[发明专利]一种半导体感光器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别是一种半导体感光器件；本发明还涉及一种半导体感光器件的制造方法。

背景技术

图像传感器是用来将光信号转换为电信号的半导体器件，由图像传感器器件组成的图像传感器芯片(Image Sensor)被广泛应用于数码相机、摄像机及手机等多媒体产品中。

目前图像传感器主要有两种：电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器和互补金属-氧化物-半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)图像传感器。电荷耦合器件具有图像质量高、噪声小等优点，但其生产成本也偏高，同时不易同外围电路集成。CMOS图像传感器集成度高、体积小、功耗低、动态范围宽，并且可以与当前的制造工艺兼容，而且具有高度系统整合的条件。因此，近年来CMOS图像传感器已成为发展热点。

CMOS图像传感器的核心是其内部的感光元件部分，也即单个像素。常规的一种技术是由一个反偏二极管与周围的几个功能性MOSFET器件共同组成，通过MOSFET依次检测出各单位像素的输出。图1为相应的电路结构示意图。

参照图1，该CMOS图像传感器的单个像素单元具有4个MOS管，具体包括：光电二极管(PD)、电荷溢出门管(TG)、复位晶体管(RST)、源极跟随器(SF)以及选择晶体管(RS)。它的工作过程是：首先进入“复位状态”，复位晶体管RST导通，对光敏二极管复位。然后进入“取样状态”，复位晶体管RST关闭，光照射到光电二极管上产生光生载流子，并通过源跟随器SF放大输出；最后进入“读出状态”，这时选择晶体管(RS)打开，信号通过列总线输出。这种技术中，每个像素单元除了光电二极管外还使用了多个功能性晶体管，占据了较大的衬底面积，像素数量较低，产品分辨率不高。

另外，中国专利200910234800.9公开了一种新型半导体感光器件，该器件将反偏二极管和周围的功能性MOSFET集成于单个器件单元中，简化了感光元件的设计，使单个像素的芯片占用面积明显降低。对于这种技术中，受到工艺和结构的影响，其漏极的串联电阻较大，并且漏极的电容耦合系数也较高。同时量子效率受到了结构的限制也比较低。这些因素一定程度了影响了该感光器件的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在保持感光器件高性能的同时，降低CMOS图像传感器中单个像素单元的电路复杂度，提高图像传感器的像素。为解决上述技术问题，本发明提出了一种新型的半导体感光器件，同时提供了一种半导体感光器件的制造方法。

所述半导体感光器件包括：一个具有第一种掺杂类型的半导体衬底；在所述半导体衬底上形成的具有第二种掺杂类型的源区和漏区；在所述半导体衬底内形成的具有第二种掺杂类型的感光区；在所述半导体衬底内形成的介于所述源区和漏区之间的一个沟道区域；所述的感光区与衬底形成的一个感光p-n结二极管。在所述沟道区域之上形成的覆盖整个沟道区域的第一层绝缘薄膜；在该第一层绝缘薄膜之上形成的一个作为电荷存储节点的具有导电性的浮栅区；覆盖在所述浮栅区之上的第二层绝缘薄膜；以及，在所述第二层绝缘薄膜之上形成的控制栅极。

进一步地，所述半导体衬底为单晶硅、绝缘体上硅、锗化硅或砷化镓。

进一步地，所述第一层绝缘薄膜是由二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者高介电常数的绝缘体如HfO2、HfSiO、HfSiNO形成，其厚度范围为10-200埃。

进一步地，所述第二层绝缘薄膜是由二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者高介电常数的绝缘体如HfO2、HfSiO、HfSiNO形成，其厚度范围为20-200埃。

进一步地，所述浮栅区是由多晶硅、钨、氮化钛、氮化钽或者合金材料形成，其形成的导体层的厚度范围为20-300纳米。

进一步地，所述感光p-n结二极管的两端分别连接浮栅区和衬底，所述感光p-n结二极管可以是硅基p-n同质结，或者是由SiGe、InGaAs、GaN、GaAs和Si组合形成的异质结。

进一步地，所述感光p-n结二极管的阳极与所述浮栅区相连接，阴极与所述衬底相连接；或者，所述感光p-n结二极管的阴极与所述浮栅区相连接，阳极与所述衬底相连接。也就是说，p-n结方向可以接成正反两个方向。

进一步地，所述感光区位于所述的源区、漏区以及沟道区域的两侧或者其中的一侧，并与所述的源区、漏区以及沟道区之间通过硅局部氧化结构或者硅浅槽隔离结构相隔离。

进一步地，所述感光区与所述浮栅区相接触。