CN107680981A - 接触式图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种接触式图像传感器及其制造方法，接触式图像传感器包括：基底；位于所述基底表面的光电二极管，其中，所述光电二极管包括沿水平方向排列的第一掺杂层和第二掺杂层，所述第一掺杂层侧壁与第二掺杂层侧壁相接触；位于所述第二掺杂层顶部表面的半导体层；位于所述半导体层顶部表面的第三掺杂层，所述第三掺杂层与第二掺杂层的掺杂类型相同；位于所述第一掺杂层顶部表面的传输栅，所述传输栅包括栅介质层以及位于所述栅介质层表面的栅电极层，且所述栅介质层还位于所述半导体层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。本发明提高接触式图像传感器的填充因子，从而改善接触式图像传感器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种接触式图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是将光学信号转化为电学信号的半导体器件。图像传感器包括用于感光的光电二极管和用于将所述感测的光学信号转化为电学信号的逻辑器件。
接触式图像传感器(CIS，Contact Image Sensor)是由光电传感阵列、LED光源阵列和柱状透镜阵列等部件组成的一种新型图像传感器。这些部件均集成在一个条状方形盒内，无需另外的光学附件，且没有调整光路和景深等问题，具有结构简单、体积小、应用方便等优点。在一些应用场合，接触式图像传感器比互补型金属氧化物(CMOS)图像传感器和电耦合(CCD)图像传感器具有无法比拟的优点，例如，接触式图像传感器在传真机、扫描仪、纸币清分兑零等领域应用非常广泛。
光电二极管(PD，Photodiode)作为CIS中的核心结构，其肩负了最重要的光电转换、电荷存储与光生电子转移等重要功能，其对CIS整体性能起到重要影响。CIS包括多个像素单元，其中，每一像素单元内均具有光电二极管。填充因子(FF，Fill Factor)也称为开口率，其代表像素单元内，光电二极管面积所占整个像素面积的比例。更大的填充因子不仅可以提高量子效率，更能提高信噪比，进而提高CIS性能。
在传统的CIS结构中，像素单元中除具有光电二极管外，还具有四个晶体管，使得光电二极管所占面积实际远小于像素单元整体面积，因此传统的CIS结构的填充因子小，其性能有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种接触式图像传感器及其制造方法，提高接触式图像传感器的填充因子，改善其电学性能。
为解决上述问题，本发明提供一种接触式图像传感器，包括：基底；位于所述基底表面的光电二极管，其中，所述光电二极管包括沿平行于基底表面方向排列的第一掺杂层和第二掺杂层，所述第一掺杂层侧壁与第二掺杂层侧壁相接触，所述第一掺杂层和第二掺杂层的掺杂类型为N型或者P型，且所述第一掺杂层和第二掺杂层的掺杂类型不同；位于所述第二掺杂层顶部表面的半导体层；位于所述半导体层顶部表面的第三掺杂层，所述第三掺杂层与第二掺杂层的掺杂类型相同；位于所述第一掺杂层顶部表面的传输栅，所述传输栅包括栅介质层以及位于所述栅介质层表面的栅电极层，且所述栅介质层还位于所述半导体层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
可选的，所述接触式图像传感器还包括：位于所述基底表面的若干个隔离结构，所述光电二极管位于相邻隔离结构之间的基底表面，且所述第一掺杂层侧壁与所述隔离结构侧壁相邻接。
可选的，所述接触式图像传感器还包括：位于所述隔离结构底部且与所述第一掺杂层相接触的隔离掺杂阱，且所述隔离掺杂阱与所述第一掺杂层的掺杂类型相同。
可选的，所述第一掺杂层底部低于所述第二掺杂层底部。
可选的，所述第一掺杂层顶部与所述第二掺杂层顶部齐平；或者，所述第一掺杂层顶部低于所述第二掺杂层顶部。
可选的，所述第一掺杂层顶部低于所述第二掺杂层顶部时，所述栅介质层还位于所述第二掺杂层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
可选的，所述传输栅与所述隔离结构相邻接，其中，所述栅介质层还位于所述隔离结构中靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
可选的，所述栅介质层还位于所述第三掺杂层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
可选的，所述第三掺杂层侧壁与所述栅电极层之间具有绝缘侧墙，且所述绝缘侧墙底部与所述栅介质层相接触。
可选的，所述绝缘侧墙位于所述第三掺杂层侧壁以及所述半导体层部分侧壁表面。
可选的，所述绝缘侧墙覆盖所述半导体层侧壁表面的深度小于或等于20埃。
可选的，所述绝缘侧墙的材料为氮化硅。
可选的，所述栅电极层顶部高于所述第三掺杂层表面；或者，所述栅电极层顶部与所述第三掺杂层顶部齐平。
可选的，所述半导体层的厚度范围为200埃～240埃；所述第三掺杂层的厚度范围为200埃～240埃。
本发明还提供一种接触式图像传感器的制造方法，包括：提供衬底、位于所述衬底表面的底层掺杂膜、位于所述底层掺杂膜表面的半导体膜、以及位于所述半导体膜表面的顶层掺杂膜，其中，所述底层掺杂膜和顶层掺杂膜的掺杂类型为N型或者P型，且所述底层掺杂膜与顶层掺杂膜的掺杂类型相同；图形化所述顶层掺杂膜以及半导体膜，形成暴露出所述底层掺杂膜的开口，且图形化后的半导体膜作为半导体层，图形化后的顶层掺杂膜作为第三掺杂层；对所述开口下方的底层掺杂膜进行掺杂，将部分宽度的底层掺杂膜转化为第一掺杂层，剩余底层掺杂膜作为第二掺杂层，所述第一掺杂层侧壁与所述第二掺杂层侧壁相接触构成光电二极管，所述第一掺杂层与第二掺杂层的掺杂类型为N型或者P型，且所述第一掺杂层与底层掺杂膜的掺杂类型不同；在所述第一掺杂层表面形成填充满所述开口的传输栅，所述传输栅包括栅介质层以及位于所述栅介质层表面的栅电极层，且所述栅介质层还位于所述半导体层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
可选的，在形成所述开口之前，还提供位于所述衬底表面的若干个隔离结构，且所述底层掺杂膜位于相邻隔离结构之间；形成所述衬底、底层掺杂膜、半导体膜、顶层掺杂膜以及隔离结构的工艺步骤包括：提供初始衬底；对部分厚度的初始衬底进行第一掺杂处理，形成所述衬底以及位于所述衬底表面的底层掺杂膜；在所述底层掺杂膜表面形成初始半导体膜；形成贯穿所述初始半导体膜、底层掺杂膜以及部分厚度衬底的隔离结构；对部分厚度的初始半导体膜进行第二掺杂处理，将部分厚度的初始半导体膜转化为顶层掺杂膜，形成位于所述底层掺杂膜表面的半导体膜以及位于所述半导体膜表面的顶层掺杂膜。
可选的，还包括步骤：在所述隔离结构底部形成隔离掺杂阱，且所述隔离掺杂阱与所述第一掺杂层的掺杂类型相同；形成的所述第一掺杂层与所述隔离掺杂阱相接触。
可选的，所述栅电极层与所述第三掺杂层之间还具有绝缘侧墙，所述绝缘侧墙材料的致密度大于所述栅介质层材料的致密度；形成所述开口以及绝缘侧墙的工艺步骤包括：图形化所述顶层掺杂膜，形成暴露出所述半导体膜的初始开口；在所述初始开口侧壁表面形成绝缘侧墙；在形成所述绝缘侧墙之后，沿所述初始开口刻蚀所述半导体膜直至暴露出所述底层掺杂膜，形成所述开口。
可选的，形成所述初始开口的工艺步骤中，还图形化部分厚度的所述半导体膜；形成的所述绝缘侧墙还位于所述半导体层部分侧壁表面。
可选的，形成所述第一掺杂层的工艺步骤包括：在所述第三掺杂层顶部表面形成光刻胶层；以所述光刻层为掩膜，对位于所述开口下方的底层掺杂膜进行掺杂；去除所述光刻胶层。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明提供的接触式图像传感器，构成光电二极管的第一掺杂层与第二掺杂层沿平行于基底表面方向排布，传输栅位于第一掺杂层上方，起到传输栅控制沟道作用的半导体层位于第二掺杂层顶部表面，且浮动扩散极位于所述半导体层顶部表面。因此，本发明提供的接触式图像传感器中，光电二极管中的第一掺杂层与第二平行排列，且传输栅与第一掺杂层垂直排列，所述第三掺杂层与第二掺杂层垂直排列，使得光电二极管占据像素单元面积比例大，从而提高接触式图像传感器的填充因子，改善接触式图像传感器的性能。
可选方案中，所述接触式图像传感器还包括位于基底表面的若干个隔离结构，还包括位于隔离结构底部且与第一掺杂层相接触的隔离掺杂阱，且所述隔离掺杂阱与所述第一掺杂层的掺杂类型相同。位于所述隔离结构底部的隔离掺杂阱有利于抑制接触式图像传感器的表面暗电流问题。
可选方案中，通过在所述第三掺杂层侧壁上设置材料致密度较栅介质层材料致密度大的绝缘侧墙，有利于降低第三掺杂层内的漏电流，进一步的改善接触式图像传感器的性能。
附图说明
图1为一种CIS结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的接触式图像传感器的剖面结构示意图；
图3至图10为本发明实施例提供的接触式图像传感器制造过程的剖面结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有的CIS结构的填充因子小，其性能有待提高。
参考图1，图1为一种CIS结构的结构示意图，所述CIS结构包括：
衬底101；
位于衬底101部分表面的传输栅102；
位于所述传输栅102一侧衬底101内的光电二极管，所述光电二极管包括P型掺杂区103以及位于P型掺杂区103表面的N型掺杂区104；
位于所述传输栅另一侧衬底101内的浮动扩散极区105；
与所述浮动扩散极区105电连接的复位晶体管RST；与所述浮动扩散极区105电连接的放大晶体管SF，所述放大晶体管SF以及复位晶体管RST接电压VDD；与所述放大晶体管SF电连接的选择晶体管SEL，所述选择晶体管电连接列输出线Column output line。
由上述CIS结构中不难发现，所述光电二极管、传输栅以及浮动扩散极区105为沿平行于衬底101表面方向排列的。若能够将光电二极管、传输栅以及浮动扩散极区105设置为垂直排列，则能够显著的增加CIS结构的填充因子。
为解决上述问题，本发明提供一种接触式图像传感器，构成光电二极管的第一掺杂层与第二掺杂层沿平行于基底表面方向排布，传输栅位于第一掺杂层上方，起到传输栅控制沟道作用的半导体层位于第二掺杂层顶部表面，且浮动扩散极位于所述半导体层顶部表面。因此，本发明提供的接触式图像传感器中，光电二极管中的第一掺杂层与第二平行排列，且传输栅与第一掺杂层垂直排列，所述第三掺杂层与第二掺杂层垂直排列，使得光电二极管占据像素单元面积比例大，从而提高接触式图像传感器的填充因子，改善接触式图像传感器的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2为本发明实施例提供的接触式图像传感器的剖面结构示意图。
参考图2，所述接触式图像传感器包括：
基底201；
位于所述基底201表面的光电二极管，其中，所述光电二极管包括沿平行于基底201表面方向排列的第一掺杂层211和第二掺杂层202，所述第一掺杂层211侧壁与第二掺杂层202侧壁相接触，所述第一掺杂层211和第二掺杂层202的掺杂类型为N型或者P型，且所述第一掺杂层211和第二掺杂层202的掺杂类型不同；
位于所述第二掺杂层202顶部表面的半导体层203；
位于所述半导体层203顶部表面的第三掺杂层206，所述第三掺杂层206与第二掺杂层202的掺杂类型相同；
位于所述第一掺杂层211顶部表面的传输栅，所述传输栅包括栅介质层212以及位于所述栅介质层212表面的栅电极层213，且所述栅介质层212还位于所述半导体层203靠近所述第一掺杂层211的侧壁表面。
以下将结合附图对本发明实施例提供的接触式图像传感器进行详细说明。
本实施例中，所述基底201的材料为硅。在其他时候实施例中，所述基底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或者镓化铟。
为了提高载流子在所述基底201内的迁移率，所述基底201内还具有掺杂离子，具体地，所述基底201的掺杂类型为N型或者P型。本实施例中，所述基底201的掺杂类型为P型，也就是说，所述基底201为P型衬底，所述基底201内的掺杂离子为硼离子、镓离子或者铟离子。
本实施例中，所述接触式图像传感器还包括：位于所述基底201表面的若干个隔离结构204，所述光电二极管位于相邻隔离结构204之间的基底201表面。所述隔离结构204顶部与所述第三掺杂层206顶部齐平，或者，所述隔离结构204顶部高于所述第三掺杂层206顶部。
所述隔离结构204起到电隔离相邻光电二极管的作用，防止相邻光电二极管之间发生电学串扰；此外，所述隔离结构204还可以起到电隔离相邻像素单元的作用。
所述隔离结构204的厚度为240埃～300埃。本实施例中，所述隔离结构204的厚度为260埃。
本实施例中，所述接触式图像传感器还包括：位于所述隔离结构204底部的隔离掺杂阱205，所述隔离掺杂阱205的掺杂类型为N型或者P型，且所述隔离掺杂阱205、所述基底201与所述第一掺杂层211的掺杂类型相同。所述隔离掺杂阱205可以有效的抑制相邻光电二极管之间发生电学串扰，抑制表面暗电流问题。
所述光电二极管由侧壁相接触的第一掺杂层211和第二掺杂层202构成，且所述光电二极管位于相邻隔离结构204之间的基底201表面。本实施例中，所述第一掺杂层211的材料为硅；所述第二掺杂层202的材料为硅。在其他实施例中，所述第一掺杂层的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或者镓化铟；所述第二掺杂层的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或者镓化铟。
所述第一掺杂层211侧壁与所述隔离结构204侧壁相邻接，且所述第一掺杂层211侧壁与所述隔离掺杂阱205相接触。本实施例中，所述第一掺杂层211底部低于所述隔离掺杂阱205底部。在其他实施例中，所述第一掺杂层底部还可以与所述隔离掺杂阱底部齐平，或者，所述第一掺杂层底部高于所述隔离掺杂阱底部。
本实施例中，所述第一掺杂层211的掺杂类型为P型，所述第一掺杂层211内的掺杂离子为硼离子、镓离子或者铟离子；所述第二掺杂层202的掺杂类型为N型，所述第二掺杂层202内的掺杂离子为磷离子、砷离子或者锑离子。
本实施例中，所述第一掺杂层211底部低于所述第二掺杂层202底部。在其他实施例中，所述第一掺杂层底部还可以与所述第二掺杂层底部齐平。所述第一掺杂层211顶部与所述第二掺杂层202顶部齐平；在其他实施例中，所述第一掺杂层顶部还可以低于所述第二掺杂层顶部。
本实施例中，所述半导体层203除位于所述第二掺杂层202顶部表面外，还位于部分第一掺杂层211顶部表面。需要说明的是，在其他实施例中，所述半导体层也可以仅位于所述第二掺杂层顶部表面。
所述半导体层203的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或者镓化铟。为了提高光生载流子的迁移速率，所述半导体层203内还具有掺杂离子，所述半导体层203的掺杂类型为N型或者P型。本实施例中，所述半导体层203与所述第一掺杂层211的掺杂类型相同，所述半导体层203的掺杂类型为P型。
所述第三掺杂层206位于所述半导体层203顶部表面，作为接触式图像传感器的浮动扩散极，所述第三掺杂层206与所述第二掺杂层202的掺杂类型相同。
本实施例中，所述第三掺杂层206的材料为硅，所述第三掺杂层206的掺杂类型为N型。在其他实施例中，所述第三掺杂层的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或者镓化铟。
所述第三掺杂层206顶部与所述隔离结构204顶部齐平，或者，所述第三掺杂层206顶部低于所述隔离结构204顶部。所述半导体层203的厚度为200埃～240埃，所述第三掺杂层206的厚度为200埃～240埃。本实施例中，所述半导体层203的厚度与所述第三掺杂层206的厚度相同，所述半导体层203的厚度为110埃，所述第三掺杂层206的厚度为110埃。
所述栅介质层212的材料为氧化硅。本实施例中，所述栅介质层212位于所述第一掺杂层211顶部表面，还位于所述半导体层203靠近所述第一掺杂层211的侧壁表面。所述传输栅与所述隔离结构204相邻接，相应的，所述栅介质层212还位于所述隔离结构204靠近所述第一掺杂层211的侧壁表面。
所述栅介质层212的厚度为5埃～15埃。本实施例中，所述栅介质层212的厚度为10埃。
需要说明的是，在其他实施例中，所述第一掺杂层顶部低于所述第二掺杂层顶部时，也就是说，所述第一掺杂层暴露出所述第二掺杂层部分侧壁表面，所述栅介质层还位于所述第二掺杂层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
本实施例中，所述第三掺杂层206侧壁与所述栅电极层213之间具有绝缘侧墙208，且所述绝缘侧墙208底部与所述栅介质层211相接触，所述绝缘侧墙208的材料与所述栅介质层211的材料不同。所述绝缘侧墙208材料的致密度大于所述栅介质层211材料的致密度；所述绝缘侧墙208的材料可以为氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅或者碳氮氧化硅。
在所述第三掺杂层206侧壁与所述栅电极层213之间设置绝缘侧墙208，有利于抑制浮动扩散极的漏电问题。本实施例中，所述绝缘侧墙208位于所述第三掺杂层206侧壁表面以及所述半导体层203部分侧壁表面。在其他实施例中，所述绝缘侧墙还可以仅位于所述第三掺杂层侧壁表面。
若所述绝缘侧墙208覆盖所述半导体层203侧壁表面的深度过深，则传输栅实际控制的沟道长度过短，为此，本实施例中，所述绝缘侧墙208覆盖所述半导体层203侧壁表面的深度小于或等于20埃。
需要说明的是，在其他实施例中，当所述栅电极层与所述第三掺杂层之间未设置所述绝缘侧墙时，所述栅介质层还位于所述第三掺杂层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
所述栅电极层213的材料为多晶硅或者掺杂的多晶硅，例如掺杂磷离子的多晶硅、掺杂有砷离子的多晶硅或者掺杂有锑离子的多晶硅。本实施例中，所述栅电极层213顶部高于所述第三掺杂层206顶部；所述接触式图像传感器还包括：位于高于所述第三掺杂层206的栅电极层213侧壁表面的侧墙214。在其他实施例中，所述栅电极层顶部还可以与所述第三掺杂层顶部齐平。
本发明提供的接触式图像传感器中，构成光电二极管的第一掺杂层和第二掺杂层沿平行于基底表面方向排列，且传输栅与第一掺杂层沿垂直方向排列，浮动扩散极与第二掺杂层沿垂直方向排列，因此光电二极管面积占据像素单元面积的比例大，从而提高接触式图像传感器的填充因子，进而改善接触式图像传感器的性能，例如，提高接触式图像传感器的量子效率以及信噪比。
相应的，本发明还提供一种接触式图像传感器的制造方法，提高制造的接触式图像传感器的填充因子，改善其性能。
以下将结合附图对本发明实施例提供的接触式图像传感器的制造方法进行详细说明。
图3至图10为本发明实施例提供的接触式图像传感器制造过程的剖面结构示意图。
参考图3至图5，提供衬底301、位于所述衬底301顶部表面的底层掺杂膜302、位于所述底层掺杂膜302顶部表面的半导体膜303、以及位于所述半导体303膜表面的顶层掺杂膜304，其中，所述底层掺杂膜302和顶层掺杂膜304的掺杂类型为N型或者P型，且所述底层掺杂膜302与所述顶层掺杂膜304的掺杂类型相同。
有关所述衬底301的材料以及掺杂类型可参考前述对基底的描述，在此步骤赘述。
所述底层掺杂膜302为后续形成第一掺杂层提供工艺基础；所述半导体膜303为后续形成半导体层提供工艺基础；所述顶层掺杂膜304为后续形成第三掺杂层提供工艺基础。
为了使相邻像素单元之间的光电二极管之间电隔离，本实施例中，还提供位于衬底301表面的若干个隔离结构204，且所述底层掺杂膜302位于相邻隔离结构204之间的衬底301表面。且为了抑制表面暗电流，还在所述隔离结构204底部形成隔离掺杂阱205，所述隔离掺杂阱205的掺杂类型为N型或者P型，且所述隔离掺杂阱205与所述底层掺杂膜302的掺杂类型不同。
以下将结合附图对所述衬底301、底层掺杂膜302、半导体膜303、顶层掺杂膜304以及隔离结构204的形成方法进行详细说明。
参考图3，提供初始衬底；对部分厚度的初始衬底进行第一掺杂处理，形成所述衬底301以及位于所述衬底301表面的底层掺杂膜302；在所述底层掺杂膜302表面形成初始半导体膜313。
本实施例中，所述初始衬底的材料为硅。在其他实施例中，所述初始衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或者镓化铟。
所述初始衬底内具有掺杂离子，且所述初始衬底的掺杂类型为N型或者P型。本实施例中，所述初始衬底的掺杂类型为P型，也就是说，所述初始衬底为p型衬底。
采用离子注入工艺进行所述第一掺杂处理，掺杂离子为N型离子或者P型离子。本实施例中，所述第一掺杂处理的掺杂类型为N型，相应的，所述底层掺杂膜302的掺杂类型为N型。
所述初始半导体膜313的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或者镓化铟。本实施例中，所述初始半导体膜303的材料为硅，采用选择性外延工艺形成所述初始半导体膜313。
参考图4，形成贯穿所述初始半导体膜313、底层掺杂膜302以及部分厚度衬底301的隔离结构204。
形成所述隔离结构204的工艺步骤包括：刻蚀所述初始半导体膜313、底层掺杂膜以及部分厚度的衬底301，形成沟槽；形成填充满所述沟槽的隔离结构204。
本实施例中，所述隔离结构204底部低于所述底层掺杂膜302底部。在其他实施例中，所述隔离结构底部还可以高于所述底层掺杂膜底部。
在形成所述沟槽之后、形成所述隔离结构之前，还包括，对所述沟槽底部的衬底301进行离子注入，形成隔离掺杂阱205。
参考图5，对部分厚度的初始半导体膜313(参考图4)进行第二掺杂处理，将部分厚度的初始半导体膜313转化为顶层掺杂膜304，形成位于所述底层掺杂膜302表面的半导体膜303以及位于所述半导体膜303表面的顶层掺杂膜304。
所述顶层掺杂膜304与所述底层掺杂膜302的掺杂类型相同。采用离子注入工艺进行所述第二掺杂处理，掺杂离子为N型离子或者P型离子。本实施例中，所述第二掺杂处理的掺杂类型为N型，相应的，所述顶层掺杂膜304的掺杂类型为N型。
需要说明的是，在其他实施例中，还可以先形成所述底层掺杂膜、半导体膜以及顶层掺杂膜之后，形成所述隔离结构以及隔离掺杂阱。
参考图6至图8，图形化所述顶层掺杂膜304(参考图5)以及半导体膜303(参考图5)，形成暴露出所述底层掺杂膜302的开口305，且所述图形化后的半导体膜303作为半导体层203，图形化后的顶层掺杂膜304作为第三掺杂层206。
以下将结合附图进行详细说明。
参考图6，图形化所述顶层掺杂膜304，形成暴露出所述半导体膜303的初始开口315。
本实施例中，所述初始开口315还暴露出部分半导体层侧壁表面，因此在图形化所述顶层掺杂膜304后，还图形化部分厚度的所述半导体膜303。
所述初始开口315为后续形成覆盖所述第三掺杂层206侧壁表面的绝缘侧墙提供工艺基础。本实施例中，所述初始开口315还暴露出所述隔离结构204侧壁。
参考图7，在所述初始开口315侧壁表面形成绝缘侧墙208，所述绝缘侧墙208位于所述第三掺杂层206侧壁表面，且还位于所述初始开口315暴露出的隔离结构204侧壁表面。
所述绝缘侧墙208材料致密度大于后续形成的栅介质层材料致密度。本实施例中，所述绝缘侧墙208的材料为氮化硅。在其他实施例中，所述绝缘侧墙的材料还可以为氮化硅或者氮氧化硅。
形成所述绝缘侧墙208的工艺步骤包括：在所述第三掺杂层206顶部和侧壁表面、所述隔离结构204表面以及初始开口315底部表面形成侧墙膜；回刻蚀所述侧墙膜，去除位于所述初始开口315部分底部表面、第三掺杂层206顶部表面以及隔离结构206顶部表面的侧墙膜，形成所述绝缘侧墙。
参考图8，沿所述初始开口315(参考图7)刻蚀所述半导体膜303(参考图7)直至暴露出所述底层掺杂膜302，形成所述开口305。
刻蚀后的所述半导体膜303作为半导体层203。本实施例中，所述开口305底部与所述半导体层203底部齐平。
在其他实施例中，所述开口底部还可以低于所述半导体层底部，也就是说，在刻蚀所述半导体膜之后还刻蚀部分厚度的底层掺杂膜。
需要说明的是，在其他实施例中，还可以在同一道刻蚀工艺中形成所述开口，相应的，无需在所述第三掺杂层侧壁形成绝缘侧墙。
参考图9，对所述开口305下方的底层掺杂膜302(参考图8)进行掺杂，将部分宽度的底层掺杂膜302转化为第一掺杂层211，剩余底层掺杂膜302作为第二掺杂层202，所述第一掺杂层211侧壁与所述第二掺杂层202侧壁相接触构成光电二极管，所述第一掺杂层211与第二掺杂层202的掺杂类型为N型或者P型，且所述第一掺杂层211与底层掺杂膜302的掺杂类型不同。
具体地，在所述隔离结构210顶部表面以及第三掺杂层206顶部表面形成光刻胶层306；以所述光刻胶层306为掩膜，对位于所述开口305下方的底层掺杂膜302进行掺杂。
本实施例中，所述第一掺杂层211的掺杂类型为P型。在其他实施例中，所述第一掺杂层的掺杂类型还可以为N型。
需要说明的是，本实施例中，形成的所述第一掺杂层211还与所述隔离掺杂阱205相接触，因此，在形成所述第一掺杂层211的工艺步骤中，还对部分厚度的衬底301(参考图8)进行掺杂，从而保证形成的所述第一掺杂层211与所述隔离掺杂阱205相接触。
在形成所述第一掺杂层211之后，剩余所述衬底301作为基底201。
参考图10，去除所述光刻胶层306(参考图9)。
采用灰化工艺或者湿法刻蚀工艺，去除所述光刻胶层306。
参考图2，在所述第一掺杂层211表面形成填充满所述开口305(参考图10)的传输栅，所述传输栅包括栅介质层212以及位于所述栅介质层212表面的栅电极层213，且所述栅介质层212还位于所述半导体层203靠近所述第一掺杂层211的侧壁表面。
本实施例中，所述栅介质层212的材料为氧化硅，采用热氧化工艺形成所述栅介质层212。所述栅介质层212与所述绝缘侧墙208底部相接触。需要说明的是，在其他实施例中，当第三掺杂层侧壁表面未形成绝缘侧墙时，在所述开口底部和侧壁表面形成所述栅介质层，也就是说，所述栅介质层还位于所述第三掺杂层靠近第一掺杂层的侧壁表面。
所述栅电极层213的材料为多晶硅或者掺杂的多晶硅。本实施例中，所述栅电极层213顶部高于所述第三掺杂层206顶部。形成所述栅电极层213的工艺步骤包括：在所述栅介质层212表面形成填充满所述开口305的栅电极膜，且所述栅电极膜顶部高于所述第三掺杂层顶部；对所述栅电极膜进行平坦化处理；在平坦化处理之后，图形化所述栅电极膜，暴露出所述第三掺杂层206顶部表面，形成所述栅电极层213。
本实施例中，在形成所述栅电极层213之后，还在高于所述第三掺杂层206顶部的栅电极层213侧壁表面形成侧墙214。
本发明提供的接触式图像传感器的制造方法的技术方案中，构成光电二极管的第一掺杂层和第二掺杂层沿平行于衬底表面方向排列，且传输栅与第一掺杂层沿垂直方向排列，浮动扩散极与第二掺杂层沿垂直方向排列，因此光电二极管面积占据像素单元面积的比例大，从而提高接触式图像传感器的填充因子，进而改善接触式图像传感器的性能，例如，提高接触式图像传感器的量子效率以及信噪比。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (18)
1.一种接触式图像传感器，其特征在于，包括：
基底；
位于所述基底表面的光电二极管，其中，所述光电二极管包括沿平行于基底表面方向排列的第一掺杂层和第二掺杂层，所述第一掺杂层侧壁与第二掺杂层侧壁相接触，所述第一掺杂层和第二掺杂层的掺杂类型为N型或者P型，且所述第一掺杂层和第二掺杂层的掺杂类型不同；
位于所述第二掺杂层顶部表面的半导体层；
位于所述半导体层顶部表面的第三掺杂层，所述第三掺杂层与第二掺杂层的掺杂类型相同；
位于所述第一掺杂层顶部表面的传输栅，所述传输栅包括栅介质层以及位于所述栅介质层表面的栅电极层，且所述栅介质层还位于所述半导体层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
2.如权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述接触式图像传感器还包括：位于所述基底表面的若干个隔离结构，所述光电二极管位于相邻隔离结构之间的基底表面，且所述第一掺杂层侧壁与所述隔离结构侧壁相邻接。
3.如权利要求2所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述接触式图像传感器还包括：位于所述隔离结构底部且与所述第一掺杂层相接触的隔离掺杂阱，且所述隔离掺杂阱与所述第一掺杂层的掺杂类型相同。
4.如权利要求1或3所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述第一掺杂层底部低于所述第二掺杂层底部。
5.如权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述第一掺杂层顶部与所述第二掺杂层顶部齐平；或者，所述第一掺杂层顶部低于所述第二掺杂层顶部。
6.如权利要求5所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述第一掺杂层顶部低于所述第二掺杂层顶部时，所述栅介质层还位于所述第二掺杂层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
7.如权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述栅介质层还位于所述第三掺杂层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
8.如权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述第三掺杂层侧壁与所述栅电极层之间具有绝缘侧墙，所述绝缘侧墙材料致密度大于所述栅介质层材料致密度；且所述绝缘侧墙底部与所述栅介质层相接触。
9.如权利要求8所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述绝缘侧墙位于所述第三掺杂层侧壁以及所述半导体层部分侧壁表面。
10.如权利要求9所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述绝缘侧墙覆盖所述半导体层侧壁表面的深度小于或等于20埃。
11.如权利要求8所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述绝缘侧墙的材料为氮化硅。
12.如权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于，所述半导体层的厚度范围为200埃～240埃；所述第三掺杂层的厚度范围为200埃～240埃。
13.一种接触式图像传感器的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底、位于所述衬底表面的底层掺杂膜、位于所述底层掺杂膜表面的半导体膜、以及位于所述半导体膜表面的顶层掺杂膜，其中，所述底层掺杂膜和顶层掺杂膜的掺杂类型为N型或者P型，且所述底层掺杂膜与顶层掺杂膜的掺杂类型相同；
图形化所述顶层掺杂膜以及半导体膜，形成暴露出所述底层掺杂膜的开口，且图形化后的半导体膜作为半导体层，图形化后的顶层掺杂膜作为第三掺杂层；
对所述开口下方的底层掺杂膜进行掺杂，将部分宽度的底层掺杂膜转化为第一掺杂层，剩余底层掺杂膜作为第二掺杂层，所述第一掺杂层侧壁与所述第二掺杂层侧壁相接触构成光电二极管，所述第一掺杂层与第二掺杂层的掺杂类型为N型或者P型，且所述第一掺杂层与底层掺杂膜的掺杂类型不同；
在所述第一掺杂层表面形成填充满所述开口的传输栅，所述传输栅包括栅介质层以及位于所述栅介质层表面的栅电极层，且所述栅介质层还位于所述半导体层靠近所述第一掺杂层的侧壁表面。
14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，在形成所述开口之前，还提供位于所述衬底表面的若干个隔离结构，且所述底层掺杂膜位于相邻隔离结构之间；形成所述衬底、底层掺杂膜、半导体膜、顶层掺杂膜以及隔离结构的工艺步骤包括：提供初始衬底；对部分厚度的初始衬底进行第一掺杂处理，形成所述衬底以及位于所述衬底表面的底层掺杂膜；在所述底层掺杂膜表面形成初始半导体膜；形成贯穿所述初始半导体膜、底层掺杂膜以及部分厚度衬底的隔离结构；对部分厚度的初始半导体膜进行第二掺杂处理，将部分厚度的初始半导体膜转化为顶层掺杂膜，形成位于所述底层掺杂膜表面的半导体膜以及位于所述半导体膜表面的顶层掺杂膜。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，还包括步骤：在所述隔离结构底部形成隔离掺杂阱，且所述隔离掺杂阱与所述第一掺杂层的掺杂类型相同；形成的所述第一掺杂层与所述隔离掺杂阱相接触。
16.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述栅电极层与所述第三掺杂层之间还具有绝缘侧墙，所述绝缘侧墙材料的致密度大于所述栅介质层材料的致密度；形成所述开口以及绝缘侧墙的工艺步骤包括：图形化所述顶层掺杂膜，形成暴露出所述半导体膜的初始开口；在所述初始开口侧壁表面形成绝缘侧墙；在形成所述绝缘侧墙之后，沿所述初始开口刻蚀所述半导体膜直至暴露出所述底层掺杂膜，形成所述开口。
17.如权利要求16所述的制造方法，其特征在于，形成所述初始开口的工艺步骤中，还图形化部分厚度的所述半导体膜；形成的所述绝缘侧墙还位于所述半导体层部分侧壁表面。
18.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一掺杂层的工艺步骤包括：在所述第三掺杂层顶部表面形成光刻胶层；以所述光刻层为掩膜，对位于所述开口下方的底层掺杂膜进行掺杂；去除所述光刻胶层。
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