具有硅和硅锗的互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器制造技术

本发明专利技术的实施例提供了一种具有硅和硅锗的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。硅锗层邻接于硅层。光检测器布置在所述硅锗层中。晶体管，布置在所述硅层上，同时源/漏区埋置在所述硅层的表面内且电连接至所述光检测器。本发明专利技术的实施例还提供了用于制造CMOS图像传感器的方法。

【技术实现步骤摘要】
具有硅和硅锗的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器相关申请的交叉参考本申请要求于2015年11月13日提交的美国临时申请第62/255,006号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术的实施例总体涉及半导体领域，更具体地，涉及CMOS图像传感器。
技术介绍
许多现代电子设备包括图像传感器。一些图像传感器类型包括电荷连接器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器日益受到青睐。CMOS图像传感器比CCD图像传感器提供了更低的功耗、更小的尺寸、以及更快的数据处理。此外，CMOS图像传感器提供数据的直接输出，而在CCD图像传感器中是不行的。甚至，相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器具有较低的制造成本。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：硅层，邻接硅锗层；光检测器，布置在所述硅锗层中；以及晶体管，布置在所述硅层上，所述晶体管具有埋置在所述硅层的表面内且电连接至所述光检测器的源/漏区。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法，所述方法包括：形成包括硅层和硅锗层的半导体叠层；在所述硅锗层中形成光检测器；以及在所述硅层上形成具有源/漏区的晶体管，所述源/漏区埋置在所述硅层的表面内且电连接至所述光检测器。根据本专利技术的又一方面，提供了一种图像传感器，包括：半导体叠层，布置在半导体衬底上方，所述半导体叠层包括下硅层、覆盖所述下硅层的硅锗层以及覆盖所述硅锗层的上硅层；像素传感器阵列，布置在所述半导体叠层中，所述像素传感器包括掩埋在所述硅锗层中的光检测器以及布置在所述上硅层上的晶体管，其中，所述晶体管包括栅极和布置在所述上硅层中且位于所述栅极相对两侧的一对源/漏区，并且所述源/漏区包括电连接至所述光检测器的源/漏区；隔离区，布置在所述像素传感器之间，并且横向环绕所述像素传感器；以及逻辑区，横向环绕所述隔离区并且包括逻辑晶体管。附图说明在阅读附图时，本专利技术的各个方面可从下列详细描述获得最深入理解。应当注意，根据工业中的标准实践，各个部件并非按比例绘制。事实上，为了清楚讨论，各个部件的尺寸可以任意增大或减小。图1示出了具有硅和硅锗的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的一些实施例的截面图。图2A至图2L示出了图1的CMOS图像传感器的更详细的实施例的截面图。图3A和图3B示出了图1的CMOS图像传感器的一些前照(FSI)和背照(BSI)实施例的各个截面图。图4示出了图1的CMOS图像传感器的像素传感器的一些实施例的电路图。图5示出了图1的CMOS图像传感器的一些实施例的顶视图。图6至图12示出了制造具有硅和硅锗的CMOS图像传感器的方法的一些实施例的一系列截面图。图13示出了制造具有硅和硅锗的CMOS图像传感器的方法的一些实施例的流程图。图14至图21示出了制造具有硅和硅锗的CMOS图像传感器的方法的其他实施例的一系列截面图。图22示出了制造具有硅和硅锗的CMOS图像传感器的方法的其他实施例的流程图。具体实施方式本专利技术提供了许多不同的实施例或实例，用于实现本专利技术的不同特征。下文中，将描述组件和布置的具体实例，以简化本专利技术。当然这些仅仅是实例并不旨在限定本专利技术。例如，在下面的描述中第一部件在第二部件上方或者在第二部件上的形成可以包括第一部件和第二部件以直接接触方式形成的实施例，也可以包括额外的部件可以形成在第一和第二部件之间，使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。而且，本专利技术在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，为便于描述，空间相对术语如“在...之下(beneath)”、“在...下方(below)”、“下部(lower)”、“在...之上(above)”、“上部(upper)”等在本文可用于描述附图中示出的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。空间相对术语旨在包括除了附图中所示的方位之外，在使用中或操作中的器件的不同方位。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，本文使用的空间相对描述符可同样地作相应解释。一些互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器包括元素硅的半导体层和布置在半导体层中的像素传感器阵列。像素传感器包括掩埋在半导体层中的相应的光检测器，以及布置在半导体层表面上的相应的逻辑器件。这些CMOS图像传感器的挑战是：除非采取纠正措施，否则光检测器对红外辐射的敏感性较差。一种解决方案是光检测器延伸深入至半导体层。然而，难以用现有CMOS工艺实现，并增加了制造CMOS图像传感器的成本。另一个解决方案是使用硅锗代替元素硅来作为半导体层。硅锗具有比元素硅更低的带隙，从而硅锗对红外辐射的吸收更好。然而，由于增加的漏电流，硅锗与逻辑器件的CMOS工艺的兼容性较差。因此，在硅锗上制造逻辑器件带来了困难，并增加了制造CMOS图像传感器的成本。本申请涉及用于长波长像素传感器的具有元素硅和硅锗的CMOS图像传感器。在一些实施例中，元素硅层邻接硅锗层。光检测器至少部分地埋置在硅锗层，晶体管布置在元素硅层的表面上，同时源/漏区电连接到光检测器。通过将光检测器布置在硅锗层中，光检测器有利地对长波长辐射(例如，红外辐射)具有良好的灵敏度和吸收。此外，通过在元素硅层上布置晶体管，当形成晶体管时，可有利地使用传统的CMOS工艺。参照图1，提供了具有硅和硅锗的半导体叠层102的CMOS图像传感器的一些实施例的截面图100。如图所示，半导体叠层102包括硅层104和硅锗层106。在一些实施例中，硅锗层106部分地覆盖在硅层104的上表面108，和/或埋置于硅层104的上表面108内。在其它实施例中，硅锗层106部分或完全由硅层104覆盖。硅层104和硅锗层106可对应于半导体衬底的外延层和/或区域，例如，硅层104可以是元素硅。像素传感器110布置在半导体叠层102中，像素传感器110被从硅层104的上表面108突出进入至半导体叠层102内的隔离区112横向环绕。像素传感器110包括至少部分掩埋在硅锗层106中的光检测器114，和布置在硅层104的上表面108上的一个或多个像素晶体管。例如，光检测器114是具有与半导体叠层102的体区(例如，主体)的掺杂类型相反的半导体叠层102的掺杂区。例如，像素晶体管(多个)包括传输晶体管116，传输晶体管116被配置为除去在光检测器114累积的电荷。传输晶体管116的传输栅极118布置在硅层104上方，通过传输栅极介电层120与硅层104隔离。此外，传输晶体管116的源/漏区122，124沿着硅层104的上表面108横向间隔，以限定传输栅极118下方的选择性导电沟道区域126。源/漏区122，124包括电连接连接至光检测器114的光检测器源/漏区122。在一些实施例中，光检测器源/漏区122延伸至光检测器114，使得光检测器源/漏区122直接连接到光检测器114。在其他实施例中，光检测器源/漏区122沿导电路径128间接连接到光检测器114。有利的是，通过在硅锗层106中布置光检测器114，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：硅层，邻接硅锗层；光检测器，布置在所述硅锗层中；以及晶体管，布置在所述硅层上，所述晶体管具有埋置在所述硅层的表面内且电连接至所述光检测器的源/漏区。

【技术特征摘要】
2015.11.13 US 62/255,006;2016.05.02 US 15/143,6901....

【专利技术属性】
技术研发人员：李岳川，陈嘉展，施俊吉，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71