CN110233160A - 图像传感器及其制作方法 - Google Patents

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CN110233160A CN201910649238.XA CN201910649238A CN110233160A CN 110233160 A CN110233160 A CN 110233160A CN 201910649238 A CN201910649238 A CN 201910649238A CN 110233160 A CN110233160 A CN 110233160A
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夏春秋
李春杰
方明旭
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Huaian Imaging Device Manufacturer Corp
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Abstract

本申请涉及半导体器件的制造领域,具体地涉及一种图像传感器及其制作方法。所述图像传感器包括:半导体衬底;第一掺杂层,所述第一掺杂层位于所述半导体衬底上;第一离子注入区域,位于所述第一掺杂层内,其中,所述第一离子注入区域的注入离子与所述第一掺杂层的掺杂离子的导电类型相反。所述第一掺杂层包围所述第一离子注入区域,可以在所述第一离子注入区域的底部形成PN结,增大了所述第一掺杂层与所述第一离子注入区域形成的PN结的面积,增大了耗尽层的面积,在有入射光进入所述耗尽层时,能产生更多的光生载流子,增强了光电二极管的光电转换能力,增强了图像传感器的光电转换能力。

Description

图像传感器及其制作方法
技术领域
本申请涉及半导体器件的制造领域,具体地涉及一种图像传感器及其制作方法。
背景技术
图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的器件。随着计算机和通信产业的发展,对高性能图像传感器的需求不断增长,这些高性能图像传感器广泛用于诸如数字照相机、摄像录像机、个人通信***(PCS)、游戏机、安防摄像机、医用微型照相机之类的各种领域。
图像传感器中一般包括多个光电二极管,所述光电二极管用于实现所述将光学图像转换成电信号的功能。当前,提高光电二极管的光电转换能力是图像传感器制作领域最重要的研究课题之一。其中,一个重要的研究方向在于增大光电二极管的面积。
发明内容
本申请提供一种图像传感器及其制作方法,可以增强所述图像传感器的光电转换能力。
本申请的一个方面提供一种图像传感器,包括:第一掺杂层;第一离子注入区域,位于所述第一掺杂层内,其中,所述第一离子注入区域的注入离子与所述第一掺杂层的掺杂离子的导电类型相反;外延层,位于所述第一掺杂层表面;第二离子注入区域,所述第二离子注入区域位于所述外延层内,并延伸至所述第一离子注入区域;掺杂隔离结构,所述掺杂隔离结构位于所述第二离子注入区域两侧并贯穿所述第一掺杂层,其中,所述掺杂隔离结构的掺杂离子与所述第二离子注入区域的注入离子的导电类型相反。
在本申请的一些实施例中,所述第一离子注入区域的注入离子和所述第二离子注入区域的注入离子导电类型相同。
在本申请的一些实施例中,所述第一离子注入区域的注入离子为N型,所述第二离子注入区域的注入离子为N型。
在本申请的一些实施例中,所述第一离子注入区域的注入离子为As或P中的一种或者多种组合,所述第二离子注入区域的注入离子为As或P中的一种或者多种组合。
在本申请的一些实施例中,所述第一离子注入区域的注入离子剂量值范围为1e11-1e14/cm2,所述第二离子注入区域的注入离子剂量值范围为5e11-1e14/cm2
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层为P型掺杂的外延硅。
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层的掺杂离子为B,BF2或In中的一种或者多种组合,掺杂剂量值范围为1e11-1e14/cm2。在本申请的一些实施例中,所述外延层的厚度为0.5微米至1.5微米。
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层的厚度为1微米至4微米。
在本申请的一些实施例中,所述图像传感器还包括:沟槽隔离结构,所述沟槽隔离结构位于所述第一离子注入区域两侧并贯穿所述第一掺杂层。
本申请的另一个方面还提供一种图像传感器的制作方法,包括:提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成第一掺杂层;在所述第一掺杂层中形成第一离子注入区域,其中,所述第一离子注入区域的注入离子与所述第一掺杂层的掺杂离子的导电类型相反;在所述第一掺杂层上形成外延层;在所述外延层中形成第二离子注入区域,所述第二离子注入区域延伸至所述第一离子注入区域;在所述第二离子注入区域两侧形成掺杂隔离结构,所述掺杂隔离结构贯穿所述第一掺杂层,其中,所述掺杂隔离结构的掺杂离子与所述第二离子注入区域的注入离子的导电类型相反。
在本申请的一些实施例中,所述方法还包括:去除所述半导体衬底;在所述第一掺杂层中形成沟槽隔离结构,所述沟槽隔离结构位于所述所述第一离子注入区域两侧并贯穿所述第一掺杂层。
在本申请的一些实施例中,形成所述第一掺杂层的方法为:在所述半导体衬底表面外延生长P型掺杂的外延硅。
在本申请的一些实施例中,形成所述第一离子注入区域的方法包括:在所述第一掺杂层中进行第一离子注入。
在本申请的一些实施例中,形成所述第二离子注入区域的方法包括:在所述外延层中进行第二离子注入,其中,所述第二离子注入和第一离子注入的注入离子导电类型相同。
在本申请的一些实施例中,所述第一离子注入区域的注入离子为N型,所述第二离子注入区域的注入离子为N型。
在本申请的一些实施例中,所述第一离子注入区域的注入离子为As或P中的一种或者多种组合,所述第二离子注入区域的注入离子为As或P中的一种或者多种组合。
在本申请的一些实施例中,所述第一离子注入区域的注入离子剂量值范围为1e11-1e14/cm2,所述第二离子注入区域的注入离子剂量值范围为5e11-1e14/cm2
在本申请的一些实施例中,所述外延层的厚度为0.5微米至1.5微米。
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层的厚度为1微米至4微米。
本申请提供的图像传感器及其制作方法中,增强了图像传感器的光电转换能力。
附图说明
以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例,附图仅用于说明和描述的目的,并不旨在限制本公开的范围,其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解,附图未按比例绘制。其中:
图1是一种图像传感器中光电二极管的结构示意图。
图2至图10是本申请实施例中一种图像传感器的制作方法各步骤结构示意图。
具体实施方式
以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求,目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说,对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的,并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下,可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此,本公开不限于所示的实施例,而是与权利要求一致的最宽范围。
下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
图1是一种图像传感器中光电二极管的结构示意图。参考图1,所述图像传感器包括:半导体衬底101;N型离子注入区域102,形成于所述半导体衬底101中;P型离子注入区域103,形成于所述N型离子注入区域102两侧,所述P型离子注入区域103和所述N型离子区域103的接触面形成PN结;隔离结构104,用于隔离相邻的光电转换区。
在上述P型离子注入区域103和N型离子注入区域102形成的光电二极管中,通常在所述P型离子注入区域103和所述N型离子区域103的接触面附近形成耗尽层。当入射光进入所述耗尽层,就会产生电子空穴对,称为光生载流子。所述光生载流子产生电流,光的强度越大,电流也越大,从而实现了光电二极管功能。因此,产生的光生载流子越多,越能更好地增强光电二极管的光电转换能力。
如图1所示,所述P型离子注入区域103通常通过离子注入工艺形成,然而离子注入工艺的离子注入深度有限,通常无法将P型离子注入到所述N型离子注入区域102的底部,无法形成更多的PN结以及更大的耗尽层,限制了所述光电二极管的能力。本申请针对以上所述问题设计了一种图像传感器及其制作方法,可以提高图像传感器的光电转换能力。
本申请所述实施例提供一种图像传感器的制作方法,参考图2至图8,包括:提供半导体衬底100,在所述半导体衬底100上形成第一掺杂层110;在所述第一掺杂层110中形成第一离子注入区域120,其中,所述第一离子注入区域120的注入离子与所述第一掺杂层110的掺杂离子的导电类型相反;在所述第一掺杂层110上形成外延层130;在所述外延层130中形成第二离子注入区域121,所述第二离子注入区域121延伸至所述第一离子注入区域120;在所述第二离子注入区域121两侧形成掺杂隔离结构112,所述掺杂隔离结构112贯穿所述第一掺杂层110,其中,所述掺杂隔离结构112的掺杂离子与所述第二离子注入区域121的注入离子的导电类型相反。
图2至图10是本申请实施例中一种图像传感器的制作方法各步骤结构示意图。下面参考图2至图8对本申请实施例所述图像传感器的制作方法进行详细描述。
参考图2,提供半导体衬底100,在所述半导体衬底100上形成第一掺杂层110。在本申请的实施例中,所述半导体衬底100用于作为形成所述第一掺杂层110的基底材料,因此,应尽可能选用适合外延生长单晶硅的材料。例如:所述半导体衬底100可以为硅衬底,还可以为碳化硅或者为绝缘体上的硅衬底。
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层110为外延生长的掺杂单晶硅,所述第一掺杂层110的厚度例如为1微米至4微米。
在本申请的一些实施例中,形成所述第一掺杂层110的方法包括:在所述半导体衬底100上外延生长所述第一掺杂层110,其中,在外延生长所述第一掺杂层110的同时直接进行掺杂。
在本申请的一些实施例中,采用外延掺杂工艺形成所述第一掺杂层110后,可直接去除所述半导体衬底100。在本申请的其它实施例中,也可以在后续的工艺步骤中去除所述半导体衬底100,例如形成所述掺杂隔离结构后再去除所述半导体衬底100。去除所述半导体衬底100的方法例如为化学机械研磨法。
在本申请所述实施例中,参考图2所示,在所述半导体衬底100表面通过外延生长工艺并同时掺杂的工艺形成所述第一掺杂层110。通过所述外延生长并同时掺杂的工艺形成的第一掺杂层110中的掺杂离子分布均匀,并且掺杂的深度与外延生长的厚度相同,避免了采用离子注入工艺进行掺杂时对掺杂的深度的限制。
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层110中的掺杂离子为P型掺杂。所述的掺杂离子例如为B,BF2、镓离子和铟离子中的一种或者多种组合。
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层110中的掺杂剂量值范围为1e11-1e14/cm2
参考图3,在所述第一掺杂层110中形成第一离子注入区域120,其中,所述第一离子注入区域120的注入离子与所述第一掺杂层110的掺杂离子的导电类型相反。例如,当所述第一掺杂层110的掺杂离子为P型掺杂时,所述第一离子注入区域120中的注入离子为N型掺杂离子,所述第一掺杂层110和所述第一离子注入区域120之间可以形成PN结,形成光电二极管。
在本申请的一些实施例中,所述的N型掺杂离子包括磷,As和锑离子中的一种或者多种组合。所述第一离子注入区域120中的注入离子剂量值范围为1e11-1e14/cm2
在本申请所述实施例中,形成所述第一离子注入区域120的方法包括:在所述第一掺杂层110中进行第一离子注入。参考图3所示,首先在所述第一掺杂层110表面形成第一光刻胶111,然后通过曝光、显影,在所述第一光刻胶111中形成第一开口,所述第一开口定义所述第一离子注入区域120的位置,随后通过离子注入工艺在所述第一开口暴露出的第一掺杂层110中形成所述第一离子注入区域120。
本申请所述的图像传感器的制作方法中,先在所述半导体衬底100上形成第一掺杂层110,然后在所述第一掺杂层110内形成第一离子注入区域120,所述第一掺杂层110包围所述第一离子注入区域120,与传统图像传感器形成方法相比,不仅能在所述第一离子注入区域120的两侧形成PN结,还可以在所述第一离子注入区域120的底部形成PN结,因此增大了所述第一掺杂层110与所述第一离子注入区域120形成的PN结的面积,增大了耗尽层的面积,在有入射光进入所述耗尽层时,能产生更多的光生载流子,增强了光电二极管的光电转换能力,增强了图像传感器的光电转换能力。另一方面,与所述第一离子注入区域120的底部接触的第一掺杂层110可以很好的吸附表面电荷,可以防止所述第一离子注入区域120的底部因表面缺陷产生的暗电流。
本申请所述的图像传感器的制作方法中,所述第一离子注入区域120的深度不能太浅,否则所述第一离子注入区域120底部的第一掺杂层110太厚,影响光线入射到所述第一离子注入区域120的效率;另一方面,所述第一离子注入区域120的深度不能太深,否则所述第一离子注入区域120底部的第一掺杂层110太薄甚至可能导致所述第一离子注入区域120底部没有被所述第一掺杂层110包围,所述第一离子注入区域120底部与所述第一掺杂层110形成的PN结以及耗尽区的面积减小,影响本申请所述实施例的有益效果。
为了进一步提高满阱容量,本申请所述图像传感器中,在所述第一掺杂层110上还制作了第二层光电转换区。
参考图4,去除所述第一光刻胶111,然后在所述第一掺杂层110表面形成外延层130,所述外延层130的厚度为0.5至1.5微米。形成所述外延层130的工艺例如为外延生长工艺,所述外延层的材料为硅。根据工艺设计的需要,所述外延层中也可以包括一定浓度的掺杂离子,所述掺杂离子的掺杂类型于所述第一掺杂层110中掺杂离子的掺杂类型相同。
参考图5,在所述外延层130中形成第二离子注入区域121,所述第二离子注入区域121延伸至所述第一离子注入区域120。
在本申请的一些实施例中,形成所述第二离子注入区域121的方法包括:在所述外延层130中进行第二离子注入,其中,所述第二离子注入和第一离子注入的注入离子导电类型相同。例如,当所述第一离子注入区域120中注入的第一离子为N型掺杂离子时,所述第二离子注入区域121中注入的第二离子也为N型掺杂离子。
在本申请的一些实施例中,所述的N型掺杂离子包括磷,As和锑离子中的一种或者多种组合。所述第二离子注入区域121中的注入离子剂量值范围为5e11-1e14/cm2
参考图5所示,首先在所述外延层130表面形成第二光刻胶113,然后通过曝光、显影,在所述第二光刻胶113中形成第二开口,所述第二开口定义所述第二离子注入区域121的位置,随后通过离子注入工艺在所述第二开口暴露出的外延层130中形成所述第二离子注入区域121。
参考图6,去除所述第二光刻胶113,在所述第二离子注入区域121两侧形成掺杂隔离结构112,所述掺杂隔离结构112贯穿所述第一掺杂层110,其中,所述掺杂隔离结构112的掺杂离子与所述第二离子注入区域121的注入离子的导电类型相反。例如,当所述第二离子注入区域121的注入离子为N型掺杂离子时,所述掺杂隔离结构112中的掺杂离子为P型掺杂,所述掺杂隔离结构112和所述第二离子注入区域121之间可以形成PN结,形成光电二极管。
在本申请的一些实施例中,所述掺杂隔离结构112还可以实现相邻第二离子注入区域121之间的电隔离。
在本申请的一些实施例中,所述掺杂隔离结构112中的掺杂离子可以是B,BF2或In中的一种或者多种组合,掺杂剂量值范围为1e11-1e14/cm2
在本申请的一些实施例中,形成所述掺杂隔离结构112的方法为离子注入工艺。
所述第一离子注入区域120与包围所述第一离子注入区域120的第一掺杂层110形成第一感光元件,所述第二离子注入区域121与所述掺杂隔离结构112形成第二感光元件,所述第一感光元件和第二感光元件共同构成图像传感器的感光元件,进一步扩大了图像传感器的满阱容量。
继续参考图6,在所述外延层130上继续形成转移栅极(Transfer gate,TG)等晶体管结构,以及金属布线层等结构。需要注意的是,图中未示出所述金属布线层以及晶体管等结构,在此对其形成方法不进行详细描述,仅示意性地说明这些结构在本申请所述图像传感器中的位置。
参考图7,去除所述半导体衬底100。在本申请的一些实施例中,去除所述半导体衬底100的方法例如为化学机械研磨工艺。
参考图8,在本申请的实施例中,所述的第一掺杂层110的第一面10为光入射面,在所述第一掺杂层110的第一面10制作沟槽隔离结构140,所述沟槽隔离结构140位于所述第一离子注入区域120两侧并贯穿所述第一掺杂层110。所述沟槽隔离结构140用于防止光线在相邻像素之间串扰。所述沟槽隔离结构140的形成工艺可以是本领域技术人员了解的任何隔离工艺,例如深沟槽隔离结构,在此不做详细描述。
参考图9所示,在所述半导体衬底100的第一面10上形成滤色层150,所述滤色层150的位置与所述光电二极管对应,用于通过特定波长范围的光,使所述特定波长范围的光进入光电二极管。
在本申请的一些实施例中,所述滤色层150是用内部添加有有机颜料的树脂形成的。
继续参考图9所示,在所述滤色层150之间形成遮光膜160,所述遮光膜160用于隔离所述滤色层150,使不同像素区域的光线不会进入其他像素区间的光电二极管。
所述的遮光膜160可由金属制成,或是吸收光的黑色滤色层。遮光膜160的材料优选为具有遮光效果的金属材料,例如钨、铝或铜等,形成遮光膜160的工艺例如为化学气相沉积遮光膜材料并进行选择性刻蚀,再去除与光电二极管位置对应的部分遮光膜材料,形成所述遮光膜160。
参考图10所示,在所述滤色层150上形成微透镜170。所述的微透镜170用于针对各像素单元聚集光,其材料例如为聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂或这些树脂的共聚物树脂形成的。形成所述微透镜的工艺可以是现有的任意一种微透镜制作工艺,在此不做详细描述。
本申请所述的图像传感器的制作方法中,先在所述半导体衬底100上形成第一掺杂层110,然后在所述第一掺杂层110内形成第一离子注入区域120,所述第一掺杂层110包围所述第一离子注入区域120,与传统图像传感器形成方法相比,不仅能在所述第一离子注入区域120的两侧形成PN结,还可以在所述第一离子注入区域120的底部形成PN结,因此增大了所述第一掺杂层110与所述第一离子注入区域120形成的PN结的面积,增大了耗尽层的面积,在有入射光进入所述耗尽层时,能产生更多的光生载流子,增强了光电二极管的光电转换能力,增强了图像传感器的光电转换能力。另一方面,与所述第一离子注入区域120的底部接触的第一掺杂层110可以很好的吸附表面电荷,可以防止所述第一离子注入区域120的底部因表面缺陷产生的暗电流。
本申请所述实施例还提供一种图像传感器,参考图10所示,包括:第一掺杂层110;第一离子注入区域120,位于所述第一掺杂层110内,其中,所述第一离子注入区域120的注入离子与所述第一掺杂层110的掺杂离子的导电类型相反;外延层130,位于所述第一掺杂层110表面;第二离子注入区域121,位于所述外延层130内,所述第二离子注入区域121延伸至所述第一离子注入区域120;掺杂隔离结构112,位于所述第二离子注入区域121两侧,所述掺杂隔离结构112贯穿所述第一掺杂层110,其中,所述掺杂隔离结构112的掺杂离子与所述第二离子注入区域121的注入离子的导电类型相反。
参考图10,在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层110为外延生长的掺杂单晶硅,所述第一掺杂层110的厚度例如为1微米至4微米。
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层110中的掺杂离子为P型掺杂。所述的掺杂离子例如为B,BF2、镓离子和铟离子中的一种或者多种组合。
在本申请的一些实施例中,所述第一掺杂层110中的掺杂剂量值范围为1e11-1e14/cm2
参考图10,在所述第一掺杂层110中形成有第一离子注入区域120,其中,所述第一离子注入区域120的注入离子与所述第一掺杂层110的掺杂离子的导电类型相反。例如,当所述第一掺杂层110的掺杂离子为P型掺杂时,所述第一离子注入区域120中的注入离子为N型掺杂离子,所述第一掺杂层110和所述第一离子注入区域120之间可以形成PN结,形成光电二极管。
在本申请的一些实施例中,所述的N型掺杂离子包括磷,As和锑离子中的一种或者多种组合。所述第一离子注入区域120中的注入离子剂量值范围为1e11-1e14/cm2
在本申请的一些实施例中,形成所述第一离子注入区域120的方法包括:在所述第一掺杂层110中进行第一离子注入
本申请实施例所述的图像传感器中,所述第一掺杂层110包围所述第一离子注入区域120,与传统图像传感器相比,不仅能在所述第一离子注入区域120的两侧形成PN结,还可以在所述第一离子注入区域120的底部形成PN结,因此增大了所述第一掺杂层110与所述第一离子注入区域120形成的PN结的面积,增大了耗尽层的面积,在有入射光进入所述耗尽层时,能产生更多的光生载流子,增强了光电二极管的光电转换能力,增强了图像传感器的光电转换能力。另一方面,与所述第一离子注入区域120的底部接触的第一掺杂层110可以很好的吸附表面电荷,可以防止所述第一离子注入区域120的底部因表面缺陷产生的暗电流。
为了进一步提高满阱容量,本申请所述图像传感器中,在所述第一掺杂层110上还制作了第二层光电转换区。
参考图10,在所述第一掺杂层110表面形成有外延层130,所述外延层130的厚度为0.5至1.5微米。形成所述外延层130的工艺例如为外延生长工艺,所述外延层的材料为硅。根据工艺设计的需要,所述外延层中也可以包括一定浓度的掺杂离子,所述掺杂离子的掺杂类型于所述第一掺杂层110中掺杂离子的掺杂类型相同。
参考图10,在所述外延层130中形成有第二离子注入区域121,所述第二离子注入区域121延伸至所述第一离子注入区域120。
在本申请的一些实施例中,形成所述第二离子注入区域121的方法包括:在所述外延层130中进行第二离子注入,其中,所述第二离子注入和第一离子注入的注入离子导电类型相同。例如,当所述第一离子注入区域120中注入的第一离子为N型掺杂离子时,所述第二离子注入区域121中注入的第二离子也为N型掺杂离子。
在本申请的一些实施例中,所述的N型掺杂离子包括磷,As和锑离子中的一种或者多种组合。在本申请的一些实施例中,所述的N型掺杂离子包括磷,As和锑离子中的一种或者多种组合。所述第二离子注入区域121中的注入离子剂量值范围为5e11-1e14/cm2
参考图10,在所述第二离子注入区域121两侧形成有掺杂隔离结构112,所述掺杂隔离结构112贯穿所述第一掺杂层110,其中,所述掺杂隔离结构112的掺杂离子与所述第二离子注入区域121的注入离子的导电类型相反。例如,当所述第二离子注入区域121的注入离子为N型掺杂离子时,所述掺杂隔离结构112中的掺杂离子为P型掺杂,所述掺杂隔离结构112和所述第二离子注入区域121之间可以形成PN结,形成光电二极管。
在本申请的一些实施例中,所述掺杂隔离结构112还可以实现相邻第二离子注入区域121之间的电隔离。
在本申请的一些实施例中,所述掺杂隔离结构112中的掺杂离子可以是B,BF2或In中的一种或者多种组合,掺杂剂量值范围为1e11-1e14/cm2
所述第一离子注入区域120与包围所述第一离子注入区域120的第一掺杂层110形成第一感光元件,所述第二离子注入区域121与所述掺杂隔离结构112形成第二感光元件,所述第一感光元件和第二感光元件共同构成图像传感器的感光元件,进一步扩大了图像传感器的满阱容量。
继续参考图10,在所述外延层130上还形成有转移栅极(Transfer gate,TG)等晶体管结构,以及金属布线层等结构。需要注意的是,图10中未示出所述金属布线层以及晶体管等结构,在此对其形成方法不进行详细描述,仅示意性地说明这些结构在本申请所述图像传感器中的位置。
参考图10,在本申请的实施例中,所述的半导体衬底200的第一面10为光入射面,在所述第一掺杂层110的第一面10形成有沟槽隔离结构140,所述沟槽隔离结构140位于所述第一离子注入区域120两侧并贯穿所述第一掺杂层110。所述沟槽隔离结构140用于防止光线在相邻像素之间串扰。所述沟槽隔离结构140的形成工艺可以是本领域技术人员了解的任何隔离工艺,例如深沟槽隔离结构,在此不做详细描述。
参考图10所示,在所述半导体衬底100的第一面10形成有滤色层150,所述滤色层150的位置与所述光电二极管对应,用于通过特定波长范围的光,使所述特定波长范围的光进入光电二极管。
在本申请的一些实施例中,所述滤色层150是用内部添加有有机颜料的树脂形成的。
继续参考图10所示,在所述滤色层150之间形成有遮光膜160,所述遮光膜160用于隔离所述滤色层150,使不同像素区域的光线不会进入其他像素区间的光电二极管。
所述的遮光膜160可由金属制成,或是吸收光的黑色滤色层。遮光膜160的材料优选为具有遮光效果的金属材料,例如钨、铝或铜等,形成遮光膜160的工艺例如为化学气相沉积遮光膜材料并进行选择性刻蚀,再去除与光电二极管位置对应的部分遮光膜材料,形成所述遮光膜160。
参考图10所示,在所述滤色层150上形成有微透镜170。所述的微透镜170用于针对各像素单元聚集光,其材料例如为聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂或这些树脂的共聚物树脂形成的。形成所述微透镜的工艺可以是现有的任意一种微透镜制作工艺,在此不做详细描述。
本申请所述的图像传感器中,所述第一掺杂层110包围所述第一离子注入区域120,与传统图像传感器形成方法相比,不仅能在所述第一离子注入区域120的两侧形成PN结,还可以在所述第一离子注入区域120的底部形成PN结,因此增大了所述第一掺杂层110与所述第一离子注入区域120形成的PN结的面积,增大了耗尽层的面积,在有入射光进入所述耗尽层时,能产生更多的光生载流子,增强了光电二极管的光电转换能力,增强了图像传感器的光电转换能力。另一方面,与所述第一离子注入区域120的底部接触的第一掺杂层110可以很好的吸附表面电荷,可以防止所述第一离子注入区域120的底部因表面缺陷产生的暗电流。
综上所述,在阅读本详细公开内容之后,本领域技术人员可以明白,前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现,并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明,本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变,改进和修改。这些改变,改进和修改旨在由本公开提出,并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。
应当理解,本实施例使用的术语″和/或″包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解,当一个元件被称作″连接″或″耦接″至另一个元件时,其可以直接地连接或耦接至另一个元件,或者也可以存在中间元件。
类似地,应当理解,当诸如层、区域或衬底之类的元件被称作在另一个元件″上″时,其可以直接在另一个元件上,或者也可以存在中间元件。与之相反,术语″直接地″表示没有中间元件。还应当理解,术语″包含″、″包含着″、″包括″和/或″包括着″,在此使用时,指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
还应当理解,尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件,但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此,在没有脱离本发明的教导的情况下,在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标志符在整个说明书中表示相同的元件。
此外,通过参考作为理想化的示例性图示的截面图示和/或平面图示来描述示例性实施例。因此,由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此,不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状,而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如,被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此,在图中示出的区域实质上是示意性的,其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。
另外,本公开的实施方式还可以包括以下示例性示例(EE)。
EE1.一种图像传感器,其特征在于,包括:
第一掺杂层;
第一离子注入区域,位于所述第一掺杂层内,其中,所述第一离子注入区域的注入离子与所述第一掺杂层的掺杂离子的导电类型相反;
外延层,位于所述第一掺杂层表面;
第二离子注入区域,所述第二离子注入区域位于所述外延层内,并延伸至所述第一离子注入区域;
掺杂隔离结构,所述掺杂隔离结构位于所述第二离子注入区域两侧并贯穿所述第一掺杂层,其中,所述掺杂隔离结构的掺杂离子与所述第二离子注入区域的注入离子的导电类型相反。
EE2.如EE1所述图像传感器,其特征在于,所述第一离子注入区域的注入离子和所述第二离子注入区域的注入离子导电类型相同。
EE3.如EE2所述图像传感器,其特征在于,所述第一离子注入区域的注入离子为N型,所述第二离子注入区域的注入离子为N型。
EE4.如EE3所述图像传感器,其特征在于,所述第一离子注入区域的注入离子为As或P中的一种或者多种组合,所述第二离子注入区域的注入离子为As或P中的一种或者多种组合。
EE5.如EE4所述图像传感器,其特征在于,所述第一离子注入区域的注入离子剂量值范围为1e11-1e14/cm2,所述第二离子注入区域的注入离子剂量值范围为5e11-1e14/cm2
EE6.如EE1所述图像传感器,其特征在于,所述第一掺杂层为P型掺杂的外延硅。
EE7.如EE6所述图像传感器,其特征在于,所述第一掺杂层的掺杂离子为B,BF2或In中的一种或者多种组合,掺杂剂量值范围为1e11-1e14/cm2
EE8.如EE1所述图像传感器,其特征在于,所述外延层的厚度为0.5微米至1.5微米。
EE9.如EE1所述图像传感器,其特征在于,所述第一掺杂层的厚度为1微米至4微米。
EE10.如EE1所述图像传感器,其特征在于,所述图像传感器还包括:沟槽隔离结构,所述沟槽隔离结构位于所述第一离子注入区域两侧并贯穿所述第一掺杂层。
EE11.一种图像传感器的制作方法,其特征在于,包括:
提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成第一掺杂层;
在所述第一掺杂层中形成第一离子注入区域,其中,所述第一离子注入区域的注入离子与所述第一掺杂层的掺杂离子的导电类型相反;
在所述第一掺杂层上形成外延层;
在所述外延层中形成第二离子注入区域,所述第二离子注入区域延伸至所述第一离子注入区域;
在所述第二离子注入区域两侧形成掺杂隔离结构,所述掺杂隔离结构贯穿所述第一掺杂层,其中,所述掺杂隔离结构的掺杂离子与所述第二离子注入区域的注入离子的导电类型相反。
EE12.如EE11所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述方法还包括:
去除所述半导体衬底;
在所述第一掺杂层中形成沟槽隔离结构,所述沟槽隔离结构位于所述所述第一离子注入区域两侧并贯穿所述第一掺杂层。
EE13.如EE11所述图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述第一掺杂层的方法为:在所述半导体衬底表面外延生长P型掺杂的外延硅。
EE14.如EE11所述图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述第一离子注入区域的方法包括:在所述第一掺杂层中进行第一离子注入。
EE15.如EE11所述图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述第二离子注入区域的方法包括:在所述外延层中进行第二离子注入,其中,所述第二离子注入和第一离子注入的注入离子导电类型相同。
EE16.如EE15所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一离子注入区域的注入离子为N型,所述第二离子注入区域的注入离子为N型。
EE17.如EE16所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一离子注入区域的注入离子为As或P中的一种或者多种组合,所述第二离子注入区域的注入离子为As或P中的一种或者多种组合。
EE18.如EE17所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一离子注入区域的注入离子剂量值范围为1e11-1e14/cm2,所述第二离子注入区域的注入离子剂量值范围为5e11-1e14/cm2
EE19.如EE11所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述外延层的厚度为0.5微米至1.5微米。
EE20.如EE11所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一掺杂层的厚度为1微米至4微米。

Claims (10)

1.一种图像传感器,其特征在于,包括:
第一掺杂层;
第一离子注入区域,位于所述第一掺杂层内,其中,所述第一离子注入区域的注入离子与所述第一掺杂层的掺杂离子的导电类型相反;
外延层,位于所述第一掺杂层表面;
第二离子注入区域,所述第二离子注入区域位于所述外延层内,并延伸至所述第一离子注入区域;
掺杂隔离结构,所述掺杂隔离结构位于所述第二离子注入区域两侧并贯穿所述第一掺杂层,其中,所述掺杂隔离结构的掺杂离子与所述第二离子注入区域的注入离子的导电类型相反。
2.如权利要求1所述图像传感器,其特征在于,所述第一离子注入区域的注入离子和所述第二离子注入区域的注入离子导电类型相同。
3.如权利要求1所述图像传感器,其特征在于,所述外延层的厚度为0.5微米至1.5微米。
4.如权利要求1所述图像传感器,其特征在于,所述第一掺杂层的厚度为1微米至4微米。
5.一种图像传感器的制作方法,其特征在于,包括:
提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成第一掺杂层;
在所述第一掺杂层中形成第一离子注入区域,其中,所述第一离子注入区域的注入离子与所述第一掺杂层的掺杂离子的导电类型相反;
在所述第一掺杂层上形成外延层;
在所述外延层中形成第二离子注入区域,所述第二离子注入区域延伸至所述第一离子注入区域;
在所述第二离子注入区域两侧形成掺杂隔离结构,所述掺杂隔离结构贯穿所述第一掺杂层,其中,所述掺杂隔离结构的掺杂离子与所述第二离子注入区域的注入离子的导电类型相反。
6.如权利要求5所述图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述第一掺杂层的方法为:在所述半导体衬底表面外延生长P型掺杂的外延硅。
7.如权利要求5所述图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述第一离子注入区域的方法包括:在所述第一掺杂层中进行第一离子注入。
8.如权利要求5所述图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述第二离子注入区域的方法包括:在所述外延层中进行第二离子注入,其中,所述第二离子注入和第一离子注入的注入离子导电类型相同。
9.如权利要求5所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述外延层的厚度为0.5微米至1.5微米。
10.如权利要求5所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一掺杂层的厚度为1微米至4微米。
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