[发明专利]具有渐变缓冲层的背照式光敏器件

说明书

技术领域

本发明总体涉及半导体领域，更具体地，涉及光敏器件。

背景技术

光敏器件广泛应用于各种电子设备中。例如，光敏器件阵列可用于形成数码相机中使用的图像传感器阵列。光敏器件通常包括位于半导体材料内的将来自于光子的能量转换为电能的感光区域。

感光区域一般通过注入工艺以形成p-i-n结或p-n结而形成到半导体材料内。内部形成有感光区域的半导体材料除了硅之外还部分地由锗组成。这为光敏器件带来了很多优势。

光敏器件的工作效率受内部形成了感光区域的半导体材料的特性影响。当使用由硅锗组成的半导体晶体时，由于硅和锗之间不同的晶格常数可能会使晶体内存在缺陷。这些缺陷有时被称为错位。这些缺陷对光敏器件的工作效率有不利影响。因此，需要尽可能地减少这些缺陷。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种形成背照式光敏器件的方法，该方法包括：在牺牲衬底上形成渐变牺牲缓冲层；在渐变牺牲缓冲层上形成均匀层；在均匀层上形成第二渐变缓冲层；在第二渐变缓冲层上形成硅层；在硅层上布置器件层；以及去除渐变牺牲缓冲层和牺牲衬底。

优选地，均匀层包括硅锗(SiGe)、纯锗(Ge)和其中形成有量子点、量子阱、光栅或者原位掺杂剂的半导体材料中的至少一种。

优选地，渐变牺牲缓冲层包括硅和锗，并且渐变牺牲缓冲层的锗浓度随着距离牺牲衬底更远而增大。

优选地，第二渐变缓冲层包括硅和锗，并且第二渐变缓冲层的锗浓度随着距离均匀层更近而增大。

优选地，渐变牺牲缓冲层的厚度范围是约0.1微米至1.0微米。

优选地，均匀层的厚度范围是约0.1微米至2.0微米。

优选地，硅层的厚度范围是约0.01微米至1.0微米。

优选地，渐变牺牲缓冲层的锗浓度变化介于每0.1微米约5％至20％的范围内。

优选地，该方法还包括：使用注入工艺在均匀层和硅层中形成感光区。

优选地，该方法还包括：在牺牲渐变缓冲层和均匀层之间形成光栅。

优选地，该方法还包括：使用原位掺杂工艺在均匀层中邻近于牺牲渐变缓冲层的区域内形成P+钝化层。

优选地，均匀层包括硅锗量子点阵和光栅。

根据本发明的另一方面，提供了一种光敏器件，包括：均匀层；渐变缓冲层，位于均匀层上方；硅层，位于渐变缓冲层上方；光敏感光区，位于均匀层和硅层内；器件层，位于硅层上；以及载具晶圆，接合至器件层；其中，均匀层中的缺陷低于限定的阈值。

优选地，均匀层包括硅锗、纯锗和其中形成有量子点或量子阱的半导体材料中的至少一种。

优选地，渐变缓冲层包括硅和锗，并且渐变缓冲层的锗浓度随着距离均匀层更近而增大。

优选地，渐变缓冲层的锗浓度的变化介于每0.1微米5％至20％的范围内。

优选地，该器件还包括：使用原位掺杂工艺形成的钝化层，钝化层形成在均匀层的底部。

优选地，均匀层包括硅锗量子点、硅锗量子阱阵或者光栅。

根据本发明的又一方面，提供了一种形成背照式光敏器件的方法，该方法包括：在牺牲衬底上形成渐变牺牲缓冲层，渐变牺牲缓冲层中的锗浓度是变化的；在渐变牺牲缓冲层上形成均匀层，均匀层包括邻近于渐变牺牲缓冲层的原位掺杂的钝化层；在均匀层上形成第二渐变缓冲层，第二渐变缓冲层中的锗浓度是变化的；在第二渐变缓冲层上形成硅层；在硅层上布置器件层；在均匀层和硅层内形成光敏感光区；将载具晶圆接合至器件层；以及去除渐变牺牲缓冲层和牺牲衬底。

附图说明

本发明的各方面最好在阅读以下详细说明时结合附图来理解。需要强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件并不是按照比例绘制。实际上，为了更清楚的讨论，各种部件的尺寸可能任意进行被增加或减小。

图1A至图1E是根据本发明所述原理的一个实例的具有渐变缓冲层的背照式光敏器件的示例性形成过程的示意图。

图2A是示出了根据本发明所述原理的一个实例的形成在光敏器件的均匀层内的示例性光栅结构的示意图。

图2B是示出了根据本发明所述原理的一个实例的形成在光敏器件的均匀层内的示例性钝化层的示意图。

图3是示出了根据本发明所述原理的一个实例的形成具有渐变缓冲层的背照式光敏器件的示例性方法的流程图。

具体实施方式