一種半浮柵感光器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體感光器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種半浮柵感光器件的制造方法。本發(fā)明通過自對準(zhǔn)工藝，只需要一步光刻便可以形成半浮柵感光器件的浮柵和控制柵，工藝過程簡單，易于控制；同時(shí)，本發(fā)明采用多晶鍺化硅作為半浮柵感光器件的浮柵材料，多晶鍺化硅浮柵和硅襯底形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，p型多晶鍺化硅的價(jià)帶頂高于p型硅的價(jià)帶頂，使空穴有選擇的流向p型多晶鍺化硅浮柵，有利于空穴在多晶鍺化硅浮柵中的保存，提高浮柵中空穴數(shù)目的穩(wěn)定性，進(jìn)而可以穩(wěn)定輸出電流。
【專利說明】一種半浮柵感光器件的制造方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體感光器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種半浮柵感光器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體感光器件，由圖像傳感器器件組成的圖像傳感器芯片被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)及手機(jī)等產(chǎn)品中。
[0003]中國專利200910234800.9中提出了一種半導(dǎo)體感光器件，如圖1所示，半導(dǎo)體感光器件10通常在一個(gè)半導(dǎo)體襯底或摻雜的阱500內(nèi)形成，半導(dǎo)體襯底或摻雜的阱500摻雜有低濃度的n型或p型雜質(zhì)，半導(dǎo)體感光器件10的兩邊通過淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)501或者硅的局部氧化與周圍相隔離。漏區(qū)514和源區(qū)511的摻雜類型與半導(dǎo)體襯底或阱500的摻雜類型相反。溝道512通常位于半導(dǎo)體襯底或摻雜的阱500之內(nèi)。漏區(qū)514作為一個(gè)MOSFET的漏極可以通過接觸體513與外部電極連接。源區(qū)511作為一個(gè)MOSFET的源極可以通過接觸體510與外部電極連接。在溝道區(qū)域512與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)501之間為阱區(qū)503，其摻雜類型通常與源區(qū)511和漏區(qū)514相同。反摻雜區(qū)502位于阱區(qū)503內(nèi)，具有和阱區(qū)503相反的摻雜類型，從而形成了一個(gè)P_n結(jié)二極管。溝道區(qū)域512之上形成覆蓋整個(gè)溝道區(qū)域的第一層絕緣膜506。在該第一層絕緣膜之上形成的一個(gè)作為電荷存儲節(jié)點(diǎn)的具有導(dǎo)電性的浮柵區(qū)505。浮柵區(qū)505可以作為一個(gè)MOSFET的浮動(dòng)?xùn)艠O，通過對它施加不同大小的電壓，可以控制流過溝道512的電流密度。浮柵區(qū)505通常與漏區(qū)514的摻雜屬性相反，例如，浮柵區(qū)505由p型摻雜的多晶硅形成，而漏區(qū)514則摻有n型雜質(zhì)。浮柵區(qū)505通過絕緣膜506中的窗口 504與反 摻雜區(qū)502相接觸。因此浮柵區(qū)505也與由反摻雜區(qū)502和阱區(qū)503形成的p-n結(jié)相連。第二層絕緣薄膜509覆蓋在浮柵區(qū)505上，并在第二層絕緣膜509之上形成控制柵極507以及側(cè)墻508。
[0004]中國專利200910234800.9中還提出了上述半導(dǎo)體感光器件10的制造方法，其中，浮柵區(qū)505和控制柵極507的形成過程為:首先，淀積第一層導(dǎo)電薄膜，然后通過光刻工藝刻蝕所述第一層導(dǎo)電薄膜形成浮柵區(qū)505，如圖2a所示；然后，覆蓋浮柵區(qū)505形成第二層絕緣薄膜509，然后在第二層絕緣509之上淀積第二層導(dǎo)電薄膜，然后通過光刻工藝和刻蝕工藝刻蝕所述第二層導(dǎo)電薄膜形成控制柵極507，如圖2b所示。如上所述，在浮柵區(qū)和控制柵極的形成過程中需要進(jìn)行兩次光刻工藝，不僅過程復(fù)雜，還會容易引入對準(zhǔn)偏差。同時(shí)，浮柵區(qū)505通常采用多晶硅、鎢、氮化鈦和金屬材料，多晶硅與與之相接觸的硅襯底之間沒有能帶差，不利于空穴從硅向多晶硅的流動(dòng)，收集效率不高，而且，該半導(dǎo)體感光器件10在讀取電流的時(shí)候會對在控制柵極507施加正電壓，這個(gè)正電壓會抵消加在漏極上的正電壓，這也會導(dǎo)致浮柵區(qū)505中的空穴向反摻雜區(qū)502的流動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出半浮柵感光器件的制造方法，以簡化半浮柵感光器件的制造工藝，并提高空穴在半浮柵感光器件的浮柵中的收集效率。
[0006]本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn):
半浮柵感光器件的制造方法，包括浮柵和控制柵的形成方法，所述浮柵和控制柵的形成方法包括以下步驟:
覆蓋所形成的結(jié)構(gòu)淀積第一層導(dǎo)電薄膜；
在所述第一層導(dǎo)電薄膜之上形成第二層絕緣薄膜；
在所述第二層絕緣薄膜之上淀積第二層導(dǎo)電薄膜；
通過光刻工藝和刻蝕工藝刻蝕所述第二層導(dǎo)電薄膜，刻蝕后剩余的所述第二層導(dǎo)電薄膜形成器件的控制柵；
沿著所述控制柵的兩側(cè)邊沿，繼續(xù)刻蝕掉暴露出的所述第二層絕緣薄膜和所述第一層導(dǎo)電薄膜，刻蝕后剩余的所述第一層導(dǎo)電薄膜形成器件的浮柵，所述浮柵與部分所述具有第一種摻雜類型的摻雜阱連接，將另一部分所述具有第一種摻雜類型的摻雜阱暴露出來。
[0007]優(yōu)選的，上述的半浮柵感光器件的制造方法，其中:在所述浮柵和控制柵的形成方法之前還包括以下步驟:
在具有第一種摻雜類型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)或者硅局部氧化結(jié)構(gòu)； 在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成具有第二種摻雜類型的摻雜阱；
在所述半導(dǎo)體襯底的表面形成第一層絕緣薄膜，然后通過光刻工藝形成圖形；
以光刻膠為掩膜刻蝕掉暴露出的所述第一層絕緣薄膜；
以刻蝕后剩余的所述第一層絕緣薄膜為掩膜，進(jìn)行離子注入，在所述具有第二種摻雜類型的摻雜阱內(nèi)形成具有第一種摻雜類型的摻雜阱，所述具有第一種摻雜類型的摻雜阱與所述具有第二種摻雜類型的摻雜阱形成用于產(chǎn)生光電效應(yīng)的Pn結(jié)二極管。
[0008]優(yōu)選的，所述的半浮柵感光器件的制造方法，其中:在所述浮柵和控制柵的形成方法之后還包括以下步驟:
在所述控制柵的兩側(cè)形成柵極側(cè)墻；
沿著所述柵極側(cè)墻刻蝕掉暴露出的所述第一層絕緣薄膜；
進(jìn)行離子注入，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源漏摻雜；
進(jìn)行電極隔離和電極形成，并形成光通道，使得光能照射到所述用于產(chǎn)生光電效應(yīng)的pn結(jié)二極管上。
[0009]優(yōu)選的，上述的半浮柵感光器件的制造方法，其中:所述的第一層導(dǎo)電薄膜為多晶鍺化硅、多晶硅、鎢、氮化鈦或者合金材料中的任意一種。
[0010]優(yōu)選的，上述的半浮柵感光器件的制造方法，其中:所述的第二層導(dǎo)電薄膜為摻雜的多晶娃、金屬或者它們之間的疊層中的任意一種。
[0011]優(yōu)選的，上述的半浮柵感光器件的制造方法，其中:所述的半導(dǎo)體襯底為硅、絕緣體上的硅、鍺化硅或者砷化鎵中的任意一種。
[0012]優(yōu)選的，上述的半浮柵感光器件的制造方法，其中:所述的第一種摻雜類型為n型，所述的第二種摻雜類型為P型；或者，所述的第一種摻雜類型為P型，所述的第二種摻雜類型為n型。
[0013]優(yōu)選的，上述的半浮柵感光器件的制造方法，其中:所述的第一層絕緣薄膜、第二層絕緣薄膜為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、具有高介電常數(shù)的絕緣材料或者它們之間的疊層中的任意一種
本發(fā)明的突出效果為:
(I)本發(fā)明的半浮柵感光器件的制造方法，通過自對準(zhǔn)工藝形成器件控制柵和浮柵，只需要進(jìn)行一步光刻工藝便可以形成浮柵和控制柵，工藝過程簡單，易于控制。
[0014](2)本發(fā)明提出采用多晶鍺化硅來作為半浮柵感光器件的浮柵材料，多晶鍺化硅浮柵和硅襯底形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，P型多晶鍺化硅的價(jià)帶頂高于P型硅的價(jià)帶頂，會使空穴有選擇的流向P型多晶錯(cuò)化娃浮棚，有利于空穴在多晶錯(cuò)化娃浮棚中的保存，提聞浮棚中空穴數(shù)目的穩(wěn)定性，進(jìn)而穩(wěn)定輸出電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是中國專利200910234800.9中提出的一種半導(dǎo)體感光器件的的剖面圖。
[0016]圖2是中國專利200910234800.9中提出的半導(dǎo)體感光器件的浮柵和控制柵的制
造方法過程示意圖。
[0017]圖3至圖10是本發(fā)明制造半浮柵感光器件的一個(gè)實(shí)施例的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。在圖中，為了方便說明，放大了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實(shí)際尺寸。參考圖是本發(fā)明的理想化實(shí)施例的示意圖，本發(fā)明所示的實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。例如刻蝕得到的曲線通常具有彎曲或圓潤的特點(diǎn)，但在本發(fā)明的實(shí)施例中，均以矩形表示，圖中的表示是示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。同時(shí)在下面的描述中，所使用的術(shù)語襯底可以理解為包括正在工藝加工中的半導(dǎo)體晶片，可能包括在其上所制備的其它薄膜層。
[0019]首先，如圖3所示，在提供的具有第一種摻雜類型的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)或者硅局部氧化結(jié)構(gòu)300，這種隔離技術(shù)是業(yè)界所熟知的。半導(dǎo)體襯底200可以硅、絕緣體上的硅、鍺化硅或者砷化鎵中的任意一種。所述的第一種摻雜類型為n，或者為p型。
[0020]接下來，在半導(dǎo)體襯底200的表面生長一層絕緣薄膜201，比如為氧化硅或者氮化硅，然后通過光刻工藝形成圖形，然后以光刻膠為掩膜刻蝕掉暴露出的所述絕緣薄膜201，停止在半導(dǎo)體襯底200的表莫，然后以刻蝕后剩余的絕緣薄膜201為掩膜，在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成具有第二種摻雜類型的摻雜阱202，如圖4所示。與所述第一種摻雜類型相對應(yīng)的，所述的第二種摻雜類型為P型，或者為n型。
[0021]接下來，在半導(dǎo)體襯底200的表面形成第一層絕緣薄膜203，然后在第一層絕緣薄膜203之上淀積一層光刻膠301并通過光刻工藝形成圖形，然后以光刻膠301為掩膜刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜203，在第一層絕緣薄膜203中形成一個(gè)開口 401，進(jìn)而暴露出部分所述具有第二種摻雜類型的摻雜阱202，如圖5所示。第一層絕緣薄膜203可以為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、具有高介電常數(shù)的絕緣材料或者它們之間的疊層中的任意一種。
[0022]剝除光刻膠301后，以刻蝕后剩余的第一層絕緣薄膜203為掩膜，進(jìn)行離子注入，在具有第二種摻雜類型的摻雜阱202內(nèi)形成具有第一種摻雜類型的摻雜阱204，具有第一種摻雜類型的摻雜阱204與具有第二種摻雜類型的摻雜阱202可以形成一個(gè)用于產(chǎn)生光電效應(yīng)的pn結(jié)二極管,如圖6所示。
[0023]接下來，覆蓋所形成的結(jié)構(gòu)淀積第一層導(dǎo)電薄膜205，如圖7所示。接著，繼續(xù)在第一層導(dǎo)電薄膜205之上形成第二層絕緣薄膜206，然后在第二層絕緣薄膜206之上淀積第二層導(dǎo)電薄膜207，然后通過光刻工藝定義出器件的控制柵的位置。然后以光刻膠302為掩膜刻蝕掉暴露出的第二層導(dǎo)電薄膜207，刻蝕后剩余的第二層導(dǎo)電薄膜207形成器件的控制柵207，如圖8所示。第二層絕緣薄膜206可以為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、具有高介電常數(shù)的絕緣材料或者它們之間的疊層中的任意一種。第一層導(dǎo)電薄膜205為多晶鍺化硅、多晶硅、鎢、氮化鈦或者合金材料中的任意一種。第二層導(dǎo)電薄膜207為摻雜的多晶硅、金屬或者它們之間的疊層中的任意一種。
[0024]接下來，沿著控制柵207的兩側(cè)邊沿，繼續(xù)刻蝕掉暴露出的第二層絕緣薄膜206和第一層導(dǎo)電薄膜205,刻蝕后剩余的第一層導(dǎo)電薄膜205形成器件的浮柵205,浮柵205與部分具有第一種摻雜類型的摻雜阱204連接，將另一部分具有第一種摻雜類型的摻雜阱204暴露出來，剝除光刻膠302后如圖9所示。
[0025]如上所述，經(jīng)過一次光刻工藝便可以形成器件的控制柵和浮柵，工藝過程簡單。而且，當(dāng)采用硅材料作為半導(dǎo)體襯底材料，并且采用鍺化硅材料作為浮柵材料時(shí)，多晶鍺化硅浮柵和硅襯底形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，P型多晶鍺化硅的價(jià)帶頂高于P型硅的價(jià)帶頂，會使空穴有選擇的流向P型多晶錯(cuò)化娃，有利于空穴在多晶錯(cuò)化娃浮棚中的保存，提聞浮棚中空穴數(shù)目的穩(wěn)定性，進(jìn)而可以穩(wěn)定輸出電流。
[0026]最后，在控制柵207的兩側(cè)形成柵極側(cè)墻208，接著沿著柵極側(cè)墻203刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜203，然后通過離子注入工藝，在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)進(jìn)行源漏摻雜，形成源區(qū)209和漏區(qū)210，然后進(jìn)行常規(guī)的半導(dǎo)體后道工藝，形成源電極211和漏電極212，并形成光通道，使得光能照射到所述用于產(chǎn)生光電效應(yīng)的pn結(jié)二極管上，如圖10所示。
[0027]本發(fā)明尚有多種實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.半浮柵感光器件的制造方法，包括浮柵和控制柵的形成方法，其特征在于，所述浮柵和控制柵的形成方法包括以下步驟: 覆蓋所形成的結(jié)構(gòu)，淀積第一層導(dǎo)電薄膜； 在所述第一層導(dǎo)電薄膜之上形成第二層絕緣薄膜； 在所述第二層絕緣薄膜之上淀積第二層導(dǎo)電薄膜； 通過光刻工藝和刻蝕工藝刻蝕所述第二層導(dǎo)電薄膜，刻蝕后剩余的所述第二層導(dǎo)電薄膜形成器件的控制柵； 沿著所述控制柵的兩側(cè)邊沿，繼續(xù)刻蝕掉暴露出的所述第二層絕緣薄膜和所述第一層導(dǎo)電薄膜，刻蝕后剩余的所述第一層導(dǎo)電薄膜形成器件的浮柵，所述浮柵與部分具有第一種摻雜類型的摻雜阱連接，將另一部分具有第一種摻雜類型的摻雜阱暴露出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半浮柵感光器件的制造方法，其特征在于:在所述浮柵和控制柵的形成方法之前還包括以下步驟: 在具有第一種摻雜類型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)或者硅局部氧化結(jié)構(gòu)； 在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成具有第二種摻雜類型的摻雜阱； 在所述半導(dǎo)體襯底的表面形成第一層絕緣薄膜，然后通過光刻工藝形成圖形； 以光刻膠為掩膜刻蝕掉暴露出的所述第一層絕緣薄膜； 以刻蝕后剩余的所述第一層絕緣薄膜為掩膜，進(jìn)行離子注入，在所述具有第二種摻雜類型的摻雜阱內(nèi)形成具有第一種摻雜類型的摻雜阱，所述具有第一種摻雜類型的摻雜阱與所述具有第二種摻雜類型的摻雜阱形成用于產(chǎn)生光電效應(yīng)的Pn結(jié)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半浮柵感光器件的制造方法，其特征在于:在所述浮柵和控制柵的形成方法之后還包括以下步驟: 在所述控制柵的兩側(cè)形成柵極側(cè)墻； 沿著所述柵極側(cè)墻刻蝕掉暴露出的所述第一層絕緣薄膜； 進(jìn)行離子注入，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源漏摻雜； 進(jìn)行電極隔離和電極形成，并形成光通道，使得光能照射到所述用于產(chǎn)生光電效應(yīng)的pn結(jié)二極管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半浮柵感光器件的制造方法，其特征在于:所述的第一層導(dǎo)電薄膜材料為多晶鍺化硅、多晶硅、鎢、氮化鈦或者合金材料中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半浮柵感光器件的制造方法，其特征在于:所述的第二層導(dǎo)電薄膜為摻雜的多晶硅、金屬或者它們之間的疊層中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求f3所述的任意一種半浮柵感光器件的制造方法，其特征在于:所述的半導(dǎo)體襯底為硅、絕緣體上的硅、鍺化硅或者砷化鎵中的任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求r2所述的任意一種半浮柵感光器件的制造方法，其特征在于:所述的第一種摻雜類型為n型，所述的第二種摻雜類型為P型；或者，所述的第一種摻雜類型為P型，所述的第二種摻雜類型為n型。
8.根據(jù)權(quán)利要求廣3所述的任意一種半浮柵感光器件的制造方法，其特征在于:所述的第一層絕緣薄膜、第二層絕緣薄膜為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、具有高介電常數(shù)的絕緣材料或者它們之間的疊層中的任意一種。
【文檔編號】H01L27/146GK103579275SQ201310548645
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】孫清清, 王鵬飛, 張衛(wèi) 申請人:復(fù)旦大學(xué)