[发明专利]光传感器及其制造方法

说明书

发明背景

1.发明领域

集成了MOS晶体管和半导体光接收元件的光传感器容易将光接收元件集成为一维或二维阵列的方式并适用于各种装置，如光盘设备中的拾波光接收元件，照相机、传真装置、图像扫描器的文件读取单元、数码相机和摄像机中的自动聚焦光接收元件。本发明涉及这样一种光传感器，其结构中集成了MOS晶体管和半导体光接收元件，被广泛地应用于消费产品。

2.相关技术的描述

结构中采用了半导体光接收元件的光传感器按照光接收区通过光照射产生电荷被传送到输出放大器方式的不同，主要可分成电荷耦合器件(CCD)型光传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)型光传感器。CCD型光传感器抑制了光接收区产生电荷的传输损耗，因而在电荷传输过程中产生的噪声较小。所以，能获得高信噪比(SN)并可能由此实现高质量图像。因此，CCD型光传感器被应用于各个领域，其中主要应用之一是家庭视频领域。但是，CCD型光传感器与常用的IC和LSI相比，它需要多个高压电源，所以会消耗大量的电能。同时，CCD型光传感器的制造方法与制造构成集成电路、如IC和LSI的CMOS的方法很不一样，因此也很难再结合其他功能，比如图像处理功能。

近来便携式设备的进步要求IC和LSI能够在低电压下工作、消耗较少电能又具备高性能。同样的，对光传感器也要求能够在低电压下工作、消耗较少电能并结合其他功能。CMOS型光传感器的操作是基于MOS晶体管组成的IC和LSI，所以它们能够象IC和LSI一样在低电压下工作，减少功率消耗。除此之外，制造CMOS型光    传感器的方法和制造IC和LSI的方法一样，因此很容易集成一个实现处理功能的高性能电路。因此，CMOS型光传感器作为一项取代CCD型光传感器的技术受到了关注。

但是，CMOS型光传感器在传输光接收区产生的电荷的过程中产生大的噪声，所以与CCD型光传感器相比图像质量较差。如果在光接收区附近设置一个减小这种噪声的放大和传输电荷的电路，又将引起另外的问题，即与CCD型光传感器相比光接收区相对变小，因此降低了光接收区的灵敏度。

除此之外，为了集成另外的电路，要求在制造光传感器时不能改变构成IC和LSI的MOS晶体管的特性。MOS晶体管在阱区形成，而阱区通常采用双阱自对准方法形成，根据该方法，杂质注入P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管之一的阱区，只在已经注入了杂质的区域通过选择性氧化过程形成厚的氧化膜；杂质注入到其他MOS晶体管的阱区时不使用掩膜。利用双阱自对准方法，P沟道MOS晶体管的阱区一直与N沟道MOS晶体管的阱区接触，而通过杂质注入形成的P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管之一的阱区位于半导体衬底上。因此，即使重新形成起光接收元件作用的PN结，这个PN结也将接触P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管之一的阱区。

一般而言，MOS晶体管阱区的杂质密度随着MOS晶体管变小而增加。同时，PN结的电容量随着形成PN结的区域杂质密度的增加而增加。因此，随着IC和LSI存储密度的提高和MOS晶体管变小以提高它们的操作速度，有助于提高作为光接收元件的PN结的电容量。

同样，随着光传感器像素数量的增加，光接收元件的面积相应变小，因而灵敏度降低。并且，光接收元件的灵敏度与Q/C成正比，其中Q为到达光接收元件的光子产生的电荷总数，C为包含二极管的光接收元件的PN结部分的电容量。因此，光接收元件的灵敏度随着PN结电容量的增大而减小。结果，如果光传感器是按照IC和LSI的MOS晶体管的制造工艺生产的，则光接收元件的灵敏度趋向于随着MOS晶体管的变小而降低。

除此之外，如果MOS晶体管的阱区杂质密度改变或者、比如为了减小将作为光传感器的PN结部分的杂质密度而在形成MOS晶体管阱区的工艺的氧化步骤中改变所使用的热处理条件，就有改变MOS晶体管特性的危险。在这种情况下，利用MOS晶体管构成的电子电路的设计工作就重担在肩了。

本发明特别针对上述问题，其目的是提供一种具有带高灵敏度光接收元件的光传感器，同时制造时并不改变其中构成IC和LSI的MOS晶体管的特性。

发明概述

本发明提供一种集成了MOS晶体管和半导体光接收元件的光传感器，所述光接收元件包括一个PN结并且通过光照射产生的电荷积聚在PN结上，其特征在于光接收元件的PN结与MOS晶体管的阱区隔离。本发明还提供这种光传感器的制造方法。光接收元件的PN结由光接收元件杂质区和杂质密度低的半导体衬底构成，这样才有可能降低PN结的电容量，提高光接收元件的灵敏度。