短波红外图像传感器晶圆及其制造方法、短波红外图像传感器及其制造方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种短波红外图像传感器晶圆及其制造方法、一种短波红外图像传感器及其制造方法。

背景技术：

1、短波红外成像技术在航空航天、轨道交通、工业检测和高校科研等领域应用广泛。常规的铟镓砷(ingaas)短波红外图像传感器直接形成于小尺寸的磷化铟(inp)衬底上。但是inp衬底存在易碎、原材料昂贵、制造工艺复杂、良率低等问题，导致ingaas短波红外图像传感器的成本非常高，仅在一些不计成本的应用场景中使用。与硅图像传感器相比，基于ingaas/inp的短波红外图像传感器的暗电流更高，暗电流会产生噪声并限制其在弱光条件下的灵敏度。

2、也就是说，当前ingaas短波红外图像传感器存在成本较高且性能较差的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种短波红外图像传感器晶圆及其制造方法、一种短波红外图像传感器及其制造方法，能够制造得到成本降低且高性能的短波红外图像传感器晶圆，以及利用高性能短波红外图像传感器晶圆制造得到高性能短波红外图像传感器。

2、本技术提供了一种短波红外图像传感器晶圆的制造方法，所述方法包括：

3、提供施主衬底，所述施主衬底包括依次层叠设置的第一衬底、吸收层、第一掺杂层和键合层，所述吸收层的材料至少包括铟镓砷，所述第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，所述第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，所述第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，所述第一掺杂层的材料为铟镓砷和/或磷化铟，所述第一衬底至少包括目标层，所述目标层的材料为磷化铟；

4、提供目标衬底，所述目标衬底包括依次层叠设置的第二衬底、埋氧层和第一硅层；

5、在所述目标衬底上形成第一绝缘层，构成受主衬底；

6、以所述键合层朝向所述第一绝缘层的方向键合所述受主衬底和所述施主衬底；

7、去除部分厚度的所述第一衬底，得到短波红外图像传感器晶圆。

8、可选地，所述第一硅层的材料为单晶硅。

9、可选地，所述第二衬底为玻璃衬底、蓝宝石衬底或硅衬底。

10、可选地，所述吸收层为第一堆叠层，所述第一堆叠层由第一目标层和第二目标层交替堆叠形成，所述第一目标层的材料为铟镓砷、镓砷磷或镓砷锑，所述第二目标层的材料为磷化铟、铟铝砷、铝镓砷、铟铝镓砷或铟镓砷磷。

11、可选地，所述第一衬底的材料为磷化铟。

12、可选地，所述方法还包括：

13、在所述第一绝缘层上形成n层第二堆叠层，所述第二堆叠层包括层叠设置的第二硅层和第二绝缘层，所述n大于或等于1。

14、可选地，所述第二硅层的材料为多晶硅。

15、本技术提供了一种短波红外图像传感器晶圆，包括依次层叠的第二衬底、埋氧层、第一硅层、第一绝缘层、键合层、第一掺杂层、吸收层和目标层，所述吸收层的材料至少包括铟镓砷，所述第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，所述第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，所述第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，所述第一掺杂层的材料为铟镓砷和/或磷化铟，所述目标层的材料为磷化铟。

16、本技术提供了一种短波红外图像传感器，包括：键合的短波红外图像传感器晶圆和读出电路晶圆；

17、所述短波红外图像传感器晶圆包括依次层叠的第二衬底、埋氧层、第一硅层、第一绝缘层、键合层、第一掺杂层、吸收层和目标层，所述吸收层的材料至少包括铟镓砷，所述第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，所述第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，所述第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，所述第一掺杂层的材料为铟镓砷和/或磷化铟，所述目标层的材料为磷化铟；

18、所述第一掺杂层、所述吸收层和部分厚度的所述第一衬底包括多个像元和多个沟槽，所述像元和所述沟槽被表面钝化层覆盖，位于所述沟槽的底部的表面钝化层具有第一开口，所述第一开口中具有第一金属层，所述第一金属层和所述第一掺杂层接触，位于所述像元的顶部的表面钝化层具有第二开口，所述第二开口中具有第二金属层，所述第二金属层和所述目标层接触；

19、所述读出电路晶圆具有第三金属层和第四金属层，所述第三金属层和所述第一金属层接触，所述第四金属层和所述第二金属层接触。

20、本技术提供了一种短波红外图像传感器的制造方法，所述方法包括：

21、提供短波红外图像传感器晶圆包括依次层叠的第二衬底、埋氧层、第一硅层、第一绝缘层、键合层、第一掺杂层、吸收层和目标层，所述吸收层的材料至少包括铟镓砷，所述第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，所述第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，所述第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，所述第一掺杂层的材料为铟镓砷和/或磷化铟，所述目标层的材料为磷化铟；

22、对所述第一掺杂层、所述吸收层和所述目标层进行刻蚀，得到多个沟槽，相邻所述沟槽之间的凸起构成像元；

23、形成表面钝化层，所述表面钝化层覆盖所述沟槽的表面和所述像元的表面；

24、刻蚀所述沟槽的底部的表面钝化层形成第一开口，在所述第一开口形成第一金属层，所述第一金属层和所述第一掺杂层接触；

25、刻蚀所述像元的顶部的表面钝化层形成第二开口，在所述第二开口形成第二金属层，所述第二金属层和所述目标层接触；

26、以所述第一金属层和所述第二金属层朝向读出电路晶圆的方向键合所述短波红外图像传感器晶圆和所述读出电路晶圆，所述读出电路晶圆具有第三金属层和第四金属层，所述第三金属层和所述第一金属层接触，所述第四金属层和所述第二金属层接触。

27、本技术提供了一种短波红外图像传感器晶圆的制造方法，方法包括：提供施主衬底，施主衬底包括依次层叠设置的第一衬底、吸收层、第一掺杂层和键合层，吸收层的材料至少包括铟镓砷，第一掺杂层的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，第一掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的其中一个，第二掺杂类型为p型掺杂和n型掺杂中的另一个，第一掺杂层的材料为铟镓砷和/或磷化铟，第一衬底至少包括目标层，目标层的材料为磷化铟，即施主衬底包括后续能够进行短波红外吸收的吸收层，从而辅助形成短波红外图像传感器晶圆。提供目标衬底，目标衬底包括依次层叠设置的第二衬底、埋氧层和第一硅层，在目标衬底上形成第一绝缘层，构成受主衬底，也就是说，受主衬底包括第二衬底、埋氧层、第一硅层以及第一绝缘层形成的双层谐振腔结构，利用该双层谐振腔结构可以增强短波红外图像传感器的光响应，并且由于受主衬底已经包括双层谐振腔结构中的第二衬底、埋氧层、第一硅层，无需额外利用制造工艺形成，不仅通过缩短制造工艺降低了工艺成本，还能够降低形成双层谐振腔结构的工艺难度，从而辅助后续形成高性能的短波红外图像传感器。在形成双层谐振腔结构之后，以键合层朝向第一绝缘层的方向键合受主衬底和施主衬底，去除部分厚度的第一衬底，得到短波红外图像传感器晶圆。由此可见，通过利用包括第二衬底、埋氧层和第一硅层的目标衬底，以及在目标衬底上形成第一绝缘层能够形成双层谐振腔结构，双层谐振腔结构能够形成高性能短波红外图像传感器晶圆，后续采用晶圆键合的方式将在第一衬底上形成的包括铟镓砷材料的吸收层转移到受主衬底上，形成了高质量的短波红外图像传感器晶圆，从而降低制造ingaas短波红外图像传感器的成本，并且还可以利用高性能短波红外图像传感器晶圆制造得到高性能短波红外图像传感器，从而实现ingaas短波红外图像传感器的性能提升。