CN110429092A - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底内形成有分立排列的光电器件；沟槽隔离结构，形成于所述半导体衬底中且位于所述光电器件之间；第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，形成于所述光电器件上的半导体衬底内且位于所述沟槽隔离结构之间；传输栅极，形成于所述光电器件一侧的沟槽隔离结构中，所述传输栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和光电器件接近；控制栅极，形成于所述光电器件上的半导体衬底的第一表面上，所述控制栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区接近。本申请实现了图像传感器的高动态范围和高灵敏度，提高了图像传感器的性能。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造领域，具体来说，涉及一种图像传感器及其形成方法。
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。
图像传感器通常包括两种类型，电荷藕合器件(CCD)传感器和CMOS图像传感器(CMOS Image Sensors，CIS)。相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器具有集成度高、功耗小、生成成本低等优点，因而具有更广泛的应用。相比于应用有限的低动态范围的CMOS图像传感器，高动态范围(high dynamic range)的CMOS图像传感器有更广泛的应用，尤其是应用于自动化控制和安全***等领域。
现有的CMOS图像传感器采用多浮置扩散区(multi floating diffusion)结构来提高动态范围，然而，这种结构会减小光电器件如光电二极管的面积，从而降低图像传感器的灵敏度。例如现有的一种平面结构中，光电二极管与浮置扩散区形成在半导体衬底内的同一侧，当浮置扩散区的区域增加(如形成多浮置扩散区)，相应地，光电二极管的区域就会减小。
发明内容
本申请技术方案要解决的技术问题是提供一种高动态范围和高灵敏度的图像传感器。
为解决上述技术问题，本申请一方面提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底内形成有分立排列的光电器件；沟槽隔离结构，形成于所述半导体衬底中且位于所述光电器件之间；第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，形成于所述光电器件上的半导体衬底内且位于所述沟槽隔离结构之间；传输栅极，形成于所述光电器件一侧的沟槽隔离结构中，所述传输栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和光电器件接近；控制栅极，形成于所述光电器件上的半导体衬底的第一表面上，所述控制栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区接近。
在本申请的一些实施例中，形成有传输栅极的沟槽隔离结构的宽度大于没有传输栅极的沟槽隔离结构的宽度。
在本申请的一些实施例中，所述沟槽隔离结构包括：形成于所述半导体衬底中的第一沟槽；位于所述第一沟槽侧壁和底部的第一绝缘层；覆盖所述第一绝缘层并填充所述第一沟槽的第一填充层。
在本申请的一些实施例中，所述第一绝缘层包括第一氧化层、高介电常数材料层和第二氧化层；所述第一填充层包括氧化硅层，或者所述第一填充层包括氧化硅层和氮化硅层。
在本申请的一些实施例中，所述第一氧化层、第二氧化层的材料为氧化硅，所述高介电常数材料层的材料为氧化铝或氧化铪。
在本申请的一些实施例中，所述第一绝缘层的材料为氧化硅或氮化硅，所述高介电常数材料层的材料为氧化铝。
在本申请的一些实施例中，所述传输栅极包括：形成于所述沟槽隔离结构中的栅极沟槽；位于所述栅极沟槽侧壁和底部的介质层；覆盖所述介质层并填充所述栅极沟槽的栅极材料层。
在本申请的一些实施例中，所述介质层的材料为氧化硅或氮化硅，所述栅极材料为多晶硅或金属材料。
在本申请的一些实施例中，所述传输栅极在所述沟槽隔离结构中的深度大于所述第一浮置扩散区与所述光电器件之间的距离。
在本申请的一些实施例中，所述控制栅极包括：依次形成在所述半导体衬底的第一表面上的栅氧化层和栅极层。
在本申请的一些实施例中，所述控制栅极在所述第一表面的宽度大于所述第一浮置扩散区与所述第二浮置扩散区之间的距离。
在本申请的一些实施例中，所述图像传感器还包括：形成于所述半导体衬底的第二表面上的滤色层和微透镜，所述第一表面和第二表面为相对面。
本申请的另一方面提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有分立排列的光电器件；在所述半导体衬底中形成沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构位于所述光电器件之间；在所述光电器件一侧的沟槽隔离结构中形成传输栅极，所述传输栅极的一端与所述光电器件接近；在所述光电器件上的半导体衬底内形成第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区位于所述沟槽隔离结构之间，所述传输栅极的另一端与所述第一浮置扩散区接近；在所述光电器件上的半导体衬底的第一表面上形成控制栅极，所述控制栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区接近。
在本申请的一些实施例中，，形成所述沟槽隔离结构包括：刻蚀所述半导体衬底的第一表面，在所述半导体衬底中形成第一沟槽；形成覆盖所述第一沟槽侧壁和底部的第一绝缘层；在所述第一沟槽中形成覆盖所述第一绝缘层的第一填充层。
在本申请的一些实施例中，形成所述传输栅极包括：刻蚀所述第一填充层，在所述沟槽隔离结构中形成栅极沟槽；形成覆盖所述栅极沟槽侧壁和底部的介质层；在所述栅极沟槽中填充满栅极材料，形成覆盖所述介质层的栅极材料层。
在本申请的一些实施例中，形成控制栅极包括：在所述半导体衬底的第一表面依次形成栅氧化层和栅极层；刻蚀所述栅氧化层和栅极层，形成对应于所述光电器件的控制栅极。
在本申请的一些实施例中，形成所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区的工艺为离子注入工艺。
在本申请的一些实施例中，所述图像传感器的形成方法还包括：研磨所述半导体衬底的第二表面以减薄所述半导体衬底，所述第一表面和第二表面为相对面；在减薄后的半导体衬底的第二表面上形成滤色层和微透镜。
在本申请的一些实施例中，所述图像传感器的形成方法还包括：刻蚀所述半导体衬底的第二表面，在所述半导体衬底内形成连通所述沟槽隔离结构的第二沟槽；形成覆盖所述第二沟槽侧壁的第二绝缘层；在所述第二沟槽中形成覆盖所述第二绝缘层的第二填充层。
采用本申请实施例所述的图像传感器结构及其形成方法，浮置扩散区(第一浮置扩散区和第二浮置扩散区)和光电器件形成在半导体衬底内的不同深度，即浮置扩散区和光电器件不在同一平面，可以说是上下位置的立体布局，当浮置扩散区的面积增大也不会影响光电器件的面积，光电器件可以做得足够大，由此保证了光进入量，提高了光电转换效率。并且，传输栅极形成在沟槽隔离结构中，并不占用像素单元区域，进而也不会影响光电器件的面积。因此，在不增加图像传感器面积的情况下，同时实现了高动态范围和高灵敏度，进而提升了图像传感器的性能。
本申请中另外的特征将部分地在下面的描述中阐述。通过该阐述，使以下附图和实施例叙述的内容对本领域普通技术人员来说变得显而易见。本申请中的发明点可以通过实践或使用下面讨论的详细示例中阐述的方法、手段及其组合来得到充分阐释。
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为本申请实施例的图像传感器的截面结构示意图；
图2为本申请实施例的图像传感器的一种应用实例的俯视结构示意图；
图3为本申请实施例的图像传感器的像素单元的读出电路的结构示意图；
图4至图9图为本申请实施例的图像传感器的形成方法各步骤对应的截面结构示意图。
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。
现有的图像传感器结构中，用于导通光电二极管(PD)与浮置扩散区(FD)的传输栅极(TG)形成在半导体衬底的表面，因此光电二极管与浮置扩散区形成在传输栅极两侧的半导体衬底内且位于半导体衬底表面的同一侧。然而当形成多浮置扩散区时，用于导通两个浮置扩散区的控制栅极(SG)也形成在半导体衬底的表面，两个浮置扩散区形成在控制栅极两侧的半导体衬底内且位于半导体衬底表面的同一侧。这种光电器件与浮置扩散区的平面布局结构，在像素单元区域不变的情况下，由于浮置扩散区的区域增加，相应地，光电器件的区域面积就会减小，从而影响了光进入量，降低了图像传感器的灵敏度。如果增加浮置扩散区的区域而不减少光电器件的面积，则又会增加图像传感器的面积。
基于现有技术的缺陷，本申请技术方案提出了一种具有多浮置扩散区的图像传感器，两个浮置扩散区和光电器件形成在半导体衬底内的不同深度，传输栅极形成在光电器件一侧的沟槽隔离结构中，在不增加像素单元区域的情况下，使得光电器件的区域面积足够大，保证了光电器件的光吸收量，提高了图像传感器的灵敏度。
下面结合实施例和附图对本申请技术方案进行详细说明。
请参考图1，本申请实施例的图像传感器包括：半导体衬底10，所述半导体衬底10内形成有分立排列的光电器件11；沟槽隔离结构12，形成于所述半导体衬底10中且位于所述光电器件11之间；第一浮置扩散区131和第二浮置扩散区132，形成于所述光电器件11上的半导体衬底10内且位于所述沟槽隔离结构12之间；传输栅极14，形成于所述光电器件11一侧的沟槽隔离结构12中，所述传输栅极14的两端分别与所述第一浮置扩散区131和光电器件11接近；控制栅极15，形成于所述光电器件11上的半导体衬底10的第一表面101上，所述控制栅极15的两端分别与所述第一浮置扩散区131和第二浮置扩散区132接近。
需要说明的是，半导体衬底10包括多个像素单元区域，每个像素单元区域中可以形成至少一个光电器件11，本申请实施例的附图均仅示出了一个像素单元区域，以清楚地显示像素单元区域中上述各部分的结构。
半导体衬底10可以为硅衬底，或者半导体衬底10的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等适用于图像传感器的材料，所述半导体衬底10还可以为绝缘体表面的硅衬底或者绝缘体表面的锗衬底，或者是生长有外延层的衬底。半导体衬底10具有第一表面101和第二表面102，第一表面101和第二表面102为相对面。光电器件11可以为光电二极管，通过在第一表面101进行离子注入而形成在半导体衬底10内，光电器件11与第一表面101的距离大于光电器件11与第二表面102的距离。
本实施例中，所述沟槽隔离结构12为深沟槽隔离结构(DTI)，自半导体衬底10的第一表面101向第二表面102延伸，其深度大于光电器件11与第一表面101的距离，沟槽隔离结构12的底部靠近第二表面102。在其它实施例中，沟槽隔离结构12也可以自第一表面101延伸至第二表面102，即贯通第一表面101和第二表面102。
沟槽隔离结构12可以包括：形成于所述半导体衬底10中的第一沟槽121；位于所述第一沟槽121侧壁和底部的第一绝缘层122；覆盖所述第一绝缘层122并填充所述第一沟槽121的第一填充层123。其中，所述第一绝缘层122通常是复合层，如第一绝缘层122可以进一步包括依次形成在第一沟槽121侧壁和底部的第一氧化层、高介电常数材料层和第二氧化层(图中未示出)，即所述第一氧化层覆盖第一沟槽121的侧壁和底部，所述高介电常数材料层覆盖所述第一氧化层，所述第二氧化层覆盖所述高介电常数材料层。所述第一氧化层、第二氧化层的材料为氧化硅，所述高介电常数材料层的材料为氧化铪或氧化铝等。所述第一填充层123可以是单层如氧化硅层；所述第一填充层123也可以是复合层，如可以包括氧化硅层和氮化硅层。
沟槽隔离结构12的关键尺寸(宽度)在满足工艺要求的前提下应当尽可能小，由于传输栅极14形成在光电器件11一侧的沟槽隔离结构12中，形成有传输栅极14的沟槽隔离结构12的宽度可以大于另一侧没有传输栅极的沟槽隔离结构12的宽度，以保证传输栅极14的关键尺寸符合工艺要求。
在其它实施例中，光电器件的两侧的沟槽隔离结构也可以具有相同的宽度，其中均形成有传输栅结构，在实际应用时，根据需要对其中一侧沟槽隔离结构中的传输栅极施加电压。
本实施例中，所述传输栅极14包括：形成于所述沟槽隔离结构12中的栅极沟槽141；位于所述栅极沟槽141侧壁和底部的介质层142；覆盖所述介质层142并填充所述栅极沟槽141的栅极材料层143。其中，所述介质层142的材料可以为氧化硅或氮化硅，所述栅极材料层143的材料可以为多晶硅或金属材料，所述金属材料可以例如为铝或钨等。
传输栅极14自沟槽隔离结构12的表面向沟槽隔离结构12的底部延伸，其一端靠近第一浮置扩散区131，另一端靠近光电器件11。传输栅极14用于在上电时，使第一浮置扩散区131和光电器件11之间的沟道(Channel)开启，从而使得光电器件11形成的光生载流子可以移动至第一浮置扩散区131进行存储。传输栅极14需要覆盖第一浮置扩散区131和光电器件11之间的沟道区域，因此，所述传输栅极14在所述沟槽隔离结构12中的深度可以大于所述第一浮置扩散区131与所述光电器件11之间的距离。在一具体实例中，传输栅极14的宽度可以为50nm～1000nm，深度可以为80nm～400nm。
本实施例中，所述控制栅极15包括：依次形成在所述半导体衬底10的第一表面101上的栅氧化层151和栅极层152。其中，栅氧化层151的材料可以为氧化硅等，栅极层152的材料可以为多晶硅或金属材料等。控制栅极15用于在上电时，使第一浮置扩散区131和第二浮置扩散区132之间的沟道开启。控制栅极15的一端靠近第一浮置扩散131，另一端靠近第二浮置扩散区132，控制栅极15需要覆盖第一浮置扩散区131和第二浮置扩散区132之间的沟道区域，因此，所述控制栅极15在所述第一表面101的宽度可以大于所述第一浮置扩散区131与所述第二浮置扩散区132之间的距离。
请参考图2所示的本申请实施例的图像传感器的一种应用实例的俯视结构示意图，图1为图2中沿A-A的截面结构示意图。图2中示出了四个像素单元区域，相邻像素单元区域可以共用它们之间的沟槽隔离结构12中的传输栅极14，也就是由一个传输栅极14控制相邻的两个第一浮置扩散区131和光电器件11之间的沟道开启或关闭。在其它实施例中，也可以是由一个传输栅极14控制周围四个第一浮置扩散区131和光电器件11之间的沟道开启或关闭等。
请参考图3所示的本实施例的图像传感器的像素单元的读出电路的结构示意图，图示的读出电路包括传输晶体管T1、开关晶体管T2、复位晶体管T3、放大晶体管T4和选择晶体管T5。在弱光时，图像传感器的逻辑电路控制传输栅TG打开传输晶体管T1，控制栅SG关闭开关晶体管T2，浮置扩散区的总电容小，可以检测弱光；在强光时，逻辑电路控制传输栅TG打开传输晶体管T1、控制栅SG打开开关晶体管T2，浮置扩散区的总电容增加，可以检测更强的光。因此，通过逻辑电路控制浮置扩散区的电容变化实现了更高的动态响应范围。当逻辑电路控制选择栅SEL打开选择晶体管T5，浮置扩散区存储的光生电荷经放大晶体管T4进行信号放大并被读出至总线COLBUS上。
以下结合附图对本申请实施例的图像传感器的形成方法进行详细说明。
请参考图4，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10内形成有分立排列的光电器件11。图中示出了一个像素单元区域，其中形成有一个光电器件11，光电器件11可以为光电二极管或光电三极管等。
请参考图5，在所述半导体衬底10中形成沟槽隔离结构12，所述沟槽隔离结构12位于所述光电器件11之间。由于图中仅示出了一个像素单元区域，因此沟槽隔离结构12位于光电器件11的两侧，其中一侧的沟槽隔离结构12的宽度大于另一侧的沟槽隔离结构。
本实施例中，形成所述沟槽隔离结构12包括：刻蚀所述半导体衬底10的第一表面101，在所述半导体衬底10中形成第一沟槽121；形成覆盖所述第一沟槽121侧壁和底部的第一绝缘层122；在所述第一沟槽121中填充满绝缘材料，形成覆盖所述第一绝缘层122的第一填充层123。其中，刻蚀半导体衬底10可以采用光刻工艺，形成第一绝缘层122可以进一步包括：在所述第一沟槽121侧壁和底部依次形成第一氧化层、高介电常数材料(High K)层和第二氧化层。形成所述第一氧化层可以采用氧化工艺或沉积工艺，形成所述高介电常数材料层、第二氧化层和第一填充层123可以采用沉积工艺，其中，所述第二氧化层和第一填充层是分开生长的。
请参考图6，在所述光电器件11一侧的沟槽隔离结构12中形成传输栅极14，所述传输栅极14的一端与所述光电器件11接近。
本实施例中，形成所述传输栅极14包括：刻蚀所述第一填充层123，在所述沟槽隔离结构12中形成栅极沟槽141；形成覆盖所述栅极沟槽141侧壁和底部的介质层142；在所述栅极沟槽141中填充满栅极材料，形成覆盖所述介质层142的栅极材料层143。其中，刻蚀高介电常数材料层123可以采用光刻工艺，形成介质层142和栅极材料层143可以采用沉积工艺。
请参考图7，在所述光电器件11上的半导体衬底10内形成第一浮置扩散区131和第二浮置扩散区132，所述第一浮置扩散区131和第二浮置扩散区132位于所述沟槽隔离结构12之间，所述传输栅极14的另一端与所述第一浮置扩散区131接近。其中，形成所述第一浮置扩散区131和第二浮置扩散区132的工艺可以为离子注入工艺，通过对半导体衬底10的第一表面101进行离子注入形成浮置扩散区131和132。
请参考图8，在所述光电器件11上的半导体衬底10的第一表面101上形成控制栅极15，所述控制栅极15的两端分别与所述第一浮置扩散区131和第二浮置扩散区131接近。
本实施例中，形成控制栅极15包括：在所述半导体衬底10的第一表面101依次形成栅氧化层151和栅极层152；刻蚀所述栅氧化层151和栅极层152，形成对应于所述光电器件11的控制栅极15。其中，形成栅氧化层151和栅极层152可以采用沉积工艺，刻蚀栅氧化层151和栅极层152可以采用光刻工艺。这里所述的″对应″具体为位置的对应。
进一步，请参考图9，本实施例的图像传感器的形成方法还包括：研磨所述半导体衬底10的第二表面102以减薄所述半导体衬底10，所述第一表面101和第二表面102为相对面；在减薄后的半导体衬底10的第二表面102上形成对应光电器件11的滤色层16和微透镜17。其中，减薄半导体衬底10可以采用化学机械研磨，形成滤色层16和微透镜17采用常规工艺，在此不再展开说明。
仍请参考图9，刻蚀减薄后的半导体衬底10的第二表面102，在所述半导体衬底10中形成连通所述沟槽隔离结构12的第二沟槽，第二沟槽与第一沟槽121连通；形成覆盖所述第二沟槽侧壁的第二绝缘层，所述第二绝缘层与第一绝缘层122连通，所述第二绝缘层的结构和材料可以与第一绝缘层122的结构和材料相同；在所述第二沟槽中形成覆盖所述第二绝缘层的第二填充层，所述第二填充层与第一填充层123连通，所述第二填充层的结构和材料可以与第一填充层123的结构和材料相同。在其它实施例中，也可以在形成沟槽隔离结构12时直接形成贯通第一表面101和第二表面102的沟槽隔离结构。
需要说明的是，在减薄半导体衬底10前，还包括：在半导体衬底10上形成其它器件和金属连线等步骤；然后，将第二表面102朝上的半导体衬底10与另一形成有逻辑器件和逻辑电路的半导体衬底键合(bonding)并互连，这些均为常规工艺，在此不再展开说明。在减薄所述半导体衬底10时，形成有逻辑器件和逻辑电路的半导体衬底对半导体衬底10可以起到支撑作用。
采用本申请实施例所述的图像传感器结构及其形成方法，浮置扩散区(第一浮置扩散区和第二浮置扩散区)和光电器件形成在半导体衬底内的不同深度，即浮置扩散区和光电器件不在同一平面，而是上下位置的立体布局，当浮置扩散区的面积增大也不会影响光电器件的面积，光电器件可以做得足够大，由此保证了光进入量，提高了光电转换效率。并且，传输栅极形成在沟槽隔离结构中，并不占用像素单元区域，进而也不会影响光电器件的面积。因此本申请不增加图像传感器的面积就可以在实现高动态范围的同时提高图像传感器的灵敏度，提升了图像传感器的性能。
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，在没有脱离本申请的教导的情况下，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)。
一种图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底内形成有分立排列的光电器件；
沟槽隔离结构，形成于所述半导体衬底中且位于所述光电器件之间；
第一EE1浮置扩散区和第二浮置扩散区，形成于所述光电器件上的半导体衬底内且位于所述沟槽隔离结构之间；
传输栅极，形成于所述光电器件一侧的沟槽隔离结构中，所述传输栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和光电器件接近；
控制栅极，形成于所述光电器件上的半导体衬底的第一表面上，所述控制栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区接近。
EE2如EE1所述的图像传感器，其特征在于，形成有传输栅极的沟槽隔离结构的宽度大于没有传输栅极的沟槽隔离结构的宽度。
EE3如EE1所述的图像传感器，其特征在于，所述沟槽隔离结构包括：形成于所述半导体衬底中的第一沟槽；位于所述第一沟槽侧壁和底部的第一绝缘层；覆盖所述第一绝缘层并填充所述第一沟槽的第一填充层。
EE4如EE1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一绝缘层包括第一氧化层、高介电常数材料层和第二氧化层；所述第一填充层包括氧化硅层，或者所述第一填充层包括氧化硅层和氮化硅层。
EE5如EE4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一氧化层、第二氧化层的材料为氧化硅，所述高介电常数材料层的材料为氧化铝或氧化铪。
EE6如EE1所述的图像传感器，其特征在于，所述传输栅极包括：形成于所述沟槽隔离结构中的栅极沟槽；位于所述栅极沟槽侧壁和底部的介质层；覆盖所述介质层并填充所述栅极沟槽的栅极材料层。
EE7如EE6所述的图像传感器，其特征在于，所述介质层的材料为氧化硅或氮化硅，所述栅极材料为多晶硅或金属材料。
EE8如EE1所述的图像传感器，其特征在于，所述传输栅极在所述沟槽隔离结构中的深度大于所述第一浮置扩散区与所述光电器件之间的距离。
EE9如EE1所述的图像传感器，其特征在于，所述控制栅极包括：依次形成在所述半导体衬底的第一表面上的栅氧化层和栅极层。
EE10如EE1所述的图像传感器，其特征在于，所述控制栅极在所述第一表面的宽度大于所述第一浮置扩散区与所述第二浮置扩散区之间的距离。
EE11如EE1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：形成于所述半导体衬底的第二表面上的滤色层和微透镜，所述第一表面和第二表面为相对面。
EE12一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有分立排列的光电器件；在所述半导体衬底中形成沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构位于所述光电器件之间；
在所述光电器件一侧的沟槽隔离结构中形成传输栅极，所述传输栅极的一端与所述光电器件接近；
在所述光电器件上的半导体衬底内形成第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区位于所述沟槽隔离结构之间，所述传输栅极的另一端与所述第一浮置扩散区接近；在所述光电器件上的半导体衬底的第一表面上形成控制栅极，所述控制栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区接近。
EE13如EE12所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述沟槽隔离结构包括：
刻蚀所述半导体衬底的第一表面，在所述半导体衬底中形成第一沟槽；
形成覆盖所述第一沟槽侧壁和底部的第一绝缘层；
在所述第一沟槽中形成覆盖所述第一绝缘层的第一填充层。
EE14如EE13所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述传输栅极包括：
刻蚀所述第一填充层，在所述沟槽隔离结构中形成栅极沟槽；
形成覆盖所述栅极沟槽侧壁和底部的介质层；
在所述栅极沟槽中填充满栅极材料，形成覆盖所述介质层的栅极材料层。
EE15如EE12所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成控制栅极包括：
在所述半导体衬底的第一表面依次形成栅氧化层和栅极层；
刻蚀所述栅氧化层和栅极层，形成对应于所述光电器件的控制栅极。
EE16如EE12所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区的工艺为离子注入工艺。
EE17如EE12所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：
研磨所述半导体衬底的第二表面以减薄所述半导体衬底，所述第一表面和第二表面为相对面；
在减薄后的半导体衬底的第二表面上形成滤色层和微透镜。
EE18如EE17所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：
刻蚀所述半导体衬底的第二表面，在所述半导体衬底中形成连通所述沟槽隔离结构的第二沟槽；
形成覆盖所述第二沟槽侧壁的第二绝缘层；
在所述第二沟槽中形成覆盖所述第二绝缘层的第二填充层。
Claims (10)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底内形成有分立排列的光电器件；
沟槽隔离结构，形成于所述半导体衬底中且位于所述光电器件之间；
第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，形成于所述光电器件上的半导体衬底内且位于所述沟槽隔离结构之间；
传输栅极，形成于所述光电器件一侧的沟槽隔离结构中，所述传输栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和光电器件接近；
控制栅极，形成于所述光电器件上的半导体衬底的第一表面上，所述控制栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区接近。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，形成有传输栅极的沟槽隔离结构的宽度大于没有传输栅极的沟槽隔离结构的宽度。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述沟槽隔离结构包括：形成于所述半导体衬底中的第一沟槽；位于所述第一沟槽侧壁和底部的第一绝缘层；覆盖所述第一绝缘层并填充所述第一沟槽的第一填充层。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一绝缘层包括第一氧化层、高介电常数材料层和第二氧化层；所述第一填充层包括氧化硅层，或者所述第一填充层包括氧化硅层和氮化硅层。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一氧化层、第二氧化层的材料为氧化硅，所述高介电常数材料层的材料为氧化铝或氧化铪。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述传输栅极包括：形成于所述沟槽隔离结构中的栅极沟槽；位于所述栅极沟槽侧壁和底部的介质层；覆盖所述介质层并填充所述栅极沟槽的栅极材料层。
7.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述介质层的材料为氧化硅或氮化硅，所述栅极材料为多晶硅或金属材料。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述传输栅极在所述沟槽隔离结构中的深度大于所述第一浮置扩散区与所述光电器件之间的距离。
9.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述控制栅极包括：依次形成在所述半导体衬底的第一表面上的栅氧化层和栅极层。
10.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有分立排列的光电器件；
在所述半导体衬底中形成沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构位于所述光电器件之间；
在所述光电器件一侧的沟槽隔离结构中形成传输栅极，所述传输栅极的一端与所述光电器件接近；
在所述光电器件上的半导体衬底内形成第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区位于所述沟槽隔离结构之间，所述传输栅极的另一端与所述第一浮置扩散区接近；
在所述光电器件上的半导体衬底的第一表面上形成控制栅极，所述控制栅极的两端分别与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区接近。
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Application publication date: 20191108 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |