一种红外图像传感器及其制作方法技术

技术编号:13883808 阅读:74 留言:0更新日期:2016-10-23 18:02
本发明专利技术公开了一种新型红外图像传感器,包括:P型硅衬底、第一CMOS、第二CMOS、红外光电二极管、硅基光电二极管。本发明专利技术将可探测红外光波的红外光电二极管组成的第一感光单元,与可探测可见光的硅基光电二极管组成的第二感光单元,可按多种矩阵排列在图像传感器CIS的感光阵列,从而可实现同时对可见光、红外光的探测,光电成像。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,本装置集成度高、加工成本低、稳定性好、适合大规模的生产。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术属于电子元器件
,具体是涉及一种新型红外图像传感器及其制作方法
技术介绍
: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9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10,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。
技术实现思路
:本专利技术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,本专利技术的技术方案如下:一种新型红外图像传感器,包括:P型硅衬底。在所述P型硅衬底上形成的第一CMOS和第二CMOS。在所述P型硅衬底上形成的红外光电二极管。在所述P型硅衬底上形成的硅基光电二极管。所述第一CMOS和所述红外光电二极管组成第一感光单元阵列。所述第二CMOS和所述硅基光电二极管组成第二感光单元。多个所述第一感光单元和多个所述第二感光单元矩阵排列在图像传感器的感光阵列中。作为上述技术方案的优选,所述红外光电二极管包括硫化锌层、碲镉汞层第一电极、第二电极。作为上述技术方案的优选,所述第一CMOS和所述第二CMOS结构相同,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。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。一种新型红外图像传感器的制作方法,包括如下步骤:S1:在P型硅衬底上形成第一CMOS和红外光电二极管。S2:在P型硅衬底上形成第二CMOS和硅基光电二极管。作为上述技术方案的优选,所述步骤S具体包括如下步骤:S11:在P型硅衬底上依次形成栅氧层和栅极多晶硅。S12: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。S13: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。S14: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。S15: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。S16: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,所述步骤S15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,所述步骤S15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。本专利技术的有益效果在于:本专利技术将可探测红外光波的红外光电二极管组成的第一感光单元,与可探测可见光的硅基光电二极管组成的第二感光单元,可按多种矩阵排列在图像传感器CIS的感光阵列,从而可实现同时对可见光、红外光的探测,光电成像。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(infrared camera),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专利技术做示意性说明和解释,并不限定本专利技术的范围。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为本专利技术一个实施例的新型红外图像传感器结构示意图;图5为本专利技术一个实施例的第二感光单元结构示意图;图6为本专利技术一个实施例的第一感光单元结构示意图;图7-14为本专利技术一个实施例的第一感光单元制备示意图。图中符号说明:1-P型硅衬底,2-第一CMOS,3-红外光电二极管,4-硅基光电二极管,5-第二CMOS,6-第一感光单元,7-第二感光单元,8-感光阵列,9-感光单元,10-普通光电二极管,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4、图5、图6所示,本专利技术的一种新型红外图像传感器,包括:P型硅衬底1。在所述P型硅衬底1上形成的第一CMOS2和第二CMOS5。所述第一CMOS2和所述第二CMOS5结构相同,所述CMOS2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。在所述P型硅衬底1上形成的红外光电二极管3。本实施例中,所述红外光电二极管3包括硫化锌层31、碲镉汞层32第一电极33、第二电极34。在所述P型硅衬底1上形成的硅基光电二极管4。所述第一CMOS2和所述红外光电二极管3组成第一感光单元阵列6。所述第二CMOS5和所述硅基光电二极管4组成第二感光单元7。多个所述第一感光单元6和多个所述第二感光单元7按多种矩阵排列
在图像传感器的感光阵列8中。本实施例给出的一种是第一感光单元6和第二感光单元7是单个间隔设置的,也可以隔两个间隔设置。本专利技术的一种新型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1上形成第一CMOS2和红外光电二本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种新型红外图像传感器,其特征在于,包括:P型硅衬底(1);在所述P型硅衬底(1)上形成的第一CMOS(2)和第二CMOS(5);在所述P型硅衬底(1)上形成的红外光电二极管(3);在所述P型硅衬底(1)上形成的硅基光电二极管(4);所述第一CMOS(2)和所述红外光电二极管(3)组成第一感光单元阵列(6);所述第二CMOS(5)和所述硅基光电二极管(4)组成第二感光单元(7);多个所述第一感光单元(6)和多个所述第二感光单元(7)矩阵排列在图像传感器的感光阵列(8)中。

【技术特征摘要】
1.一种新型红外图像传感器,其特征在于,包括:P型硅衬底(1);在所述P型硅衬底(1)上形成的第一CMOS(2)和第二CMOS(5);在所述P型硅衬底(1)上形成的红外光电二极管(3);在所述P型硅衬底(1)上形成的硅基光电二极管(4);所述第一CMOS(2)和所述红外光电二极管(3)组成第一感光单元阵列(6);所述第二CMOS(5)和所述硅基光电二极管(4)组成第二感光单元(7);多个所述第一感光单元(6)和多个所述第二感光单元(7)矩阵排列在图像传感器的感光阵列(8)中。2.根据权利要求1所示的红外图像传感器,其特征在于:所述红外光电二极管(3)包括硫化锌层(31)、碲镉汞层(32)第一电极(33)、第二电极(34)。3.根据权利要求1所示的红外图像传感器,其特征在于:所述第一CMOS(2)和所述第二CMOS(5)结构相同,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)。4.根据权利要求3所示的红外图像传感器,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)。5.一种新型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)上形成第一CMOS(2)和红外光电二极管(3);S2:在P型硅衬底(1)上形成第二CMOS(5)和硅基光电二极管(4)。6....

【专利技术属性】
技术研发人员:彭坤刘开锋刘红元
申请(专利权)人:苏州智权电子科技有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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