一种基于双栅结构的感存一体图像传感器、制备方法及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双栅结构的感存一体图像传感器、制备方法及使用方法。该图像传感器利用p

【技术实现步骤摘要】
一种基于双栅结构的感存一体图像传感器、制备方法及使用方法


[0001]本专利技术涉及图像传感器
，特别是涉及一种基于双栅结构的感存一体图像传感器、制备方法及使用方法。

技术介绍

[0002]视觉是人类获取外界信息的重要途径，在人类不断探索世界的过程中，机器视觉具有人类视觉无法企及的功能。图像传感器作为视觉信息获取的一种重要器件，在现代社会生活中得到了越来越广泛的应用。图像传感器通过光电转换功能将感光面上的光信号转换为电信号，实现图像信息的获取和传输，被广泛应用于数码相机和其他电子光学设备中。
[0003]比如，公开号为CN1487591A的专利技术申请公开了一种提高生产效率及灵敏度的图像传感器。含有数个单位像素，该像素由＋在上述半导体基板的上部形成的氧化膜；与在该氧化膜的上部形成的控制电极；与在该控制电极上以一定的间隙隔离、位于其一方、上部具有界面，在半导体基板内被形成的光电二极管N型区；与在上述控制电极上以一定的间隙隔离、位于其另一方、上部具有界面，在半导体基板内被形成为游离扩散区的N+型区构成。
[0004]公开号为CN1819244A的专利技术申请公开了一种CMOS图像传感器及其制造方法，其中n
‑
型杂质区形成在光电二极管和转移晶体管之间，以便减少暗电流和死区。该CMOS图像传感器包括：第一导电类型的半导体基板，包括光电二极管区和晶体管区；栅电极，形成在所述基板的晶体管区上；第二导电类型的第一杂质区，形成在所述光电二极管区和所述栅电极之间的半导体基板的部分中；以及第二导电类型的第二杂质区，形成在所述半导体基板的光电二极管区中。
[0005]目前的图像传感器设备一般包括传感器、存储器和逻辑单元，这些部分一般是物理分离的，其原理通过传感器将视觉信号传输到存储器和逻辑单元中，从而实现图像传感功能。然而，该类图像传感器具有以下缺点：
[0006]1、整个系统包含多个部分，尺寸较大，不利于集成，不适用于高度集成的应用场景。
[0007]2、需要驱动的器件和电路较多，工作功耗大。
[0008]3、图像信号需要传输经过逻辑单元和存储器，信号延时较大。
[0009]4、系统包含传感器、存储器和逻辑单元，系统设计更加复杂。
[0010]因此，需要进一步简化视觉信号感应和处理系统，研发出新型的感存一体的图像传感器，克服当前传统的图像传感器的缺陷。

技术实现思路

[0011]本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于双栅结构的感存一体图像传感器、制备方法及使用方法。
[0012]一种基于双栅结构的感存一体图像传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)在p
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i
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n型的硅衬底的p型区域内进行离子注入并退火形成重掺杂区，所述重掺杂区的掺杂类型为p
+
型重掺杂；
[0014](2)在p
‑
i
‑
n型的硅衬底的p型区域表面先后沉积氮化硅层和第一金属层，通过先后刻蚀氮化硅层和第一金属层形成电学栅极结构；
[0015](3)在p
‑
i
‑
n型的硅衬底的p型区域表面沉积第二金属层，通过刻蚀第二金属层形成光学栅极结构，最终形成基于双栅结构的感存一体图像传感器。
[0016]优选的，步骤(1)中，离子注入的离子是硼离子、镓离子。
[0017]优选的，沉积氮化硅层的方法为等离子体化学气相沉积；沉积第一金属层的方法为溅射、原子层沉积或电子束蒸发；沉积第二金属层的方法为溅射、原子层沉积或电子束蒸发。
[0018]优选的，氮化硅层的厚度为10～200纳米；第一金属层的厚度为15至100纳米；第二金属层的厚度为15至100纳米。
[0019]优选的，刻蚀氮化硅层、第一金属层和第二金属层的方法各自为湿法刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀。
[0020]优选的，第一金属层和第二金属层均为以下至少一种：铝、镍、金和钨。
[0021]本专利技术又提供了一种基于双栅结构的感存一体图像传感器，使用所述制备方法制备得到。
[0022]本专利技术还提供了所述基于双栅结构的感存一体图像传感器的使用方法，在接受光照的同时，在电学栅极上施加负脉冲电压，两个光学栅极接地，氮化硅层中的光生载流子数目增加，改变电学栅极下氮化硅绝缘层的电学特性，实现信号的写入操作；
[0023]在黑暗条件下，在电学栅极上施加负直流扫描电压，在两个光学栅极上分别施加正的恒定电压和接地，获得I
d
‑
V
g
曲线，实现电信号的读取操作；
[0024]在黑暗条件下，在电学栅极上施加正脉冲电压，两个光学栅极接地，释放氮化硅层中的光生载流子，恢复电学栅极下氮化硅绝缘层的电学特性，实现信号的擦除操作。
[0025]本专利技术提出的基于双栅结构的感存一体图像传感器，在传统的p
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i
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n结构图像传感器的基础上集成存储器结构，实现感存一体功能。该图像传感器利用p
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i
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n结构对光的敏感性，将光信号转换为电信号，通过改变电学栅极和光学栅极上的电压实现信号的写入、读取和擦除，实现基于双栅结构的感存一体图像传感器，该图像传感器具有一系列优点。首先，基于双栅结构的感存一体图像传感器将传感器和存储器集成在一起，集成度更高，应用场景更加广泛。其次，基于双栅结构的感存一体图像传感器能有效降低功耗，实现低能耗图像传感器。此外，基于双栅结构的感存一体图像传感同时包含传感器和存储器，有效避免了额外的信号延时。综上所述，本专利技术提出的基于双栅结构的感存一体图像传感器具有很好的应用前景。
附图说明
[0026]图1为在p
‑
i
‑
n型的硅衬底上离子注入并退火形成重掺杂的p
+
区示意图；(b)为沿(a)中虚线的结构剖面示意图。
[0027]图2为在p
‑
i
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n型的硅衬底表面沉积氮化硅层和金属层，并通过刻蚀氮化硅层和金属层形成电学栅极结构示意图；(b)为沿(a)中虚线的结构剖面示意图。
[0028]图3为在p
‑
i
‑
n型的硅衬底表面沉积金属层，并通过刻蚀金属层形成光学栅极结构示意图；(b)为沿(a)中虚线的结构剖面示意图。
[0029]图4中(a)为图像传感器进行信号写入的状态示意图；(b)为沿(a)中虚线的结构剖面示意图。
[0030]图5中(a)为图像传感器进行信号读取的状态示意图；(b)为沿(a)中虚线的结构剖面示意图。
[0031]图6中(a)为图像传感器进行信号擦除的状态示意图；(b)为沿(a)中虚线的结构剖面示意图。
[0032]图7为氮化硅层为24纳米时图像传感器I
d
‑
V
g
曲线的阈值电压变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双栅结构的感存一体图像传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在p
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i
‑
n型的硅衬底的p型区域内进行离子注入并退火形成重掺杂区，所述重掺杂区的掺杂类型为p
+
型重掺杂；(2)在p
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i
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n型的硅衬底的p型区域表面先后沉积氮化硅层和第一金属层，通过先后刻蚀氮化硅层和第一金属层形成电学栅极结构；(3)在p
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i
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n型的硅衬底的p型区域表面沉积第二金属层，通过刻蚀第二金属层形成光学栅极结构，最终形成基于双栅结构的感存一体图像传感器。2.根据权利要求1所述基于双栅结构的感存一体图像传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，离子注入的离子是硼离子或镓离子。3.根据权利要求1所述基于双栅结构的感存一体图像传感器的制备方法，其特征在于，沉积氮化硅层的方法为等离子体化学气相沉积；沉积第一金属层的方法为溅射、原子层沉积或电子束蒸发；沉积第二金属层的方法为溅射、原子层沉积或电子束蒸发。4.根据权利要求1所述基于双栅结构的感存一体图像传感器的制备方法，其特征在于，氮化硅层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，郑嘉麒，高大为，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：