CN106024818A - 一种红外图像传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外图像传感器，包括：P型硅衬底，在所述P型硅衬底上形成的CMOS，在所述P型硅衬底上形成的红外光电二极管，所述红外光电二极管包括硫化锌层和位于所述硫化锌层上方的碲镉汞层。本发明的红外图像传感器中，将硫化锌、碲镉汞薄膜先后沉积于硅衬底表面形成的深沟槽内，形成可探测红外光波的红外光电二极管，结合了传统硅基技术上的大规模集成电路制造、以及先进的红外探测器原理，给出可以实现高度集成、低成本的红外图像传感器，从而可以制备消费电子类的红外摄像器，本装置集成度高、加工成本低、稳定性好、适合大规模的生产。
Description
技术领域：
本发明属于电子元器件技术领域，具体是涉及一种红外图像传感器及其制作方法。
背景技术：
通常，半导体图像传感器有电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器(CIS)两种，电荷耦合器件上有许多排列整齐的电容，能够感应光线，并将影像转换成数字信号；CMOS图像传感器是由光电二极管和CMOS器件组成，包括像敏单元阵列、行/列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出口、控制总线等，而且这些组成部分通常都可以集成在同一个芯片上，相较于电荷耦合传感器件，CMOS图像传感器还具有更好的抗干扰能力等优点，因此CMOS图像传感器广泛应用在手机、个人电脑等消费电子产品中。
目前CMOS图像传感器芯片主要组成有(由下到上依次为)：硅衬底上形成的CMOS、硅基的光电二极管(photodiode)。图1给出了一种CMOS图像传感器(CIS)感光阵列的示意图，感光阵列电路由多个感光单元6组成，图2给出了一个感光单元基本单元电路示意图，包含光电二极管7，图3给出了一个硅基光电二极管CMOS图像传感器剖面示意图，图4为现有技术中的一种传统的CMOS图像传感器结构示意图，传统的CMOS图像传感器中采用P型、N型离子注入到硅衬底表面形成光电二极管。传统的CMOS图像传感器通常在可见光或红外光波段作探测使用。碲镉汞(HgCdTe)红外探测器其相应波段在5～10um，探测率可达1*109cmHz1/2W-1,响应速度快(ns级)，稳定性好，工艺可靠性好，最大特点是可以进行长波红外探测。与其它类型的探测器比较，具备探测器成本低。其在单独器件方面得到了较好的应用，但是在硅基的大规模集成电路上数字化图像成型方面的应用少见报道。
发明内容：
本发明提出了一种可结合传统硅基技术上的大规模集成电路制造、以及先进的红外探测器原理，给出可以实现高度集成、低成本的红外图像传感器(CMOS image sensor),从而可以制备消费电子类的红外摄像器(infrared camera)。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种红外图像传感器，包括：
P型硅衬底，在所述P型硅衬底上形成的CMOS，在所述P型硅衬底上形成的红外光电二极管。
所述CMOS包括由栅氧层和栅极多晶硅组成的栅极、由源极离子组成的源极、由漏极离子组成的漏极。
所述红外光电二极管包括硫化锌层、位于所述硫化锌层上方的碲镉汞层。
作为上述技术方案的优选，所述硫化锌层连接有第一电极，所述碲镉汞层连接有第二电极。
作为上述技术方案的优选，所述栅极连接有第三电极、所述源极连接有第四电极、所述漏极连接有第五电极。
一种红外图像传感器的制作方法，包括如下步骤：
S1：在P型硅衬底上依次形成栅氧层和栅极多晶硅。
S2：在栅极多晶硅的上方旋涂第一光刻胶，干法刻蚀获取栅氧层和栅极多晶硅形成的栅极，去除残留光刻胶。
S3：在所述栅氧层和所述栅极多晶硅的两侧、所述P型硅衬底的上部注入源极离子和漏极离子，形成源极和漏极。
S4：在P型硅衬底的上表面和所述栅极的上表面旋涂第二光刻胶和第三光刻胶，干法刻蚀获取第一区域，去除残留光刻胶。
S5：将硫化锌、碲镉汞薄膜先后沉积于所述第一区域内，形成由硫化锌层和碲镉汞层组成的红外光电二极管。
S6：在硫化锌层上连接第一电极，在碲镉汞层上连接第二电极，在栅极上连接第三电极，在源极上连接第四电极，在漏极上连接第五电极。
作为上述技术方案的优选，步骤S5中：
制备硫化锌层采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤S5中：
制备碲镉汞层采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。
本发明的有益效果在于：本发明的红外图像传感器中，将硫化锌、碲镉汞薄膜先后沉积于硅衬底表面形成的深沟槽内，形成可探测红外光波的红外光电二极管，结合了传统硅基技术上的大规模集成电路制造、以及先进的红外探测器原理，给出可以实现高度集成、低成本的红外图像传感器(CMOS image sensor)，从而可以制备消费电子类的红外摄像器(infraredcamera)，本装置集成度高、加工成本低、稳定性好、适合大规模的生产。
附图说明：
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为现有技术中的一种CMOS图像传感器(CIS)感光阵列的示意图；
图2为现有技术中的一种感光单元基本单元电路示意图；
图3为现有技术中的一种硅基光电二极管CMOS图像传感器剖面示意图；
图4为现有技术中的一种传统的CMOS图像传感器结构示意图；
图5为本发明一个实施例的红外图像传感器结构示意图；
图6、图7、图8、图9为本发明一个实施例的硅衬底上CMOS的制备示意图；
图10、图11为第一区域制备示意图；
图12为本发明一个实施例的红外图像传感器的加上单个红外光电二极管的结构示意图；
图13为本发明一个实施例的红外图像传感器的加上电极后的结构示意图。
图中符号说明：
1-P型硅衬底，2-CMOS，3-红外光电二极管，6-感光单元，7-光电二极管，21-栅极，22-源极，23-漏极，24-第三电极，25-第四电极，26-第五电极，31-硫化锌层，32-碲镉汞层，33-第一电极，34-第二电极，41-第一光刻胶，42-第二光刻胶，43-第三光刻胶，51-第一区域，211-栅氧层，212-栅极多晶硅。
具体实施方式：
实施例1
如图5所示，本发明的红外图像传感器，包括：
P型硅衬底1，在所述P型硅衬底1上形成的CMOS2，在所述P型硅衬底1上形成的红外光电二极管3。
所述CMOS2包括由栅氧层211和栅极多晶硅212组成的栅极201、由源极离子组成的源极22、由漏极离子组成的漏极23。
所述红外光电二极管3包括硫化锌层31、位于所述硫化锌层31上方的碲镉汞层32。
所述硫化锌层31连接有第一电极33，所述碲镉汞层32连接有第二电极34。
所述栅极21连接有第三电极24、所述源极22连接有第四电极25、所述漏极23连接有第五电极26。
本发明的红外图像传感器的制作方法，包括如下步骤：
S1：如图6所示，在P型硅衬底1上依次形成栅氧层和栅极多晶硅。
S2：如图7、图8所示，在栅极多晶硅的上方旋涂第一光刻胶41，干法刻蚀获取栅氧层211和栅极多晶硅212形成的栅极21，去除残留光刻胶。
S3：如图9所示，在所述栅氧层211和所述栅极多晶硅212的两侧、所述P型硅衬底1的上部注入源极离子和漏极离子，形成源极22和漏极23。
S4：如图10、图11所示，在P型硅衬底1的上表面和所述栅极21的上表面旋涂第二光刻胶42和第三光刻胶43，干法刻蚀获取第一区域51，去除残留光刻胶。
S5：如图12所示，将硫化锌、碲镉汞薄膜先后沉积于所述第一区域51内，形成由硫化锌层31和碲镉汞层32组成的红外光电二极管3。本实施例中，制备硫化锌层31采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。制备碲镉汞层32采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。
S6：如图13所示，在硫化锌层31上连接第一电极33，在碲镉汞层32上连接第二电极34，在栅极21上连接第三电极24，在源极22上连接第四电极25，在漏极23上连接第五电极26。
本实施例所述的一种红外图像传感器，包括：P型硅衬底，在所述P型硅衬底上形成的CMOS，在所述P型硅衬底上形成的红外光电二极管，所述红外光电二极管包括硫化锌层和位于所述硫化锌层上方的碲镉汞层。本发明的红外图像传感器中，将硫化锌、碲镉汞薄膜先后沉积于硅衬底表面形成的深沟槽内，形成可探测红外光波的红外光电二极管，结合了传统硅基技术上的大规模集成电路制造、以及先进的红外探测器原理，给出可以实现高度集成、低成本的红外图像传感器，从而可以制备消费电子类的红外摄像器，本装置集成度高、加工成本低、稳定性好、适合大规模的生产。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种红外图像传感器，其特征在于，包括：
P型硅衬底(1)，在所述P型硅衬底(1)上形成的CMOS(2)，在所述P型硅衬底(1)上形成的红外光电二极管(3)；
所述CMOS(2)包括由栅氧层(211)和栅极多晶硅(212)组成的栅极(21)、由源极离子组成的源极(22)、由漏极离子组成的漏极(23)；
所述红外光电二极管(3)包括硫化锌层(31)、位于所述硫化锌层(31)上方的碲镉汞层(32)。
2.根据权利要求1所述的红外图像传感器，其特征在于：
所述硫化锌层(31)连接有第一电极(33)，所述碲镉汞层(32)连接有第二电极(34)。
3.根据权利要求1所述的红外图像传感器，其特征在于：
所述栅极(21)连接有第三电极(24)、所述源极(22)连接有第四电极(25)、所述漏极(23)连接有第五电极(26)。
4.一种红外图像传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在P型硅衬底(1)上依次形成栅氧层和栅极多晶硅；
S2：在栅极多晶硅的上方旋涂第一光刻胶(41)，干法刻蚀获取栅氧层(211)和栅极多晶硅(212)形成的栅极(21)，去除残留光刻胶；
S3：在所述栅氧层(211)和所述栅极多晶硅(212)的两侧、所述P型硅衬底(1)的上部注入源极离子和漏极离子，形成源极(22)和漏极(23)。
S4：在P型硅衬底(1)的上表面和所述栅极(21)的上表面旋涂第二光刻胶(42)和第三光刻胶(43)，干法刻蚀获取第一区域(51)，去除残留光刻胶；
S5：将硫化锌、碲镉汞薄膜先后沉积于所述第一区域(51)内，形成由硫化锌层(31)和碲镉汞层(32)组成的红外光电二极管(3)；
S6：在硫化锌层(31)上连接第一电极(33)，在碲镉汞层(32)上连接第二电极(34)，在栅极(21)上连接第三电极(24)，在源极(22)上连接第四电极(25)，在漏极(23)上连接第五电极(26)。
5.根据权利要求4所述的红外图像传感器的制作方法，其特征在于，步骤S5中：
制备硫化锌层(31)采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。
6.根据权利要求4所述的红外图像传感器的制作方法，其特征在于，步骤S5中：
制备碲镉汞层(32)采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |