[发明专利]光敏成像器件和相关方法

说明书

优先权数据

本申请要求2009年9月17日提交的美国临时专利申请系列号61/243,434、2010年3月5日提交的美国临时专利申请系列号61/311,004和2010年3月5日提交的美国临时专利申请系列号61/311,107的权益，其每一篇通过参考并入本文。

背景技术

光与半导体材料的相互作用已经是重要的革新。硅成像器件已经用在诸如数字照相机、光学鼠标、摄影机、移动电话等的各种技术中。电荷耦合器件(CCD)广泛用于数字成像，并且后来通过具有提高性能的补充性金属-氧化物-半导体(CMOS)成像器得以改善。CMOS传感器典型地用硅制造并可将可见入射光转化成光电流并最终转化成数字图像。但是，用于探测红外入射电磁辐射的基于硅的技术是有问题的，因为硅是带隙为约1.1eV的间接带隙半导体。因此在硅中，对波长大于约1100nm的电磁辐射的吸收非常低。

发明简述

本公开提供了光敏器件和相关方法。一方面，例如，光敏成像器件可包括半导体基底，其具有形成至少一个结的多个掺杂区域；有纹理区域，其与半导体基底相连并且被布置与电磁辐射相互作用；和电传输元件，其与半导体基底相连并可操作以从至少一个结传输电信号。一方面，有纹理区域是可操作的，以促进从红外电磁辐射的探测产生电信号。另一方面，与电磁辐射的相互作用进一步包括与缺乏有纹理区域的半导体基底相比增加半导体基底的有效吸收长度。在一个具体方面，传输元件选自晶体管、传感节点(sensing node)、传输门和其组合。

有纹理区域相对于掺杂区域可布置在各个位置。一方面，例如，有纹理区域布置在与多个掺杂区域相对的半导体基底的表面上。在一个具体方面，有纹理区域具有可操作以将电磁辐射引入或引出半导体基底的表面形态。有纹理区域相对于半导体基底的表面形态可包括各种外形，包括但不限于，倾斜的、棱锥的、倒棱锥的、球形的、抛物面的、不对称的、对称的和类似外形，包括其组合。

另一方面，有纹理区域可布置在与多个掺杂区域临近的半导体基底的表面上。在更具体方面，另外的有纹理区域可布置在与多个掺杂区域相对的半导体基底的表面上。这样，有纹理区域可因此布置在多个掺杂区域附近和在多个掺杂区域的对面。

有纹理区域的各个方面可根据器件的期望构造而变化。但是，一方面，有纹理区域包括具有选自微米级、纳米级和其组合的尺寸的表面特征。考虑许多表面特征形态，其非限制性例子包括圆锥、柱体、棱锥、显微透镜(micolenses)、量子点、倒转特征和其组合。另外，有纹理区域可由多种方法形成。这类纹理制作方法的非限制性例子可包括激光照射、化学刻蚀(例如各向异性刻蚀、各向同性刻蚀)、纳米压印、材料沉积和其组合。

另外的层和/或结构可包括在根据本公开方面的各种器件中。一方面，例如，反射层可被连接至半导体基底并被布置以维持半导体基底中的电磁辐射。另一方面，透镜可光学地耦合至半导体基底并被布置以使入射电磁辐射聚焦至半导体基底。

在本公开的另一方面，提供了制作光敏成像器件的方法。这种方法可包括在半导体基底上形成有纹理区域，所述半导体基底具有形成至少一个结的多个掺杂区域，其中有纹理区域在与电磁辐射相互作用的位置处形成，以及将电传输元件与半导体基底相连，以便电传输元件是可操作的以从至少一个结传输电信号。

在一方面，光敏成像器件可被调节以选择，从而滤掉特定电磁辐射波长。在一个具体方面，调节包括形成具有选择性漫射或选择性吸收期望波长的电磁辐射的尺寸的表面特征。另一方面，调节通过选自下列的因素实现：有纹理区域的布置、有纹理区域的材料类型和/或厚度、有纹理区域的掺杂剂类型、有纹理区域的掺杂分布、半导体基底的掺杂剂分布、半导体基底的材料类型和/或厚度和其组合。

在本公开的另一方面，提供了光敏成像器件。这种器件可包括半导体基底，其具有形成至少一个结的多个掺杂区域；有纹理区域，其与半导体基底相连并被布置以与电磁辐射相互作用；和至少4个晶体管，其与半导体基底相连，并且至少一个晶体管与至少一个结电耦合。

附图简述

图1是根据本公开一个方面的光敏器件的示意图；

图2是根据本公开另一方面的光敏器件的示意图；

图3是根据本公开仍另一方面的光敏器件的示意图；

图4是根据本公开进一步方面的光敏器件的示意图；

图5是根据本公开仍进一步方面的光敏器件的示意图；

图6是根据本公开另一方面的光敏器件的示意图；

图7是根据本公开仍另一方面的光敏像素器件的示意图；