CN102915947A - 一种用于有源像素传感器的绝缘体上硅结构形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有源像素传感器领域，特别涉及一种将图像传感器中的部分耗尽（PD）型和全耗尽（FD）型MOS器件在同一绝缘体上硅（SOI）基底实现的SOI结构生成方法。本发明包括：在多晶硅衬底上形成第一氧化层；在第一氧化层上形成半绝缘多晶硅层：在半绝缘多晶硅层上刻蚀出沟槽；在刻蚀后的半绝缘多晶硅薄膜层上得到第二氧化层；刻蚀出一个贯穿至多晶硅衬底的窗口；形成顶层多晶硅层。本发明方法在实现了有源像素传感器中的部分耗尽（PD）型MOS管和全耗尽型（FD）型MOS管在同一SOI基底上制作，提高图像传感器热稳定性和抗辐射性能的同时，降低了工艺的复杂程度。

Description

一种用于有源像素传感器的绝缘体上硅结构形成方法
技术领域
本发明涉及有源像素传感器领域，特别涉及一种将图像传感器中的部分耗尽（PD）型和全耗尽（FD）型MOS器件在同一绝缘体上硅（SOI）基底实现的SOI结构生成方法。
背景技术
图像传感器目前在各个领域有着广泛的应用。如汽车电子、数码相机、视频监控、医疗电子卫星对地观测等领域都广泛采用了图像采集处理系统，图像传感器作为图像采集处理系统的核心，自从上世纪60年代末期问世以来，得到了迅速的发展。过去由于CCD图像传感器具有低噪声、灵敏度高等优点，而CMOS图像传感器过去存在像素尺寸大、信噪比低、分辨率低、灵敏度低等缺点，所以CCD图像传感器一直主宰着图像传感器市场。但随着标准CMOS大规模集成电路技术的不断发展，过去CMOS图像传感器在制造工艺上的技术难关都找到了相应的解决途径，目前CMOS图像传感器以其高可靠性、低功耗、低成本等明显优势，正在逐步取代CCD，并开始向着高清专业摄像、高精度工业视觉、抗辐射太空成像等高端领域方向发展。在航空航天、核工业等领域，普通CMOS图像传感器受到空间粒子辐射，会产生失效现象。因此具有抗辐射性能的CMOS图像传感器在以上领域具有重要的应用价值。
SOI（Silicon On Insulator）作为一种全介质隔离技术从上世纪60年代开始受到了关注，80年代后得到了较快的发展，90年代后期逐渐进入了商业应用领域。SOI结构为器件与衬底间由一层隐埋绝缘层隔开，该结构与体硅结构相比，有着许多体硅结构不可比拟的优势。SOI器件具有抗辐射能力强、功耗低、集成度高、抗干扰能力强、无闩锁效应等优点，而且SOI器件可以很好的等比例缩小，使得SOI技术在深亚微米器件中的应用中具有较好的发展前景,并且在抗辐射有源像素传感器领域用有着重要的应价值。
半绝缘性多晶硅膜（SIPOS）以其半绝缘性、电中性，以及膜内具有高密度陷阱等特点，能够有效防止器件表面的电荷积累和电荷污染。当SIPOS层遇到离子时会在其表面感生出相反极性的电荷，从而形成对外加电场具有屏蔽作用的空间电荷区。根据以上特点可以看出SIPOS在一种适于有源像素传感器的SOI结构中的应用有着重要意义。
由于制作部分耗尽（PD）型MOS管和全耗尽型（FD）型MOS管所要求的硅膜厚度不同，常规SOI工艺多采用硅片键合技术形成顶层硅膜，在同一SOI基底上制作不同厚度的硅膜工艺过于复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高SOI图像传感器的热稳定性和抗辐射性能，降低工艺复杂程度的用于有源像素传感器的绝缘体上硅结构形成方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于有源像素传感器的绝缘体上硅结构形成方法，包括如下步骤：
（1）通过热氧化生长法，在多晶硅衬底上形成第一氧化层（101）；
（2）在第一氧化层上利用低压气相淀积，使SiH4与N2O和N2在650℃在第一氧化层上形成半绝缘多晶硅层（201）：
（3）在半绝缘多晶硅层上涂光刻胶，用光刻技术，曝光刻蚀出沟槽；
（4）在刻蚀后的半绝缘多晶硅层上利用低压气相淀积在500℃以下通过SiH4和O2反应得到第二氧化层（401）；
（5）在第二氧化层上涂光刻胶，曝光刻蚀出一个贯穿至多晶硅衬底的窗口（302）；
（6）利用选择外延生长，通过窗口在第二氧化层上形成顶层多晶硅层（401）。
沟槽具有不同刻蚀深度，使不同特性SOI、MOS器件制作在同一SOI基底上。
本发明的有益效果在于：
本发明方法在实现了有源像素传感器中的部分耗尽（PD）型MOS管和全耗尽型（FD）型MOS管在同一SOI基底上制作的同时，提高图像传感器热稳定性和抗辐射性能。本发明通过在隐埋绝缘层上刻蚀不同深度沟槽和一次多晶硅选择外延生长即可形成适合制作部分耗尽（PD）型MOS器件和全耗尽型（FD）型MOS器件的不同厚度的顶层硅膜，降低了工艺的复杂程度。
附图说明
图1为多晶硅衬底示意图；
图2为多晶硅表面形成氧化层薄膜示意图；
图3为在氧化层表面形成SIPOS层示意图；
图4为在SIPOS层表面刻蚀沟槽示意图；
图5为在刻蚀后SIPOS层形成薄氧化层示意图；
图6为在绝缘层上刻蚀窗口示意图；
图7为选择外延生长形成SOI层示意图。
具体实施方式
上述一种适用于有源像素传感器的SOI结构形成方法，下面结合附图对其进行更进一步的详细说明。
1、本发明涉及的一种适用于有源像素传感器的SOI结构形成方法，其特点为，有源像素传感器中的全耗尽型MOS管和部分耗尽型MOS管在同一SOI基底上实现。首先选择P型或N型掺杂的多晶硅衬底，如图1所示。
2、在图1所示的多晶硅衬底上，通过热氧化生长法，使硅与氧或水气等氧化剂，在高温下经化学反应生成图2中的氧化层101，该氧化层起到介质隔离的作用。其厚度由所用工艺、设计需要而定。
3、在图2所示的氧化层上，利用低压气相淀积（LPCVD），使SiH4与N2O和N2在650℃下反应，形成图3中的半绝缘多晶硅（SIPOS）层201，其厚度由工艺和设计需要而定。该SIPOS层具有平衡电荷作用，提高SOI器件的抗单粒子翻转性能。
4、在图3的SIPOS层上涂光刻胶，曝光刻蚀出如图4所示的适合制作部分耗尽型MOS器件深度的沟槽102，并去除光刻胶。再次涂光刻胶，曝光刻蚀出如图4所示的适合制作全耗尽型MOS器件深度的沟槽202，并清除光刻胶。
5、在图4的所示经过光刻后的SIPOS层上，利用低压气相淀积（LPVCD）在500℃以下通过SiH4和O2反应得到图5中所示的薄SiO2层401。该氧化层起到改变与硅的界面特性作用。
6、在图5结构的薄氧化层上涂光刻胶、曝光刻蚀出一个如图6所示的窗口302，该窗口兼有导热和传导电荷的作用，在一定程度上提高了SOI图像传感器的抗总剂量辐射性能。
7、在图6结构的基础上，利用选择外延生长，在绝缘层上形成如图7所示的多晶硅层604，其厚度根据实际设计需要而定。然后利用体硅工艺，在该多晶硅层上完成SOI器件的加工制造，在窗口体硅区完成感光器件的制造。
本发明提出一种适用于有源像素传感器的SOI结构形成方法。在不脱离本发明的实质和范围内，可做些许的调整和优化，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (2)

1.一种用于有源像素传感器的绝缘体上硅结构形成方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）通过热氧化生长法，在多晶硅衬底上形成第一氧化层（101）；
（2）在第一氧化层上利用低压气相淀积，使SiH4与N2O和N2在650℃在第一氧化层上形成半绝缘多晶硅层（201）：
（3）在半绝缘多晶硅层上涂光刻胶，用光刻技术，曝光刻蚀出沟槽；
（4）在刻蚀后的半绝缘多晶硅层上利用低压气相淀积在500℃以下通过SiH4和O2反应得到第二氧化层（401）；
（5）在第二氧化层上涂光刻胶，曝光刻蚀出一个贯穿至多晶硅衬底的窗口（302）；
（6）利用选择外延生长，通过窗口在第二氧化层上形成顶层多晶硅层（401）。
2.根据权利要求1所述的一种用于有源像素传感器的绝缘体上硅结构形成方法，其特征在于：所述的沟槽具有不同刻蚀深度，使不同特性SOI、MOS器件制作在同一SOI基底上。
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