半導(dǎo)體感光器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體感光器件及其制造方法，特別涉及一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體感光器件及其制造方法，屬于半導(dǎo)體感光器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器是用來將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體感光器件，由圖像傳感器器件組成的圖像傳感器芯片被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機、攝像機及手機等多媒體產(chǎn)品中。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的一種平面溝道的半導(dǎo)體感光器件，如圖1所示，它是沿該器件溝道長度方向的剖面圖。半導(dǎo)體感光器件10通常在一個半導(dǎo)體襯底或摻雜的阱500內(nèi)形成，半導(dǎo)體襯底或摻雜的阱500摻雜有低濃度的η型或P型雜質(zhì)，半導(dǎo)體感光器件的兩邊通過淺溝隔離(STI) 501或者硅的局部氧化與周圍隔離。漏區(qū)514和源區(qū)511的摻雜類型與半導(dǎo)體襯底或摻雜的阱500的摻雜類型相反。溝道512通常位于半導(dǎo)體襯底或摻雜的阱500之內(nèi)。漏區(qū)514作為一個MOS晶體管的漏極可以通過接觸體513與外部電極連接。源區(qū)511作為一個MOS晶體管的源極可以通過接觸體510與外部電極連接。
[0004]在溝道512與淺溝隔離(STI)501之間為阱區(qū)503，其摻雜類型通常與源區(qū)511和漏區(qū)514相同。反摻雜區(qū)502位于阱區(qū)503內(nèi)，具有和阱區(qū)503相反的摻雜類型，從而形成了一個感光pn結(jié)二極管。溝道512之上形成有覆蓋整個溝道512的第一層絕緣膜506。在第一層絕緣膜506之上形成的一個作為電荷存儲節(jié)點的具有導(dǎo)電性的浮柵505。浮柵505可以作為一個MOS晶體管的浮動?xùn)艠O，通過對它施加不同大小的電壓，可以控制流過溝道512的電流密度。浮柵505通常與漏區(qū)514的摻雜屬性相反，例如，浮柵505由p型摻雜的多晶硅形成，而漏區(qū)514則摻有η型雜質(zhì)。浮柵505通過絕緣膜506中的窗口 504與反摻雜區(qū)502相接觸。因此浮柵505也與由反摻雜區(qū)502和阱區(qū)503形成的感光pn結(jié)二極管相連。第二層絕緣薄膜509覆蓋在浮柵505上，并在第二層絕緣膜509之上形成控制柵極507以及側(cè)墻508。
[0005]為保證半導(dǎo)體感光器件的性能，平面溝道的半導(dǎo)體感光器件需要較長的溝道長度，這使得半導(dǎo)體感光器件的單元面積較大，從而降低了芯片密度，不利于芯片向微型化的方向發(fā)展，同時，現(xiàn)有技術(shù)的平面溝道的半導(dǎo)體感光器件的感光Pn結(jié)二極管的光吸收區(qū)域位于半導(dǎo)體襯底的表面，容易被干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種半導(dǎo)體感光器件及其制備方法，可以降低半導(dǎo)體感光器件的單元面積，提高芯片密度，并減少感光pn結(jié)二極管的光吸收區(qū)域受到的干擾。
[0007]為達到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體感光器件，包括:一個在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成的U形凹槽，兩個在所述U形凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)分別形成的漏區(qū)，一個在所述U形凹槽底部的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成的掩埋源區(qū)，在所述U形凹槽內(nèi)形成的一個控制柵和兩個用于存儲電荷的浮柵，所述控制柵與任意一個所述漏區(qū)的組合選中一個所述浮柵，在所述U形凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)分別形成的與所述浮柵和所述漏區(qū)相連的感光pn
結(jié)二極管。
[0008]優(yōu)選的，上述的一種半導(dǎo)體感光器件，其中，包括:
一個具有第一種摻雜類型的半導(dǎo)體襯底；
一個在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成的U形凹槽；
一個在所述U形凹槽底部的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成的具有第二種摻雜類型的掩埋源區(qū)；
在所述U形凹槽的頂部兩側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)分別形成的具有第二種摻雜類型的第一漏區(qū)和第二漏區(qū)；
在所述U形凹槽的側(cè)壁兩側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)分別形成的第一垂直溝道區(qū)和第二垂直溝道區(qū)，覆蓋所述第一垂直溝道區(qū)和所述第二垂直溝道區(qū)形成的第一層絕緣薄膜；在所述U形凹槽內(nèi)的所述第一層絕緣薄膜之上形成的覆蓋所述第一垂直溝道區(qū)的第一浮柵以及覆蓋所述第二垂直溝道區(qū)的第二浮柵，所述第一浮柵和所述第二浮柵具有第一種摻雜類型；
在所述U形凹槽內(nèi)的介于所述第一浮柵與所述第二浮柵之間形成的控制柵，所述控制柵分別與所述第一浮柵和所述第二浮柵之間由第二層絕緣薄膜隔離；
在所述U形凹槽的頂部兩側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)分別形成的垂直結(jié)構(gòu)的第一感光pn結(jié)二極管和第二感光Pn結(jié)二極管；
所述第一感光pn結(jié)二極管的一端與具有相同摻雜極性的所述第一漏區(qū)相連，所述第一感光pn結(jié)二極管的另一端與具有相同摻雜極性的所述第一浮柵之間通過一個第一浮柵開口相連；
所述第二感光Pn結(jié)二極管的一端與具有相同摻雜極性的所述第二漏區(qū)相連，所述第二感光pn結(jié)二極管的另一端與具有相同摻雜極性的所述第二浮柵之間通過一個第二浮柵開口相連。
[0009]優(yōu)選的，上述的一種半導(dǎo)體感光器件，其中，還包括:在所述U形凹槽的頂部兩側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)分別形成的第一釘扎二極管和第二釘扎二極管，所述第一釘扎二極管的一端與具有相同摻雜極性的所述第一漏區(qū)相連，所述第一釘扎二極管的另一端與具有相同摻雜極性的所述第一浮柵之間通過所述第一浮柵開口相連，所述第二釘扎二極管的一端與具有相同摻雜極性的所述第二漏區(qū)相連，所述第二釘扎二極管的另一端與具有相同摻雜極性的所述第二浮柵之間通過所述第二浮柵開口相連。
[0010]優(yōu)選的，上述的一種半導(dǎo)體感光器件，其中:所述半導(dǎo)體襯底為娃、絕緣體上的娃、鍺化硅或者砷化鎵中的任意一種；所述第一浮柵和所述第二浮柵分別為多晶鍺化硅、多晶硅、鎢或者氮化鈦中的任意一種；所述第一層絕緣薄膜和所述第二層絕緣薄膜分別為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高介電常數(shù)絕緣材料或者它們之間的疊層中的任意一種，所述控制柵為多晶娃柵或者金屬柵中的任意一種。
[0011]優(yōu)選的，上述的一種半導(dǎo)體感光器件，其中:所述第一層絕緣薄膜和第二層絕緣薄膜的物理厚度分別為I納米-20納米。
[0012]優(yōu)選的，上述的一種半導(dǎo)體感光器件，其中:所述第一種摻雜類型為η型，所述第二種摻雜類型為P型；或者，所述第一種摻雜類型為P型，所述第二種摻雜類型為η型。
[0013]一種半導(dǎo)體感光器件的制造方法，包括:
在具有第一種摻雜類型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成具有第二種摻雜類型的掩埋源區(qū)；
在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成具有第二種摻雜類型的第一摻雜阱；
在所述第一摻雜阱內(nèi)形成具有第一種摻雜類型的第二摻雜阱；
在所述半導(dǎo)體襯底的表面形成一層硬掩膜層；
通過光刻工藝定義出U形凹槽的位置；
以光刻膠為掩膜刻蝕掉暴露出的所述硬掩膜層；
以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成U形凹槽，所述U形凹槽的底部低于所述掩埋源區(qū)的頂部并高于所述掩埋源區(qū)的底部，且所述U形凹槽將所述第一摻雜阱分割開為第三摻雜阱和第四摻雜阱，并將所述第二摻雜阱分隔開為第五摻雜阱和第六摻雜阱；
在所述U形凹槽的內(nèi)表面形成第一層絕緣薄膜；
覆蓋所形成的結(jié)構(gòu)淀積具有第一種摻雜類型的第一層導(dǎo)電薄膜，并對所述第一層導(dǎo)電薄膜進行回刻，刻蝕后的所述第一層導(dǎo)電薄膜的上表面高于所述第五摻雜阱的底部并低于所述第五摻雜阱的頂部；
刻蝕掉暴露出的所述第一層絕緣薄膜，將所述第五摻雜阱和所述第六摻雜阱暴露出來；
覆蓋所形成的結(jié)構(gòu)淀積具有第一種摻雜類型的第二層導(dǎo)電薄膜，并對所述第二層導(dǎo)電薄膜進行回刻，刻蝕后剩余的所述第二層導(dǎo)電薄膜和所述第一次導(dǎo)電薄膜形成浮柵，所述浮柵分別與所述第五摻雜阱和所述第六摻雜阱連接；
在所述浮柵之上所述U形凹槽的頂部兩側(cè)分別形成絕緣薄膜側(cè)墻；
沿著所述絕緣薄膜側(cè)墻的邊沿刻蝕掉暴露出的所述浮柵，將所述浮柵分隔開以形成第一浮柵和第二浮柵，所述第一浮柵與所述第五摻雜阱連接，所述第二浮柵與所述第六摻雜阱連接；
覆蓋所形成的結(jié)構(gòu)形成第二層絕緣薄膜，在所述第二層絕緣薄膜之上形成第三層導(dǎo)電薄膜，并對所述第三層導(dǎo)電薄膜進行刻蝕以形成控制柵；
在所述控制柵的兩側(cè)形成柵極側(cè)墻；
沿著所述柵極側(cè)墻的邊沿刻蝕掉暴露出的所述第二層絕緣薄膜；
在所述第三摻雜阱和所述第四摻雜阱內(nèi)分別形成具有第二種摻雜類型的第一漏區(qū)和第二漏區(qū)。
[0014]優(yōu)選的，上述的一種半導(dǎo)體感光器件的制造方法，其中:在形成所述第一漏區(qū)和所述第二漏區(qū)之后還包括:在所述第五