用于CMOS传感器的栅控电荷调制器件制造技术

本发明专利技术公开了一种用于感测光的器件，包括掺杂有第一类型掺杂剂的第一半导体区域以及掺杂有第二类型掺杂剂的第二半导体区域。所述第二半导体区域位于所述第一半导体区域的上方。所述器件包括栅极绝缘层、栅极、源极和漏极。所述第二半导体区域具有朝向所述栅极绝缘层的顶表面以及与所述第二半导体区域的顶表面相对的底表面。所述第二半导体区域具有包括所述第二半导体区域的顶表面的上部，以及所述第二半导体区域具有下部，所述下部包括所述第二半导体区域的底表面并且与所述上部互相排斥。所述第一半导体区域与所述第二半导体区域的上部和下部都接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请大体涉及半导体器件和电路。更具体地，公开的实施例涉及一种感测短波红外光的半导体器件和电路。
技术介绍
近年来，数字图像传感器已得到显著性的普及。例如，许多数码相机、移动计算机和移动电话包括捕获图像的数字图像传感器。但是，传统的数字图像传感器(如互补式金属氧化物半导体(CMOS)传感器)利用光二极管并遭受与光二极管相关的暗电流的损害。暗电流有助于散粒噪音的增加，这是不合需要的。虽然电荷调制器件(CMD)已被建议作为暗电流问题的解决方案，但是电荷调制器件在通/断信号中受到小变化。另外，电荷调制器件受到量子效率和弱沟道调制的权衡的限制。
技术实现思路
因此，需要有一种具有低暗电流、高量子效率和强沟道调制的光学传感器。下面更详细地介绍克服了上述的限制和缺点的若干实施例(如服务器系统、客户端系统或器件，以及操作这些系统或器件的方法)。这些实施例提供了感测红外光的器件、电路以及制造和使用器件的方法。如下面更详细地描述，一些实施例涉及感测光的器件。该器件包括掺杂有第一类型掺杂剂的第一半导体区域以及掺杂有第二类型掺杂剂的第二半导体区域。所述第二半导体区域位于所述第一半导体区域的上方；以及所述第一类型与所述第二类型不相同。所述器件包括位于所述第二半导体区域上方的栅极绝缘层、位于所述栅极绝缘层上方的栅极、与所述第二半导体区域电耦合的源极以及与所述第二半导体区域电耦合的漏极。所述第二半导体区域具有朝向所述栅极绝缘层的顶表面以及所述第二半导体区域具有与所述第二半导体区域的顶表面反向的底表面。所述第二半导体区域具有包括所述第二半导体区域的顶表面的上部。所述第二半导体区域还具有下部，所述下部包括所述第二半导体区域的底表面并且与所述上部互相排斥。所述第一半导体区域与所述第二半导体区域的上部和下部都接触。所述第一半导体区域至少在位于所述栅极正下方的位置与所述二半导体区域的上部接触。在一些实施例中，所述第一类型是n型以及所述第二类型是p型。在一些实施例中，所述第一类型是p型以及所述第二类型是n型。在一些实施例中，所述第二半导体区域具有第一侧表面，所述第一侧表面从所述源极延伸到所述漏极并且所述第一侧表面不同于所述顶表面和所述底表面；所述第二半导体区域具有第二侧表面，所述第二侧表面从所述源极延伸到所述漏极并且所述第二侧表面不同于所述顶表面和所述底表面；所述第一半导体区域通过所述第一侧表面的部分与所述第二半导体区域的所述上部接触；所述第一半导体区域通过所述第二侧表面的部分与所述第二半导体区域的所述上部接触。在一些实施例中，所述第一半导体区域包括锗。在一些实施例中，所述第二半导体区域包括锗。在一些实施例中，所述栅极绝缘层包括氧化层。在一些实施例中，所述器件包括位于所述第一半导体区域下方的衬底绝缘层。所述衬底绝缘层包括SiO2、GeOx、ZrOx、HfOx、SixNy、SixOyNz、TaxOy、SrxOy和AlxOy中的一个或多个。在一些实施例中，所述器件包括第三半导体区域，所述第三半导体区域掺杂有第二类型掺杂剂的锗。所述第三半导体区域位于所述第一半导体区域的下方。在一些实施例中，与在所述第三半导体区域中的所述第二类型掺杂剂的掺杂浓度相比，在所述第二半导体区域中的所述第二类型掺杂剂的掺杂浓度更高。在一些实施例中，所述器件包括硅衬底。在一些实施例中，所述栅极包括多晶锗、非晶锗、多晶硅、非晶硅、碳化硅和金属中的一个或多个。在一些实施例中，所述第二半导体区域从所述源极延伸到所述漏极。在一些实施例中，所述第一半导体区域从所述源极延伸到所述漏极。在一些实施例中，所述栅极绝缘层从所述源极延伸到所述漏极。在一些实施例中，所述第二半导体区域限定所述源极和所述漏极之间的多个沟道。在一些实施例中，所述第二半导体区域具有小于100nm的厚度。在一些实施例中，所述第一半导体区域具有小于1000nm的厚度。根据一些实施例，一种传感器阵列包括在共同的硅衬底上形成大的多个器件，其中所述多个器件中的每个器件与上面描述的任何器件相对应。在一些实施例中，所述多个器件在共同的平面上具有第一半导体区域。在一些实施例中，所述多个器件在共同的平面上具有第二半导体区域。在一些实施例中，所述多个器件在共同的平面上具有第三半导体区域。在一些实施例中，所述多个器件由一个或多个沟槽分隔开。在一些实施例中，所述多个器件位于在共同的硅衬底上形成的单独的锗岛上。在一些实施例中，所述传感器阵列包括在所述多个器件正上方的钝化层。在一些实施例中，所述传感器阵列包括在所述多个器件之间的钝化层。根据一些实施例，形成感测光的器件的方法包括：在硅衬底的上方形成掺杂有第一类型掺杂剂的第一半导体区域；在硅衬底的上方形成掺杂有第二类型掺杂剂的第二半导体区域。所述第二半导体区域位于所述第一半导体区域的上方。所述第一类型与所述第二类型不相同。所述方法还包括在所述第二半导体区域的上方形成栅极绝缘层。所述第二半导体区域的一个或多个部分从栅极绝缘层曝露出来以限定源极和漏极。所述第二半导体区域具有面向所述栅极绝缘层的顶表面。所述第二半导体区域具有与所述第二半导体区域的顶表面反向的底表面。所述第二半导体区域具有包括所述第二半导体区域的顶表面的上部。所述第二半导体区域具有下部，所述下部包括所述第二半导体区域的底表面并且与所述上部互相排斥。所述第一半导体区域与所述第二半导体区域的上部和下部相接触，并且所述第一半导体区域至少在位于所述栅极正下方的位置与所述二半导体区域的上部接触。所述方法进一步包括在所述栅极绝缘层的上方形成栅极。在一些实施例中，所述第一半导体区域是通过外延生长所述第一半导体区域形成的。在一些实施例中，当所述第一半导体区域被生长时，所述第一半导体区域原位掺杂所述第一类型掺杂剂。在一些实施例中，利用离子注入过程或者气相扩散过程使所述第一半导体区域掺杂所述第一类型掺杂剂。在一些实施例中，所述第二半导体区域是通过外延生长所述第二半导体区域形成的。在一些实施例中，当所述第二半导体区域被生长时，所述第二半导体区域原位掺杂所述第二类型掺杂剂。在一些实施例中，利用离子注入过程或者气相扩散过程使所述第二半导体区域掺杂所述第二类型掺杂剂。在一些实施例中，在利用离子注入过程或者气相扩散过程使所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感测光的器件，包括：第一半导体区域，掺杂有第一类型掺杂剂；第二半导体区域，掺杂有第二类型掺杂剂，其中，所述第二半导体区域位于所述第一半导体区域的上方，并且所述第一类型与所述第二类型不相同；栅极绝缘层，位于所述第二半导体区域的上方；栅极，位于所述栅极绝缘层的上方；源极，与所述第二半导体区域电耦合；以及漏极，与所述第二半导体区域电耦合；其中所述第二半导体区域具有朝向所述栅极绝缘层的顶表面，所述第二半导体区域具有与所述第二半导体区域的顶表面相对的底表面，所述第二半导体区域具有包括所述第二半导体区域的顶表面的上部，所述第二半导体区域具有下部，所述下部包括所述第二半导体区域的底表面并且与所述上部互相排斥；所述第一半导体区域与所述第二半导体区域的上部和下部相接触，并且所述第一半导体区域至少在位于所述栅极下方的位置与所述二半导体区域的上部接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.20 US 61/837,557;2014.05.22 US 62/002,0451.一种感测光的器件，包括：
第一半导体区域，掺杂有第一类型掺杂剂；
第二半导体区域，掺杂有第二类型掺杂剂，其中，
所述第二半导体区域位于所述第一半导体区域的上方，
并且所述第一类型与所述第二类型不相同；
栅极绝缘层，位于所述第二半导体区域的上方；
栅极，位于所述栅极绝缘层的上方；
源极，与所述第二半导体区域电耦合；以及
漏极，与所述第二半导体区域电耦合；其中
所述第二半导体区域具有朝向所述栅极绝缘层的顶表面，
所述第二半导体区域具有与所述第二半导体区域的顶表面相对
的底表面，
所述第二半导体区域具有包括所述第二半导体区域的顶表面的
上部，
所述第二半导体区域具有下部，所述下部包括所述第二半导体
区域的底表面并且与所述上部互相排斥；
所述第一半导体区域与所述第二半导体区域的上部和下部相接
触，并且
所述第一半导体区域至少在位于所述栅极下方的位置与所述二
半导体区域的上部接触。
2.根据权利要求1的所述器件，其中所述第一类型是n型以及所述
第二类型是p型。
3.根据权利要求1的所述器件，其中所述第一类型是p型以及所述
第二类型是n型。
4.根据权利要求1-3中任一项的所述器件，其中
所述第二半导体区域具有第一侧表面，所述第一侧表面从所述源极
延伸到所述漏极并且所述第一侧表面不同于所述顶表面和所述底表面；
所述第二半导体区域具有第二侧表面，所述第二侧表面从所述源极
延伸到所述漏极并且所述第二侧表面不同于所述顶表面和所述底表面；
所述第一半导体区域通过所述第一侧表面的部分与所述第二半导体
区域的所述上部接触；
所述第一半导体区域通过所述第二侧表面的部分与所述第二半导体
区域的所述上部接触。
5.根据权利要求1-4中任一项的所述器件，其中所述第一半导体区
域包括锗。
6.根据权利要求1-5中任一项的所述器件，其中所述第二半导体区
域包括锗。
7.根据权利要求1-6中任一项的所述器件，其中所述栅极绝缘层包
括氧化层。
8.根据权利要求1-7中任一项的所述器件，包括位于所述第一半导
体区域下方的衬底绝缘层，其中所述衬底绝缘层包括Si02、GeOx、ZrOx、
HfOx、SixNy、SixOyNz、TaxOy、SrxOy和AlxOy中的一个或多个。
9.根据权利要求1-8中任一项的所述器件，包括第三半导体区域，
所述第三半导体区域包括掺杂有第二类型掺杂剂的锗，其中所述第三半
导体区域位于所述第一半导体区域的下方。
10.根据权利要求9的所述器件，其中与在所述第三半导体区域中
的所述第二类型掺杂剂的掺杂浓度相比，在所述第二半导体区域中的所
述第二类型掺杂剂的掺杂浓度更高。
11.根据权利要求1-10中任一项的所述器件，包括硅衬底。
12.根据权利要求1-11中任一项的所述器件，其中所述栅极包括多
晶锗、非晶锗、多晶硅、非晶硅、碳化硅和金属中的一个或多个。
13.根据权利要求1-12中任一项的所述器件，其中所述第二半导体
区域从所述源极延伸到所述漏极。
14.根据权利要求1-13中任一项的所述器件，其中所述第一半导体
区域从所述源极延伸到所述漏极。
15.根据权利要求1-14中任一项的所述器件，其中所述栅极绝缘层

\t从所述源极延伸到所述漏极。
16.根据权利要求1-15中任一项的所述器件，其中所述第二半导体
区域限定所述源极和所述漏极之间的多个沟道。
17.根据权利要求1-16中任一项的所述器件，其中所述第二半导体
区域具有小于100nm的厚度。
18.根据权利要求1-17中任一项的所述器件，其中所述第一半导体
区域具有小于1000nm的厚度。
19.一种形成用于感测光的器件的方法，所述方法包括：
在硅衬底的上方形成掺杂有第一类型掺杂剂的第一半导体区域；
在硅衬底的上方形成掺杂有第二类型掺杂剂的第二半导体区域，其
中，
所述第二半导体区域位于所述第一半导体区域的上方，并且所述
第一类型与所述第二类型不相同；
在所述第二半导体区域的上方形成栅极绝缘层，其中，
所述第二半导体区域的一个或多个部分从栅极绝缘层曝露出来
以限定源极和漏极；
所述第二半导体区域具有朝向所述栅极绝缘层的顶表面，
所述第二半导体区域具有与所述第二半导体区域的顶表面相对
的底表面，
所述第二半导体区域具有包括所述第二半导体区域的顶表面的
上部，
所述第二半导体区域具有下部，所述下部包括所述第二半导体区
域的底表面并且与所述上部互相排斥；
所述第一半导体区域与所述第二半导体区域的上部和下部相接
触，并且
所述第一半导体区域至少在位于所述栅极下方的位置与所述二
半导体区域的上部接触；以及
在所述栅极绝缘层的上方形成栅极。
20.根据权利要求19的所述方法，其中所述第一半导体区域通过外

\t延生长所述第一半导体区域形成。
21.根据权利要求20的所述方法，其中当生长所述第一半导体区域
时，所述第一半导体区域原位掺杂所述第一类型掺杂剂。
22.根据权利要求19-21中任一项的所述方法，其中利用离子注入处
理或者气相扩散处理使所述第一半导体区域掺杂所述第一类型掺杂剂。
23.根据权利要求19-22中任一项的所述方法，其中所述第二半导体
区域通过外延生长所述第二半导体区域形成。
24.根据权利要求23的所述方法，其中当生长所述第二半导体区域
时，所述第二半导体区域原位掺杂所述第二类型掺杂剂。
25.根据权利要求19-24中任一项的所述方法，其中利用离子注入处
理或者气相扩散处理使所述第二半导体区域掺杂所述第二类型掺杂剂。
26.根据权利要求25的所述方法，其中在利用离子注入处理或者气
相扩散处理使所述第一半导体区域掺杂所述第一类型掺杂剂之后，利用
离子注入处理使所述第二半导体区域掺杂所述第二类型掺杂剂。
27.根据权利要求19-26中任一项的所述方法，其中所述第一类型是
n型以及所述第二类型是p型。
28.根据权利要求19-26中任一项的所述方法，其中所述第一类型是
p型以及所述第二类型是n型。
29.根据权利要求19-28中任一项的所述方法，其中
所述第二半导体区域具有第一侧表面，所述第一侧表面从所述源极
延伸到所述漏极并且所述第一侧表面不同于所述顶表面和所述底表面；
所述第二半导体区域具有第二侧表面，所述第二侧表面从所述源极
延伸到所述漏极并且所述第二侧表面不同于所述顶表面和所述底表面；
所述第一半导体区域通过所述第一侧表面的部分与所述第二半导体
区域的所述上部接触；
所述第一半导体区域通过所述第二侧表面的部分与所述第二半导体
区域的所述上部接触。
30.根据权利要求19-29中任一项的所述方法，其中所述第一半导体
区域包括锗。
31.根据权利要求19-30中任一项的所述方法，其中所述第二半导体
区域包括锗。
32.根据权利要求19-31中任一项的所述方法，其中所述栅极绝缘层
包括氧化层。
33.根据权利要求19-32中任一项的所述方法，其中包括位于所述第
一半导体区域下方的衬底绝缘层，其中所述衬底绝缘层包括Si02、GeOx、
ZrOx、HfOx、SixNy、SixOyNz、TaxOy、SrxOy和AlxOy中的一个或多个。
34.根据权利要求19-33中任一项的所述方法，包括第三半导体区域，
所述第三半导体区域包括掺杂有第二类型掺杂剂的锗，其中所述衬底绝
缘层位于所述第一半导体区域的下方。
35.根据权利要求34的所述方法，其中与在所述第三半导体区域中
的所述第二类型掺杂剂的掺杂浓度相比，在所述第二半导体区域中的所
述第二类型掺杂剂的掺杂浓度更高。
36.根据权利要求19-35中任一项的所述方法，其中所述器件包括硅
衬底。
37.根据权利要求19-36中任一项的所述方法，其中所述栅极包括多
晶锗、非晶锗、多晶硅、非晶硅、碳化硅和金属中的一个或多个。
38.根据权利要求19-37中任一项的所述方法，其中所述第二半导体
区域从所述源极延伸到所述漏极。
39.根据权利要求19-38中任一项的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李齐珩，罗栗，金映植，郑宇植，
申请(专利权)人：斯坦舍有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US