.6μm波长)的图像，而且性能与砷化铟镓(InGaAs)相当。基于砷化铟镓的CMOS图像传感器，尽管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)，但目前其制造工艺复杂、价格昂贵、生产制造过程中的成品合格率非常低，难以大规模商业化应用。与砷化铟镓相反，锗在化学上与硅兼容，并且与硅CMOS制造工艺兼容。因此，用于短波红外CMOS图像传感器的锗基光电二极管的制造工艺更灵活、更具成本效益和可扩展性，并能打开消费者/大众市场的应用。/>[0003]在制造基于锗的CMOS图像传感器时，现有技术一般采用在硅目标晶圆上直接外延生长锗，但由于锗和硅之间4.2％的晶格失配，外延生长会产生失配位错和穿透位错(螺纹错位)，因而缺陷较多、质量较低，影响探测信噪比和检测灵敏度。此问题目前尽管能够通过一些技术手段得到改善，但会增加器件结构和/或工艺复杂性，例如使用窄孔径选择性制造生长。此外，由于采用在硅目标晶圆上直接外延生长锗是在硅晶圆上低温生长锗，直接导致降低了锗层的质量。
[0004]基于工业市场及消费者/大众市场的应用需要，目前急需一种工艺更简单、成本更低且能够高效、稳定地将垂直锗p
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n光电二极管制造和集成到图像传感集成器件结构中的方法。

技术实现思路

[0005]基于现有技术中存在的问题，本技术提供了一种基于锗p
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n光电二极管的图像传感器，具体涉及将锗p
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n光电二极管制造和集成到图像传感器结构中，所述锗p
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n光电二极管为制造CMOS图像传感器的垂直p
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n光电二极管。
[0006]依据本技术的技术方案，本技术提供了一种基于锗p
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n光电二极管的图像传感器，其从下至上依次包括硅控制和读出电路晶圆、表面介电层、锗光电二极管层、抗反射层和透镜层，其中所述锗光电二极管层为层叠结构，从下至上依次包括第二掺杂锗层、未掺杂锗层和第一掺杂锗层，其中未掺杂锗层为本征层；第二掺杂锗层为p型区、第一掺杂锗层为n型区。
[0007]进一步地，锗光电二极管层还包括贯穿其层叠结构设置的沟槽间介电层，沟槽间
介电层将锗光电二极管层划分为多个独立的像素区域。
[0008]优选地，在每个像素区域中，表面介电层和锗光电二极管层上自下而上设置有两个金属连接。两个金属连接中的第一连接至第二掺杂锗层，第二连接至第一掺杂锗层。
[0009]进一步地，硅控制和读出电路晶圆的上部为具有电路的互联层，互联层的电路与金属连接相连接。
[0010]更优选地，在抗反射层和透镜层之间还具有滤光层，滤光层可以选择性地传输特定波长范围的入射光，同时吸收剩余的光。
[0011]更优选地，沟槽间介电层包括隔离沟槽，以定义或划分每个光电二极管的像素区域。进一步地，沟槽间介电层进一步包括表面介电层。
[0012]另外地，硅控制和读出电路晶圆为锗光电二极管层提供控制、读出的电路。
[0013]进一步地，靠近硅控制和读出电路晶圆外侧的表面为具有电路的互联层，互联层朝外侧的表面为铜和阻挡金属化学机械研磨后形成的表面。
[0014]与现有技术相比，本技术基于锗p
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n光电二极管的图像传感器的有益技术效果如下：
[0015]1、本技术以相对更简单的制造工艺，实现了高速、小像素尺寸的短波红外图像传感器的生产制造工艺。
[0016]2、本技术的技术方案实现了批量、高生产合格率生产制造的低成本、CMOS兼容的短波红外图像传感器(具有焦平面阵列)。
[0017]3、采用本技术生产工艺制造的图像传感器，其具有从可见光到短波红外波长的更低的暗电流、更高的灵敏度。
[0018]4、本技术的技术方案利用针对离子注入、洁净、键合、退火、剥离、化学机械研磨等进行有机组合，使其生产工艺相对简单、技术成熟、适于工业化大规模生产。
[0019]5、本技术将锗p
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n光电二极管制造和集成到图像传感器结构中的工艺，采用锗
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硅层转移技术获得高质量的光电二极管层单晶锗层，与在硅目标晶圆上直接外延生长锗层相比，具有更高的质量和更少的缺陷。
附图说明
[0020]图1至图14为依据本技术的基于锗p
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n光电二极管的图像传感器结构示意图及制造流程示意图。
[0021]图中附图标记所指示的部件名称如下：
[0022]1、锗供体晶圆；2、第一掺杂锗层；3、锗转移层；4、硅目标晶圆；5、缓冲氧化层；6、研磨蚀刻停止层；7、抗反射层；8、锗硅混合晶圆；9、第二掺杂锗层；10、未掺杂锗层；11、锗光电二极管层；12、隔离沟槽；13、沟槽间介电层；14、表面介电层；15、金属连接；16、硅控制和读出电路晶圆；17、互联层；18、滤光层；19、透镜层。
具体实施方式
[0023]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。另外地，不应当将本技术的保护范围仅仅限制至下述具体结构或部件或具体参数。
[0024]在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锗p
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n光电二极管的图像传感器，其特征在于，其从下至上依次包括硅控制和读出电路晶圆、表面介电层、锗光电二极管层、抗反射层和透镜层，其中所述锗光电二极管层为层叠结构，从下至上依次包括第二掺杂锗层、未掺杂锗层和第一掺杂锗层；其中未掺杂锗层为本征层，第二掺杂锗层为p型区，第一掺杂锗层为n型区。2.根据权利要求1所述的基于锗p
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n光电二极管的图像传感器，其特征在于，锗光电二极管层还包括贯穿其层叠结构设置的沟槽间介电层，沟槽间介电层将锗光电二极管层划分为多个独立的像素区域。3.根据权利要求2所述的基于锗p
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n光电二极管的图像传感器，其特征在于，在每个像素区域中，表面介电层和锗光电二极管层上自下而上设置有两个金属连接。4.根据权利要求2所述的基于锗p
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n光电二极管的图像传感器，其特征在于，两个金属连接中的第一连接至第二掺杂锗层，第二连接至第一掺杂锗层。5.根据权利要求4所述的基于锗p
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【专利技术属性】
技术研发人员：李加，陈维，林子瑛，
申请(专利权)人：浙江兴芯半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：