入射电容式传感器制造技术

本发明专利技术涉及入射电容式传感器，公开了用于测量辐射的电容式传感器器件。所述器件包括两个传感器区域（108，109）以及顶板结构（203）。所述传感器区域具有当辐射入射到其时产生电子-空穴对的材料。分离区域位于所述两个传感器区域之间。传感器区域与顶板结构之间的所述电容取决于入射到所述传感器区域的辐射。阻挡结构选择性地并且区别性地阻挡来自传感器区域具有一个范围中的参数值的辐射，以便在选定的辐射入射角下相对于其它传感器区域的电子-空穴对的产生区别性地影响一个传感器区域的电子-空穴对的产生。

【技术实现步骤摘要】
入射电容式传感器
本专利技术涉及电容式传感器，更具体地涉及入射电容式传感器。
技术介绍
电容式传感器是一种其电容基于被测量的参数而变化的传感器。附图说明通过参考附图，本专利技术可以更好地理解，其多个目的、特征以及益处对本领域技术人员变得非常明显。图1-3是根据本专利技术一个实施例，展示制作入射电容式传感器器件的不同阶段的部分截面图。图4是根据本专利技术一个实施例，展示入射电容式传感器器件的部分截面图。图5是根据本专利技术一个实施例的入射电容式传感器器件的部分截面图。图6是根据本专利技术一个实施例的传感器阵列的顶视图。图7是根据本专利技术一个实施例的传感器系统的电路图。图8是根据本专利技术一个实施例的流程图，该流程图展示操作传感器系统的方法。图9是根据本专利技术一个实施例的曲线图,所述曲线图展示施加到电容器的一个板上的各种可能电压值。图10是根据本专利技术一个实施例，展示入射电容式传感器器件的部分截面图。图11是根据本专利技术一个实施例的传感器阵列的顶视图。不同附图中所用的相同的参考符号表示相同的要素，除非另有说明。附图没有必要按比例绘制。具体实施方式以下内容阐明了实施本专利技术一个模式的详细描述。所述描述意图例示本专利技术，而不应解释为限制性的。正如本专利技术所描述的，公开了入射电容式传感器器件，所述电容式传感器器件包括传感器区域，在传感器区域中，由于每个传感器区域导致的电容可以独立进行测量并且用于确定穿过窗口的辐射的参数。在一些例子中，根据被测辐射的方向，顶板或其它结构会（部分地或完全地）阻止来自传感器的辐射。影响电容的辐射可以是可见范围或不可见范围中（例如，紫外线、红外线、X射线）的波长辐射或粒子辐射（例如，阿尔法粒子或重离子）。电容测量可用于确定辐射入射角度的一个分量。图1-3是电容式传感器器件在其制作的不同阶段的部分截面图。图1是晶圆101的部分截面图。在所示的实施例中，晶圆101包括在绝缘体配置上的半导体（SOI），其中半导体材料层105位于绝缘层103上面。在一个实施例中，层103由二氧化硅构成，但在其它实施例中可以由其它电介质构成。在一些实施例中，层103可位于主体衬底层（例如硅）（未显示）上面。在其它实施例中，晶圆101可以是体晶圆，而绝缘层103不存在。在一个实施例中，层105由单晶硅构成，但可以由其它半导体材料（例如硅锗、碳化硅、氮化镓、镓砷化物或其它III-V族半导体材料)或其它材料类型构成。在所示的实施例中，层105轻微掺杂导电掺杂剂。在一个实施例中，层105掺杂有P类型掺杂剂（例如，硼），所述掺杂剂具有在每立方厘米1016—1018的原子范围的浓度，但在其它实施例中，可以以其它浓度或用其它杂质掺杂。在一些实施例中，层103是通过将离子植入到衬底形成的。在其它实施例中，层105沉积在层103上面。在一些实施例中，层105是从施主晶圆形成的（未显示）。在一些实施例中，层105的材料类型将根据电容式传感器测量的辐射类型而定。在一些用于测量波长辐射的实施例中，层105的材料具有光子吸收截面，要被测量的期望波长辐射下的光子在所述截面被吸收以产生电子-空穴对。以下表格中所列的是衬底材料以及波长范围，在所述波长范围，入射辐射在衬底中被吸收以产生空穴电子对。在一些测量粒子辐射的实施例中，碰撞材料的晶格的粒子会扰乱晶格并将能量转移给材料的原子，从而导致产生电子-空穴对。在一个实施例中，所用的材料类型具有一个吸收截面，所述截面相关于被测辐射的粒子能量和/或粒子大小。在一些实施例中，在任何电子-空穴对产生之前，辐射可以高于特定阈值。分离区域107位于层105内，所述分离区域用于将层105的阱区域108以及层105的阱区域109进行分离。区域107由一种材料构成，所述材料阻止由入射辐射撞击阱区域产生的电子-空穴对的电子迁移到其它阱区域。在所示的实施例中，区域107从层105的顶端延伸到层103的顶端。在一个实施例中，区域107由一种材料构成，所述材料具有高于层105的其余部分的导电掺杂浓度。在一个例子中，区域107的形成是通过以下步骤实现：在层105上形成保护氧化物层（未显示），在保护氧化物层上形成一个光致抗蚀剂层（未显示），在区域107位置在光致抗蚀剂中形成开口，然后以较高浓度的导电掺杂剂（例如，每立方厘米1019-1021)对区域107进行植入，所述导电掺杂剂与用于掺杂层105的导电掺杂剂属于同样的导电类型。随后，移除光致抗蚀剂以及氧化物层。在其它实施例中，区域107可以通过不同方法和/或由不同材料构成。例如，区域107可以由二氧化硅或其它电介质材料构成。在一个实施例中，层105内会形成一个开口，所述形成是在晶圆101上形成一个电介质材料（氧化和/或沉积）之后发生的。所述晶圆之后被平坦化，其结构如图1所示。图2是晶圆101在制作中的另一个阶段的部分截面图。图2显示了顶板203以及电介质201在晶圆101上形成后的晶圆101。在一个实施例中，电介质201由二氧化硅构成并具有20-200埃的厚度，但在其它实施例中可能有其它厚度和/或由其它材料构成（例如，高K电介质或其它类型的电介质）。在一个实施例中，顶板203由导电材料（例如，掺杂的多晶硅、钨、铝、其它金属、或不同导电材料层）构成。在一个实施例中，顶板203具有800埃到1000埃的厚度，但在其它实施例中可以是其它厚度。顶板203以及电介质201可以通过在晶圆101上形成这些材料的层，之后对所述材料进行后续图案化来形成。在一些实施例中，图案化电介质201以形成栅电介质，所述栅电介质是为建立在晶圆其它部分上的晶体管提供的，并且用于形成板203的层被图案化以为这些晶体管形成栅。板203将被用作为电容器的一个电极以及电介质201被用作电介质。在顶板203以及电介质201形成之后，连接区域205以及207通过植入离子到这些区域，在层105中形成。在所示实施例中，植入连接区域205以及207的掺杂剂与植入阱区域108以及109的导电类型相反。在P类型掺杂剂被植入层105的实施例中，区域205以及207以每立方厘米1019-1021的浓度被植入N类型掺杂剂（例如，砷、磷），或在其它实施例中用其它浓度。区域205以及207具有一个深度（例如，30-1000nm），所述深度小于层105的厚度，但在其它实施例中可能有其它深度。植入之后，植入的掺杂剂被退火，掺杂剂在顶板203下扩散。在其它实施例中，掺杂剂会以一个角度植入，以在顶板203下被驱动。在一个实施例中，多个轻微掺杂的延伸区可以在区域205以及207的植入之前形成，所述延伸区具有相同传导类型的掺杂剂。图3显示了在间隔物303和间隔物301以及硅化物结构309和311形成之后的晶圆101。在所示实施例中，间隔物301由薄氧化物内衬构成以及间隔物303由氮化物构成。间隔物301以及间隔物303通过形成氧化物层，然后在晶圆101上形成一层氮化物，然后各向异性地蚀刻各层以留下间隔物而形成。在各向异性蚀刻之后，氧化物层305以及氮化物层307在晶圆101上形成，然后被蚀刻确定开口以暴露连接区域205以及207。然后硅化物结构309以及311在这些连接区域的暴露部分形成。在一个实施例中，硅化物结构309以及311通过在晶圆101上形成一层金属（例如钛、镍、或钴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式传感器器件，包括：包括第一传感器区域以及第二传感器区域的衬底，所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域具有当具有辐射参数值范围中的参数值的辐射入射到其时有助于电子?空穴对产生的材料；所述衬底内的位于所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域之间的分离区域，所述分离区域抑制在所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域之间的载流子流动；位于所述衬底上的顶板结构，其中所述顶板结构包括对于具有所述范围中的参数值的辐射不透明的阻挡结构，所述顶板结构包括导电结构以及位于所述导电结构和所述衬底之间的电介质层，其中所述顶板结构位于所述第一传感器区域的第一部分上以及所述第二传感器区域的第一部分上；其中所述阻挡结构相对于所述第一传感器区域和所述第二传感器区域定位，以选择性且区别性地阻挡来自所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域的具有所述范围中的参数值的辐射，以便在选定的辐射入射角下相对于所述第二传感器区域中的电子?空穴对的产生区别性地影响所述第一传感器区域的电子?空穴对的产生。

【技术特征摘要】
2011.09.08 US 13/228,2601.一种电容式传感器器件，包括：包括第一传感器区域以及第二传感器区域的衬底，位于所述衬底上的顶板结构，所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域具有当具有辐射参数值范围中的参数值的辐射入射到其时有助于电子-空穴对产生的材料，在操作期间当具有辐射参数值范围中的参数值的辐射入射到所述第一传感器区域并且当电压施加到所述顶板结构上时，所述第一传感器区域中的作为第一电容的第一电极的第一反转层被辐射改变，在操作期间当具有辐射参数值范围中的参数值的辐射入射到所述第二传感器区域并且当电压施加到所述顶板结构上时，所述第二传感器区域中的作为第二电容的第一电极的第二反转层被辐射改变；所述衬底内的位于所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域之间的分离区域，所述分离区域抑制在所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域之间的载流子流动；其中所述顶板结构包括对于具有所述范围中的参数值的辐射不透明的阻挡结构，所述顶板结构包括导电结构以及位于所述导电结构和所述衬底之间的电介质层，其中所述顶板结构位于所述第一传感器区域的第一部分上以及所述第二传感器区域的第一部分上，所述导电结构位于所述第一传感器区域和所述第二传感器区域两者的一部分上，所述导电结构包括导电材料层，所述导电材料层作为所述第一电容和所述第二电容两者的第二电极；其中所述阻挡结构相对于所述第一传感器区域和所述第二传感器区域定位，以选择性且区别性地阻挡来自所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域的具有所述范围中的参数值的辐射，以便在选定的辐射入射角下相对于所述第二传感器区域中的电子-空穴对的产生区别性地影响所述第一传感器区域的电子-空穴对的产生。2.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中所述阻挡结构包括导电结构。3.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中所述材料是具有第一浓度的第一导电类型的导电杂质的半导体材料，所述分离区域由包括具有第二浓度的第一导电类型的导电杂质的相同的半导体材料构成，其中所述第二浓度大于所述第一浓度。4.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，还包括：电耦合到所述第一传感器区域的第一连接区域；电耦合到所述第二传感器区域的第二连接区域；其中所述材料是具有净掺杂浓度的第一导电类型的导电杂质的半导体材料，其中所述第一连接区域以及所述第二连接区域由所述半导体材料构成，并且具有净掺杂浓度的与所述第一导电类型相反的第二导电类型的导电杂质；其中与所述第一传感器区域和导电结构相关联的电容通过所述第一连接区域测量，以及与所述第二传感器区域和导电结构相关联的电容通过所述第二连接区域测量。5.根据权利要求4所述的电容式传感器器件，还包括与所述第一连接区域电接触的第一硅化物结构以及与所述第二连接区域电接触的第二硅化物结构。6.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中所述顶板结构位于所述分离区域之上。7.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中所述顶板结构包括位于所述衬底上的在所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域之间的位置处的部分。8.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中对于辐射入射到所述第一传感器区域和所述第二传感器区域的至少一个入射角度，所述阻挡结构设置成允许具有所述范围中的参数值的辐射入射到所述第一传感器区域以及所述第二传感器区域，使得所述第一传感器区域的电子-空穴对的产生等于所述第二传感器区域的电子-空穴对的产生。9.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中所述辐射是波长辐射以及所述参数是波长大小。10.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中所述辐射是粒子辐射以及所述参数是包括粒子大小和粒子能量的组中的至少一个。11.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中所述顶板结构具有第一部分以及位于所述第一部分之上的第二部分，所述第二部分具有短于所述第一部分的宽度的宽度，其中所述第一部分导电并对具有在所述范围中的参数值的辐射半透明，其中所述第二部分对具有所述范围中的参数值的辐射不透明，其中所述阻挡结构包括所述第二部分。12.根据权利要求1所述的电容式传感器器件，其中：所述衬底包括第三传感器区域，所述第三传感器区域具有当具有辐射参数值范围中的参数值的辐射入射到其时有助于电子-空穴对产生的材料；其中所述顶板结构位于所述第三传感器区域的第一部分之上；其中所述阻挡结构相对于所述第一传感器区域、所述第二传感器区域和所述第三传感器区域定位，以选择性且区别性地阻挡来自所述第一传感器区域、所述第二传感器区域和所述第三传感器区域的具有所述范围中的参数值的辐射，以便在选定的辐射入射角下相对于所述第一传感器区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·豪尔，M·D·施洛夫，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：