本發(fā)明實(shí)施例是關(guān)于一種半導(dǎo)體元件的制造方法，特別是關(guān)于用來(lái)探測(cè)紅外線的感測(cè)器組件。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路工業(yè)已經(jīng)歷指數(shù)增長(zhǎng)。IC材料及設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步已生產(chǎn)數(shù)代IC，其中每一代都具有比上一代更小及更復(fù)雜的電路。

在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中，影像感測(cè)器用于感應(yīng)投射至半導(dǎo)體基板的曝光。互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS)影像感測(cè)元件廣泛地應(yīng)用在各種用途上，諸如數(shù)字相機(jī)(digital still camera；DSC)。這些元件利用主動(dòng)像素的射線或影像感測(cè)器單元，包含感光二極管及金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，以聚集光能量以轉(zhuǎn)換影像為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，紅外線影像感測(cè)器組件包含半導(dǎo)體基板，配置于半導(dǎo)體基板上的用于接收紅外線的主動(dòng)像素區(qū)，耦接至主動(dòng)像素區(qū)的晶體管，其中主動(dòng)像素區(qū)由III-V族化合物材料組成。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，紅外線影像感測(cè)器組件包含半導(dǎo)體基板、至少一III-V族化合物層配置在半導(dǎo)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(gè)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(dòng)像素區(qū)以接收紅外線。晶體管耦接至主動(dòng)像素區(qū)。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，制造紅外線影像感測(cè)器組件的方法包含形成至少一III-V族化合物層于半導(dǎo)體基板上；形成晶體管于III-V族化合物層上；以及形成多個(gè)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(dòng)像素區(qū)以用于接收紅外線，且晶體管耦接至主動(dòng)像素區(qū)。

附圖說(shuō)明

閱讀以下詳細(xì)敘述并搭配對(duì)應(yīng)的附圖，可了解本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式。應(yīng)注意，根據(jù)業(yè)界中的標(biāo)準(zhǔn)做法，多個(gè)特征并非按比例繪制。事實(shí)上，多個(gè)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(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例的制造紅外線影像感測(cè)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(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例的紅外線影像感測(cè)器組件的局部剖面圖；

圖3A至圖3F為依據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例的制造紅外線影像感測(cè)器組件的不同步驟的局部剖面圖；

圖4至圖11為依據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例的紅外線影像感測(cè)器組件的局部剖面圖。

具體實(shí)施方式

以下揭露提供眾多不同的實(shí)施例或范例，用于實(shí)施本案提供的主要內(nèi)容的不同特征。下文描述一特定范例的組件及配置以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)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(shí)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(wú)直接接觸。此外，本發(fā)明可在各范例中重復(fù)使用元件符號(hào)及/或字母。此重復(fù)的目的在于簡(jiǎn)化及厘清，且其自身并不規(guī)定所討論的各實(shí)施例及/或配置之間的關(guān)系。

此外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，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(jiǎn)化描述，以描述如附圖中所圖示的一個(gè)元件或特征結(jié)構(gòu)與另一元件或特征結(jié)構(gòu)的關(guān)系。除了描繪圖示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)也包含元件在使用中或操作下的不同方位。此設(shè)備可以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位上)，而本案中使用的空間相對(duì)描述詞可相應(yīng)地進(jìn)行解釋。

本發(fā)明是關(guān)于一種紅外線影像感測(cè)器組件。紅外線影像感測(cè)器組件包含基板，沉積在基板上并作為主動(dòng)像素區(qū)的III-V族化合物層，以及多個(gè)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(zhǎng)，在紅外光區(qū)具有大吸收系數(shù)及高載子遷移率。因此，紅外線影像感測(cè)器組件的效能可相應(yīng)地提升。

圖1A至圖1E為依據(jù)部分實(shí)施例，圖示制造紅外線影像感測(cè)器組件的制作方法在不同步驟下的局部剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1A，III-V族化合物層120形成在基板110上?；?10為半導(dǎo)體基板。在部分實(shí)施例中，半導(dǎo)體基板由以下范例組成，如硅；化合物半導(dǎo)體，諸如碳化硅、砷化銦或磷化銦；或合金半導(dǎo)體，諸如碳化硅鍺、磷砷化鎵，或磷化銦鎵?；?10可選擇性地包含不同摻雜區(qū)、介電特征，或多層互連接于半導(dǎo)體基板內(nèi)。

III-V族化合物層120由元素周期表內(nèi)的III-V族元素組成。在部分實(shí)施例中，III-V族化合物層具有可調(diào)控的能隙。在部分其他實(shí)施例中，III-V族化合物層為數(shù)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(shí)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(zhǎng)并通過(guò)數(shù)個(gè)制程包含(但不限定于)分子束磊晶(molecular beam epitaxy；MBE)，或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)，亦稱為有機(jī)金屬氣相磊晶(metal organic vapor phase epitaxy；MOVPE)，并使用適當(dāng)?shù)那膀?qū)物。III-V族化合物層120的厚度范圍約0.1μm至約10μm。

請(qǐng)參照?qǐng)D1B。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(duì)應(yīng)至紅外線影像感測(cè)器組件100的像素排列。在部分實(shí)施例中，晶體管130可為金屬氧化物半導(dǎo)體(metal-oxide-semiconductor；MOS)元件。每一個(gè)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(qū)134及136，摻雜區(qū)134及136配置在柵極132的相對(duì)兩側(cè)。摻雜區(qū)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(duì)側(cè)表面上的側(cè)壁135。

在部分實(shí)施例中，晶體管130為互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)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(shí)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(zhí)行是通過(guò)遮罩，曝光及顯影以界定后續(xù)離子注入的區(qū)域，隨后通過(guò)離子植入分別形成N型摻雜區(qū)134及136于III-V族化合物層120。光阻劑層在N型摻雜區(qū)134及136形成后，通過(guò)如剝離的方式移除。形成N型摻雜區(qū)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(qū)134及136一般而言由低或高濃度的摻雜區(qū)形成。在部分實(shí)施例中，摻雜區(qū)134及136可作為源/漏極區(qū)。在部分實(shí)施例中，摻雜區(qū)134相對(duì)于摻雜區(qū)136具有較長(zhǎng)延伸距離。N型摻雜區(qū)134及P型III-V族化合物層120的下方部分可探測(cè)入射光。

隔離層進(jìn)一步通過(guò)低溫制程形成在III-V族化合物層120的表面上，其中隔離層可為氧化硅。導(dǎo)電層進(jìn)一步形成在隔離層上，其中導(dǎo)電層的摻雜可使用多晶硅、鎢、氮化鈦，或其他適合材料。對(duì)隔離層和導(dǎo)電層執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)蝕刻制程由此在其上形成柵極隔離層138及控制柵極132。隨后形成側(cè)壁135于控制柵極132的側(cè)面。

紅外線影像感測(cè)器組件還包含至少一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)180。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)180至少形成在III-V族化合物層120內(nèi)。在部分實(shí)施例中，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)180形成在III-V族化合物層120及半導(dǎo)體基板110內(nèi)。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)180形成在摻雜區(qū)134旁以區(qū)隔相鄰的像素。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)180的材料可為介電質(zhì)，如氧化物。

請(qǐng)參照?qǐng)D1C。多個(gè)圖案140及多個(gè)介電層150隨后形成在III-V族化合物層120及晶體管130上。圖案140是通過(guò)沉積導(dǎo)電層并蝕刻導(dǎo)電層而形成。導(dǎo)電層的材料可為金屬，諸如鎢(W)、銅(Cu)，或鈷(Co)。介電層150由具有高透射系數(shù)的絕緣材料組成以增加光透射率。介電層150的組成可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低介電常數(shù)介電材料或上述的組合來(lái)形成。介電層150可通過(guò)沉積制程形成，諸如原子層沉積(atomic layer deposition；ALD)、化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)，或物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)。

圖案140的形成是用于遮蔽部分的晶體管130及部分的III-V族化合物層120。意即，僅有摻雜區(qū)134及III-V族化合物層120的一部分自圖案140中曝露。摻雜區(qū)134及III-V族化合物層120的曝露部分作用為主動(dòng)像素區(qū)120’，用于感應(yīng)包含紅外線在內(nèi)的光。主動(dòng)像素區(qū)120’接收光以產(chǎn)生和聚集光電荷，且邏輯元件(未圖示)可探測(cè)自對(duì)應(yīng)的主動(dòng)像素區(qū)120’傳遞的電子信號(hào)。

主動(dòng)像素區(qū)120’的能隙可通過(guò)III-V族化合物層120及摻雜區(qū)134的濃度來(lái)調(diào)控。調(diào)控III-V族化合物層120的能隙以對(duì)應(yīng)于入射光(如紅外線)的波長(zhǎng)。主動(dòng)像素區(qū)120’吸收入射光并聚集電荷，其中此電荷對(duì)應(yīng)于光的總量及/或強(qiáng)度。主動(dòng)像素區(qū)120’與晶體管130耦接。晶體管130包含控制柵極132，及摻雜區(qū)134與136。摻雜區(qū)134及下方的III-V族化合物層120構(gòu)成主動(dòng)像素區(qū)120’，用于接收由主動(dòng)像素區(qū)120’所產(chǎn)生的電荷。電荷通過(guò)導(dǎo)電的控制柵極132傳送至摻雜區(qū)136。摻雜區(qū)136的電位可因聚集的電荷而改變，因此電荷的總量通過(guò)摻雜區(qū)136的電位能的變化而探測(cè)。

為了避免光電流漏電，形成圖案140以遮蔽主動(dòng)像素區(qū)120’以外的部分。在部分實(shí)施例中，形成圖案140以覆蓋控制柵極132及摻雜區(qū)136。主動(dòng)像素區(qū)120’及摻雜區(qū)134自圖案140中曝露以接收入射光，諸如紅外線。

請(qǐng)參照?qǐng)D1D。紅外線過(guò)濾器160配置于介電層150上。紅外線過(guò)濾器160為紅外線濾通器，可讓紅外線通過(guò)并阻隔其他波長(zhǎng)。在部分實(shí)施例中，紅外線過(guò)濾器160通過(guò)一種材料形成，此材料具有能力阻隔光譜中波長(zhǎng)800nm至1000nm以外的所有的光。

請(qǐng)參照?qǐng)D1E，一光學(xué)透鏡170形成在紅外線過(guò)濾器160上。光學(xué)透鏡170由熱固性樹脂形成且具有預(yù)先設(shè)定的曲率半徑。光學(xué)透鏡170的曲率半徑可根據(jù)主動(dòng)像素區(qū)120’的深度以及入射光的波長(zhǎng)而有所不同。光學(xué)透鏡170改變?nèi)肷涔獾穆窂讲⒕奂庵林鲃?dòng)像素區(qū)120’上。

使用III-V族化合物層120作為主動(dòng)像素區(qū)120’可降低紅外線影像感測(cè)器組件100的厚度。相較于具有p-n接面二極管的硅基板的實(shí)施例，III-V族化合物層120提供較寬廣的紅外線響應(yīng)。意即，III-V族化合物材料相較于硅具有較寬廣的波長(zhǎng)涵蓋范圍，以至于包含近紅外線及中紅外線的紅外線可由III-V族化合物層120探測(cè)。同時(shí)，III-V族化合物材料相較于硅，在紅外線區(qū)具有較大吸收系數(shù)，使得III-V族化合物層120具有比p-n接面二極管還薄的厚度。此外，III-V族化合物材料提供高于硅的載子遷移率，由此使用III-V族化合物層120的紅外線影像感測(cè)器組件100的像素響應(yīng)高于使用具有p-n接面的硅基板的紅外線影像感測(cè)器組件。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，為本發(fā)明的部分實(shí)施例的紅外線影像感測(cè)組件的局部剖面圖。晶體管130可包含磊晶結(jié)構(gòu)131及133取代摻雜區(qū)134及136。為了形成磊晶結(jié)構(gòu)131及133，多個(gè)開口形成于控制柵極132的相對(duì)兩側(cè)以及III-V族化合物層120，而后執(zhí)行磊晶以生長(zhǎng)形成在開口內(nèi)的磊晶結(jié)構(gòu)131及133。源/漏極應(yīng)力源(stressor)至少形成部分的磊晶結(jié)構(gòu)131及133。在實(shí)施例中，晶體管130為N型金屬氧化物半導(dǎo)體元件，磊晶結(jié)構(gòu)131及133可包含磷化硅、碳化硅，或相似者。在實(shí)施例中，晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體元件，磊晶結(jié)構(gòu)131及133可包含硅鍺。

形成圖案140以遮蔽控制柵極132及磊晶結(jié)構(gòu)133并曝露磊晶結(jié)構(gòu)131及III-V族化合物層120的一部分。III-V族化合物層120的未被覆蓋的部分可作為主動(dòng)像素區(qū)120’以接收紅外線并產(chǎn)生光電荷。磊晶結(jié)構(gòu)131耦接至主動(dòng)像素區(qū)120’，因此電荷通過(guò)磊晶結(jié)構(gòu)131接受并進(jìn)一步透過(guò)導(dǎo)電控制柵極132傳輸至磊晶結(jié)構(gòu)133，且邏輯元件(未圖示)可探測(cè)自對(duì)應(yīng)的主動(dòng)像素區(qū)120’所傳遞的電子信號(hào)。

紅外線影像感測(cè)組件的主動(dòng)像素區(qū)及晶體管可具有多種變形。例如，圖3A至圖3F為依據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例，圖示制造紅外線影像感測(cè)組件在不同步驟下的局部剖面圖。方法始于圖3A，至少一III-V族化合物層形成在基板210上。在部分實(shí)施例中，第一III-V族化合物層220及第二III-V族化合物層230形成在半導(dǎo)體基板210上。

在部分實(shí)施例中，半導(dǎo)體基板210由以下范例組成，如硅；化合物半導(dǎo)體，諸如碳化硅、砷化銦，或磷化銦；或合金半導(dǎo)體，諸如碳化硅鍺、磷砷化鎵，或磷化銦鎵。基板210可包含不同摻雜區(qū)、介電特征，或多層互連接于半導(dǎo)體基板內(nèi)。

第一III-V族化合物層220及第二III-V族化合物層230是由元素周期表的III-V族組成的化合物。然而，第一III-V族化合物層220及第二III-V族化合物層230彼此在成份上有所不同。第一III-V族化合物層220及第二III-V族化合物層230可分別通過(guò)數(shù)種制程磊晶生長(zhǎng)(但不限于這些)，包含有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積，亦稱為有機(jī)金屬氣相磊晶，并使用適當(dāng)?shù)那膀?qū)物。第一III-V族化合物層220及第二III-V族化合物層230彼此直接接觸。

III-V族化合物材料的不同成分造成層間具有不同能隙。第一III-V族化合物層220及第二III-V族化合物層230之間的能隙不連續(xù)，伴隨著壓電效應(yīng)(piezo-electric effect)，于第一III-V族化合物層220中創(chuàng)造一層具有高流動(dòng)導(dǎo)電電子的極薄層240。薄層240在靠近兩層的接面產(chǎn)生具導(dǎo)電性的二維電子氣(two dimensional electron gas；2DEG)。薄層240(亦可稱為二維電子氣層)容許電荷流過(guò)組件。

第三III-V族化合物層250進(jìn)一步形成在第二III-V族化合物層230上。在部分實(shí)施例中，第三III-V族化合物層250為摻雜III-V族化合物層，諸如P型摻雜氮化鎵層(亦可稱為摻雜氮化鎵層)。第三III-V族化合物層250可磊晶生長(zhǎng)，通過(guò)化學(xué)氣相沉積并使用鋁、氮和鎵的適當(dāng)前驅(qū)物。鋁前驅(qū)物包含三甲基鋁(TMA)、三乙基鋁(TEA)，或適合的化學(xué)前驅(qū)物。范例性含鎵前驅(qū)物為三甲基鎵(TMG)、三乙基鎵(TEG)或其他適合的化學(xué)前驅(qū)物。范例性氮前驅(qū)物包含苯肼(phenyl hydrazine)、1,2甲基肼(dimethylhydrazine)、叔丁胺(tertiarybutylamine)，氨，或其他適合的化學(xué)前驅(qū)物，但不限定于此。第二III-V族化合物層230亦可作為阻障層。

請(qǐng)參照?qǐng)D3B。經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物層250經(jīng)圖案化以在第三III-V族化合物層250上界定至少一經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物區(qū)252。經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物區(qū)252下的薄層(二維電子氣層)240被移除。在部分實(shí)施例中，遮罩層(如光阻劑層)形成在經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物層250上，且遮罩層經(jīng)由光微影制程圖案化以形成多個(gè)特征及多個(gè)開口，開口通過(guò)經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物層250上的特征界定。遮罩的圖案是根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的集成電路圖案而形成。光微影制程可包含光阻劑涂布、曝光、曝光后烘烤、顯影。隨后，執(zhí)行蝕刻制程以界定經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物區(qū)252。

在第一III-V族化合物層220及第二III-V族化合物層230內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)212以界定像素的主動(dòng)像素區(qū)。在部分實(shí)施例中，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)212進(jìn)一步形成在半導(dǎo)體基板210中。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)212為介電材料，如氧化物。主動(dòng)像素區(qū)的范圍界定在經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物區(qū)252及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)212之間。

在經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物區(qū)252及第二III-V族化合物層230上形成介電層260。介電層260可由下列材料組成：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、低介電常數(shù)介電材料或上述的組合。介電層260可由沉積制程形成，諸如原子層沉積制程，化學(xué)氣相沉積制程，物理氣相沉積制程。介電層260更經(jīng)圖案化以在介電層260內(nèi)界定多個(gè)開口262。介電層260經(jīng)選擇性蝕刻并清凈以界定開口262。范例性蝕刻制程包含濺鍍蝕刻、反應(yīng)式氣體蝕刻、化學(xué)蝕刻及離子蝕刻。開口262形成在經(jīng)摻雜的第三III-V族化合物區(qū)252的相對(duì)兩側(cè)。開口262嵌入至第二III-V族化合物層230。意即，在開口262嵌入至第二III-V族化合物層230的厚度薄于第二III-V族化合物層230的其他部分的厚度。

請(qǐng)參照?qǐng)D3C。多個(gè)歐姆金屬接觸點(diǎn)270,272形成于開口262中。歐姆金屬接觸點(diǎn)270,272可通過(guò)在介電層260上及開口262內(nèi)沉積歐姆接觸層，并圖案化歐姆接觸層。沉積制程可為濺鍍沉積、蒸鍍或化學(xué)氣相沉積。范例性歐姆金屬包含鉭、氮化鉭、鈀、鎢、硅化鎢、鈦、鋁、氮化鈦、鋁銅、鋁硅銅及銅，但不限于此。在部分實(shí)施例中，歐姆金屬接觸點(diǎn)270及272與第二III-V族化合物層230直接連接。歐姆金屬接觸點(diǎn)270及272作用為漏極電極和源極電極的一部分。

請(qǐng)參照?qǐng)D3D，III-V族化合物區(qū)252上的介電層260被蝕刻由此在內(nèi)形成另一開口。柵極堆疊274進(jìn)一步形成在開口內(nèi)并作為柵電極。柵極堆疊274造成增強(qiáng)式(enhancement mode；E-mode)元件。如第2D圖所示的實(shí)施例，柵極堆疊274、源極和漏極接觸點(diǎn)270，272，以及第一III-V族化合物層220內(nèi)的薄層(二維電子氣層)240，配置為增強(qiáng)式晶體管255，通常為關(guān)閉元件，當(dāng)一正電壓作用在柵極堆疊且正向偏壓足夠大時(shí)，增強(qiáng)式晶體管被打開。

請(qǐng)參照?qǐng)D3E。多個(gè)介電層280及多個(gè)圖案282隨后形成在介電層260及晶體管255上。圖案282可為導(dǎo)電性圖案并提供配線及光遮蔽的功能。圖案282通過(guò)沉積導(dǎo)電層及蝕刻導(dǎo)電層而形成。導(dǎo)電層的材料可為金屬，如鎢、銅，或鈷。介電層280由具有高透射系數(shù)的絕緣材料組成以提升光透射率。介電層280的組成可為以下材料：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、低介電常數(shù)介電材料，或上述的組合。介電層280可通過(guò)沉積制程形成，諸如原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積。

形成圖案282以遮蔽晶體管的一部分以及第二III-V族化合物層230的一部分。意即，僅有III-V族化合物層230的部分自圖案282中曝露。自第二III-V族化合物層230曝露的區(qū)域及下方的薄層(二維電子氣層)240作用為主動(dòng)像素區(qū)230’，用于感應(yīng)包含紅外線的光。主動(dòng)像素區(qū)230’接收光以產(chǎn)生和聚集光電荷，且邏輯元件(未圖示)可探測(cè)從對(duì)應(yīng)的主動(dòng)像素區(qū)230’傳遞的電子信號(hào)。

主動(dòng)像素區(qū)230’的能隙可由第一III-V族化合物層220及第二III-V族化合物層230的成分來(lái)調(diào)控。調(diào)控主動(dòng)像素區(qū)230’的能隙以對(duì)應(yīng)于入射光(如紅外線)的波長(zhǎng)。主動(dòng)像素區(qū)230’吸收入射光并聚集電荷，其中電荷對(duì)應(yīng)于光的總量及/或強(qiáng)度。主動(dòng)像素區(qū)230’耦接至晶體管255。歐姆金屬接觸點(diǎn)270可視為源極并連接至主動(dòng)像素區(qū)230’以接收由主動(dòng)像素區(qū)230’產(chǎn)生的電荷。電荷透過(guò)III-V族化合物區(qū)252(作為導(dǎo)電控制柵極)傳送至歐姆金屬接觸點(diǎn)272。在部分實(shí)施例中，電荷可聚集在作為漏極的歐姆金屬接觸點(diǎn)272。歐姆金屬接觸點(diǎn)272的電位可通過(guò)聚集電荷而改變，因此電荷的總量可通過(guò)歐姆金屬接觸點(diǎn)272的電位能變化而探測(cè)。

為避免光電流漏電，形成圖案282以遮蔽主動(dòng)像素區(qū)230’以外的部分。在部分實(shí)施例中，形成圖案282覆蓋經(jīng)摻雜的III-V族化合物區(qū)252及柵極堆疊274(例如柵極)，以及歐姆金屬接觸點(diǎn)272(例如漏極)。主動(dòng)像素區(qū)230’和經(jīng)摻雜的III-V族化合物區(qū)252之間的主動(dòng)像素區(qū)230’和歐姆金屬接觸點(diǎn)272曝露在圖案282外以接收入射光，如紅外線。

請(qǐng)參照?qǐng)D3F。紅外線過(guò)濾器290配置在介電層280上，且一光學(xué)透鏡292形成在紅外線過(guò)濾器290上。紅外線過(guò)濾器290為紅外線濾通器。光學(xué)透鏡292的曲率半徑依據(jù)主動(dòng)像素區(qū)230’的深度及入射光的波長(zhǎng)而有所不同。光學(xué)透鏡292改變?nèi)肷涔獾穆窂讲⒓泄庵林鲃?dòng)像素區(qū)230’上。

III-V族化合物層的成分可調(diào)整以調(diào)控III-V族化合物層的能隙。III-V族化合物層的成分的調(diào)整可通過(guò)改變III-V族化合物的成分，改變III-V族化合物層的厚度，及/或改變III-V族化合物層的濃度。III-V族化合物層的不同組合可造成主動(dòng)像素區(qū)的不同響應(yīng)波長(zhǎng)。III-V族化合物層的不同組合變化將在隨后的實(shí)施例中論述。

圖4至圖11為依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，圖示紅外線影像感測(cè)組件的局部剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D4，紅外線影像感測(cè)組件400包含形成在半導(dǎo)體基板410上的主動(dòng)像素區(qū)420’，并提供晶體管430耦接至主動(dòng)像素區(qū)420’。主動(dòng)像素區(qū)420’為III-V族化合物層堆疊420未被圖案覆蓋的部分。I-V族化合物層堆疊420包含多個(gè)III-V族化合物層422，424及426，可通過(guò)執(zhí)行多個(gè)磊晶生長(zhǎng)制程而形成。半導(dǎo)體基板410可為硅基板。III-V族化合物層422及426由具有寬能隙的III-V族化合物組成，III-V族化合物層424由具有窄能隙的III-V族化合物組成。然而，III-V族化合物層422及426的成分可為相同或不同。III-V族化合物層426形成在半導(dǎo)體基板之上并與之接觸。具有窄能隙的III-V族化合物層424夾在具有寬能隙的III-V族化合物層422及426之間。III-V族化合物層422，424及426的厚度可有所不同。

請(qǐng)參照?qǐng)D5，紅外線影像感測(cè)組件500包含形成在半導(dǎo)體基板510上的主動(dòng)像素區(qū)520’，并提供晶體管530耦接至主動(dòng)像素區(qū)520’。主動(dòng)像素區(qū)520’為III-V族化合物層堆疊520未被圖案覆蓋的部分。III-V族化合物層堆疊520為多層結(jié)構(gòu)包含多個(gè)第一III-V族化合物層522，及多個(gè)第二III-V族化合物層524，可通過(guò)執(zhí)行多個(gè)磊晶生長(zhǎng)制程而形成。半導(dǎo)體基板410可為硅基板。第一III-V族化合物層522由具有寬能隙的III-V族化合物組成，第二III-V族化合物層524由具有窄能隙的III-V族化合物組成。在部分實(shí)施例中，晶體管530形成在第一III-V族化合物層522上，第一III-V族化合物層522的數(shù)量可相等于第二III-V族化合物層524的數(shù)量。第一III-V族化合物層522及第二III-V族化合物層524為成對(duì)排列，且具有窄能隙的第二III-V族化合物層524分別夾在相鄰的兩個(gè)具有寬能隙的第一III-V族化合物層522之間。第一III-V族化合物層522的厚度及第二III-V族化合物層524的厚度實(shí)質(zhì)上可為相同(除了最上層的III-V族化合物層522)。

請(qǐng)參照?qǐng)D6，紅外線影像感測(cè)組件600包含形成在半導(dǎo)體基板610上的主動(dòng)像素區(qū)620’，并提供晶體管630耦接至主動(dòng)像素區(qū)620’。主動(dòng)像素區(qū)620’為III-V族化合物層堆疊620未被圖案覆蓋的部分。III-V族化合物層堆疊620為多層結(jié)構(gòu)包含多個(gè)III-V族化合物層621，622，623，624，625及626。III-V族化合物層621，622，623，624，625及626按順序形成在半導(dǎo)體基板610上，通過(guò)執(zhí)行多個(gè)磊晶制程，其中III-V族化合物層626與半導(dǎo)體基板610接觸。III-V族化合物層621，622，623，624，625及626的能隙從底部到頂部遞增。意即，III-V族化合物層626具有III-V族化合物層堆疊中最窄的能隙，而III-V族化合物層621具有III-V族化合物層堆疊中最寬的能隙。III-V族化合物層621，622，623，624，625及626的厚度實(shí)質(zhì)上可為相同且均勻。因此III-V族化合物層堆疊可視為從底部至頂部的梯度增加能隙。

請(qǐng)參照?qǐng)D7，紅外線影像感測(cè)組件700包含形成在半導(dǎo)體基板710上的主動(dòng)像素區(qū)720’，并提供晶體管730耦接至主動(dòng)像素區(qū)720’。主動(dòng)像素區(qū)720’為III-V族化合物層堆疊720未被圖案覆蓋的部分。III-V族化合物層堆疊720為多層結(jié)構(gòu)包含多個(gè)III-V族化合物層721，722，723，724，725及726。III-V族化合物層721，722，723，724，725及726按順序形成在半導(dǎo)體基板710上，通過(guò)執(zhí)行多個(gè)磊晶制程，其中III-V族化合物層726與半導(dǎo)體基板710接觸。III-V族化合物層721，722，723，724，725及726的能隙從底部到頂部遞減。意即，III-V族化合物層721具有III-V族化合物層堆疊中最窄的能隙，而III-V族化合物層726具有III-V族化合物層堆疊中最寬的能隙。III-V族化合物層721，722，723，724，725及726的厚度實(shí)質(zhì)上可為相同且均勻。因此III-V族化合物層堆疊可視為從底部至頂部的梯度下降能隙。

請(qǐng)參照?qǐng)D8，紅外線影像感測(cè)組件800包含形成在半導(dǎo)體基板810上的主動(dòng)像素區(qū)820’，并提供晶體管830耦接至主動(dòng)像素區(qū)820’。主動(dòng)像素區(qū)820’為III-V族化合物層堆疊820未被圖案覆蓋的部分。III-V族化合物層堆疊820為多層結(jié)構(gòu)包含多個(gè)III-V族化合物層821，822，823，824，825，826及827。III-V族化合物層821，822，823，824，825，826及827按順序形成在半導(dǎo)體基板810上，通過(guò)執(zhí)行多個(gè)磊晶制程，其中III-V族化合物層827與半導(dǎo)體基板810接觸。III-V族化合物層堆疊820的能隙從底部到中間遞減，而III-V族化合物層堆疊820的能隙從中間到頂部遞增。意即，位于III-V族化合物層堆疊820中間的III-V族化合物層824可具有III-V族化合物層堆疊820中的最窄能隙。位于III-V族化合物層堆疊820相對(duì)兩側(cè)的III-V族化合物層821及827可具有III-V族化合物層堆疊820中的最寬能隙。

請(qǐng)參照?qǐng)D9，紅外線影像感測(cè)組件900包含形成在半導(dǎo)體基板910上的主動(dòng)像素區(qū)920’，并提供晶體管930耦接至主動(dòng)像素區(qū)920’。主動(dòng)像素區(qū)920’為III-V族化合物層堆疊920未被圖案覆蓋的部分。III-V族化合物層堆疊920為多層結(jié)構(gòu)包含第一III-V族化合物層922及第二III-V族化合物層924，其中第二III-V族化合物層924配置于第一III-V族化合物層922和半導(dǎo)體基板910之間。第一III-V族化合物層922的能隙與第二III-V族化合物層924的能隙不同以在其間形成二維電子氣層。第一III-V族化合物層922的厚度較第二III-V族化合物層924的厚度薄。第一III-V族化合物層922的能隙本質(zhì)上為一致而第二III-V族化合物層924的能隙為梯度分布。在部分實(shí)施例中，第二III-V族化合物層924的能隙自頂部至底部遞增。意即，第二III-V族化合物層924的靠近第一III-V族化合物層922的部分具有較小能隙，而第二III-V族化合物層924的靠近半導(dǎo)體基板910的部分具有較大能隙。

請(qǐng)參照?qǐng)D10，紅外線影像感測(cè)組件1000包含形成在半導(dǎo)體基板1010上的主動(dòng)像素區(qū)1020’，并提供晶體管1030耦接至主動(dòng)像素區(qū)1020’。主動(dòng)像素區(qū)1020’為III-V族化合物層堆疊1020未被圖案覆蓋的部分。III-V族化合物層堆疊1020為多層結(jié)構(gòu)包含第一III-V族化合物層1022及第二III-V族化合物層1024，其中第二III-V族化合物層1024配置于第一III-V族化合物層1022與基板1010之間。第一III-V族化合物層1022的能隙與第二III-V族化合物層1024的能隙不同以在其間形成二維電子氣層。第一III-V族化合物層1022的厚度較第二III-V族化合物層1024的厚度薄。第一III-V族化合物層1022的能隙本質(zhì)上為一致而第二III-V族化合物層1024的能隙為梯度分布。在部分實(shí)施例中，第二III-V族化合物層1024的能隙自頂部至底部遞減。意即，第二III-V族化合物層1024的靠近第一III-V族化合物層1022的部分具有較大能隙，而第二III-V族化合物層1024的靠近半導(dǎo)體基板1010的部分具有較小能隙。

請(qǐng)參照?qǐng)D11，紅外線影像感測(cè)組件1100包含形成在半導(dǎo)體基板1110上的主動(dòng)像素區(qū)1120’，并提供晶體管1130耦接至主動(dòng)像素區(qū)1120’。主動(dòng)像素區(qū)1120’為III-V族化合物層堆疊1120未被圖案覆蓋的部分。III-V族化合物層堆疊1120為多層結(jié)構(gòu)包含第一III-V族化合物層1122及第二III-V族化合物層1124，其中第二III-V族化合物層1124配置于第一III-V族化合物層1122與基板1110之間。第一III-V族化合物層1122的能隙與第二III-V族化合物層1124的能隙不同以在其間形成二維電子氣層。第一III-V族化合物層1122的厚度較第二III-V族化合物層1124的厚度薄。第一III-V族化合物層1122的能隙本質(zhì)上為一致而第二III-V族化合物層1124的能隙為梯度分布。在部分實(shí)施例中，第二III-V族化合物層1124的能隙自頂部至中間遞減，更自中間至底部遞增。意即，第二III-V族化合物層1124的靠近第一III-V族化合物層1122及半導(dǎo)體基板1110的部分具有較大能隙，而第二III-V族化合物層1124的中間部分具有較小能隙。

紅外線影像感測(cè)器組件包含至少一III-V族化合物層于半導(dǎo)體基板上，其中III-V族化合物層未被圖案覆蓋的部分作用為主動(dòng)像素區(qū)以探測(cè)入射紅外線。紅外線影像感測(cè)器組件包含至少一晶體管耦接至主動(dòng)像素區(qū)，且主動(dòng)像素區(qū)產(chǎn)生的電荷傳輸至晶體管。III-V族化合物材料相較于硅具有較廣的紅外線波長(zhǎng)覆蓋范圍，相較于硅在紅外光區(qū)具有較大的吸收系數(shù)，比硅還大的載子遷移率，因此紅外線影像感測(cè)器組件的效能隨的提升。

根據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例，紅外線影像感測(cè)器組件包含半導(dǎo)體基板，配置于半導(dǎo)體基板上的用于接收紅外線的主動(dòng)像素區(qū)，耦接至主動(dòng)像素區(qū)的晶體管，其中主動(dòng)像素區(qū)由III-V族化合物材料組成。

根據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例，紅外線影像感測(cè)器組件包含半導(dǎo)體基板，至少一III-V族化合物層配置在半導(dǎo)體基板上，晶體管配置在III-V族化合物層上，多個(gè)圖案配置在III-V族化合物層之上。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(dòng)像素區(qū)以接收紅外線。晶體管耦接至主動(dòng)像素區(qū)。

根據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施例，制造紅外線影像感測(cè)器組件的方法包含形成至少一III-V族化合物層于半導(dǎo)體基板上；形成晶體管于III-V族化合物層上；以及形成多個(gè)圖案局部遮蔽晶體管及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(dòng)像素區(qū)以用于接收紅外線，且晶體管耦接至主動(dòng)像素區(qū)。

上文概述若干實(shí)施例的特征，使得熟悉此項(xiàng)技術(shù)者可更佳理解本發(fā)明的實(shí)施方式。熟悉此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)了解，可輕易使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改其他制程及結(jié)構(gòu)，以便實(shí)施本文所介紹的實(shí)施例的相同目的及/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)。熟悉此項(xiàng)技術(shù)者亦應(yīng)認(rèn)識(shí)到，此類等效結(jié)構(gòu)并未脫離本發(fā)明的精神及范疇，且可在不脫離本發(fā)明的精神及范疇的情況下對(duì)本文內(nèi)容進(jìn)行各種變化、替代及更改。