[发明专利]一种硅基单片红外像素传感器的制造方法

说明书

本申请提供一种硅基单片红外像素传感器及其制造方法，该硅基单片红外像素传感器包括：硅基衬底11；位于硅基衬底11上的缓冲层12；以及位于缓冲层12上的红外探测器13和晶体管14，其中，红外探测器13和晶体管14均采用锗锡(GeSn)材料。根据本申请，红外探测器和晶体管都采用锗锡(GeSn)材料制备，因此，能够结合锗锡(GeSn)材料在红外波段的高响应特性和锗锡(GeSn)材料晶体管的高迁移率特性，并且，能够在标准CMOS工艺下，将光电探测器和晶体管集成在一个硅衬底中以形成单片红外像素传感器。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种硅基单片红外像素传感器及其制造方法。

背景技术

红外图像传感器在军事、国防、医疗、自动影像等方面有着重要的应用。目前，用于的红外图像传感器的半导体材料，包括III-V族材料InGaAs，GaInAsSb，InGaSb等，II-VI材料HgCdTe和IV族材料Ge，GeSn等。III-V族探测器在近红外波段性能优异，II-VI族探测器则主要应用于中远红外波段。

互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的基本单元是像素传感器。像素传感器分为被动像素传感器和主动像素传感器，由光电探测器和一个或者多个晶体管构成。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

在现有技术中，无论III-V族或者II-VI族材料，制造成本都非常高，并且会引起环境问题；此外，与硅(Si)基CMOS技术不兼容，难以将光电探测器和晶体管集成在一个衬底中。

本申请实施例提供一种硅基单片红外像素传感器及其制造方法，在硅基衬底上形成由锗锡(GeSn)材料制备的红外探测器和晶体管。

锗锡GeSn材料在短波红外到中红外波段有着较大的吸收系数，能够用于制备红外探测器；并且，GeSn材料有着比锗(Ge)材料和硅(Si)材料更高的载流子迁移率，因而能用于制备高速晶体管。

在本申请的硅基单片红外像素传感器中，由于红外探测器和晶体管都采用锗锡(GeSn)材料制备，因此，能够结合锗锡(GeSn)材料在红外波段的高响应特性和锗锡(GeSn)材料晶体管的高迁移率特性；并且，由于锗锡(GeSn)材料的制备工艺与标准CMOS工艺兼容，因此，能够在标准CMOS工艺下，将光电探测器和晶体管集成在一个硅衬底中以形成单片红外像素传感器，实现了单片红外像素传感器的高集成度和低成本。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种一种硅基单片红外像素传感器,包括:

硅基衬底；位于所述硅基衬底上的缓冲层；以及位于所述缓冲层上的红外探测器和晶体管，其中，所述红外探测器和所述晶体管均采用锗锡(GeSn)材料。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述硅基衬底的材料为硅或绝缘体上的硅，所述缓冲层材料为锗或者锗硅(SiGe)。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述红外探测器由靠近所述缓冲层侧向远离所述缓冲层侧依次包括：n型接触层，红外光吸收层，以及p型接触层，其中，所述n型接触层和所述p型接触层的材料为锗(Ge)或者锗锡(GeSn)，所述红外光吸收层的材料为锗锡(GeSn)。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述晶体管包括：形成于锗锡(GeSn)材料层中的源极区和漏极区，以及形成于所述锗锡(GeSn)材料层表面的栅极堆栈，其中，所述栅极堆栈包括层叠的高k介电材料层和金属层。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述红外探测器和所述晶体管通过导体材料电连接。