[发明专利]一种单芯片集成用硅基复合增强型光电探测器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单芯片集成用硅基复合增强型光电探测器的制作方法。

背景技术

当前，广泛应用与市场的光电探测器件，尤其是紫外探测器件，它们普遍存在系统庞大、复杂，集成度低，功耗大，成本高等缺点。一般的光电探测系统电路由感光器件（或像素阵列）、放大电路、读出电路等共同实现，需要至少三块芯片组合才能完成整个功能，从而造成整个光电探测系统的庞大和复杂，功耗也很大。因此，在硅基衬底上同时将感光器件和CMOS信号处理、信号读出电路进行单芯片集成技术受到人们的热捧。随着微电子技术的从亚微米工艺向深亚微米和超深亚微米工艺方向发展，CMOS电路集成度越来越高，研制出具有高灵敏度、高集成度、低功耗、低成本及小型化的光电探测系统已成为可能。

近十年来，光栅晶体管的研究也逐渐兴起来，尤其是作为光电器件在CMOS图像传感器像素电路方面的应用。可是光栅晶体管的致命缺陷是：栅极感光材料的反射系数、吸收系数都较大，同样存在光响应灵敏度低的问题。针对光栅晶体管一种载流子导电的缺陷，曾云教授等人曾提出一种双极MOS场效应晶体管器件，由于该器件具有电子、空穴两种载流子参与导电，器件既具有双极器件大电流、工作快的优点，又具有MOS器件压控特性带来的高动态范围、低噪声等优点。金湘亮教授将其优化为双极光栅晶体管，并成功运用于CMOS图像传感器中。

但是，如何利用单芯片集成来实现超高灵敏度，高动态范围，低噪声的光电探测仍是亟待解决的问题。

发明内容

 为解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种提高器件的集成度并降低功耗的单芯片集成用硅基复合增强型光电探测器。

    本发明解决上述技术问题的解决方案是：

一种单芯片集成用硅基复合增强型光电探测器的制作方法，其步骤为：

1）在P型硅衬底上生长形成氧化层，并在氧化层薄膜上淀积氮化硅层；

2）在晶圆上涂抹光刻胶，光刻定义中心N型阱区；干法刻蚀掉N型阱区上的氮化硅，注入磷离子形成中心N阱；去除光刻胶并对晶圆做退火处理；

3）晶圆退火时在其上随即形成环状P型阱离子注入的掩膜层，利用磷酸湿式刻蚀法去除掉氮化硅，对环形P型阱区进行硼离子注入，形成环形P阱并退火；

4）湿法刻蚀去除晶圆表面的掩膜层以及步骤1）中形成的氧化层，并再次在晶圆上生长形成氧化层； 再次光刻N型阱区，利用光刻胶保护环形P阱，对N阱进行PMOS阈值电压调整注入；

5）去除N阱表面的氧化层，在晶圆上生长形成二氧化硅层作为电极氧化层；

6）在N阱表面沉积多晶硅，光刻并刻蚀多晶硅，光刻多晶硅栅电极图形，利用活性离子刻蚀多晶硅栅电极结构，同时去除表面光刻胶；

7）利用光刻胶形成PMOS源极和漏极区域，以及P阱的P⁺体区引出区域的屏蔽，进行硼离子重掺杂注入，形成PMOS的中心源极和环形漏极，以及P阱的P⁺体区引出极，之后去除光刻胶。

步骤1）和4）中利用热氧化法生长形成出氧化层，步骤2）和6）中利用低压化学沉积技术进行沉积。步骤5）中将晶圆放入氢氟酸化学槽中去除N阱表面的氧化层。上述步骤中均利用硫酸溶液去除光刻胶。

一种单芯片集成用硅基复合增强型光电探测器的制作方法，其步骤为：

1）提供P型硅衬底，在P衬底上生长形成氧化层，并在氧化层薄膜上淀积氮化硅层；

2）在晶圆上涂抹光刻胶，光刻定义环形N型阱区；干法刻蚀掉N型阱区上的氮化硅，注入磷离子形成环形N阱；去除光刻胶并对晶圆做退火处理；

3）晶圆退火时在其上随即形成中心P型阱离子注入的掩膜层，利用磷酸湿式刻蚀法去除掉氮化硅，对中心P型阱区进行硼离子注入，形成中心P阱并退火；

4）湿法刻蚀去除晶圆表面的掩膜层以及步骤1）中形成的氧化层，并再次在晶圆上生长形成氧化层；再次光刻P型阱区，利用光刻胶保护环形N阱，对P阱进行NMOS阈值电压调整注入；

5）去除N阱表面的氧化层，在晶圆上生长形成二氧化硅层作为电极氧化层；

6）在N阱表面沉积多晶硅，光刻并刻蚀多晶硅，光刻多晶硅栅电极图形，利用活性离子刻蚀多晶硅栅电极结构，同时去除表面光刻胶；

7）利用光刻胶形成NMOS源极和漏极区域，以及N阱的N⁺体区引出区域的屏蔽，进行磷离子重掺杂注入，形成NMOS的中心源极和环形漏极，以及N阱的N⁺体区引出极，之后去除光刻胶。