专利名称：近红外-可见光可调图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传技术感器，具体涉及一种近红外-可见光可调图像传感器及其制造方法，属于半导体感光器件领域。
背景技术：
互补金属-氧化物-半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor, CMOS)图像传感器包括多个MOS晶体管和用作外围电路的信号处理电路部分，并利用COMS技术将其整合在半导体衬底之上。传统CMOS图像传感器核心的感光元件部分即单个像素，主要由一个反偏二极管与放大MOS晶体管组成，通过MOS晶体管依次检测出各单位像素的输出。图1展示了一种现有的CMOS图像传感器的单个像素单元的电路组成。如图1，该CMOS图像传感器的单个像素单元具有4个MOS晶体管，具体包括光电二极管(PD)1、电荷转移门管(TG) 2、复位晶体管(RST) 3、源极跟随器(SF) 4、选择晶体管(RS) 5以及电容器(FD) 60它 的工作过程是首先进入“复位状态”，复位晶体管导通，对光电二极管进行复位。然后进入“取样状态”，复位晶体管关闭，光照射到光电二极管上产生光生载流子，并通过源极跟随器放大输出。最后进入“读出状态”，这时选择晶体管打开，信号通过列总线(Vout)输出，Vdd为电源电压。传统的光电二极管包括有娃基光电二极管和锗化娃基光电二极管。传统的娃基光电二极管结构如图2所示，包括在硅衬底中形成的重掺杂的n型掺杂区10、轻掺杂的n型掺杂区11和重掺杂的P型掺杂区13，在n型掺杂区11和重掺杂的p型掺杂区13之间会形成耗尽区12,在娃衬底之上还形成有氧化层14和金属电极15。传统的锗化娃基光电二极管结构如图3所示，包括重掺杂的p型硅衬底20，在p型硅衬底20之上形成的重掺杂的p型锗衬底21，在p型锗衬底21之上形成的本征锗衬底22，在本征锗衬底22内形成的重掺杂的n型掺杂区23，还包括有氧化铝介质层24、氧化层25以及金属电极26。由娃基光电二极管构成的可见光图像传感器侧重于信号大小，而由锗化娃基光电二极管构成的近红外传感器侧重于信号有无，分别应用于民用和军事领域。目前，硅基图像传感器和锗化硅基近红外传感器都是集成在不同的芯片上，芯片功能单一，集成度低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种近红外-可见光可调图像传感器，将硅基光电二极管与锗化硅基光电二极管集成在同一芯片上，以增加芯片的集成度与功能。为达到本发明的上述目的，本发明提出了一种近红外-可见光可调图像传感器，包括
一个具有P型掺杂类型的硅衬底；
在所述硅衬底上形成的硅基光电二极管；
在所述硅衬底上形成的锗化硅基光电二极管；
在所述硅衬底内、所述硅基光电二极管与所述锗化硅基光电二极管之间形成的第一晶体管与第二晶体管；
在所述硅衬底之上、所述第一晶体管与所述第二晶体管之间形成的一个作为电荷存储节点的具有导电性的浮动节点。如上所述的近红外-可见光可调图像传感器，所述第一晶体管的源区与所述硅基光电二极管的n型掺杂区域相连。所述第二晶体管的源区与所述锗化硅基光电二极管的n型掺杂区域相连。所述第一晶体管与所述第二晶体管共用一个漏区，且所述漏区与所述浮动节点相连。进一步地，本发明还提出了上述近红外-可见光可调 图像传感器的制造方法，具体包括
对提供的具有P型掺杂类型的硅衬底进行刻蚀以形成用于形成锗化硅基光电二极管的区域；
在所形成的用于形成锗化硅基光电二极管的区域内外延生长一层锗化硅；
在所提供的硅衬底以及所形成的锗化硅外延层内分别形成第一n型掺杂区和第二n型惨杂区；
在所述第一 n型掺杂区、第二 n型掺杂区以及所述第一 n型掺杂区与所述第二 n型掺杂区之间的硅衬底内分别形成重掺杂的第一 n型源区、第二 n型源区和n型漏区；
在所形成结构的表面形成一层栅氧化层；
刻蚀所述栅氧化层露出所述n型漏区；
在所述第一 n型源区与n型漏区之间的栅氧化层之上、所述第二 n型源区与n型漏区之间的栅氧化层之上形成导电层并在所述露出的n型漏区的表面形成作为电荷存储节点的具有导电性的浮动节点。本发明将娃基光电二极管与锗化娃基光电二极管集成在同一芯片上，通过增加一个传递晶体管，实现娃基光电二极管与锗化娃基光电二极管在不同时刻被同一读出电路控制，从而可以拓宽感光器件的光谱响应范围，实现芯片的高集成度与多功能性，并降低芯片的制造成本。本发明适用于低功耗、中高端产品以及特定波段的感光设备，特别适用于军事、通信等特定用途的领域。
图1为一种现有的CMOS图像传感器的单个像素单元的电路图。图2为传统的硅基光电二极管结构的截面图。图3为传统的锗化硅基光电二极管结构的截面图。图4为本发明所提出的近红外-可见光可调图像传感器的一个实施例的截面图。图5为由本发明所提出的近红外-可见光可调图像传感器构成的CMOS图像传感器的单个像素单元的电路图的一个实施例。图6至图12为本发明所公开的近红外-可见光可调图像传感器的制造方法的一个实施例的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明，在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。图4为本发明所提出的近红外-可见光可调图像传感器的一个实施例的截面图，图5为由本发明所提出的近红外-可见光可调图像传感器构成的CMOS图像传感器的单个像素单元的电路图的一个实施例。如图4以及图5所示，本发明所提出的近红外-可见光可调图像传感器包括一个具有P型掺杂类型的娃衬底200,在娃衬底200内形成的锗化娃外延层201，在硅衬底200以及锗化硅外延层201内分别形成有第一 n型掺杂区203和第二 n型掺杂区202。硅衬底200内的第一 n型掺杂区203与p型硅衬底200构成一个硅基光电二极管31，锗化硅外延层201内的第二 n形掺杂区202与p型硅衬底200够成一个锗化硅基光电二极管32。在p型娃衬底200之上还形成有第一晶体管34和第二晶体管35，第一晶体管34包括第一 n型源区204、栅氧化层207、第一栅电极208以及n型漏区205，第二晶体管35包括与第一晶体管34共用的n型漏区205、栅氧化层207以及第二栅电极210和在 锗化硅外延层201内形成的第二 n型源区206。作为电荷存储节点的具有导电性的浮动节点209与n型漏区205相连，浮动节点209的材料优选为掺杂的多晶硅、钨或者为氮化钛。如图5所示，虚线401外的外围电路与图1所示现有的CMOS图像传感器的单个像素单元的电路的外围电路相同。虚线401内的电路为发明所提出的如图4所示的近红外-可见光可调图像传感器结构的电路示意图，所示31为硅基光电二极管，所示32为锗化硅基光电二极管，所示34为第一晶体管，所示35为第二晶体管。第一晶体管34的源区与娃基光电二极管的阴极(第一 n型掺杂区203)相连,第二晶体管35的源区与锗化娃基光电二极管的阴极(第二 n型掺杂区202)相连。所示电容器33为作为电荷存储节点的具有导电性的浮动节点，与第一晶体管34的漏区以及第二晶体管35的漏区相连接。与传统的CMOS图像传感器结构相比，本发明通过增加一个传递晶体管，实现硅基光电二极管与锗化硅基光电二极管在不同时刻被同一读出电路控制，从而可以拓宽感光器件的光谱响应范围，实现芯片的高集成度与多功能性，并降低芯片的制造成本。本发明所提出的近红外-可见光可调图像传感器可以通过很多方法制造，以下所叙述的是本发明所公开的如图4所示的近红外-可见光可调图像传感器的制造方法的一个实施例。首先，如图6所示，用业界所熟知的RCA (美国无线电公司)清洗工艺对提供的具有P型掺杂类型的硅衬底200进行清洗，并用高纯氮气将p型硅衬底200吹干或者用烘箱将其烘干。然后在处理好的P型硅衬底200的表面旋涂一层光刻胶301并掩膜、曝光、显影定义出外延生长锗化硅的位置，接着刻蚀掉部分暴露出的P型硅衬底200以形成用于外延生长锗化硅的区域。剥除光刻胶301后，在上述所刻蚀形成的区域内外延生长一层锗化硅201，并用化学机械抛光(CMP)技术将其平坦化，如图7所示。接下来，在所形成的结构之上旋涂一层光刻胶302并掩膜、曝光、显影定义出后续要进行离子注入的区域，然后通过离子注入工艺在P型硅衬底200以及锗化硅外延层201内分别形成第一 n型掺杂区203和第二 n型掺杂区202，如图8所示。剥除光刻胶302后，继续旋涂一层光刻胶303并掩膜、曝光、显影定义出后续要进行离子注入的区域，然后继续通过离子注入工艺在第一 n型掺杂区203、p型硅衬底200以及在锗化硅外延层内形成的第二 n型掺杂区202内分别形成重掺杂的第一 n型源区204、n型漏区205、第二 n型源区206，如图9所示。接下来，剥除光刻胶303，然后采用低温氧化工艺在硅衬底200以及锗化硅外延层201的表面生长一层栅氧化层207，栅氧化层207比如为氧化硅，如图10所示。接下来，在氧化层207之上旋涂一层光刻胶304并掩膜、曝光、显影定义出n型漏区205的位置，然后刻蚀掉暴露出的氧化层207以露出n型漏区205，如图11所示，
最后，剥除光刻胶304，并在所形成器件表面淀积一层导电层，所述导电层优选为掺杂的多晶硅、钨或者为氮化钛。然后通过光刻工艺和刻蚀工艺刻蚀所述导电层以形成晶体管的第一栅电极208、第二栅电极210以及作为电荷存储节点的具有导电性的浮动节点209，如图12所示。如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实例。
权利要求
1.一种近红外-可见光可调图像传感器，其特征在于，包括一个具有P型掺杂类型的硅衬底；在所述硅衬底上形成的硅基光电二极管；在所述硅衬底上形成的锗化硅基光电二极管；在所述硅衬底内、所述硅基光电二极管与所述锗化硅基光电二极管之间形成的第一晶体管与第二晶体管；在所述硅衬底之上、所述第一晶体管与所述第二晶体管之间形成的一个作为电荷存储节点的具有导电性的浮动节点。
2.根据权利要求1所述的近红外-可见光可调图像传感器，其特征在于，所述第一晶体管的源区与所述硅基光电二极管的η型掺杂区域相连。
3.根据权利要求1所述的近红外-可见光可调图像传感器，其特征在于，所述第二晶体管的源区与所述锗化硅基光电二极管的η型掺杂区域相连。
4.根据权利要求1所述的近红外-可见光可调图像传感器，其特征在于，所述第一晶体管与所述第二晶体管共用一个漏区，且所述漏区与所述浮动节点相连。
5.一种如权利要求1所述的近红外-可见光可调图像传感器的制造方法，其特征在于，具体步骤包括对提供的具有P型掺杂类型的硅衬底进行刻蚀以形成用于形成锗化硅基光电二极管的区域；在所形成的用于形成锗化硅基光电二极管的区域内外延生长一层锗化硅；在所提供的硅衬底以及所形成的锗化硅外延层内分别形成第一η型掺杂区和第二η型惨杂区；在所述第一 η型掺杂区、第二 η型掺杂区以及所述第一 η型掺杂区与所述第二 η型掺杂区之间的硅衬底内分别形成重掺杂的第一 η型源区、第二 η型源区和η型漏区；在所形成结构的表面形成一层栅氧化层；刻蚀所述栅氧化层露出所述η型漏区；在所述第一 η型源区与η型漏区之间的栅氧化层之上、所述第二 η型源区与η型漏区之间的栅氧化层之上形成导电层并在所述露出的η型漏区的表面形成作为电荷存储节点的具有导电性的浮动节点。
全文摘要
本发明属于半导体感光器件技术领域，具体涉及一种近红外-可见光可调图像传感器。本发明将硅基光电二极管与锗化硅基光电二极管集成在同一芯片上，通过增加一个传递晶体管，实现硅基光电二极管与锗化硅基光电二极管在不同时刻被同一读出电路控制，从而拓宽感光器件的光谱响应范围，实现芯片的高集成度与多功能性，并降低芯片的制造成本。本发明适用于低功耗、中高端产品以及特定波段的感光设备，特别适用于军事、通信等特定用途的领域。
文档编号H01L27/146GK103000650SQ20121052910
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者王鹏飞, 刘昕彦, 孙清清, 张卫 申请人:复旦大学