用于确定辐射强度的方法、装置和系统的制作方法

专利名称：用于确定辐射强度的方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及半导体器件制造，更具体地，涉及台式光学传 感器及其制造方法。
背景技术：
传统的光电二极管和光栅可以被用来探测电磁辐射。传统的光电
二极管可以包括具有耗尽区的反向偏置的PN结。响应于辐射，电子/ 空穴对可以形成在耗尽区中。穿过耗尽区的电场引起这样的电子/空穴 对的电子和空穴的相互漂移远离，这产生了光电二极管两端的电压的 可探测的改变(比如在光电二极管在被预充电后保持浮动时)。
但是， 一些传统的光电二极管可能包括未耗尽区，辐射在到达耗 尽区之前经过该未耗尽区。辐射可以被未耗尽区吸收，且电子/空穴对 在其中可以以慢于在耗尽区中的漂移率扩散开，这使光电二极管对辐 射的响应速度减慢。
此外， 一些传统的采用平面技术的光电二极管的耗尽区可能较 浅，因此不能探测所有类型的辐射(例如，在被探测到之前必须很深 地穿透耗尽区的辐射)。为了补偿浅耗尽区， 一些传统光电二极管扩 大了耗尽区的表面积。但是，这种解决方案无效率地消耗了芯片面积。 或者， 一些传统光电二极管的耗尽区形成于沟槽中。但是，响应于辐 射，电子/空穴对只能形成于耗尽区空间的一小部分中，这对探测有不 利的影响。
光电二极管的PN结中的晶体缺陷可以导致产生热噪声，这也负 面地影响辐射探测。传统的光栅可以应用平面技术来提供具有大面积 和小PN结的耗尽区。该小PN结可以减少上述的噪声问题。但是， 这样的光栅的耗尽区可能较浅，因此，可能受因其带来的问题的困扰。
由于传统光电二极管和光栅的缺点，希望有改进的光学传感器及其制 造方法。

发明内容
在本发明的第一方面中，提供了确定辐射强度的第一方法。第一
方法包括以下步骤(1)提供具有(a)硅台；(b)沿该硅台的至少 三个侧壁的光栅导体材料；(2)在该硅台中形成耗尽区；以及(3) 响应于入射半导体器件的辐射，在该半导体器件中产生信号，该信号 具有对应于该辐射强度的强度。
在本发明的第二方面中，提供了用于确定辐射强度的第一装置。 所述第一装置包括半导体器件，该半导体器件具有(l)硅台；以及(2) 沿该硅台的至少三个侧壁的光栅导体材料。使所述半导体器件(a)在
该硅台中形成耗尽区；以及(b)响应于入射半导体器件的辐射，在 该半导体器件中产生信号，其中该信号具有与该辐射强度相关的强度。
在本发明的第三方面中，提供了用于确定辐射强度的第一系统。 所述第一系统包括(1)衬底；以及(2)形成在该衬底上的至少一个 半导体器件。该半导体器件具有(a)硅台；以及(b)沿该硅台的至 少三个侧壁的光栅导体材料。使所述半导体器件(0在该硅台中形成 耗尽区；以及(ii)响应于入射半导体器件的辐射，在该半导体器件 中产生信号，其中该信号具有与该辐射强度相关的强度。和根据本发 明的这些以及其它方面的系统和装置一样，提供了大量其它方面。
通过下面的详细说明、权利要求和附图将更全面地理解本发明的 其它特征和方面。


图l图解了根据本发明的一种实施方式的用于确定辐射强度的装 置的垂直剖面图。
图2图解了根据本发明的一种实施方式的笫一示例装置的模拟结 构的水平剖面图。
图3图解了根据本发明的一种实施方式的第二示例装置的模拟结 构的水平剖面图。
图4为根据本发明的一种实施方式的用于确定辐射强度的第一示 例系统的俯视图。
图5为根据本发明的一种实施方式的图4的系统的示意电路图。
图6为根据本发明的一种实施方式的用于确定辐射强度的第二示 例系统的俯视图。
图7图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确定辐射强度 的装置的方法的第一步骤之后的衬底的剖面侧视图。
图8图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确定辐射强度 的装置的方法的第二步骤之后的村底的剖面侧视图。
图9A-B分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确定 辐射强度的装置的方法的第三步骤之后的衬底的俯视图和剖面侧视 图。
图10A-B分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第四步骤之后的衬底的俯视图和剖面侧视 图。
图11A-C分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第五步骤之后的衬底的俯视图、剖面侧视 图和剖面正视图。
图12A-C分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第六步骤之后的衬底的俯视图、剖面侧视 图和剖面正视图。
图13A-C分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第七步骤之后的衬底的俯视图、剖面侧视 图和剖面正视图。
图14A-C分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第八步骤之后的衬底的俯视图、剖面侧视 图和剖面正视图。
图15A-D图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确定辐 射强度的装置的方法的第九步骤之后的衬底的第一剖面侧视图、第二 剖面侧视图、第一剖面正视图和第二剖面正视图。
具体实施例方式
本发明提供了改进的光学传感器及其制造方法。更具体地，本发 明提供了光栅(photogate),其包括具有半导体台(例如鳍片)的晶 体管。该台可以包括沿所述台的三个侧壁的栅导体(例如光栅导体) 材料。当向该栅导体施加电压时，半导体台的很大的体积(空间)可 以被耗尽，这样形成了具有大体积的深的耗尽区。台的顶面可以暴露 于辐射。当台暴露于辐射时，台的深度和大体积可使大量的电子/空穴 对在其中形成并漂移分开。因此，辐射可以在台中产生信号(例如电 压信号)其具有与该辐射强度有关的强度(例如电压)。所述光学传 感器可以包括传输栅极(transfer gate，转移栅极)和/或收集扩散区， 用于接收所述信号。收集扩散区可以和已知的电路系统耦合，所述电 路系统用于确定具有与所述信号有关的电平的辐射强度。台的深度可 以使改进的光学传感器能够避免和传统光电二极管和光栅相关的问 题。例如，光栅的台可以提供具有提高的有效深度的耗尽区，其可以 改进光栅的光效率。
图l图解了根据本发明的一种实施方式的用于确定辐射强度的装 置100的垂直剖面图。参见图1，装置100可以是半导体器件，比如 包括半导体台102 (例如鳍片)的光栅。半导体台102的宽度w可以 在大约10nm到大约1000nm之间，深度d可以在大约100nm到大约 5000nm之间。氧化物层104可以和半导体台102耦合并用来将台102 与相邻的台相隔离，从而用作台间隔离氧化物。另外，栅导体(例如 光栅导体)材料106可以沿该半导体台的多个侧壁形成。例如，栅导 体材料106可以沿半导体台102的第一到笫三侧壁108、 110、 112形 成并用作半导体台102的相应的栅极。图1中未图示第三侧壁(112， 见图4)和与其耦合的栅导体材料106。半导体台102的第四侧壁114
可以耦合到扩散区116。可以暴露半导体台102的顶面117。
在操作期间，当对半导体台102的栅极施加合适的电压时，耗尽 区可以在半导体台102中形成并合并。例如，第一耗尽区118可以形 成在半导体台102中，第二耗尽区120可以形成在半导体台102中。 第二耗尽区120可以和第一耗尽区118合并，使得很大的体积(空间) (例如基本上整个半导体台102空间)可以被耗尽。这样，栅极诱导 的耗尽区可以在半导体台102中从半导体台102的侧壁108、 110、 112 扩展并合并。耗尽区的深度可以根据(例如等于)半导体台102的深 度或高度。例如，半导体台102的整个空间可以被耗尽，使得耗尽区 的有效深度可以是半导体台102的高度。对于lxlO"cm-s或更小的衬 底摻杂浓度，使用标准的当今工作电压(例如Vdd=1.0V)可以几乎完 全耗尽至少大约500nm的半导体台宽度w。这样，本发明可以不在具 有从表面向下扩展的耗尽区的平面半导体表面上形成光栅，而提供具 有由台102的侧壁108、 110、 112上的光栅控制的耗尽区118、 120 的半导体台结构。 一个系统可以包括多个装置100，它们被安排成使 得相邻的半导体台102可以间隔最小的可界定的光刻间隔，因此确保 了系统的很大部分包含耗尽的半导体。
装置100可以被调适为响应于辐射hv产生信号，其中h是玻耳 兹曼常数(Boltzmann，s constant)，v是入射半导体器件的辐射的频率。 当辐射hv入射半导体台102时，在半导体台102中可以产生多个电子 /空穴对。这样，当辐射穿透耗尽区118、 120时，通常地，入射台102 的暴露的顶面117的入射电磁辐射可以产生电子/空穴对。在半导体台 102中形成的耗尽区118、120可以引起多个电子/空穴对中的每一对的 电子和空穴的漂移分开，使得在半导体器件中产生所述信号。该信号 可以表现为由辐射hv入射引起的装置100两端的电压的改变。该信号 的强度(例如电压)可以与该辐射强度相关。由于耗尽区118、 120 的深度是基于半导体台102的深度，装置100的耗尽区118、 120的体 积可以比传统光电二极管和/或光栅的耗尽区118、 120更大。此外， 由于半导体台102的顶面117是暴露的(例如未被辐射吸收层比如栅
导体材料覆盖)，入射装置100的辐射在抵达耗尽区118、 120之前不 会象在一些传统光电二极管和/或光栅中一样衰减。结果，入射到有效 耗尽区118、 120的辐射强度可以比在传统光电二极管和/或光栅上的 相似的辐射更大。同样，由于光栅包括占用相对较小面积的PN结， 该光栅可以导致更少的与结相关的晶体缺陷，生成更少的热背景，具 有更低的固有噪声(noise floor )和更大的动态范围。
图2图解了根据本发明的一种实施方式的用于确定辐射强度的第 一示例装置200的模拟结构的水平剖面图。参见图2，第一示例装置 200 (其可以是光栅)，包括半导体台202，栅极204与台的三个侧壁 206耦合(例如围绕)。扩散区(例如N+掺杂)207可以和半导体台 202余下的侧壁206耦合。半导体台202的宽度w和长度(例如长度 l)都为大约500nm。半导体台202包括浓度为lxl0"cm—3的P型掺杂 剂。在第 一示例装置200的模拟工作期间，可以分别对光栅的栅极204 、 N+扩散区和P阱区施加1.0V的电压Vg、 1.0V的电压Vn+以及-1.0V 的电压Vpw。图示了在此工作期间形成在半导体台202中的相对迁移 电荷(IP-NI/INA-NDl)的等值线208-216,其中P是空穴浓度，N是电子 浓度，NA是p型掺杂剂以及ND是n型掺杂剂。小于lxl(^的相对迁 移电荷值(由等值线208-216所示)对应于其中至少99%的迁移电荷 栽流子被耗尽的区域。相比之下，相对迁移电荷值为1可以对应于完 全未耗尽区域。如图所示，即使使用宽度为500nm的半导体台202, 在半导体台202的整个主要栅极覆盖部分(major gated portion)， 可以出现大于99%的耗尽。这样全部或几乎全部耗尽存在于半导体台 202的大部分栅极覆盖部分(gated portion )中。
图3图解了根据本发明的一种实施方式的用于确定辐射强度的第 二示例装置300的模拟结构的水平剖面图。参见图3，在第二示例装 置300的模拟期间使用的结构和工作电压和第一示例装置200相似。 但是，半导体台的宽度w被减小到100nm。结果，沿台侧壁206的栅 极(例如侧栅极)可以影响对硅电位的控制的增强，因此，更大部分 的半导体台202空间被耗尽。也就是说，由于更强的栅极控制，第二
示例装置300的lOOnm宽的半导体台202和第一示例装置200的 500nm宽的半导体台202相比耗尽了的更大的空间。图示了在工作期 间在第二示例装置300的半导体台202中形成的相对迁移电荷的等值 线302-304。
图4为根据本发明的一种实施方式的用于确定辐射强度的第一示 例系统400的俯视图。参见图4，系统400可以包括多个形成在衬底 401上的用于确定辐射强度的装置100。例如，系统400的布局可以包 括四个装置100，其中每一个包括半导体台102，该半导体台具有形成 在其侧壁(例如三个侧壁)上的栅导体材料层106。栅导体材料层106 可以用作装置100的栅极。栅导体材料层106可以是未硅化的。通过 组合多个这样的装置100,可以增加系统400的灵敏度。例如系统布 局的俯视示了四个平行组合的侧面设置栅极的(side-gated )半导 体台102。每一个装置100的扩散区116可以和相应的传输栅极402 耦合(但是也可以使用单个传输栅极耦合多个装置100)。传输栅极 402可以是硅化的。此外，系统IOO可以包括收集扩散区404,其通过 其相应的扩散区116与多个装置100耦合。在多个装置100中产生的 基于辐射入射或与辐射入射相关的信号可以通过相应的传输栅极402 被传输到收集扩散区404。收集扩散区404可以通过接触405和另外 的电路系统耦合，所述另外的电路系统被调适以基于收集扩散区404 中的具有与所述辐射强度相关的强度的所述信号来确定所述辐射的强 度。下面结合图5描述这样的另外的电路系统。系统400可以和浅沟 槽隔离(STI)区406耦合，后者可以将系统400和形成在衬底401 上的其它器件隔离。虛线408显示了 STI/系统边界。
半导体台102之间的间隔可以为允许的最小光刻台到台间隔。此 外，在工作期间，多个装置100中的每一个的半导体台102可以被全 部或几乎全部耗尽。因此，该系统的有效光栅区域密度可以优于传统 系统。例如，对于分别包括宽度为500nm的半导体台102以及45nm 的台到台间隔(例如使用45nm技术节点)的系统布局，光栅(例如 传感器)的空间效率(容积效率)可以大于95% (不包括由扩散区116
占据的小空间)。更具体地，光栅结构(不包括PD扩散区)的空间 (容积)的95%以上可以用来产生或收集光致栽流子，因此增加了系 统400的光效率。
图5为根据本发明的一种实施方式的图4的系统的示意电路图。 参见图5，系统400可以以和第二晶体管502耦合的第一晶体管500 为代表。栅导体材料106可以用作可以被施加控制电压(例如光栅控 制电压)的第一晶体管500的栅极504。传输栅极402可以用作第二 晶体管502的栅极506。扩散区116可以用作第一和第二晶体管504、 506之间的节点508。另外，收集扩散区404可以用作系统400的另一 个节点510。此外，用来根据收集扩散区404中的信号(其具有与强 度相关的电平)来确定辐射强度的电路系统512可以和节点510耦合。 所述附加电路系统512可以包括复位、源跟随器和选择晶体管514、 516、 518。这样的附加电路系统512为本领域的技术人员所指，因此 在此就不具体描述。
图6为根据本发明的一种实施方式的用于确定辐射强度的第二示 例系统600的俯视图。参见图6，第二示例系统600和第一示例系统 400相似。但是，在第二示例系统600中的多个半导体台102被耦合 在一起(例如通过另一个台602)。例如，半导体台102的末端可以 被连在一起以进一步增加光栅400的有效空间(容积)。更具体地， 在工作期间，在这样的台602中可以形成耗尽区。结果第二示例系统 600可以提供比第一示例系统400更大空间(溶剂)的完全或几乎完 全耗尽的硅。但是，沿第二示例系统600的半导体台102的侧壁形成 栅导体材料106比在第一示例系统400中更困难。
下面结合图7-15D描述一种制造装置100和系统400的方法，该 系统400包括这样的用于确定辐射强度的装置100。图7图解了根据 本发明的一种实施方式在制造用于确定辐射强度的装置的方法的第一 步骤之后的衬底700的剖面侧视图。图7中，剖面侧视图是沿线7-7 的剖面。参见图7，衬底700可以是硅衬底。可以使用标准工艺来在 衬底700上形成浅沟槽隔离(STI)区702。例如，在衬底700上可以
淀积、图案化并蚀刻一个或多个衬垫膜(pad film)。可以使用反应 离子蚀刻(RIE)或其它合适的方法在衬底700中形成一个或多个浅 沟槽。之后，可以使用化学汽相淀积(CVD)或其它合适的方法来用 氧化物填充这样的沟槽。可以使用蚀刻或其它合适的方法来从衬底 700去除(例如剥离)衬垫膜。STI区702可以用来将制造中的系统 400与形成在衬底700上的其它器件隔离开。
图8图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确定辐射强度 的装置的方法的第二步骤之后的衬底700的剖面侧视图。图8中，剖 面侧视图是沿线8-8的剖面。参见图8，可以使用CVD或其它合适的 方法在衬底700上形成第一氧化物层800。可以使用化学机械平面化 (CMP)或其它合适的方法平面化衬底700的表面。这样的氧化物层 800可以用来隔离随后可能在村底700上形成的相邻的台，从而用作 鳍片间隔离氧化物，其可以降低一个或多个随后形成的栅极和衬底 700之间的电容。氧化物层800的厚度可以是大约20nm到大约100nm。 可以使用CVD或其它合适的方法在村底700上形成第一氮化物层 802。氮化物层802的厚度可以是大约5nm到大约20nm，并可以随后 用作氧化物蚀刻停止层。对于氧化物层800和/或氮化物层802可以使 用更大或更小和/或不同的厚度范围。
图9A-B分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确定 辐射强度的装置的方法的第三步骤之后的衬底的俯视图和剖面侧视 图。在图9B中，剖面侧视图是沿线9B-9B的剖面。参见图9A-B，可 以使用CVD或其它合适的方法在衬底700上形成第二氧化物层900。 第二氧化物层卯0的厚度可以是大约200nm到大约5000nm。类似地， 可以使用CVD或其它合适的方法形成随后可以用作氮化物抛光停止 层的第二氮化物层902。第二氮化物层902的厚度可以是大约50nm 到大约200nm。但是，更大或更小和/或不同的厚度范围可以用于第二 氧化物层900和/或第二氮化物层902。第二氧化物层900和第二氮化 物层卯2的组合厚度(例如高度)可以确定一个或多个随后形成的半 导体台的高度或深度。 光致抗蚀剂层可以施加于衬底700并被图案化。更具体地，可以 施加、暴露和显影光致抗蚀剂层。这样，图案化的光致抗蚀剂层可以 形成其中将形成半导体台的区域。更具体地，可以使用图案化的光致 抗蚀剂层和RIE或其它合适的方法形成空腔，其通过电介质层800、 802、 900、 902向下到衬底700的表面904。通过4吏用RIE，基本上垂 直的蚀刻空腔908可以垂直。
图10A-B分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第四步骤之后的衬底的俯视图和剖面侧视 图。图10B中，剖面侧视图是沿线10B-10B的剖面。参见图IOA-B， 可以使用选择性外延生长或其它合适的方法来在空腔(图9B中的908) 中生长或扩展暴露的半导体表面(图9B中的904)。可以使用选择性外 延生长在氮化物抛光停止层(图9B中的902)的顶面稍微上方处生长半 导体材料(例如硅)1000。可以使用CMP或其它合适的方法平面化 可以用作半导体台(图IOB中的IOOO)的硅。之后，可以使用热磷酸蚀 刻、具有乙二醇的氢氟酸(HF )蚀刻或其它合适的方法来针对半导体
(例如硅)(图9B中的902)和第二氧化物层(图9B中的900)选择性 性地去除或剥离第二氮化物层(图9B中的902)。各向同性蚀刻，其一 般包括HF，可以用来针对氮化物选择性地去除第二氧化物层卯O。这 样，第一氮化物层802可以在蚀刻期间保护鳍片间氧化物800。这样， 可以形成制造中的系统400的一个或多个半导体台1000。
图11A-C分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第五步骤之后的衬底的俯视图、剖面侧视 图和剖面正视图。图11B-C中，剖面侧视图和剖面正视图分别是沿线 11B-11B和11C-11C的剖面。参见图IIA-C，可以使用RIE或其它 合适的方法从衬底700去除或剥离第一氮化物层802。但是，在一些 实施方式中，可以不去除第一氮化物层802。可以使用化学反应(例 如热氧化或氮化)、CVD或其它合适的方法在半导体台1000的表面
(例如沿侧壁1002)上形成栅电介质材料层1100。该栅电介质材料可 以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝和/或一种或多种高k电介
质。但是，该栅电介质材料可以包括一种或多种另外的和/或不同的材 料。
可以使用CVD或其它合适的方法在衬底700上淀积栅导体(例 如光栅导体)1104，比如多晶硅或其它合适的材料，使得栅导体材料 1104可以填充半导体台1000之间和/或与半导体台IOOO相邻的间隙。 可以使用CMP或其它合适的方法平面化栅导体材料1104， 一直到半 导体台1000的顶面上方的高度。部分栅导体材料1104可以用作系统 400中的装置100的栅极，部分栅导体材料1104可以用作系统400的 传输栅极。在一些实施方式中，栅导体材料1104可以在淀积期间被原
但是，栅导体材料1104可以被其它方式(例如使用隔离注入或扩散工 艺)掺杂。
在将栅导体材料从衬底700的其它区域(例如衬底上的芯片)去 除时和/或在衬底700上进行用于其它器件(未图示)的栅导体材料淀 积时，可以使用一个或多个阻挡掩模。这样应用阻挡掩模为本领域技 术人员所知。
平面化的栅导体材料层1104的顶面1106然后可以被珪化处理以 形成硅化物层1108。在硅化处理期间，活性金属，比如鴒、钬、钽、 钴、镍和/或类似金属的淀积之后可以进行退火，退火使得所述金属和 半导体(例如硅)反应以形成高传导性的硅化物层1108。由于硅化为 本领域技术人员所知，在此不作进一步描述。栅导体材料(例如多晶 硅)层1104和硅化物层1108可以被合称为栅叠层。可以在使用光致 抗蚀剂和合适的掩模的光刻之后使用RIE或其它合适的方法来图案化 栅叠层，使得栅极1110可以沿台1000的侧壁1112形成，并可以形成 系统400的传输栅极1114。
图12A-C分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第六步骤之后的衬底700的俯视图、剖面 侧视图和剖面正视图。图12B-12C中，剖面侧视图和剖面正视图分别 是沿线12B-12B和12C-12C的剖面。参见图12A-C，可以使用CVD
或其它合适的方法在衬底700上形成共形氮化物层。之后，可以使用 RIE或其它合适的方法去除部分氮化物层，使得可以沿栅叠层1202 的垂直取向的表面(例如沿系统400中的装置IOO的栅极)和半导体 材料衬底700的垂直取向的表面形成氮化物隔离体1200。部分半导体 材料的侧壁1204可以暴露。
图13A-C分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第七步骤之后的衬底700的俯视图、剖面 侧视图和剖面正视图。图13B-13C中，剖面侧视图和剖面正视图分别 是沿线13B-13B和13C-13C的剖面。参见图13A-C,可以使用源/漏 扩散注入在衬底700上形成扩散区，比如收集扩散区和光电二极管 (PD)扩散区。还可以执行扩散注入。在这样的注入期间，栅导体材 料层1104可以用作掩模。由于部分半导体材料的侧壁(图12中的 1204)暴露，该注入可以倾斜进行，使得摻杂剂可以被很深地注入进 这样的部分中。晕环(halo)可以被注入这样的部分中。晕环注入可 以改进对于制造中的系统400中的装置100的Vt控制。为方便在制造 中的系统中的装置100的半导体台1000中的耗尽区的扩展，希望台 1000的光敏部分应当保持轻度掺杂。因此，可以使用一个或多个阻挡 掩模在牽环注入期间保护这样的区域以形成其它器件。
图14A-C分别图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确 定辐射强度的装置的方法的第八步骤之后的衬底700的俯视图、剖面 侧视图和剖面正视图。图14B-14C中，剖面侧视图和剖面正视图分别 是沿线14B-14B和14C-14C的剖面。参见图14A-C，可以使用抗蚀 剂和合适的掩蔽进行光刻以形成阻挡掩模1400。但是，可以形成其它 合适的掩模(例如硬掩模)。可以使用阻挡掩模1400来暴露栅导体材 料的用作栅极1100的部分并保护衬底700的余下部分。阻挡掩模1400 和RIE或其它合适的方法一起可以用来去除硅化物层(图11中的 1108)的暴露部分，直到暴露半导体台1000的顶面1402。此外，可 以使用RIE或其它合适的方法来去除栅导体层1104的暴露的部分(例 如使其凹进)，使得栅导体层1104可以和半导体台1000的顶面1402
共面。可选地，可以允许栅电介质1100留在顶面1402上。
图15A-D图解了根据本发明的一种实施方式在制造用于确定辐 射强度的装置的方法的第九步骤之后的衬底的第一剖面侧视图、第二 剖面侧视图、第一剖面正视图和笫二剖面正视图。图15A-15D中，剖 面侧视图和剖面正视图分别是沿图4中所确定的线15A-15A、 15B-15B、 15C-15C和15D-15D的剖面。参见图15A-D,可以使用 CVD或其它适合的才支术在衬底700上淀积原始层电介质1500 (例如 4吏用正珪酸乙酯(Tetraethylorthosilicate ) (TEOS)前体)。在这个工 艺点，在衬底700上方淀积并平面化原始层电介质(优选TEOS )1500。 可以使用RIE或其它合适的方法在TEOS层1500中形成接触通孔。 之后，可以使用本领域技术人员所知的方法形成金属接触(contact metallurgy) 1502 (例如扩散接触，diffusion contact)。这样，可以 形成用于确定辐射强度的系统400。应当注意，在图4中，为简明起 见省略了 TEOS层1500。继续进行标准加工工艺来完成芯片。例如， 可以使用标准加工工艺形成另外的层间电介质层、导体通孔、布线层 等。
通过使用本发明的制造方法，可以形成高效的光学传感器IOO(例 如，光栅光学传感器)。这样的光学传感器100可以用于图像感测、 光学互连应用和/或其它合适的应用。在工作期间，在半导体台102中 可以形成电场。这样的场可以由栅极偏置电压引发。这样，光栅100 的PN结可以预充电到反向偏压并保持浮动。当辐射入射到装置100 时，可以在耗尽区118、 120中形成电子/空穴对。在耗尽区中的电场 的作用下，生成的每一电子/空穴对的电子和空穴可以以相反的方向漂 移，并分别由光栅100的反向偏置的结的阳极和阴极收集。如果PN 结被预充电到反向偏压并保持浮动，则在照射下产生的载流子的收集 可以使PN结放电。PN结的反向偏压的下降与照射的幅度的时间积分 (time integral)相关。PN结上的反向偏压的下降可以被感测，并可 以表现为特定像素(picture element,例如光栅)的输出。另外，可 以使用电路系统来根据PN结的反向偏压的下降来确定辐射的强度，
反向偏压的下降的程度与该强度相关。半导体台102的尺度(例如深 度d或高度)可以使得能够形成大空间(溶剂)的耗尽区118、 120。 因此，响应于入射光学传感器100的辐射，可以形成PN结的反向偏 压的大的改变。结果，包括半导体台102的光学传感器100的灵敏度 会很高。
上述说明仅公开了本发明的示例实施方式。本领域普通技术人员 会很容易理解上述公开的装置和方法的各种修改落入本发明的范围 中。例如，村底700可以是体衬底或绝缘体上硅(SOI)衬底。
因此，尽管结合示例性实施方式公开了本发明，但应理解其它实 施方式可以落入如后面的权利要求书中所限定的本发明的精神实质和
范围中。
权利要求
1.一种确定辐射强度的方法，包括提供半导体器件，其具有硅台；以及沿该硅台的至少三个侧壁的光栅导体材料；在该硅台中形成耗尽区；以及响应于入射该半导体器件的辐射，在该半导体器件中产生信号，该信号具有与该辐射强度相关的强度。
2. 如权利要求1所述的方法，其中在该硅台中形成所述耗尽区 包括在该硅台的基本上整个空间中形成所述耗尽区。
3. 如权利要求2所述的方法，其中在该硅台中形成所述耗尽区包括使用沿所述硅台的第 一侧壁的光栅导体材料，使得在所述硅台的 和所迷第一侧壁相邻的部分中形成第一栅极诱导耗尽区；以及使用沿所述硅台的第二侧壁的光栅导体材料，使得在所述硅台的 和所述第二侧壁相邻的部分中形成第二栅极诱导耗尽区，并且第二栅 极诱导耗尽区和第 一栅极诱导耗尽区合并。
4. 如权利要求2所述的方法，其中在该硅台中形成所述耗尽区 包括在该硅台的基本上整个深度中形成所述耗尽区。
5. 如权利要求l所述的方法，其中所述半导体器件还包括 传输栅极；以及收集扩散区；并且该方法还包括将所述信号通过传输栅极从所述硅台传输到收集 扩散区。
6. 如权利要求1所述的方法，其中响应于入射该半导体器件的 辐射在该半导体器件中产生所述信号包括在所述硅台中产生多个电子/空穴对；以及 使所述多个电子/空穴对中的每一对中的电子和空穴漂移分开， 使得在该半导体器件中产生所述信号。
7. —种用于确定辐射强度的装置，包括 半导体器件，其具有桂台；以及沿该硅台的至少三个侧壁的光栅导体材料； 其中，调适半导体器件，4吏得 在该硅台中形成耗尽区；以及响应于入射该半导体器件的辐射，在该半导体器件中产生信号， 其中该信号具有与该辐射强度相关的强度。
8. 如权利要求7所述的装置，其中该半导体器件被进一步调适 以在该硅台的基本上整个空间中形成所述耗尽区。
9. 如权利要求8所述的装置，其中该半导体器件被进一步调适为使用沿所述硅台的第一侧壁的光栅导体材料，使得在所述硅台的 和所述第一侧壁相邻的部分中形成第一栅极诱导耗尽区；以及使用沿所述硅台的第二侧壁的光栅导体材料，使得在所述硅台的 和所述第二侧壁相邻的部分中形成第二栅极诱导耗尽区，并且第二栅 极诱导耗尽区和第 一栅极诱导耗尽区合并。
10. 如权利要求8所述的装置，其中该半导体器件被进一步调适 以在该硅台的基本上整个深度中形成所述耗尽区。
11. 如权利要求7所述的装置，其中 所述半导体器件还包括 传输栅极；以及收集扩散区；并且该半导体器件被进一步调适为将所述信号通过传输栅极从所述 硅台传输到收集扩散区。
12. 如权利要求7所述的装置，其中该半导体器件被进一步调适为在所述硅台中产生多个电子/空穴对；以及 使所述多个电子/空穴对的每一对中的电子和空穴漂移分开，使 得在该半导体器件中产生所述信号。
13. 如权利要求7所述的装置，其中所述硅台的顶面是暴露的。
14. 如权利要求7所述的装置，其中所述硅台的深度为大约 訓0nm。
15. 如权利要求7所述的装置，其中所述硅台中的p型掺杂剂的 浓度为大约lxl015cnT3。
16. —种用于确定辐射强度的系统，包括 衬底；以及在该衬底上形成的至少一个半导体器件，该半导体器件具有 娃台；以及沿该硅台的至少三个侧壁的光栅导体材料； 其中，调适半导体器件以 在该硅台中形成耗尽区；以及 响应于入射该半导体器件的辐射，在该半导体器件中产生信号， 其中该信号具有与该辐射强度相关的强度。
17. 如权利要求16所述的系统，其中该半导体器件被进一步调 适以在该硅台的基本上整个空间中形成所述耗尽区。
18. 如权利要求17所述的系统，其中该半导体器件被进一步调适为使用沿所述硅台的第 一侧壁的光栅导体材料，使得在所述硅台的 和所述第一侧壁相邻的部分中形成第一栅极诱导耗尽区；以及使用沿所述硅台的第二侧壁的光栅导体材料，使得在所述硅台的 和所述第二侧壁相邻的部分中形成第二栅极诱导耗尽区，并且第二栅 极诱导耗尽区和第 一槺极诱导耗尽区合并。
19. 如权利要求17所述的系统，其中该半导体器件被进一步调 适以在该硅台的基本上整个深度中形成所述耗尽区。
20. 如权利要求16所述的系统，其中 所述半导体器件还包括传输栅极；以及 收集扩散区；并且该半导体器件被进一步调适为将所述信号通过传输栅极从所述 硅台传输到收集扩散区。
21. 如权利要求16所述的系统，其中该半导体器件被进一步调适为在所述硅台中产生多个电子/空穴对；以及 使所述多个电子/空穴对中的每一对中的电子和空穴漂移分开， 使得在该半导体器件中产生所述信号。
22. 如权利要求16所述的系统，其中所述硅台的顶面是暴露的。
23. 如权利要求16所述的系统，其中所述硅台的深度为大约 IOOO腿。
24. 如权利要求16所述的系统，其中所述硅台中的p型掺杂剂 的浓度为大约lxl0"cm3。
25.如权利要求16所述的系统，其中所述衬底是体衬底或是 绝缘体上硅衬底。
全文摘要
本申请涉及用于确定辐射强度的方法、装置和系统。在第一方面中，提供了确定辐射强度的第一方法。该第一方法包括以下步骤(1)提供具有(a)硅台；以及(b)沿该硅台的至少三个侧壁的光栅导体材料的半导体器件；(2)在该硅台中形成耗尽区；以及(3)响应于入射半导体器件的辐射，在该半导体器件中产生信号，该信号具有与该辐射强度相关的强度。提供了大量其它方面。
文档编号H01L27/144GK101097970SQ20071010211
公开日2008年1月2日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年6月30日
发明者杰克·A.·曼德尔曼, 瓦格迪·W.·阿巴迪尔 申请人:国际商业机器公司