[发明专利]在短波红外线内针对CMOS成像器的绝缘体上的锗

说明书

本发明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。

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。

技术领域

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。

背景技术

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IQE Silicon，PascalClose，加地夫，CF3 0LW，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。

发明内容

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。