[发明专利]具有实时显示功能的图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别涉及图像传感器的制造技术。

背景技术

图像传感器是构成数字摄像头的主要部件之一，被广泛应用于数码成像、航空航天以及医疗影像等领域。

图像传感器根据元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。

CCD图像传感器是应用爱因斯坦有关光电效应理论的结果，即光照射到某些物质上，能够引起物质的电性质发生变化，具体地说，CCD作为一种集成电路，具有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。

CCD图像传感器具有较低的读出噪音和暗电流噪音，同时具有高光子转换效率，所以既提高了信噪比，又提高了灵敏度，很低光照强度的入射光也能被侦测到，其信号不会被掩盖。另外，CCD还具有高动态范围，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象，但其的功耗比较大，供给电压不一致，与传统的CMOS工艺不匹配，集成度不高，所以成本偏高。

CCD图像传感器除了大规模应用于数码相机外，还广泛应用于摄像机、扫描仪，以及工业领域等。值得一提的是，在医学中为诊断疾病或进行显微手术等而对人体内部进行的拍摄中，也大量应用了CCD图像传感器及相关设备。在天文摄影与各种夜视设备中，也广泛应用到CCD图像传感器。

CMOS图像传感器在过去几十年中取得了显著的发展。至今CMOS图像传感器已研制出三大类，即CMOS无源像素传感器(CMOS-PPS)、CMOS有源像素传感器(CMOS-APS)和CMOS数字像素传感器(CMOS-DPS)。有源像素结构相对无源像素传感器结构在像素单元里增加了有源放大管，于是减小了读出噪声并且它的读出速度也较快；另外由于有源放大管仅仅在读出状态下才工作，它的功耗也较小；但是有源像素传感器在提高性能的同时也付出了增加像素单元面积和减小“填充系数(Fill Factor)”的代价。近年来，美国斯坦福大学最早提出了一种新的CMOS图像传感器结构一一数字像素传感器(DPS)，即它在像素单元里集成了ADC和存储单元。

CMOS图像传感器正在数码相机、PC摄像机、移动通信产品等领域得到日益广泛的应用。

目前的图像传感器，尤其是CMOS图像传感器的结构都存在读出电路复杂、读出噪声大、读出时间长和集成度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有实时显示功能的图像传感器及其制造方法，减少外围读出电路，避免由读出电路中的晶体管产生的噪声以及读出电路引入的显示延迟，并且提高集成度。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种具有实时显示功能的图像传感器，包含：

以绝缘介质层间隔的显示层和光学传感层；并且

显示层包含上、下透明导电层，以及位于上、下透明导电层之间的液晶材料层；

光学传感层包含半导体衬底，在半导体衬底上划分有多个像素区域，每一个像素区域中包含：

第一导电类型的第一、第三和第四掺杂区，并且，第一掺杂区中包含第二导电类型的第二掺杂区，第二掺杂区的掺杂浓度高于第一掺杂区的掺杂浓度；

在第三和第四掺杂区之间的半导体衬底表面上包含第一栅极，用于连接复位信号；

在第一和第四掺杂区之间的半导体衬底表面上包含第二栅极，用于连接传输控制信号；

第四掺杂区作为浮动扩散区，并与上、下透明导电层之一连接。

本发明的实施方式还公开了一种具有实时显示功能的图像传感器的制造方法，包含以下步骤：

在由半导体材料制成的光学衬底表面内以离子注入的方式形成第一导电类型的第一掺杂区、第三掺杂区和第四掺杂区，其中，第四掺杂区作为浮动扩散区；

在第一掺杂区的部分区域以离子注入的方式形成具有第二导电类型的第二掺杂区，并且第二掺杂区的掺杂密度大于第一掺杂区；

在第三和第四掺杂区之间的半导体表面上形成用于连接复位信号的第一栅极；

在第一和第四掺杂区之间的半导体表面上形成用于连接传输控制信号的第二栅极；

在半导体衬底的表面形成绝缘介质层；

将半导体衬底减薄到1μm至1mm之间；

在绝缘介质层表面依次形成下透明导电层、液晶材料层、上透明导电层；

将浮动扩散区与下透明导电层连接。