紅外線影像感測器組件及其制造方法技術

本發明專利技術揭露一種紅外線影像感測器組件及其制造方法。紅外線影像感測器組件包含至少一III?V族化合物層于半導體基板上，其中III?V族化合物層自圖案中曝露的部分作用為主動像素區以探測入射紅外線。紅外線影像感測器組件包含至少一晶體管耦接至主動像素區，且通過主動像素區產生的電荷被傳送至晶體管。

Infrared image sensor assembly and method for manufacturing the same

The invention discloses an infrared image sensor assembly and a manufacturing method thereof. Infrared imaging sensor assembly includes at least one III V compound layer on the semiconductor substrate, wherein the III V compound layer self pattern exposed part of active pixel area to detect the incident infrared. The infrared image sensor assembly includes at least one transistor coupled to the active pixel region, and the charge generated by the active pixel region is transmitted to the transistor.

【技術實現步驟摘要】
紅外線影像感測器組件及其制造方法
本專利技術實施例是關于一種半導體元件的制造方法，特別是關于用來探測紅外線的感測器組件。
技術介紹
半導體集成電路工業已經歷指數增長。IC材料及設計的技術進步已生產數代IC，其中每一代都具有比上一代更小及更復雜的電路。在半導體
中，影像感測器用于感應投射至半導體基板的曝光。互補式金屬氧化物半導體(Complementarymetal-oxide-semiconductor；CMOS)影像感測元件廣泛地應用在各種用途上，諸如數字相機(digitalstillcamera；DSC)。這些元件利用主動像素的射線或影像感測器單元，包含感光二極管及金屬氧化物半導體晶體管，以聚集光能量以轉換影像為數字數據串流。
技術實現思路
根據本專利技術的一實施例，紅外線影像感測器組件包含半導體基板，配置于半導體基板上的用于接收紅外線的主動像素區，耦接至主動像素區的晶體管，其中主動像素區由III-V族化合物材料組成。根據本專利技術的另一實施例，紅外線影像感測器組件包含半導體基板、至少一III-V族化合物層配置在半導體基板上、配置在III-V族化合物層上的晶體管、配置在III-V族化合物層之上的多個圖案。圖案局部遮蔽III-V族化合物層及晶體管，且III-V族化合物層自圖案中曝露的部分形成主動像素區以接收紅外線。晶體管耦接至主動像素區。根據本專利技術的又一實施例，制造紅外線影像感測器組件的方法包含形成至少一III-V族化合物層于半導體基板上；形成晶體管于III-V族化合物層上；以及形成多個圖案以局部遮蔽晶體管及III-V族化合物層。III-V族化合物層自圖案中曝露的部分形成主動像素區以用于接收紅外線，且晶體管耦接至主動像素區。附圖說明閱讀以下詳細敘述并搭配對應的附圖，可了解本專利技術的多個實施方式。應注意，根據業界中的標準做法，多個特征并非按比例繪制。事實上，多個特征的尺寸可任意增加或減少以利于討論的清晰性。圖1A至圖1E為依據本專利技術的部分實施例的制造紅外線影像感測器組件的制作方法在不同步驟下的局部剖面圖；圖2為依據本專利技術的部分實施例的紅外線影像感測器組件的局部剖面圖；圖3A至圖3F為依據本專利技術的部分實施例的制造紅外線影像感測器組件的不同步驟的局部剖面圖；圖4至圖11為依據本專利技術的部分實施例的紅外線影像感測器組件的局部剖面圖。具體實施方式以下揭露提供眾多不同的實施例或范例，用于實施本案提供的主要內容的不同特征。下文描述一特定范例的組件及配置以簡化本專利技術。當然，此范例僅為示意性，且并不擬定限制。舉例而言，以下描述“第一特征形成在第二特征的上方或之上”，于實施例中可包括第一特征與第二特征直接接觸，且亦可包括在第一特征與第二特征之間形成額外特征使得第一特征及第二特征無直接接觸。此外，本專利技術可在各范例中重復使用元件符號及/或字母。此重復的目的在于簡化及厘清，且其自身并不規定所討論的各實施例及/或配置之間的關系。此外，空間相對術語，諸如“下方(beneath)”、“以下(below)”、“下部(lower)”、“上方(above)”、“上部(upper)”等等在本文中用于簡化描述，以描述如附圖中所圖示的一個元件或特征結構與另一元件或特征結構的關系。除了描繪圖示的方位外，空間相對術語也包含元件在使用中或操作下的不同方位。此設備可以其他方式定向(旋轉90度或處于其他方位上)，而本案中使用的空間相對描述詞可相應地進行解釋。本專利技術是關于一種紅外線影像感測器組件。紅外線影像感測器組件包含基板，沉積在基板上并作為主動像素區的III-V族化合物層，以及多個形成在III-V族化合物層上的晶體管。III-V族化合物層由III-V族材料組成，III-V族材料涵蓋廣泛的紅外線波長，在紅外光區具有大吸收系數及高載子遷移率。因此，紅外線影像感測器組件的效能可相應地提升。圖1A至圖1E為依據部分實施例，圖示制造紅外線影像感測器組件的制作方法在不同步驟下的局部剖面圖。請參照圖1A，III-V族化合物層120形成在基板110上。基板110為半導體基板。在部分實施例中，半導體基板由以下范例組成，如硅；化合物半導體，諸如碳化硅、砷化銦或磷化銦；或合金半導體，諸如碳化硅鍺、磷砷化鎵，或磷化銦鎵。基板110可選擇性地包含不同摻雜區、介電特征，或多層互連接于半導體基板內。III-V族化合物層120由元素周期表內的III-V族元素組成。在部分實施例中，III-V族化合物層具有可調控的能隙。在部分其他實施例中，III-V族化合物層為數層寬能隙III-V族材料層或窄能隙III-V族材料層的組合。又一部分實施例中，III-V族化合物層可具有梯度能隙。III-V族化合物層120或III-V族化合物層120的每一層是由以下群組所挑選，此群組包含：InwAlxGayAsz、InwAlxGayPz、InwAlxGaySbz、InwAlxAsyPz、InwAlxPySbz、InwGaxAsyPz、InwGaxPySbz、AlwGaxAsyPz、AlwGaxPySbz、InwAsxPySbz、AlwAsxPySbz、GawAsxPySbz，其中w+x+y+z＝1。III-V族化合物層120可磊晶地生長并通過數個制程包含(但不限定于)分子束磊晶(molecularbeamepitaxy；MBE)，或有機金屬化學氣相沉積(metalorganicchemicalvapordeposition；MOCVD)，亦稱為有機金屬氣相磊晶(metalorganicvaporphaseepitaxy；MOVPE)，并使用適當的前驅物。III-V族化合物層120的厚度范圍約0.1μm至約10μm。請參照圖1B。至少一晶體管130形成在III-V族化合物層120上。晶體管130以陣列的方式形成，并對應至紅外線影像感測器組件100的像素排列。在部分實施例中，晶體管130可為金屬氧化物半導體(metal-oxide-semiconductor；MOS)元件。每一個晶體管130包含形成在III-V族化合物層120上的控制柵極132，以及形成在III-V族化合物層120上的二摻雜區134及136，摻雜區134及136配置在柵極132的相對兩側。摻雜區134及136可由摻雜摻雜物形成。晶體管130還包含形成在控制柵極132及III-V族化合物層120之間的隔離層138。晶體管130還包含形成在控制柵極132的相對側表面上的側壁135。在部分實施例中，晶體管130為互補式金屬氧化物半導體(metal-oxide-semiconductor；CMOS)元件。制造晶體管的示意性方法始于，例如，形成光阻劑層于III-V族化合物層120的表面上。在部分實施例中，III-V族化合物層120為p型層，包含p型摻雜物。光阻劑層的執行是通過遮罩，曝光及顯影以界定后續離子注入的區域，隨后通過離子植入分別形成N型摻雜區134及136于III-V族化合物層120。光阻劑層在N型摻雜區134及136形成后，通過如剝離的方式移除。形成N型摻雜區134及136的摻雜摻雜物可為磷(S)、砷(As)、硅(Si)、鍺(Ge)、碳(C)、氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、銻(Sb)。摻雜區134及136一般而言由低或高濃度的摻雜本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種紅外線影像感測器組件，其特征在于，包含：一半導體基板；一主動像素區，配置于該半導體基板上，用于接收一紅外線，其中該主動像素區由一III?V族化合物材料組成；以及一晶體管，耦接至該主動像素區。

【技術特征摘要】
2015.11.17 US 62/256,600;2016.02.23 US 15/051,6001.一種紅外線影像感測器組件，其特征在于，包含：一半導體基板；一主動像素區，配置于該半導體基板上，用于接收一紅外線，其中該主動像素區由一III-V族化合物材料組成；以及一晶體管，耦接至該主動像素區。2.根據權利要求1所述的紅外線影像感測器組件，其特征在于，該主動像素區包含一III-V族化合物層，且該晶體管包含：一柵極；以及二摻雜區，配置在該柵極的相對側，其中所述摻雜區形成在該III-V族化合物層中，且該摻雜區為磊晶結構。3.根據權利要求1所述的紅外線影像感測器組件，其特征在于，該晶體管包含：一經摻雜的III-V族化合物區；一柵極金屬堆疊，配置在該經摻雜的III-V族化合物區上；以及二歐姆金屬接觸點，配置于該柵極金屬堆疊的相對側，其中所述歐姆金屬接觸點的一者耦接至該主動像素區。4.根據權利要求1所述的紅外線影像感測器組件，其特征在于，該主動像素區包含配置在該半導體基板上的一III-V族化合物層堆疊，該III-V族化合物層堆疊包含多個III-V族化合物層，所述多個III-V族化合物層分別具有一能隙，且所述多個III-V族化合物層的該能隙自靠近該半導體基板的一側往遠離該半導體基板的一側遞增或遞減。5.根據權利要求1所述的紅外線影像感測器組件，其特征在于，該主動像素區包含配置在該半導體基板上的一III-V族化合物層堆疊，該III-V族化合物層堆疊包含多個第一III-V族化合物層，以及多個第二III-V族化合物層，所述第二III-V族化合物層的能隙較所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳建瑩，褚立新，曾仲銓，劉家瑋，
申請(專利權)人：臺灣積體電路制造股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣,71