一種感光二極管及其cmos圖像傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種感光二極管及其CMOS圖像傳感器。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]圖像傳感器上世紀(jì)六十年代由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先提出，包括CMOS圖像傳感器和CCD圖像傳感器兩大類，以前由于工藝水平的限制使得CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量差、分辨率低、噪聲大、光照靈敏度不夠，其發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于CCD圖像傳感器。隨著科技的進(jìn)步以及工藝水平的增加，CMOS傳感器以上的缺點(diǎn)都得到了很大程度的彌補(bǔ)，同時(shí)其成本低、低功耗、易于集成等優(yōu)點(diǎn)讓CMOS圖像傳感器再一次成為了研究熱點(diǎn)并廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。
[0004]現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器的像素單元一般為感光二極管，包括PN結(jié)和PIN結(jié)感光二極管。PIN結(jié)感光二極管是在PN結(jié)二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，是針對(duì)PN結(jié)的不足，在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)得到的。其發(fā)光機(jī)理與PN結(jié)感光二極管類似，只是人為的拓寬了勢皇區(qū)，PIN結(jié)的勢皇區(qū)一般認(rèn)為是I層的厚度，這樣不僅增大了有效感光區(qū)域，同時(shí)也減小了結(jié)電容，所以PIN結(jié)感光二極管的靈敏度和響應(yīng)度都得到了很大提高。
[0005]但是局限于感光區(qū)域?qū)獾奈章?，例如硅?duì)可見光的吸收約為70%，對(duì)近紅外光的吸收只有20%左右，這就從根本上降低了二極管的光響應(yīng)率，尤其是在夜間條件下，硅基CNOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量會(huì)變得很差。人們通過各種方法來提高光吸收率，例如加裝透鏡等，但是這又使得像素單元的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供能夠增加對(duì)光的吸收率、提高光響應(yīng)率和靈敏度、同時(shí)結(jié)構(gòu)又相對(duì)簡單的感光二極管及其CMOS圖像傳感器。
[0008]本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括:
提供了一種感光二極管，其特征在于，包括第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)，第二摻雜區(qū)位于所述第一摻雜區(qū)和所述第三摻雜區(qū)之間，其中，所述第一摻雜區(qū)和所述第三摻雜區(qū)的摻雜類型相反，所述第二摻雜區(qū)的摻雜濃度小于所述第一摻雜區(qū)和所述第三摻雜區(qū)的摻雜濃度，并且所述第三摻雜區(qū)上形成有黑硅層，所述黑硅層為所述感光二極管的感光區(qū)域。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述黑硅層表面形成有鈍化層。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述鈍化層為氧化鋁層或者氧化鈦層。
[0011]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一摻雜區(qū)為P+型摻雜，所述第三摻雜區(qū)為N+型摻雜；或者，所述第一摻雜區(qū)為N+型摻雜，所述第三摻雜區(qū)為P+型摻雜。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二摻雜區(qū)為P型摻雜或者N型摻雜。
[0013]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度大于12Vcm3。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第三摻雜區(qū)的摻雜濃度大于1aVcm3。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二摻雜區(qū)的摻雜濃度小于1015/cm3。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述黑硅層的厚度小于或等于2微米。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一種CMOS圖像傳感器，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底、前述任一種感光二極管和讀出電路，所述感光二極管形成在所述半導(dǎo)體襯底上，所述讀出電路與所述感光二極管連接。
[0018]本發(fā)明的實(shí)施例中，感光二極管中使用黑硅層作為感光區(qū)域，黒硅層對(duì)可見-近紅外光的吸收率能達(dá)到近100%，大大提高了感光二極管對(duì)光的吸收率和靈敏度，并且結(jié)構(gòu)簡單。
[0019]
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的感光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例的感光二極管及其CMOS圖像傳感器的具體結(jié)構(gòu)。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種感光二極管包括第一摻雜區(qū)1、第二摻雜區(qū)2和第三摻雜區(qū)3。第二摻雜區(qū)2位于第一摻雜區(qū)I和第三摻雜區(qū)3之間。
[0025]本發(fā)明的實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)I和第三摻雜區(qū)3的摻雜類型相反。例如，一些實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)為P+型摻雜，而第三摻雜區(qū)為N+型摻雜。另一些實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)為N+型摻雜，而第三摻雜區(qū)為P+型摻雜。只要使第一摻雜區(qū)I和第三摻雜區(qū)3的摻雜類型相反即可。
[0026]本文中，所說的“P+型摻雜”是指摻雜濃度較大的P型摻雜，其摻雜濃度通常比一般的P型摻雜高數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。類似地，“N+型摻雜”是指摻雜濃度較大的N型摻雜，其摻雜濃度通常比一般的N型摻雜高數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0027]本發(fā)明的實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)2的摻雜類型沒有限制，可以是P型摻雜或者N型摻雜。
[0028]本發(fā)明的實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)2的摻雜濃度小于第一摻雜區(qū)I的摻雜濃度和第三摻雜區(qū)3的摻雜濃度。例如，一些實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)2的摻雜濃度遠(yuǎn)小于第一摻雜區(qū)I的摻雜濃度和第三摻雜區(qū)3的摻雜濃度，例如小數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0029]—些實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)2的摻雜區(qū)長度小于該第二摻雜區(qū)2內(nèi)的少子的擴(kuò)散長度。
[0030]例如，一些實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)I的摻雜濃度可以大于12Vcm3;第三摻雜區(qū)3的摻雜濃度可以大于12Vcm3;第二摻雜區(qū)的摻雜濃度可以小于10 15/cm3。
[0031]本發(fā)明的實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)1、第二摻雜區(qū)2和第三摻雜區(qū)3的摻雜可以通過本領(lǐng)域內(nèi)常用的方法實(shí)現(xiàn)，例如，一些實(shí)施例中，可以使用離子注入法或者擴(kuò)散法實(shí)現(xiàn)摻雜O
[0032]本發(fā)明的實(shí)施例中，第三摻雜區(qū)3上還形成由黑硅層。該黑硅層可以是第三摻雜區(qū)3的全部(S卩，整個(gè)第三摻雜區(qū)3均形成黑硅層，如圖1所示)或者是第三摻雜區(qū)3的至少一部分(圖中未示出)。該黑硅層可以作為該感光二極管的感光區(qū)域，即接收光輻射的區(qū)域。
[0033]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該黑硅層的厚度可以小于或者等于2微米。這樣，黑硅層不會(huì)過多的復(fù)合所產(chǎn)生的空穴載流子，避免產(chǎn)生的空穴載流子都被黑硅層過多吸收。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黑硅層的厚度小于或者等于2微米時(shí)，黑硅層能夠達(dá)到更優(yōu)的效果。
[0034]該黑硅層例如可以使用飛秒激光形成。例如，一些實(shí)施例中，可以在空氣中，使用飛秒激光掃描第三摻雜區(qū)3，從而在第三摻雜區(qū)3上制成黒硅層。一些實(shí)施例中，該飛秒激光的參數(shù)可以是:脈沖能量密度為0.8J/cm3，脈寬為lOOfs，掃描脈沖數(shù)為5個(gè)。
[0035]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，還可以在黑硅層表面形成鈍化層4。一些實(shí)施例中，該鈍化層4可以是氧化鋁層或者氧化鈦層。該鈍化層例如可以使用原子層沉積方法形成。
[0036]鈍化層4可以鈍化黒硅層的表面，降低黒硅層的缺陷密度，同時(shí)氧化鋁或者氧化鈦的折射率大于空氣的折射率而小于硅的折射率，可以起到減反膜的作用。
[0037]本發(fā)明的實(shí)施例中，該感光二極管中使用黑硅層作為感光區(qū)域，黒硅層對(duì)可見-近紅外光的吸收率能達(dá)到近100%，因此大大提高了感光二極管對(duì)光的吸收率和靈敏度，并且結(jié)構(gòu)簡單。
[0038]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，還提供了一種CMOS圖像傳感器，如圖2所示。該CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底6 (例如，P型或者N型硅或者鍺襯底)和讀出電路，半導(dǎo)體襯底6上形成了前述各個(gè)實(shí)施例中任意一個(gè)的包括第一摻雜區(qū)1、第二摻雜區(qū)2和形成有黑硅層的第三摻雜區(qū)3的感光二極管。感光二極管連接到讀出電路上。該讀出電路例如可以為4T型像素電路，包括轉(zhuǎn)移晶體管M1、復(fù)位管M2、源跟隨器M3、行選通開關(guān)管M4，感光二極管與轉(zhuǎn)移晶體管Ml局域互聯(lián)。
[0039]以上通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對(duì)本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，以上多處所述的“一個(gè)實(shí)施例”表示不同的實(shí)施例，當(dāng)然也可以將其全部或部分結(jié)合在一個(gè)實(shí)施例中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種感光二極管，其特征在于，包括第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)，第二摻雜區(qū)位于所述第一摻雜區(qū)和所述第三摻雜區(qū)之間，其中，所述第一摻雜區(qū)和所述第三摻雜區(qū)的摻雜類型相反，所述第二摻雜區(qū)的摻雜濃度小于所述第一摻雜區(qū)和所述第三摻雜區(qū)的摻雜濃度，并且所述第三摻雜區(qū)上形成有黑硅層，所述黑硅層為所述感光二極管的感光區(qū)域。2.如權(quán)利要求1所述的感光二極管，其特征在于:所述黑硅層表面形成有鈍化層。3.如權(quán)利要求2所述的感光二極管，其特征在于:所述鈍化層為氧化鋁層或者氧化鈦層。4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的感光二極管，其特征在于:所述第一摻雜區(qū)為P+型摻雜，所述第三摻雜區(qū)為N+型摻雜；或者，所述第一摻雜區(qū)為N+型摻雜，所述第三摻雜區(qū)為P+型摻雜。5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的感光二極管，其特征在于:所述第二摻雜區(qū)為P型摻雜或者N型摻雜。6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的感光二極管，其特征在于:所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度大于12Vcm3。7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的感光二極管，其特征在于:所述第三摻雜區(qū)的摻雜濃度大于12Vcm3。8.如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的感光二極管，其特征在于:所述第二摻雜區(qū)的摻雜濃度小于11Vcm3。9.如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的感光二極管，其特征在于:所述黑硅層的厚度小于或等于2微米。10.一種CMOS圖像傳感器，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底、如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的感光二極管和讀出電路，所述感光二極管形成在所述半導(dǎo)體襯底上，所述讀出電路與所述感光二極管連接。
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種感光二極管，包括第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)，第二摻雜區(qū)位于第一摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)之間，第一摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)的摻雜類型相反，第二摻雜區(qū)的摻雜濃度小于第一摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)的摻雜濃度，第三摻雜區(qū)上形成有黑硅層，該黑硅層為感光二極管的感光區(qū)域。本發(fā)明的實(shí)施例中，感光二極管中使用黑硅層作為感光區(qū)域，黒硅層對(duì)可見-近紅外光的吸收率能達(dá)到近100%，大大提高了感光二極管對(duì)光的吸收率和靈敏度，并且結(jié)構(gòu)簡單。
【IPC分類】H01L31/102, H01L27/146, H01L31/0352
【公開號(hào)】CN105097982
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510503639
【發(fā)明人】李世彬, 陳樂毅, 李杭倩, 王美娟, 張鵬, 蔣亞東
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年8月17日