[发明专利]一种有源像素结构及其制作方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种有源像素结构及其制作方法。

（二）背景技术

Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS:互补金属氧化物半导体)图像传感器是固态图像传感器中的一种。随着半导体技术、网络和多媒体技术的迅速发展，近年来CMOS图像传感器以其低成本、高可靠性、低功耗、和良好的成像质量等优势，正在逐步取代Charge Coupled Device(电荷耦合器件，CCD)图像传感器，并在科学研究、工业生产、医疗卫生、教育、娱乐、管理和通信等方面得到了广泛的应用，并朝着高清摄像、高精度视觉、抗辐射太空成像等高端领域发展。随着CMOS图像传感器的快速发展，近些年Silicon On Insulator(SOI:绝缘衬底上的硅)有源像素传感器以其速度快、抗辐射等诸多优点而成为一个研究的热点。

SOI技术是一种在绝缘层上生长一层单晶硅薄膜并在绝缘层上制作半导体层。SOI作为一种全介质隔离技术，由于器件与衬底之间由一层隐埋氧化层隔开，这种独特结构与体硅结构相比，具有低功耗、集成密度高、速度快、工艺简单、抗干扰能力强、消除了体硅器件的闩锁效应和抗辐射能力强等优点。SOI技术从上世纪60年代开始受到关注，上世纪80年代后有了较大的发展，90年代后期逐渐进入商用领域。由于SOI器件具有很好的等比例缩小的特性，使得SOI技术在深亚微米工艺中的应用中具有着很大吸引力和发展前景。

发明人发现，现有技术中，SOI器件中的NMOS和PMOS器件的载流子迁移率无法同时达到最大化，影响CMOS器件（包括：N-Mental-Oxide-Semiconductor(NMOS:N型金属氧化物晶体管)和P-Mental-Oxide-Semiconductor（PMOS:P型金属氧化物晶体管）和电路性能。

（三）发明内容

本发明提供了一种有源像素结构及其制作方法，用于解决现有技术中存在的SOI器件中的NMOS和PMOS器件的迁移率无法同时达到最大化的问题。

一方面，提供了一种有源像素结构，包括：NMOS器件和PMOS器件，其中，

所述NMOS器件在（100）晶向的SOI顶层多晶硅薄膜上；

所述PMOS器件在（110）晶向或（111）晶向的SOI顶层多晶硅薄膜上。

通过本方案，提出了一种混合晶向有SOI源像素结构，使得SOI有源像素中的NMOS器件制作在（100）晶向的SOI层上，PMOS制作在（110）晶向的SOI层上。空穴迁移率在（110）晶向上具有最大值，使得PMOS管在不增大尺寸的情况下提高了电流驱动能力。与普通有源像素结构相比，在具有相同驱动能力下，混合晶向有源像素的填充因子大大提高，进而提高了有源像素的灵敏度和信噪比。同时，该结构使有源像素的抗辐射性能、速度均得到了提高。

另一方面，提供了一种有源像素结构的制作方法，其特征在于，包括：

将第一硅片和第二硅片的表面进行热氧化处理，其中，所述第一硅片和所述第二硅片的晶向不同；

将表面进行热氧化处理的所述第一硅片所述和第二硅片进行键合；

将所述第一硅片的一部分SOI层及埋氧层进行刻蚀；

将所述第二硅片进行外延生长，生长之后的所述第二硅片覆盖所述第一硅片被刻蚀的SOI层部分。

优选的，所述第一硅片的晶向为100晶向，所述第二硅片的晶向为110晶向或111晶向，所述方法还包括：

将NMOS器件制作在所述第一硅片的SOI层上；

将PMOS器件制作在所述第二硅片的SOI层上。

通过本发明提供了的技术方案，使有源像素中的MOS器件可制作在不同晶向的SOI层上，它针对NMOS和PMOS器件采用不同晶向的衬底，可以有效的增大PMOS器件空穴迁移率，从而改善CMOS器件（包括：NMOS和PMOS器件）和电路性能。该方案可以应用在抗辐射、高速、高清有源图像传感器领域中。

（四）附图说明

图1(A)是根据本发明实施例的110晶向多晶硅衬底示意图；

图1(B)是根据本发明实施例的100晶向多晶硅衬底示意图；

图2是根据本发明实施例的键合后的SOI结构示意图；

图3是根据本发明实施例的刻蚀掉部分顶层多晶硅层后的SOI结构示意图；

图4是根据本发明实施例的刻蚀掉部分掩埋氧化层后的SOI结构示意图：