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TWI676281B - 光偵測器及其製造方法 - Google Patents

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TWI676281B
TWI676281B TW105123296A TW105123296A TWI676281B TW I676281 B TWI676281 B TW I676281B TW 105123296 A TW105123296 A TW 105123296A TW 105123296 A TW105123296 A TW 105123296A TW I676281 B TWI676281 B TW I676281B
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那允中
Yun-Chung Na
鄭斯璘
Szu-Lin Cheng
陳書履
Shu-Lu Chen
劉漢鼎
Han-Din Liu
陳慧文
Hui-Wen Chen
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光澄科技股份有限公司
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Abstract

本發明之目的在於提供一種光偵測器以及光偵測器之製造方法。光偵測器包含第一材料層、第二材料層及梯度材料層；第一材料層至少包含第一材料。第二材料層至少包含第二材料，第二材料不同於第一材料且第一材料的能帶間隙大於第二材料的的能帶間隙。梯度材料層設於第一材料層及第二材料層之間；梯度材料層至少包含第一材料及第二材料，且其第二材料的含量沿著由第一材料往第二材料的方向漸變。

Description

光偵測器及其製造方法
本發明是關於半導體裝置及其製造方法，且特別是有關於光偵測器及其製造方法。
本文所記載內容有關於利用光偵測器偵測光信號的技術。
光偵測器主要用以將在自由空間中(或光學介質中)傳遞且耦合於其上之光信號轉換成為電信號，以供進行後續傳遞。
光偵測器是偵測光信號，並可進一步將光信號轉換為電信號以供其他電路處理的電子裝置。光偵測器可供應用於消費性電子產品、資料傳輸、時差測距(time-of-flight；簡稱TOF)、醫療器材及其他適合的領域。一般來說，矽為製造光偵測器的材料；然而，矽對於近紅外光信號(near-infrared，簡稱NIR)或更長波長的光信號的光吸收效率不佳。本發明提供一種利用其他材料及/或合金材料，例如：鍺、鍺矽，製成的光偵測器。根據本發明提供之光偵測器是利用如鍺或鍺矽的材料以增加速度及/或靈敏度及/或動態範圍(dynamic range)及/或偵測波長範圍。在一實施方式中，具有梯度能帶寬度的梯度材料層可設於二材料層之間，以形成具有本質電場(intrinsic electric field)的偵測器；藉此， 可增強載子在偵測器內的傳遞。在另一實施方式中，二梯度材料層可形成在一材料層的兩端以供自由載子在偵測器的兩端部被收集而非複合。在又一實施方式中，一側向應變稀釋(lateral strain dilution)技術可用以形成低缺陷或無缺陷的鍺或鍺矽偵測器；這可以降低暗電流並提高靈敏度/動態範圍。在又一實施方式中，電子能量濾波器(energy filter)用以在光電流通過時阻擋暗電流，藉以更進一步地降低暗電流。
根據本發明提供之光偵測器包含一第一材料層、一第二材料層及一梯度材料層。第一材料層至少包含第一材料。第二材料至少包含第二材料；其中，第二材料不同於第一材料，且第一材料能帶間隙大於第二材料的能帶間隙。梯度材料層設於第一材料層及第二材料層之間，並至少包含第一材料及第二材料；其中，在梯度材料層中的第二材料的含量沿著由第一材料往第二材料的方向漸變。
在本發明的一或多個實施方式中，可選擇性地包含下列一或多個特徵：第一材料可為矽，第二材料可為鍺；梯度材料中鍺含量可沿著由第一材料向第二材料的方向逐漸增加。第一材料層可包含鍺和具有第一鍺含量之矽。第二材料層可包含鍺和具有第二鍺含量之矽。第一鍺含量低於第二鍺含量，梯度材料中的鍺含量可介於第一鍺含量及第二鍺含量之間。第一材料層及第二材料層可為摻雜層。
光偵測器可包含一基板及一電路層，電路層設於基板上方。第二材料可設在電路層上方，第一材料層可設於第二材料層上方。
根據本發明另提供一種製造光偵測器的方法。所述的製造光偵測器的方法包含如下步驟：在一基板上方形成包含一第一材料之第一 材料層；在第一材料層上方形成一梯度材料層，梯度材料層至少包含第一材料及一第二材料，第二材料的含量沿著垂直於基板之一方向漸變；以及在梯度材料層上方形成一第二材料層，第二材料層至少包含第二材料，其中第二材料不同於第一材料。
在本發明的一或多個實施方式中，可選擇性地包含下列一或多個特徵：電路層可形成在第二材料層上方；在形成第一材料層之前，可先形成一分隔層在基板上方；形成在基板上之一頂層可與形成於一承載基板上方的電路層相接合；基板及分隔層可被移除；一濾光器及複數透鏡可形成在第一材料層上方。
本發明還提供一種光偵測器，其包含一第一梯度材料層、一第二梯度材料層及一第三材料層。第一梯度材料層至少包含一第一材料及一第二材料；其中，在第一梯度材料層中，第二材料的含量沿著一預定方向漸變。第二梯度材料層至少包含第一材料及第二材料；其中，在第二梯度材料層中，第二材料沿著預定方向漸變。第三材料層設於第一梯度材料層及第二梯度材料層之間，並至少包含第二材料。
在本發明的一或多個實施方式中，可選擇性地包含下列一或多個特徵：第一材料可為矽，第二材料可為鍺；前述的預定方向可為由第一梯度材料層往第二梯度材料層的方向；在第一梯度材料層中，鍺含量可以沿著預定方向漸增；在第二梯度材料層中，鍺材料可以沿著預定方向漸增；第一梯度材料層可包含沿著前述預定方向排列的複數p摻雜層；第二梯度材料層可包含沿著前述預定方向排列的複 數n摻雜層；光偵測器還可包含導電層，所述導電層用以接受施加在光偵測器之一偏壓。
根據本發明更提供一光偵測器，其包含一第一梯度鍺層、一第二梯度鍺層、一第三鍺層及一導電層；第一梯度鍺層包含複數沿著預定方向排列之p摻雜層，第二梯度材料鍺層包含複數沿著預定方向排列之n摻雜層；第三鍺層排列在第一梯度鍺層及第二梯度鍺層之間；導電層用以接受施加在光偵測器之一偏壓。
根據本發明再提供一光偵測器，其包含一基板、一第一層及一第二層；第一層形成於基板上方，第一層包含具有第一應變之第一鍺矽，且第一層具有第一面積；第二層形成於第一層上方，第二層包含具有第二應變之第二鍺矽，且第二層具有第二面積，第二面積大於第一面積。
本發明又提供一種製作光偵測器之方法，包含如下步驟：形成一介電層於一矽基板；形成具有一第一面積之一第一開孔於介電層中；形成一具有第二面積之一第二開孔於介電層中，其中第二面積大於第一面積；形成一第一鍺矽層於第一開孔中；以及形成一第二鍺矽於第二開孔中，其中第一鍺矽層的應變大於第二鍺矽層的應變。
在本發明的一或多個實施方式中，可選擇性地包含下列一或多個特徵：電路層可形成第二鍺矽層上方；矽基板之一頂層可與一承載基板上方的電路層相接合；矽基板及部分第一鍺矽層可被移除；一濾波器及一透鏡可形成於第二鍺矽層上方。
在本發明的一或多個實施方式中，可選擇性地包含下列一或多個特徵：鍺為一種對近紅外光信號具有極佳吸收率的材料，這可以降低因使用吸收效率差之材料(例如矽)所導致之基板深處光載子生成緩慢的問題。若操作速度提升，光偵測器可被使用在具有高調變頻率的光偵測系統，並具有例如提高深度解析度之優點。以一鍺矽材料作為吸收層可提供高於傳統矽材料的光吸收效率，這除了可以提供對於可見光信號或近紅外光信號更為靈敏的光偵測器及降低相鄰像素間串擾(crosstalk)的問題外，更可達成像素尺寸縮減的效果。在合金材料中，材料含量的梯度分佈可以增強載子在材料中的傳遞，進而降低載子複合(carrier recombination)而達到增強量子效率的效果。在合金材料中，材料含量的梯度分佈可以降低光偵測器的操作電壓。在合金材料中，材料含量的梯度分佈可以降低暗電流。依據本發明提供的光偵測器易於與現有的互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；簡稱CMOS)光偵測器技術整合。
參考隨附圖式，本發明之以上及額外目的、特徵及優點將透過下文中所述之該(該等)實施方式之以下闡釋性及非限制性詳細描述予以更好地理解；在隨附圖式中，相同參考數字係用於同一元件或類似元件。
100、101、200、300、400、401、402‧‧‧梯度材料光偵測器
111、121、221、321‧‧‧第一材料層
113、123、225、325‧‧‧第二材料層
115、125、223、323‧‧‧梯度材料層
211‧‧‧矽基板層
213‧‧‧氧化層
215‧‧‧矽層
217、317‧‧‧分隔層
219、319‧‧‧裝置層
221a、321a‧‧‧第一材料層的一部分
227、233、237、327、333、337、613、1117‧‧‧介電層
229、235、239、329、335、339‧‧‧互連件
231、331、531‧‧‧IC承載基板
241、341、721、921、1031‧‧‧披覆層
243、343‧‧‧微透鏡
311、611、711、811、1011、1111‧‧‧基板
411、421、431‧‧‧第一梯度材料層
413、423、433‧‧‧第二梯度材料層
415、425、435‧‧‧吸收層
427、437‧‧‧偏壓
428、429、438、439‧‧‧金屬接點
501、700、900‧‧‧光偵測陣列
911、1023‧‧‧承載基板
533、713、813、913、1023、1113‧‧‧IC層
535‧‧‧偵測層
537、719、915、1017a、1017b、1025、1027a、1027b、1115‧‧‧互連層
539‧‧‧濾波層
541‧‧‧透鏡層
621‧‧‧窄化區
623‧‧‧偵測區
717、919、1000‧‧‧光偵測器
723、923、1033‧‧‧透鏡
801、1101‧‧‧雙端光偵測器
802、1102‧‧‧三端光偵測器
821、831、1121、1131‧‧‧n摻雜鍺矽區
823‧‧‧p+摻雜鍺矽區
833、1133‧‧‧本質或p摻雜的鍺矽區
835、1136‧‧‧p+矽區
837、1137‧‧‧n摻雜矽區
839、1139‧‧‧p摻雜矽區
841、1141‧‧‧n+矽區
843、1143‧‧‧轉換閘極
1015‧‧‧鍺矽光偵測器
1123‧‧‧p+摻雜鍺矽區
1300‧‧‧能量選擇性光偵測器
1311‧‧‧吸收材料
1313‧‧‧能量濾波器
1315‧‧‧載子收集器
A1‧‧‧第一面積
A2‧‧‧第二面積
h1‧‧‧第一高度
h2‧‧‧第二高度
△E1‧‧‧第一材料層的能帶間隙
△E2‧‧‧第二材料層的能帶間隙
圖1A繪示依照本發明之一梯度材料光偵測器之示意圖；圖1B繪示依照本發明之另一梯度材料光偵測器之示意圖； 圖2A-2J繪示依照本發明之一形成於絕緣層上覆矽基板之梯度材料光偵測器於製作中間階段之示意圖；圖3A-3J繪示依照本發明之一形成於基板之梯度材料光偵測器於製作中間階段之示意圖；圖4A繪示依照本發明之再一梯度材料光偵測器之示意圖；圖4B繪示依照本發明之又一梯度材料光偵測器之示意圖；圖4C繪示依照本發明之更一梯度材料光偵測器之示意圖；圖5繪示依照本發明之一光偵測陣列之示意圖；圖6A-6C繪示依照本發明之一利用側向應變稀釋技術製造之光偵測器於製作中間階段之示意圖；圖7繪示依照本發明之一利用側向應變稀釋技術形成之光偵測陣列之示意圖；圖8A繪示依照本發明之一具有窄化區結構設計之雙端光偵測器之示意圖；圖8B繪示依照本發明之一具有窄化區結構設計之三端光偵測器之示意圖；圖9繪示依照本發明之一使用側向應變稀釋技術製造之光偵測陣列之示意圖；圖10A-10F繪示依照本發明之一利用側向應變稀釋技術製造光偵測器於製作中間階段之示意圖；圖11A繪示依照本發明之一具有窄化區結構之雙端光偵測器之示意圖； 圖11B繪示其繪示依照本發明之一具有窄化區結構之三端光偵測器之示意圖；圖12繪示一能帶示意圖；以及圖13繪示依照本發明之一能量選擇性偵測器之示意圖。
梯度材料偵測器
材料的能帶間隙(energy gap)為其能吸收不同波長的光以產生自由載子的重要參數。舉例來說，矽的能帶間隙為1.12電子伏特(electron volt；符號為eV)，鍺的能帶間隙為0.66電子伏特，鍺矽合金(germanium-silicon alloy；下文簡稱鍺矽)的能帶間隙可依矽和鍺的含量不同而介於0.66電子伏特至1.12電子伏特之間。半導體材料的光吸收率是入射光波長的函數，主要是當入射光子能量大於能帶間隙時，才會被吸收；因此，就特定波長的光信號而言，低能帶間隙材料的吸收係數(absorption coefficient)高。若材料的吸收係數過低，光信號無法被有效地轉換成為電信號；相反地，若材料的吸收係數過高，則將因自由載子表面複合而造成較低的效率；其中，矽對近紅外光信號具有低吸收係數，而鍺對短波長的光信號(例如藍光)則具有過高的吸收係數以至於引起表面複合；因此，一矽/鍺含量沿著光傳播方向呈梯度分布的梯度材料有助於使光偵測器具有寬廣的吸收光譜。
請參見圖1A，其繪示依照本發明之一用以將光信號轉換成為電信號之梯度材料光偵測器100之示意圖。梯度材料光偵測器100包含一第 一材料層111、一第二材料層113，以及設於第一材料層111及第二材料層113之間之一梯度材料層115。梯度材料光偵測器100可吸收由第一材料層111往第二材料層113方向傳遞的光信號。在本實施方式中，第一材料層111的能帶間隙△E1大於第二材料層113的能帶間隙△E2；梯度材料層115的能帶間隙介於第一材料層111的能帶間隙△E1及第二材料層113的能帶間隙△E2之間，並沿著由第一材料層111往第二材料層113的方向遞減。藉此，梯度光偵測器100能夠偵測具有寬頻譜分佈的光信號。舉例來說，短波長的光信號(例如藍光)除了會被由矽所形成的第一材料層111吸收外，還能夠被具有低含量鍺成份的梯度材料層115的前區(接近第一材料層111的區域)吸收；雖然長波長的光信號(例如近紅外光信號)不會被第一材料層111及梯度材料層115的前區所吸收，卻會被具有高含量鍺成份的梯度材料層115的後區(即接近第二材料層113的區域)及由鍺形成的第二材料層113吸收。
在某些實施方式中，第一材料層111可利用第一材料來實現；第一材料可為矽、鍺或其它合適的半導體材料。在某些實施方式中，第一材料層111可利用不同材料形成的合金來實現；舉例來說，第一材料層111可利用鍺矽合金來實現。在某些實施方式中，第二材料層113可利用第二材料來實現；第二材料可為矽、鍺或其它合適的的半導體材料。在某些實施方式中，第二材料層113可利用不同材料形成的合金來實現；舉例來說，第二材料層113可利用鍺矽合金來實現。在某些實施方式中，梯度材料115可至少由第一材料及第 二材料所來實現；舉例來說，梯度材料115可例如是利用鍺矽來實現。
第一材料111、第二材料113及/或梯度材料115可藉由摻雜而改變其費米能階(Fermi level)的位置。舉例來說，第一材料層111可為高濃度p-摻雜材料層，第二材料層113可為高濃度n-摻雜材料層，梯度材料層115可為本質材料層或摻雜雜質濃度呈梯度變化的梯度摻雜材料層。當達成熱平衡時，梯度材料層115中可形成一電場，此電場可增強自由載子(電子或電洞)向載子收集電路傳遞的能力，進而提高光偵測器100的靈敏度及降低信號串擾問題。
在某些實施方式中，可施加一控制偏壓於梯度材料光偵測器100。雖然圖1並未示出，梯度材料光偵測器100可包含接觸墊及控制電路，接觸墊及控制電路可耦接於控制源(control source)。舉例來說，控制偏壓可為逆向偏壓。此控制偏壓可增加形成在第一材料層111及第二材料層113之間的電場，以增強自由載子朝向載子收集電路傳遞的能力。
請參見圖1B，其繪示依照本發明之另一用以將光信號轉換成為電信號之梯度材料光偵測器101之示意圖。梯度材料光偵測器101包含一第一材料層121、一第二材料層123及一梯度材料層125；梯度材料層125設於第一材料層121及第二材料層123之間。圖1B所繪示的梯度材料光偵測器101與圖1A所繪示的梯度材料光偵測器100類似，其等之差別在於圖1B所繪示的梯度材料層125包含複數材料層；更具體言之，在圖1B中，梯度材料光偵測器101包含N層材料層G1-GN， 且其中N為整數。梯度材料光偵測器101的N層材料層G1-GN中的任何一層都含有第一材料及第二材料。舉例來說，材料層G1可具有Ge0.1Si0.9之材料組成，材料層G2可為具有Ge0.2Si0.8之材料組成，且在這些材料層G1-GN中，鍺含量可隨著材料層編號的增加而增加。在某些實施方式中，在材料層G1-GN中，任何一層的厚度都可被個別控制。在某些實施方式中，在材料層G1-GN中，任何一層的摻雜濃度都可個別被控制。在某些實施方式中，在材料層G1-GN中，任何一層的鍺含量都可被個別控制。
圖2A-2J示出依照本發明之一形成於絕緣層上覆矽(silicon-on-insulator；簡稱SOI)基板之梯度材料光偵測器200於製作中間階段之示意圖。請參見圖2A，一絕緣層上覆矽基板包含一矽基板層211、一氧化層213(例如為氧化矽(SiO2))及一矽層215。矽層215可由具有一特定晶格方位(crystal orientation)或一特定厚度的磊晶矽(epitaxial silicon)來實現。請參見圖2B，分隔層217及裝置層219可形成在矽層215中。分隔層217可用任何合適的技術來實現；舉例來說，分隔層217可利用具有一特定離子能量以在矽層215形成預定損壞深度的離子佈植(ion implantation)技術來實現；或者，分隔層217也可以利用原位磊晶摻雜(in-situ doped epitaxy)技術以建立分隔層217及基板層219之間的移動率對比度。裝置層219可以為本質矽或摻雜矽；在某些實施方式中，裝置層219可以利用磊晶技術或沉積技術來實現。
請參見圖2C，第一材料層221形成在裝置層219中，第一材料層221可利用對裝置層219進行摻雜來實現。第一材料層221可類似於圖1A所繪示的第一材料層111或圖1B所繪示的第一材料層121。在某些實施方式中，摻雜層可被限制於只占整個晶圓的特定百分比內。在某些實施方式中，電路層可形成在第一材料層221中。
請參見圖2D，梯度材料層223形成在第一材料層221上方。梯度材料層223可類似於圖1A所繪示的梯度材料層115或圖1B所繪示的梯度材料層125。舉例來說，梯度材料層223可使用鍺矽合金來實現，且在梯度材料層223中，鍺含量會隨著梯度材料層223的厚度增加而增加。梯度材料層223可使用任何合適的技術來實現；舉例來說，梯度材料層223可以利用動態氣體控制(dynamic gas control)的化學氣相沉積(chemical vapor deposition；簡稱CVD)技術來實現。在某些實施方式中，梯度材料層223可利用梯度摻雜來實現；舉例來說，梯度材料層223可以摻雜磷光體(phosphorus)；其中，磷光體的濃度可隨著梯度材料層223厚度的增加而增加。在某些實施方式中，電路層可形成在梯度材料層223中。
請參見圖2E，一第二材料層225形成在梯度材料層223上方。第二材料層225可類似於圖1A所繪示的第二材料層113或圖2B所繪示的第二材料層123。舉例來說，第二材料層223可以利用摻雜鍺的方式來實現。在某些實施方式中，電路層可形成在第二材料層225中。
請參見圖2F，一介電層227形成在第二材料層225上方。介電層227可以為任意適合的絕緣物，例如氧化物。介電層227可以使用例如 為化學氣相沉積法等適合的技術來實現。在某些實施方式中，複數互連件(interconnects)229形成在介電層227中，互連件229可以是透過先在介電層227上蝕刻一接觸孔(contact hole)，再填充一導電材料在接觸孔中來實現；舉例來說，互連件229可以是先使用乾式蝕刻(dry-etching)在介電層227形成一接觸孔，再利用化學氣相層積技術以在接觸孔中填入銅來實現。
請參見圖2G，形成在矽基板層211上方的介電層227接著會與一IC承載基板231上方的一介電層233接合。IC承載基板231可為矽基板，且其上可形成有一或多層的電路層；前述電路層可以為形成控制電路、讀出電路、類比轉數位電路(analog-to-digital convertor；簡稱ADC)、放大器、行/列解碼器(row/column decoder)和/或任何適用於光偵測器使用的電路。介電層233及互連件235形成在IC承載基板231上方。雖然圖2G中並未示出任何的對位記號，然在某些實施方式中，介電層227和231可形成有對位記號，且前述的對位記號可使用任何適合的技術來實現。此外，IC承載基板231的介電層233和矽基板層211的介電層227可以使用例如熱增強接合(thermally enhanced bonding)技術或混合接合(hybrid bonding)技術或其他適合的接合技術來接合。
請參見圖2H，其繪示接合完成的一梯度材料光偵測器200。在圖2H中，IC承載基板231的介電層233與矽基板層211的介電層227接合以形成介電層237，IC承載基板231的互連件235與矽基板層211的互連件229相接合以形成互連件239。在某些實施方式中，在互連件229 和235的上方可以設有金屬墊(metal pads)以便於晶圓接合程序的進行。
請參見圖2I，矽基板層211、氧化層213及分隔層217使用例如是化學式機械研磨(chemical mechanical polishing；簡稱CMP)或蝕刻等合適的技術以移除。在某些實施方式中，第一材料層221的一部分221a也可以透過例如是化學式機械研磨或蝕刻等適合的技術以移除。在某些實施方式中，梯度材料光偵測器200還可形成有一個或多個金屬佈線層(metal routing layer)。
在此要特別說明的是，在某些實施方式中，分隔層217是可以被省略的。在分隔層217被省略的實施方式中，可以利用例如是化學式機械研磨或蝕刻等合適的技術來移除矽基板層211及氧化層213；同時，可以利用例如是化學式機械研磨或蝕刻等合適的方式來移除第一材料層221的部分221a。
請參見圖2J，一或多個披覆層241可形成於第一材料層221上方。披覆層241例如可提供濾波、抗反射及/或其他適合的功能。披覆層241可使用薄膜沉降技術(film deposition techniques)，例如濺鍍(sputtering)、蒸鍍(evaporation)及/或電漿輔助化學氣相沉積法(plasma-enhanced CVD)來實現。在某些實施方式中，在披覆層241上方可形成有一微透鏡243；微透鏡243用以提供聚焦、準直光束或其他合適的光學功能。
圖3A-3J繪示依照本發明之一形成於基板之梯度材料光偵測器於製作中間階段之示意圖。請參見圖3A，其繪示一基板311。基板311 可為矽基板或其他合適的基板；基板311除了可由具有一特定晶格方位(crystal orientation)或一特定厚度的磊晶矽(epitaxial silicon)來實現外，也可由具有特定厚度的非晶矽來實現。請參見圖3B，形成一分隔層317及一裝置層319在基板311中。分隔層317可使用類似於圖2B中所描述的適合技術來實現。裝置層319可為本質矽或摻雜矽。在某些實施方式中，裝置層319可以使用磊晶技術或沉積技術來實現。
請參見圖3C，一第一材料層321形成於裝置層319中。第一材料層321可以使用類似於圖2C所描述的任一合適的技術來實現。請參見圖3D，一梯度材料層323接著形成在第一材料層321上方。梯度材料層323可以使用類似如在圖2D所描述的任一合適的技術來實現。在某些實施方式中，可形成電路層在第一材料層321中；而在某些實施方式中，電路層可以形成在梯度材料層323中。
請參見圖3E，一第二材料層325形成於梯度材料層323上方。第二材料層325可以使用類似於圖2E所描述的任一合適的技術來實現。在某些實施方式中，電路層可以形成在第二材料層325中。
請參見圖3F，一介電層327形成在第二材料層325上方。介電層327可以使用類似於圖2F所描述的任意合適技術來實現。在某些實施方式中，可形成複數互連件329在介電層327中，且互連件329可以使用類似於圖2F所描述的任一適合的技術來實現。
請參見圖3G，形成在基板311上方的介電層327接著會與一IC承載基板331上的一介電層333接合。IC承載基板331為類似於圖2G所描述 的IC承載基板231。IC承載基板331上方更形成有複數互連件335；介電層333和互連件335是使用類似於圖2G所描述的任一合適的技術以形成於IC承載基板331之上。IC承載基板331的介電層333及基板311的介電層327之間的接合可以使用類似於圖2G所描述的任一合適的技術來實現。
請參見圖3H，其繪示接合完成的一梯度材料光偵測器300。在圖3H中，IC承載基板331的介電層333與基板311的介電層327接合以形成介電層337，且IC承載基板331的互連件335與基板311的互連件329相接合以形成互連件339。在某些實施方式中，在互連件329和235的上方可以設有金屬墊以便於晶圓接合程序的進行。請參見圖3I，可利用如在圖2I所述任一合適的技術以移除基板311及分隔層317。在某些實施方式中，可以利用例如化學機械研磨技術或蝕刻技術等合適的技術以移除第一材料層321的一部分321a。在某些實施方式中，梯度材料光偵測器300還可形成有一個或多個金屬佈線層。
請參見圖3J，一或多個披覆層341可以形成在第一材料層321上方。披覆層341例如可提供濾波、抗反射及/或其他適合的功能。披覆層341使用薄膜沉降技術，例如濺鍍、蒸鍍及/或電漿輔助化學氣相沉積法來實現。在某些實施方式中，在披覆層341上方可形成有微透鏡343；微透鏡343以提供聚焦、準直光束或其他合適的光學性能。
請參見圖4A，其繪示依照本發明之再一梯度材料光偵測器400之示意圖。梯度材料光偵測器400包含一第一梯度材料層411、一第二梯度材料層413和一吸收層415。第一梯度材料層411包含複數梯度材 料層；如圖4A所示，第一梯度材料層包含m層材料層G11-G1m，其中m為整數。第二梯度材料層41包含複數材料層；如圖4A所示，第二梯度材料層413包含n層梯度材料層G21-G2n，其中n為整數。第一梯度材料層411及第二梯度材料層413中的每一層可皆為鍺矽。吸收層415可為鍺。一般來說，半導體表面及異質接合的介面因材料晶格的不連續性而具有很高的缺陷密度(defect density)。因材料晶格的不連續性所產生的缺陷會充當少數載子的複合位置(recombination sites)。光生電荷中的少數載子接觸材料表面及/或介面缺陷會影響光偵測器的偵測結果。少數載子於接觸表面及/或介面複合的問題在可供產生大量載子的高摻雜接觸區中更是嚴重。在材料表面及/或介面因複合而損失的載子會影響光偵測器的靈敏度/動態範圍，且這個問題對於鍺或鍺矽磊晶成長於矽基板上的鍺矽光偵測裝置或系統來說更是嚴重。高密度的缺陷可在鍺矽的異質接合的介面(即磊晶終止端)被觀察到。具有梯度材料結構設計的光偵測器藉由梯度材料層的能帶間隙差異建立一內嵌電場(built-in electric field)，使少數載子能直接地離開吸收層表面及/或鍺矽異質接合的介面。
請參見圖4B，其繪示依照本發明之又一梯度材料光偵測器401之示意圖。梯度材料光偵測器401包含一第一梯度材料層421、一第二梯度材料層423、一吸收層425及複數金屬接點428和429。在第一梯度材料層421中，矽含量會沿著由吸收層425往金屬接觸428的方向增加，且其相對應的能帶間隙也沿著由吸收層425往金屬接點428的方向增加。在第二梯度材料層423中，矽含量沿著由吸收層425往金屬 接點429的方向增加，且其相應的能帶間隙也沿著由吸收層425往金屬接點429的方向增加。在某些實施方式中，光信號的光生電荷中的少數載子可被導離高缺陷表面/介面，以緩和表面/介面複合。和緩的表面/介面複合可以提升光二極體的光電轉換效率。同時，光二極體的頻帶寬(bandwidth)也會因為少數載子留在高摻雜區的時間大幅地縮短而提升。在某些實施方式中，歸因於能帶間隙的增加會讓降低對近紅外線的吸收，故可增加矽含量以降低載子生成數量；藉此，降低在靠近材料表面/介面產生之光生電荷中的少數載子，可達到降低少數載子接觸表面/介面的效果。
在某些實施方式中，可施加一控制偏壓427於梯度材料光偵測器401。舉例來說，控制偏壓427可以為逆向偏壓。控制偏壓427可增加形成在第一梯度材料層421及第二梯度材料層423之間的電場，以增強自由載子朝向一載子收集電路傳遞的能力；其中，前述載子收集電路耦接於金屬接點428及429。
請參見圖4C，其繪示依照本發明之更一梯度材料光偵測器402之示意圖。梯度材料光偵測器402包含一第一梯度材料層431、一第二梯度材料層433、一吸收層435，以及複數金屬接點438和439。第一梯度材料層431的組成可類似於圖4B所繪示的第一梯度材料層421，第二梯度材料層433的組成成份可類似於圖4B所繪示的第二梯度材料層423。在第一梯度材料層431中，p摻雜濃度沿著由吸收層435往金屬接點438的方向增加；在第二梯度材料層433中，n摻雜濃度沿著由吸收層435往金屬接點439的方向增加。在熱平衡狀態下，在第一 梯度材料層431及第二梯度材料層433中可形成一電場。此電場提高了少數載子從非摻雜區中移開的速度。在某些實施方式中，可施加一控制偏壓437於梯度材料光偵測器402，以增加形成在第一梯度材料層431和第二梯度材料層433之間的電場強度，讓少數載子從非摻雜區中移開的速度能夠再次提高。
請參見圖5，其繪示依照本發明之一光偵測陣列501之示意圖。光偵測陣列501包含一承載基板531、一積體電路(integrated circuit；簡稱IC)層533、一偵測層535、一互連層537、一濾波層539及一透鏡層541。偵測層535可以是一維或二維陣列式梯度光偵測器。類似於圖2A-2J及圖3A-3J所述，在偵測層535形成於一基板(圖未示)之上後，可在偵測層535上方形成互連層537；其中，互連層537可接合於IC層533。在接合程序之後，可形成濾光層539和透鏡層541在偵測層535上方。在圖5中，字母「W」表示白色像素(pixel)，字母「B」表示藍色像素、字母「G」表示綠色像素、字母「R」表示紅色像素、字詞「NIR」表示近紅外像素。在某些實施方式中，光偵測器501中的像素排列可以依序為紅色像素(R)、綠色像素(G)及藍色像素(B)；或者光偵測器501中的像素排列可以依序為紅色像素(R)、綠色像素(G)、綠色像素(G)及藍色像素(B)。
利用側向應變稀釋技術之偵測器
因矽材料對波長超過800奈米的光信號的吸收能力不佳，因此，傳統的矽互補式金屬氧化物半導體影像偵測器(Si CMOS image sensor)具有受限的近紅外光信號感測能力。為了解決這樣的問題， 以鍺矽代替矽作為光偵測器的製備材料可讓光偵測器偵測到波長為800-1000奈米的近紅外光信號。然而，矽層及鍺矽層的晶格不匹配問題限制了成長在矽層上方之鍺矽層的厚度，使得鍺矽層的厚度較影像檢測所需厚度來得薄；當鍺矽層的厚度不及預期厚度，鍺矽層會有缺陷形成且會產生額外的暗電流。
一種利用側向應變稀釋技術製造之具有窄化結構的光偵測器可分擔及稀釋鍺矽層的應變能量(strain energy)，如此一來，可在不具缺陷的條件下，讓鍺矽層的厚度至少達到前段所述的預期厚度。圖6A-6C示出依照本發明之一利用側向應變稀釋技術製造之光偵測器600於製作中間階段之示意圖。
請參見圖6A。一介電層613形成於一基板611上方。基板611可以為矽基板，介電層613例如可為氧化物等之任意適合材料製成。介電層613的厚度如圖6B所示的第一高度h1及第二高度h2之和；其中，第一高度h1為一窄化區621的高度，第二高度h2為一偵測區623的高度。
請再次參見圖6B。窄化區621及偵測區623形成在介電層613中。窄化區621具有第一面積A1及第一高度h1，偵測區623具有第二面積A2和第二高度h2。一般來說，窄化區621的第一面積A1小於偵測區623的第二面積A2，且窄化區621和偵測區623可以使用任何適合的技術來實現；舉例來說，窄化區621及偵測區623可使用二步驟乾式蝕刻(two-step dry etch)技術蝕刻介電層613來實現。
應變能量Ee可以定義為：
Figure TWI676281B_D0001
 f=(a 1-a s )/a s …(2)其中：f為晶格錯合率(the lattice misfit ratio)；a1為層晶格常數(layer lattice constant)；as為基板晶格常數(substrate lattice constant)；B為材料常數(material constant)；A1為窄化區621的面積；h1為窄化區621的高度；A2為偵測區623的面積；以及h2為偵測區623的高度。
請參見圖6C，鍺矽可以選擇性地成長在窄化區621或偵測區623。一般來說，應變能量主要來自於窄化區621。偵測區623並不會直接地接觸矽基板的表面；因此，偵測區623並不會直接地受矽基板611壓迫，並可用以吸收窄化區621的應變能量。臨界厚度可被延長約A2/A1。換言之，利用側向應變能量分擔技術可延長臨界厚度。
在某些實施方式中，平坦化(planarization)技術，例如是化學式機械磨平技術可讓鍺矽的表面更為平坦。
請參見圖7，其繪示依照本發明之一利用側向應變稀釋技術形成之光偵測陣列700之示意圖。光偵測陣列700包含一基板711、一IC層713、一介電層715、複數光偵測器717、一互連層719、一披覆層721 及複數透鏡723。IC層713可為其上具有電路及接點之磊晶成長矽層。光偵測器717形成在IC層713上方，且光偵測器717可以是如圖6A-6C所繪示之利用側向應變稀釋技術製造之具有窄化區結構之光偵測器。光偵測陣列700可為前側入光之光偵測陣列，意即光信號會由光偵測器717的前側入光。進一步地，光偵測陣列700可用以偵測可見光信號及近紅外光信號。
請參見圖8A，其繪示依照本發明之一具有窄化區結構設計之雙端光偵測器801之示意圖。雙端光偵測器801可應用於前側入光之光偵測陣列。雙端光偵測器801包含一基板811、一IC層813、一介電層815及一具有窄化區之鍺矽偵測器。鍺矽偵測器之偵測區包含一n-摻雜鍺矽區821及一p+摻雜鍺矽區823。
請參見圖8B，其示出依照本發明之一具有窄化區結構設計之三端光偵測器802之示意圖。三端光偵測器802可應用於前側入光之光偵測陣列。三端光偵測器802包含一基板811、一IC層813、一介電層815及一具有窄化區的鍺矽偵測器。鍺矽偵測器之偵測區包含一n-摻雜鍺矽區831及一本質或p-摻雜鍺矽區833；鍺矽偵測器之偵測區還包含一矽層，前述矽層包含一p+矽區835及一n-摻雜矽區837、一p-摻雜矽區839、一n+矽區料1及轉換閘極843。
請參見圖9，其繪示依照本發明之一利用側向應變稀釋技術製造之光偵測陣列900之示意圖。光偵測陣列900包含一承載基板911、一IC層913、一互連層915、一介電層917、複數光偵測器919、一披覆層921及複數透鏡923。IC層913可為其上形成有電路及接點的磊晶成 長矽層。光偵測器919可以是如圖6A-6C所繪示之利用側向應變稀釋技術製造之具有窄化區結構之光偵測器。光偵測器919及互連層915可以利用圖10A-10E所示的晶圓接合技術而與IC層913接合。光偵測陣列900可為後側入光的光偵測陣列，意即光信號會由光偵測器919的後側入射。進一步地，光偵測陣列900可用以偵測可見光信號及近紅外光信號。
圖10A-10E繪示依照本發明之一利用側向應變稀釋技術製造光偵測器1000於製作中間階段之示意圖。請參見圖10A，一鍺矽光偵測器1015利用如圖6A-6C所繪示的側向應變稀釋技術形成在一基板1011上方。請參見圖10B，互連層1017a和1017b形成在鍺矽光偵測器1015的前側。
請參見圖10C，一承載基板1023上方形成有一IC層1023及一互連層1025，設有IC層1023及互連層1025的承載基板1023利用類似於圖2G及圖3G所示的技術與介電層1013相接合。請參見圖10D，基板1011及鍺矽光偵測器1015的窄化區可利用如化學性機械研磨或蝕刻等技術移除。
請參見10E，介電層1013中形成有互連層1027a及1027b。請參見圖10F，一或多層披覆層1031及複數透鏡1033利用類似於圖2J及圖3J的技術來實現。
請參見圖11A，其繪示依照本發明之一具有窄化區結構之雙端光偵測器1101之示意圖。雙端光偵測器1101可以應用於背向入光之光偵測陣列。雙端光偵測器1101包含一基板1111、一IC層1113、一互連 層1115、一介電層1117及一具有窄化區移除之鍺矽光偵測器；前述鍺矽光偵測器的偵測區包含一n-摻雜鍺矽區1121及一p+摻雜鍺矽區1123。
請參見圖11B，其繪示依照本發明之一具有窄化區結構之三端光偵測器1102之示意圖。三端光偵測器1102可應用於背向入光的光偵測陣列。三端光偵測器1102包含一基板1111、一IC層1113、一互連層1115、一介電層1117及一具有窄化區移除之鍺矽光偵測器；前述鍺矽偵測器之偵測區包含一n-摻雜鍺矽區1131及一本質或p-摻雜鍺矽區1133。一矽層形成在互連層1115中；其中，前述矽層包含一p+矽區1136、一n-摻雜矽區1137、一p-摻雜矽區1139、一n+矽區1141及一轉換閘極1143。
能量選擇性光偵測器
一般來說，光偵測器轉換後的電信號是由光電流及暗電流貢獻；其中，光電流為必要信號，而暗電流則為非必要信號(意即暗電流為雜訊)。在傳統的光偵測器中，光電流和暗電流都會轉換為電信號；然而，為了增強訊雜比(signal-to-noise ratio；簡稱SNR)，暗電流需要被最小化。為了能在高吸收效率的條件下得到較寬廣的偵測光譜，就必須使用窄能帶間隙的材料(直接能隙或間接能隙)來製造光偵測器；然而，這樣也導致暗電流的產生。因此，必須在偵測光譜/效率及暗電流中尋求平衡。一般來說，增加光電流(吸收效率)通常伴隨著較大的暗電流(雜訊)；因此，對光偵測器而言，增加訊雜比或動態範圍是很困難的。
請參見圖12，其繪示一能帶1200示意圖。在圖12中，為了將非必要的暗電流由光偵測器輸出的電信號中刪除，其關鍵在於其暫態能階差異(transient state energy level difference)。光電流和暗電流在初始能量狀態的根本差異在於激發光子(供產生光電流)通常位在導帶中的較高能態(即EΓ11201)；而因熱產生的載子(供產生暗電流)則分佈在導帶邊緣(即Eg1203)。高能量的光激發載子是以光子或經光子發射程序而往低能態遷移，(在本文中稱「釋放(relaxation)」)，且當能量完全地釋放，光電流及暗電流將難以區分，或甚至是不可能區分。
一般來說，當供收集載子的導體(例如金屬)與吸收材料連接時所形成之無能障或低能障(energy barrier)結構可同時收集光電流及暗電流。在圖12中，若引進能障1205，則低能態的暗電流會在高能態的光電流通過並由載子收集端收集時被遮蔽材料所遮蔽。在某些實施方式中，載子遷移時間(carrier transit time)短於能量釋放時間(energy relaxation time)，以讓光電流及暗電流間產生能量差。一電場可被施加到光偵測器兩端以提高遷移時間，進而更有效收集載子。
圖13繪示依照本發明之一能量選擇性光偵測器1300之示意圖。能量選擇性光偵測器1300包含一吸收材料1311、一能量濾波器1313及一載子收集器1315。對齊於吸收材料1311及能量濾波器1313接面的能帶具有一能障以防止低能態的暗電流被光偵測器收集，進而能讓高能態的光信號激發光電流通過遮蔽材料並由載子收集端收集。如此一來，能量選擇性光偵測器1300可以在避開少數載子所產生之雜訊(暗電流)的條件下，收集到所需信號(即光電流)。
在某些實施方式中，在吸收材料內的距離(亦即介於二載子萃取介面之間距離)可施加一電場。二載子萃取介面之間的距離/厚度在一範圍內，藉此當光生載子傳遞至能量濾波器1313時，其所殘餘的能量還能夠高於暗電流；如此一來，光電流及暗電流仍然能依據能階的不同而有所區隔，而達到遮蔽其中一電流(即暗電流)的功能。換言之，光激發載子傳遞至二載子萃取介面的時間會短於或約等於能量釋放時間(例如：短於能量釋放時間的十分之一)。
在某些實施方式中，能量釋放時間可以(a)利用量子侷限效應(例如：量子點、量子線、量子井結構)，(b)選擇使用間接能隙材料或直接能隙材料(谷間散射(intra-valley)或谷內散射(inter-valley))，(c)密度狀態(density state)或在材料間的佔有率，(d)入射光子能量而被測定或調整。在某些實施方式中，非直接能隙材料、較大的谷對谷分離或較小的密度狀態可用以增加能量釋放時間。
在某些實施方式中，能量濾波器1313所使用的材料(以下稱「能量濾波材料」)的能帶間隙大於吸收材料1311的能帶間隙，導帶偏移足夠高到遮蔽暗電流，但仍可讓光電流通過。在某些實施方式中，能量濾波器1313可以具有有效的能障，其甚至高於接近載子收集器1315接面的光激發載子的能階；然而，能量濾波器1313尚包含至少一陷阱能態(trap state)，所述陷阱能態的能階可供光激發載子以阱輔助式穿隧(trap assisted tunneling)機制通過能量濾波器1313。在某些實施方式中，能量濾波器1313薄到足夠供高能量載子能夠直接地貫穿 並遮蔽低能量載子。在此要特別注意的是，施加一電場可使能帶彎曲並增加載子速度。
在某些實施方式中，入射光的方向實質上不同(例如：垂直)於施加在吸收材料上的電場方向；在這種條件下，沿著入射光方向的距離/厚度對於吸收足夠的入射光(光子)來執行信號處理來說是充足的。在某些實施方式中，入射光的方向實質上是順著施加在吸收材料上的電場方向；在這種條件下，沿著入射光方向的距離/厚度需要同時考量吸收目標量及載子遷移時間(最好短於或約等於前述的釋放時間)。
在某些實施方式中，鍺、矽、鍺矽、梯度材料、三五(III-V)族半導體化合物、二四(II-VI)族半導體化合物或其他化合物可被使用在吸收材料1311，且鍺矽、矽、氧化鍺(GeO)、二氧化鍺(GeO2)、氧化物、氯、梯度材料或其等之組合可被使用在能量濾波器1313。在某些實施方式中，能量濾波器1313可選擇性地濾除電子。在某些實施方式中，能量濾波器1313可選擇性地濾除電洞。在某些實施方式中，一保護材料可以保護吸收材料表面，以減少吸收材料表面複合，進而提高光激發載子更有效地被收集。
在某些實施方式中，一奈米晶格結構可以被使用；所述的奈米晶格可與其他材料互相融合(merge)而形成一連續層。歸因於量子限制，奈米晶格結構可用以調整其能量釋放時間。歸因於量子限制，奈米晶格結構更可以減少本質暗電流的產生。在某些實施方式中，奈米晶格包含鍺，且其可藉由在低溫下沉積鍺於異質材料表面(例如矽 材料的表面)，藉此鍺會集結在異質材料表面以形成奈米晶格。在某些實施方式中，鍺可利用物理氣相沉積技術或化學氣相沉積技術以沉積/成長，且鍺可為非晶相、多晶相或結晶相。載子收集可以利用如前揭段落所述之施加一電場來實現。
在某些實施方式中，吸收材料1311為能夠吸收目標波長的鍺、矽、鍺矽、三五族半導體材料或其他化合物、合金、二維材料、元素材料(elemental material)。吸收材料1311為能夠緊縮或釋放以調整能帶間隙，進而獲得預定吸收率。在某些實施方式中，吸收材料1311可為多孔的。在某些實施方式中，能量濾波材料為能夠在其與吸收材料接面生成能障的鍺、矽、鍺矽、氯、氧化物、摻雜氯、摻雜氧化物、三五族半導體材料、或其他化合物、合金、元素材料。能量濾波器可為多孔的。在某些實施方式中，吸收材料1311為鍺，且其厚度/尺寸少於100奈米。在某些實施方式中，鍺的厚度約為50奈米，藉此一平均遷移時間會少於500飛秒(fs)，並與約為百飛秒的能量釋放時間具有相同尺度。在某些實施方式中，施加在一鍺吸收層的電壓引起一高於1000V/cm的電場以供達到高載子速度；同時，前述施加在鍺吸收層的電壓所引起的電場必須低於崩潰限制的100000V/cm。
在某些實施方式中，能量濾波材料能夠為具有大能帶的矽，且第一型或第二型應變能帶對位於在鍺吸收層中的受限低能量載子。在某些實施方式中，能量濾波材料為內部引入缺陷之氮化物，此缺陷可 形成對應於殘留能量狀態(當光激發載子傳遞至吸收材料1311及能量濾波器1313的介面時)之缺陷能態(trapping energy state)。
雖然上文已經描述了若干實施方式；不過，應理解的是，可在不背離本發明的精神和範圍下做出不同修改。例如，上文所述的流程的不同形式可以用於重新排列、增加或移除步驟。
為了便於描述和說明，在本文的多個實施方式中，是使用二維剖面以做為說明依據；然而，只要在三維結構中存在相對應的二維剖面，其三維變化也應當包括在本發明的範圍內。
儘管本文中描述了許多細節，但是這些不應被解釋為限制本文，而是作為對特定實施例特定的特徵的描述。在本說明書中在單獨實施例的上下文中描述的某些特徵也可以在單個實施例中組合實現。相反，在單個實施例的上下文中描述的各種特徵也可以在多個實施例中單獨地或以任何合適的次組合來實現。此外，雖然特徵可以在上面被描述為在某些組合中起作用並且甚至最初如此要求保護，但是來自所要求保護的組合的一個或多個特徵在一些情況下可以從組合中刪除，並且所要求保護的組合可以涉及子組合或變體的次組合。
再者，雖然在本文的圖式中顯示某些實施方式依照特定的操作順序實施，但應可理解的是，此種順序可能是非必要的(意即，實施方是可以不同順序實施該等操作、結合某些操作或重疊某些操作等)，且在某些情況下，多工和並行處理某些操作是有利的。此外，在前述實施方式中，不同的系統組件的分離不應被理解為在所有實 施方式中都需要這樣的分離，並且應當可理解的是，所描述的程序組件和系統可整合於單一軟體產品中或封裝到多個軟體產品中。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種光偵測器，包含：一第一材料層，至少包含一第一材料，該第一材料層包含鍺矽合金，該鍺矽合金具有一第一鍺含量；一第二材料層，至少包含一第二材料，其中該第二材料不同於該第一材料，且該第一材料的材料能帶間隙大於該第二材料的材料能帶間隙，其中該第二材料層包含鍺矽合金，該第二材料層的該鍺矽合金具有一第二鍺含量，該第一鍺含量低於該第二鍺含量；以及一梯度材料層，設於該第一材料層及該第二材料層之間，該梯度材料層至少包含該第一材料及該第二材料，且該第二材料的含量沿著由該第一材料層往該第二材料層的方向漸變，其中該梯度材料層的鍺含量介於該第一鍺含量及該第二鍺含量之間。
  2. 如請求項第1項所述之光偵測器，其中該第一材料為矽，該第二材料為鍺。
  3. 如請求項第2項所述之光偵測器，其中在該梯度材料層中的鍺含量沿著由該第一材料往該第二材料的方向增加。
  4. 如請求項第1項所述之光偵測器，其中該第一材料層及該第二材料層為摻雜層。
  5. 如請求項第1項所述之光偵測器，更包含：一基板；以及一電路層，設於基板上方；其中該第二材料層設於該電路層上方，且該第一材料層設於該第二材料層上方。
  6. 一種製造光偵測器之方法，包含：在一基板上方形成一第一材料層，該第一材料層包含鍺矽合金，該鍺矽合金具有一第一鍺含量；在該第一材料層上方形成一梯度材料層，該梯度材料層至少包含一第一材料及一第二材料，該第二材料不同於該第一材料，且該第一材料的材料能帶間隙大於該第二材料的材料能帶間隙，該第二材料的含量沿著垂直於該基板的方向漸變；以及在該梯度材料層上方形成一第二材料層，該第二材料層包含鍺矽合金，該第二材料層的該鍺矽合金具有一第二鍺含量，該第一鍺含量低於該第二鍺含量，且該梯度材料層的鍺含量介於該第一鍺含量及該第二鍺含量之間。
  7. 如請求項第6項所述之方法，更包含：形成一電路層於該第二材料層上方。
  8. 如請求項第7項所述之方法，更包含：在形成該第一材料層之前，形成一分隔層於該基板上方；接合形成於該基板之一頂層及一承載基板上方之該電路層；以及移除該基板及該分隔層。
  9. 如請求項第8項所述之方法，更包含：形成一濾波器及一透鏡於該第一材料層上方。
  10. 如請求項第6項所述之方法，其中該第一材料為矽，該第二材料為鍺。
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