CN103413818A - 图像传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器及其制作方法,所述图像传感器包括光电二极管;第一导电类型隔离层;第二导电类型浅掺杂区域,形成于所述第一导电类型半导体衬底的内部;第一导电类型浅掺杂区域,形成于所述第二导电类型浅掺杂区域下部;所述第二导电类型浅掺杂区域通过所述第一导电类型浅掺杂区域隔离于所述光电二极管的第二导电类型区域;传输管的栅极结构;浮置扩散区,其具有第二导电类型重掺杂。所述图像传感器通过形成与浮置扩散区接触的第二导电类型浅掺杂区域,减小浮置扩散区与光电二极管的距离,从而使光生载流子能够更加迅速地从光电二极管传输到浮置扩散区,提高了光生载流子的传输效率。

Description

图像传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其是涉及一种图像传感器及其制作方法。
背景技术
图像传感器是将光学信号转化为电信号的半导体器件。图像传感器包括用于感光的光电二极管(photo diode,PD)和用于将所感测的光转化为电信号的逻辑电路。所述逻辑电路中通常包括有转移晶体管,所述光电二极管通过所述转移晶体管连接浮置扩散区(Floating Diffusion,FD)。当图像传感器工作时,通过使打开传输管打开,而使得所述光电二极管中的光生载流子通过传输管的沟道传输至所述浮置扩散区。
现有图像传感器中,光生载流子从光电二极管传输至浮置扩散区的传输效率低。更多关于图像传感器光生载流子传输效率的资料请参考公开号为CN101752395A(公开日2010年6月23日)的中国专利申请。
为此,亟需一种新的图像传感器及其制作方法,以提高光生载流子的传输效率。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种图像传感器及其制作方法,以提高光生载流子的传输效率。
为解决上述问题,本发明提供一种图像传感器的制作方法,包括:
A:在第一导电类型半导体衬底内形成第二导电类型区域,从而形成光电二极管,其中,所述第二导电类型区域作为光生载流子收集区,并在所述第一导电类型半导体衬底内形成位于所述光电二极管上方的第一导电类型隔离层;
B:形成第二导电类型浅掺杂区域和位于第二导电类型浅掺杂区域下部的第一导电类型浅掺杂区域;所述第二导电类型浅掺杂区域通过所述第一导电类型浅掺杂区域隔离于所述光电二极管的第二导电类型区域;
C:通过沉积工艺、图形化工艺形成传输管的栅极结构,所述栅极结构位于第一导电类型半导体衬底上表面;所述栅极结构覆盖所述第二导电类型浅掺杂区的全部区域或部分区域;
D:通过掺杂工艺形成具有第二导电类型重掺杂的浮置扩散区,所述浮置扩散区接触于第二导电类型浅掺杂区域。
可选的,所述步骤A中,所述光电二极管的所述第二导电类型区域与所述第一导电类型隔离层具有自对准的特性。
可选的,所述步骤B中,所述第二导电类型浅掺杂区域与所述第一导电类型浅掺杂区域具有自对准的特性。
可选的,所述步骤B中,在所述第一导电类型半导体衬底的表面涂布光刻胶,使用第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影,经过掺杂工艺使所述第二导电类型浅掺杂区域与所述第一导电类型浅掺杂区域成形。
可选的,所述步骤B中,在所述第一导电类型半导体衬底的表面涂布光刻胶,使用第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影后,于所述光刻胶形成刻蚀至半导体衬底表面的凹槽,通过掺杂工艺于对应于所述凹槽的半导体衬底内的区域形成第二导电类型浅掺杂区域;对所述凹槽的内侧壁进行刻蚀,使凹槽内侧壁之间形成的开口增大;随后于对应于所述凹槽的第一导电类型半导体衬底内的区域掺杂形成所述第一导电类型浅掺杂区域。
可选的,所述栅极结构覆盖于所述第一导电类型隔离层与所述第二导电类型浅掺杂区域。
可选的,所述步骤C中,形成所述栅极结构包括:通过热氧化工艺、图形化工艺依次形成栅氧化层、覆盖于所述栅氧化层的栅极层、以及位于所述栅极层两侧的栅极侧墙。
可选的,第一导电类型为P型时,第二导电类型为N型;第一导电类型为N型时,第二导电类型为P型。
可选的,所述载流子为电子或空穴。
为解决上述问题,本发明还提供了一种图像传感器,包括:
光电二极管,通过在第一导电类型半导体衬底内形成第二导电类型区域,从而形成光电二极管,其中,所述第二导电类型区域作为光生载流子收集区;
第一导电类型隔离层,形成于所述第一导电类型半导体衬底的内部,位于所述光电二极管区域的上方;
第二导电类型浅掺杂区域,形成于所述第一导电类型半导体衬底的内部;
第一导电类型浅掺杂区域,形成于所述第二导电类型浅掺杂区域下部;所述第二导电类型浅掺杂区域通过所述第一导电类型浅掺杂区域隔离于所述光电二极管的第二导电类型区域;
传输管的栅极结构,对应于所述第一导电类型隔离层形成于所述第一导电类型半导体衬底的上表面;所述栅极结构覆盖所述第二导电类型浅掺杂区的全部区域或部分区域;
浮置扩散区,具有第二导电类型重掺杂,接触并形成于所述第二导电类型浅掺杂区域的侧部,所述第二导电类型重掺杂区域位于相对于第二导电类型浅掺杂区域远离第一导电类型隔离层的一端。
可选的,所述光电二极管的第二导电类型区域与第一导电类型隔离层具有自对准的特性。
可选的,在所述第一导电类型半导体衬底的表面涂布光刻胶,使用第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影,经过掺杂工艺使所述第二导电类型浅掺杂区域与所述第一导电类型浅掺杂区域成形。
可选的,在所述第一导电类型半导体衬底的表面涂布光刻胶,使用第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影后,于所述光刻胶形成刻蚀至半导体衬底表面的凹槽,通过掺杂工艺于对应于所述凹槽的半导体衬底内的区域形成第二导电类型浅掺杂区域;进而对所述凹槽的内侧壁进行刻蚀,使凹槽内侧壁之间形成的开口增大;随后于对应于所述凹槽的第一导电类型半导体衬底内的区域掺杂形成所述第一导电类型浅掺杂区域。
可选的,所述栅极结构覆盖于所述第一导电类型隔离层与第二导电类型浅掺杂区域。
可选的,形成栅极结构包括,通过热氧化工艺、图形化工艺依次形成栅氧化层、覆盖于所述栅氧化层的栅极层、以及位于所述栅极层两侧的栅极侧墙。
可选的,第一导电类型为P型时,第二导电类型为N型;第一导电类型为N型时,第二导电类型为P型。
可选的,所述载流子为电子或空穴。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
本发明的技术方案中,通过形成与浮置扩散区接触的第二导电类型浅掺杂区域,使得光生载流子在沟道传输时,由于电势的原因易于被第二导电类型掺杂区域及与其相邻的浮置扩散区吸引,光生载流子的传输率更高,并且通过第二导电类型掺杂区域的桥梁作用减小浮置扩散区与光电二极管的距离,从而使光生载流子能够更加迅速地从光电二极管传输到浮置扩散区,提高了光生载流子的传输效率。
进一步,设置第一导电类型隔离环,使光电二极管相互之间分隔开,防止发生信号串扰。
附图说明
图1至图4为本发明图像传感器的制作方法实施例示意图。
具体实施方式
现有图像传感器中,由于浮置扩散区为重掺杂区域,因此光生载流子的传输效率有限,并且传输时光生载流子传输效率低。
为此,本发明提供一种图像传感器,所述图像传感器通过在栅极下方的第一导电类型半导体衬底内设置第二导电类型浅掺杂区域,并且所述第二导电类型浅掺杂区域与浮置扩散区接触,所述第二导电类型浅掺杂区域相当于浮置扩散区的外延部分,使得光生载流子在沟道传输时,由于传输沟道中电势的原因易于被第二导电类型掺杂区域及与其相邻的浮置扩散区吸引,光生载流子的传输率更高,并且通过第二导电类型掺杂区域的桥梁作用从而减小了浮置扩散区与光电二极管之间的距离,因此光生载流子能够更加迅速地传输进入到浮置扩散区中,提高了图像传感器的光生载流子传输效率,降低了信号延迟。
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。
本发明实施例首先提供一种图像传感器的制作方法,请参考图1至图4,所述方法包括步骤A、步骤B、步骤C和步骤D,下面结合各附图加以说明。
步骤A,请参考图1,在第一导电类型半导体衬底100内形成第二导电类型区域110,从而形成光电二极管,其中,第二导电类型区域110作为光生载流子收集区,并在第一导电类型半导体衬底100内形成位于的光电二极管上方的第一导电类型隔离层120。
本实施例中,第一导电类型半导体衬底100可以是硅衬底,也可以是包括外延层(epi-layer)的半导体衬底,或者是绝缘体上硅(SOI)衬底。第一导电类型半导体衬底100还可以包括碳化硅、砷化镓、砷化铟、磷化铟、锗硅、硅锗碳化物、磷砷化镓和磷铟镓中的一种或者多种的任意组合。
本实施例中,可通过在第一导电类型半导体衬底100内形成第二导电类型区域110形成光电二极管。第二导电类型区域110作为光生载流子收集区域,所述载流子可以为电子或空穴,本实施例载流子以电子为例。
由于本实施例中载流子为电子,因此,第一导电类型为P型,第二导电类型为N型。因此,第一导电类型半导体衬底100可以掺杂有P型掺杂物,例如硼。但是在本发明的其它实施例中,载流子可以为空穴,此时第一导电类型为N型,对应的,第二导电类型为P型。
形成第二导电类型区域110之前,本实施例可以先形成围绕后续光电二极管的第一导电类型隔离环150。第一导电类型隔离环150的步骤包括:在第一导电类型半导体衬底100表面铺设形成具有开口的光刻胶层(photoresist)(未示出),可采用正胶或负胶,所述开口的位置与要形成的第一导电类型隔离环150的位置相对应。以所述光刻胶层为掩模,注入第一导电类型离子,形成围绕所述光电二极管的第一导电类型隔离环150,并对所形成的第一导电类型隔离环150进行退火处理以激活所注入的第一导电类型离子。
形成第二导电类型区域110时,可以在第一导电类型半导体衬底100的表面涂布光刻胶(未示出),并使用第二掩模板(未示出),经过光刻工艺的曝光和显影,形成图案化的光刻胶,以所述图案化的光刻胶为掩模,进行第一次掺杂工艺,在第一导电类型半导体衬底100内掺入杂质离子,形成第二导电类型区域110,从而形成所述光电二极管。
形成第一导电类型隔离层120时,可以再次使用所述第二掩模板,并进行上述光刻工艺和掺杂工艺,形成第一导电类型隔离层120。其中,所述第一次掺杂工艺可以是离子注入工艺,所掺杂的杂质离子可以包括磷离子、砷离子和锑离子中的一种或者多种,且第一导电类型隔离层120的离子掺杂浓度可以大于第一导电类型半导体衬底100掺杂浓度的一至两个数量级。
需要说明的是,在本发明的其它实施例中,可以不使用光刻胶,而直接用掩模板为掩模,进行相应的掺杂,形成所述光电二极管和第一导电类型隔离层120。
本实施例中,也可以采用其它方式形成所述光电二极管和第一导电类型隔离层120。具体的,可以在第一导电类型半导体衬底100的表面涂布光刻胶(未示出),并使用所述第二掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影后,于第一导电类型半导体衬底100表面形成凹槽(未示出),通过掺杂工艺于所述凹槽底部对应的第一导电类型半导体衬底100内形成所述光电二极管;对所述凹槽的内侧壁进行刻蚀,使所述凹槽增大,并于所述凹槽内填充形成第一导电类型隔离层120,此方法中对凹槽内侧壁进行刻蚀,或者,可采用氧气烧一下,烧掉部分的内侧壁的结构,在工艺领域中为预处理(descum)的一种。
本实施例中,由于形成第二导电类型区域110和形成第一导电类型隔离层120均使用所述第二掩模板,因此,所述光电二极管和第一导电类型隔离层120具有自对准的特性。
步骤B,请参考图2,形成第二导电类型浅掺杂区域170和位于第二导电类型浅掺杂区域170下部的第一导电类型浅掺杂区域160;第二导电类型浅掺杂区域170通过第一导电类型浅掺杂区域160隔离于所述光电二极管的第二导电类型区域110。
形成第二导电类型浅掺杂区域170和第一导电类型浅掺杂区域160时,可通过在第一导电类型半导体衬底100的表面涂布光刻胶(未示出),使用第一掩模板(未示出),经过光刻工艺的曝光和显影,并经过掺杂工艺形成所述第一导电类型浅掺杂区域160,再次利用上述步骤在第一导电类型浅掺杂区域160上方形成第二导电类型浅掺杂区域170成形。
需要说明的是,在本发明的其它实施例中,可以不使用光刻胶,而直接用掩模板为掩模,进行相应的掺杂,形成第二导电类型浅掺杂区域170和第一导电类型浅掺杂区域160。
本实施例中,也可以采用其它方式形成第二导电类型浅掺杂区域170和第一导电类型浅掺杂区域160。具体的,可以在所述第一导电类型半导体衬底100的表面涂布光刻胶(未示出),并使用所述第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影后,于所述第一导电类型半导体衬底100表面形成凹槽(未示出),通过掺杂工艺于所述凹槽底部对应的第一导电类型半导体衬底100内形成第一导电类型浅掺杂区域160,对所述凹槽的内侧壁进行刻蚀,使所述凹槽增大,于所述凹槽内填充形成第二导电类型浅掺杂区域170。
本实施例中,由于形成第二导电类型浅掺杂区域170和第一导电类型浅掺杂区域160均使用所述第一掩模板,因此,所述光电二极管和第一导电类型隔离层120具有自对准的特性。
步骤C,请参考图3,通过沉积工艺、图形化工艺形成传输管的栅极结构130,栅极结构130位于第一导电类型半导体衬底100上表面。
形成传输管的栅极结构130时,可先通过热氧化工艺形成一层氧化层(未示出),然后在所述氧化层上沉积一层多晶硅层(未示出),再通过在所述多晶硅层上形成图案化的光刻胶层(未示出),以图案化的光刻胶层为掩模,采用干法刻蚀或者湿法刻蚀蚀刻所述多晶硅层和所述氧化层,直至形成栅氧化层131和覆盖栅氧化层131的所述栅极层132。然后可以通过物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或者原子层沉积工艺形成侧墙材料层(未示出),再通过干法刻蚀工艺蚀刻所述侧墙材料层形成栅极侧墙133。
步骤D,请参考图4,通过掺杂工艺形成具有第二导电类型重掺杂的浮置扩散区140,浮置扩散区140接触于第二导电类型浅掺杂区域170。
本实施例中,在形成浮置扩散区140之前,可以先进行一次第二导电类型轻掺杂,然后再进行第二导电类型重掺杂,以形成浮置扩散区140,所形成的浮置扩散区140与第一导电类型浅掺杂区域160和第二导电类型浅掺杂区域170接触,并且浮置扩散区140位于相对于第二导电类型浅掺杂区域170远离第一导电类型隔离层120的一端。
本实施例中,由于在栅极结构130下方的第一导电类型半导体衬底100内形成了第一导电类型浅掺杂区域160和第二导电类型浅掺杂区域170,并且第一导电类型浅掺杂区域160和第二导电类型浅掺杂区域170与浮置扩散区140接触。当栅极结构130打开使所述光电二极管中的光生载流子通过沟道流入浮置扩散区140时,由于形成有第二导电类型浅掺杂区域170,相当于缩短了浮置扩散区140和所述光电二极管的距离,即缩短了沟道距离,因此光生载流子的传输效率提高。
此外,由于在第二导电类型浅掺杂区域170下方形成了第一导电类型浅掺杂区域160,因此第一导电类型浅掺杂区域160可以防止在栅极结构130关闭时(即沟道关闭时),第二导电类型浅掺杂区域170与所述光电二极管直接导通。
本发明实施例还提供了一种图像传感器,如图4所示,所述图像传感器可以由上述制作方法制作,因此,可参考上述制作方法实施例相关内容。
所述图像传感器包括第一导电类型半导体衬底100、光电二极管(相当于第二导电类型区域110)、第一导电类型隔离层120、浮置扩散区140和传输管的栅极结构130。
传输管的栅极结构130位于第一导电类型半导体衬底100上,第一导电类型隔离层120和浮置扩散区140位于栅极结构130两侧的第一导电类型半导体衬底100内。
光电二极管位于第一导电类型隔离层120下方的第一导电类型半导体衬底100内,光电二极管包括位于第一导电类型半导体衬底100内的第二导电类型区域110,即可通过在第一导电类型半导体衬底100内形成第二导电类型区域110形成光电二极管。第二导电类型区域110作为光生载流子收集区域,所述载流子可以为电子或空穴,本实施例载流子以电子为例。
由于本实施例中载流子为电子,因此,第一导电类型为P型,第二导电类型为N型。因此,第一导电类型半导体衬底100可以掺杂有P型掺杂物,例如硼。但是在本发明的其它实施例中,载流子可以为空穴,此时第一导电类型为N型,对应的,第二导电类型为P型。
本实施例中,所述图像传感器可以为电荷耦合(CCD)图像传感器或者互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。除了图1所示结构,本实施例所提供的图像传感器还可以包括复位晶体管、源极跟随晶体管等结构,即所述图像传感器可以是3T(Transistors)、4T或者5T型结构,并且所述图像传感器可以是正照式(FSI)图像传感器,也可以是背照式(BSI)图像传感器。
本实施例中,第一导电类型半导体衬底100可以是硅衬底,也可以包括外延层的半导体衬底,或者是绝缘体上硅(SOI)衬底。第一导电类型半导体衬底100还可以包括碳化硅、砷化镓、砷化铟、磷化铟、锗硅、硅锗碳化物、磷砷化镓和磷铟镓中的一种或者多种的任意组合。第一导电类型半导体衬底100中掺杂有第一导电类型的杂质离子。
本实施例中,第一导电类型隔离层120形成于第一导电类型半导体衬底100的内部,且位于所述光电二极管(即第二导电类型区域110)的上方。第一导电类型隔离层120可以在一定程度上防止由第一导电类型半导体衬底100表面缺陷引起的电流,从而使所述光电二极管输出信息较为准确,产生的图像不失真。
本实施例中,浮置扩散区140具有第二导电类型重掺杂。浮置扩散区140可以作为输入节点接收来自光电二极管的光电荷,后续再将光电荷转入其它晶体管中进行信号的放大的读取,从而形成相应的图像信号。
本实施例中,传输管的栅极结构130包含栅氧化层131、栅极层132和栅极侧墙133。栅氧化层131形成在第一导电类型半导体衬底100表面,栅极层132形成在栅氧化层131表面,而栅极侧墙133形成在栅氧化层131和栅极层132的侧面。栅氧化层131的材料可以是氧化硅、高K介质材料、氮化硅或者低介电材料,本实施例栅氧化层131采用氧化硅。栅极层132的材料可以是(掺杂)多晶硅或者金属材料,本实施例栅极层132的材料以多晶硅为例。栅极侧墙133的材料可以是氧化硅、氮化硅或者是氮氧化硅,本实施例以氮化硅为例。
本实施例中,所述图像传感器还包括第二导电类型浅掺杂区域170和第一导电类型浅掺杂区域160。其中第二导电类型浅掺杂区域170形成于所述第一导电类型半导体衬底100的内部,第一导电类型浅掺杂区域160形成于所述第二导电类型浅掺杂区域170下方。并且第二导电类型浅掺杂区域170与所述第一导电类型浅掺杂区域160至少部分位于传输管的栅极结构130下方,并且接触于浮置扩散区140。
为防止第二导电类型浅掺杂区域170与第二导电类型区域110直接导通,本实施例在第二导电类型浅掺杂区域170下方形成第一导电类型浅掺杂区域160,从而使第二导电类型浅掺杂区域170与第二导电类型区域110隔开。
本实施例中,第二导电类型浅掺杂区域170与第一导电类型浅掺杂区域160具有自对准的特性。即第二导电类型浅掺杂区域170和第一导电类型浅掺杂区域160可以通过同一掩模板形成,从而使它们具有自对准的特性。
本实施例中,所述图像传感器还包括第一导电类型隔离环150,第一导电类型隔离环150形成于所述第一导电类型半导体衬底100内,并且环绕于所述光电二极管的外围。第一导电类型隔离环150适于防止相邻的光电二极管的载流子的相互串扰。第一导电类型隔离环150的材料可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺和旋转涂覆玻璃中的一种或者多种。
第一导电类型隔离环150可以把光电二极管与外围区域隔开,使得外围区域所产生的噪声被隔离在光电二极管之外,从而提高成像质量。在入射光比较强的情况下,所述图像传感器本身会有电子溢出,如果所溢出的电子被光电二极管所俘获,会造成信号串扰,影响图像质量,因此本实施例可以使第一导电类型隔离环150与高电位电连接,从而有效俘获溢出的电子,并抽送到高电位,进一步提高图像质量。
在本发明的其它实施实施例中,可以在每个光电二极管下面形成钉扎层(pinned layer)等结构,而所述第一导电类型隔离环150可以替换为浅沟槽隔离结构(STI)或者硅的选择氧化(LOCOS)隔离结构。
本实施例中,所述光电二极管的第二导电类型区域110与第一导电类型隔离层120具有自对准的特性,可采用同一掩模板用于形成第二导电类型区域110和第一导电类型隔离层120,从而使第二导电类型区域110和第一导电类型隔离层120具有自对准的特性。
在本发明的其它实施例中传输管的栅极结构可以覆盖在所述光电二极管上方,从而防止在栅极结构形成过程中,对所述光电二极管上方的第一导电类型半导体衬底进行蚀刻,进而减少位于所述光电二极管上方的第一导电类型半导体衬底表面的缺陷,从而防止因表面缺陷产生暗电流,整个图像传感器的性能得到提高。
本实施例中,由于浮置扩散区140为重掺杂区域,导致其与光电二极管的电势差较小,因此光生载流子的传输率有限,并且光生载流子容易发生向外部的扩散。因此本实施例在栅极结构130下方形成了第二导电类型浅掺杂区域170,并且第二导电类型浅掺杂区域170接触于浮置扩散区140,相当于第二导电类型浅掺杂区域170为浮置扩散区140的一个外延部分,因此,使得光生载流子在沟道传输时,由于传输沟道中电势的原因易于被第二导电类型掺杂区域及与其相邻的浮置扩散区吸引,光生载流子的传输率更高,并且通过第二导电类型掺杂区域170的桥梁作用,浮置扩散区140与所述光电二管的距离变小,使得传输管的栅极结构130在打开工作时,光生载流子更加迅速地传输进入浮置扩散区140,提高了光生载流子的传输效率,降低信号延迟。
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 (17)

1.一种图像传感器的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
A:在第一导电类型半导体衬底内形成第二导电类型区域,从而形成光电二极管,其中,所述第二导电类型区域作为光生载流子收集区,并在所述第一导电类型半导体衬底内形成位于所述光电二极管上方的第一导电类型隔离层;
B:形成第二导电类型浅掺杂区域和位于第二导电类型浅掺杂区域下部的第一导电类型浅掺杂区域;所述第二导电类型浅掺杂区域通过所述第一导电类型浅掺杂区域隔离于所述光电二极管的第二导电类型区域;
C:通过沉积工艺、图形化工艺形成传输管的栅极结构,所述栅极结构位于第一导电类型半导体衬底上表面;所述栅极结构覆盖所述第二导电类型浅掺杂区的全部区域或部分区域;
D:通过掺杂工艺形成具有第二导电类型重掺杂的浮置扩散区,所述浮置扩散区接触于第二导电类型浅掺杂区域。
2.根据权利要求1中所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述步骤A中,所述光电二极管的所述第二导电类型区域与所述第一导电类型隔离层具有自对准的特性。
3.根据权利要求1中所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述步骤B中,所述第二导电类型浅掺杂区域与所述第一导电类型浅掺杂区域具有自对准的特性。
4.根据权利要求3中所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述步骤B中,在所述第一导电类型半导体衬底的表面涂布光刻胶,使用第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影,经过掺杂工艺使所述第二导电类型浅掺杂区域与所述第一导电类型浅掺杂区域成形。
5.根据权利要求3中所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述步骤B中,在所述第一导电类型半导体衬底的表面涂布光刻胶,使用第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影后,于所述光刻胶形成刻蚀至半导体衬底表面的凹槽,通过掺杂工艺于对应于所述凹槽的半导体衬底内的区域形成第二导电类型浅掺杂区域;对所述凹槽的内侧壁进行刻蚀,使凹槽内侧壁之间形成的开口增大;随后于对应于所述凹槽的第一导电类型半导体衬底内的区域掺杂形成所述第一导电类型浅掺杂区域。
6.根据权利要求1中所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述栅极结构覆盖于所述第一导电类型隔离层与所述第二导电类型浅掺杂区域。
7.根据权利要求1中所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述步骤C中,形成所述栅极结构包括:通过热氧化工艺、图形化工艺依次形成栅氧化层、覆盖于所述栅氧化层的栅极层、以及位于所述栅极层两侧的栅极侧墙。
8.根据权利要求1中所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,第一导电类型为P型时,第二导电类型为N型;第一导电类型为N型时,第二导电类型为P型。
9.根据权利要求1中所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述载流子为电子或空穴。
10.一种图像传感器,其特征在于,包括:
光电二极管,通过在第一导电类型半导体衬底内形成第二导电类型区域,从而形成光电二极管,其中,所述第二导电类型区域作为光生载流子收集区;
第一导电类型隔离层,形成于所述第一导电类型半导体衬底的内部,位于所述光电二极管区域的上方;
第二导电类型浅掺杂区域,形成于所述第一导电类型半导体衬底的内部;
第一导电类型浅掺杂区域,形成于所述第二导电类型浅掺杂区域下部;所述第二导电类型浅掺杂区域通过所述第一导电类型浅掺杂区域隔离于所述光电二极管的第二导电类型区域;
传输管的栅极结构,对应于所述第一导电类型隔离层形成于所述第一导电类型半导体衬底的上表面;所述栅极结构覆盖所述第二导电类型浅掺杂区的全部区域或部分区域;
浮置扩散区,具有第二导电类型重掺杂,接触并形成于所述第二导电类型浅掺杂区域的侧部,所述第二导电类型重掺杂区域位于相对于第二导电类型浅掺杂区域远离第一导电类型隔离层的一端。
11.根据权利要求10中所述的图像传感器,其特征在于,所述光电二极管的第二导电类型区域与第一导电类型隔离层具有自对准的特性。
12.根据权利要求10中所述的图像传感器,其特征在于,在所述第一导电类型半导体衬底的表面涂布光刻胶,使用第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影,经过掺杂工艺使所述第二导电类型浅掺杂区域与所述第一导电类型浅掺杂区域成形。
13.根据权利要求10中所述的图像传感器,其特征在于,在所述第一导电类型半导体衬底的表面涂布光刻胶,使用第一掩模板,经过光刻工艺的曝光和显影后,于所述光刻胶形成刻蚀至半导体衬底表面的凹槽,通过掺杂工艺于对应于所述凹槽的半导体衬底内的区域形成第二导电类型浅掺杂区域;进而对所述凹槽的内侧壁进行刻蚀,使凹槽内侧壁之间形成的开口增大;随后于对应于所述凹槽的第一导电类型半导体衬底内的区域掺杂形成所述第一导电类型浅掺杂区域。
14.根据权利要求10中所述的图像传感器,其特征在于,所述栅极结构覆盖于所述第一导电类型隔离层与第二导电类型浅掺杂区域。
15.根据权利要求10中所述的图像传感器,其特征在于,形成栅极结构包括,通过热氧化工艺、图形化工艺依次形成栅氧化层、覆盖于所述栅氧化层的栅极层、以及位于所述栅极层两侧的栅极侧墙。
16.根据权利要求10中所述的图像传感器,其特征在于,第一导电类型为P型时,第二导电类型为N型;第一导电类型为N型时,第二导电类型为P型。
17.根据权利要求10中所述的图像传感器,其特征在于,所述载流子为电子或空穴。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103730477A (zh) * 2013-12-31 2014-04-16 上海集成电路研发中心有限公司 基于暗角补偿的图像传感器像素阵列及其形成方法
WO2015027742A1 (zh) * 2013-08-30 2015-03-05 格科微电子(上海)有限公司 背照式图像传感器及降低背照式图像传感器暗电流的方法
WO2015027741A1 (zh) * 2013-08-30 2015-03-05 格科微电子(上海)有限公司 图像传感器及其制作方法
CN105845614A (zh) * 2015-01-15 2016-08-10 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体器件及其制作方法
CN107994044A (zh) * 2017-12-15 2018-05-04 上海华力微电子有限公司 Cmos图像传感器及其制作方法
CN109246370A (zh) * 2018-11-19 2019-01-18 德淮半导体有限公司 图像传感器、其制作方法和操作方法以及成像装置
CN110085609A (zh) * 2019-04-08 2019-08-02 天津大学 带有微光模式的图像传感器像素结构及其制作方法
CN112490259A (zh) * 2020-12-28 2021-03-12 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 一种像素单元结构及制作方法
CN112582439A (zh) * 2020-12-29 2021-03-30 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 背照式图像传感器及制备方法
CN112635506A (zh) * 2021-01-08 2021-04-09 尤小月 一种图像传感器的形成方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170092911A (ko) * 2016-02-04 2017-08-14 주식회사 동부하이텍 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP7171170B2 (ja) * 2017-06-29 2022-11-15 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、移動体、撮像装置の製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1819225A (zh) * 2004-12-29 2006-08-16 东部亚南半导体株式会社 Cmos图像传感器及其制造方法
KR20060127475A (ko) * 2005-06-07 2006-12-13 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
US20060284274A1 (en) * 2005-06-21 2006-12-21 Seok-Ha Lee CMOS image device with local impurity region and method of manufacturing the same
CN102214667A (zh) * 2010-04-02 2011-10-12 索尼公司 固态摄像装置及其制造方法、电子设备和相机模块

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6511883B1 (en) * 1999-07-07 2003-01-28 United Microelectronics Corp. Method of fabricating MOS sensor
US7008815B1 (en) * 2004-10-05 2006-03-07 United Microelectronics Corp. Method of manufacturing a self-aligned guard ring of a photo diode
KR100853792B1 (ko) * 2006-12-29 2008-08-25 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
KR100937667B1 (ko) * 2007-12-27 2010-01-19 주식회사 동부하이텍 트랜지스터 제조 방법
KR101057651B1 (ko) * 2008-11-24 2011-08-18 주식회사 동부하이텍 반도체 소자의 제조방법
KR20100063269A (ko) 2008-12-03 2010-06-11 주식회사 동부하이텍 이미지센서 및 그 제조방법
CN103413818B (zh) * 2013-08-30 2015-11-11 格科微电子(上海)有限公司 图像传感器及其制作方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1819225A (zh) * 2004-12-29 2006-08-16 东部亚南半导体株式会社 Cmos图像传感器及其制造方法
KR20060127475A (ko) * 2005-06-07 2006-12-13 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
US20060284274A1 (en) * 2005-06-21 2006-12-21 Seok-Ha Lee CMOS image device with local impurity region and method of manufacturing the same
CN102214667A (zh) * 2010-04-02 2011-10-12 索尼公司 固态摄像装置及其制造方法、电子设备和相机模块

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015027742A1 (zh) * 2013-08-30 2015-03-05 格科微电子(上海)有限公司 背照式图像传感器及降低背照式图像传感器暗电流的方法
WO2015027741A1 (zh) * 2013-08-30 2015-03-05 格科微电子(上海)有限公司 图像传感器及其制作方法
US9437632B2 (en) 2013-08-30 2016-09-06 Galaxycore Shanghai Limited Corporation Image sensor and manufacturing method thereof
US9613998B2 (en) 2013-08-30 2017-04-04 Galaxycore Shanghai Limited Corporation Backside illumination image sensor and method for reducing dark current of backside illumination image sensor
CN103730477B (zh) * 2013-12-31 2019-07-19 上海集成电路研发中心有限公司 基于暗角补偿的图像传感器像素阵列及其形成方法
CN103730477A (zh) * 2013-12-31 2014-04-16 上海集成电路研发中心有限公司 基于暗角补偿的图像传感器像素阵列及其形成方法
CN105845614A (zh) * 2015-01-15 2016-08-10 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体器件及其制作方法
CN107994044A (zh) * 2017-12-15 2018-05-04 上海华力微电子有限公司 Cmos图像传感器及其制作方法
CN109246370A (zh) * 2018-11-19 2019-01-18 德淮半导体有限公司 图像传感器、其制作方法和操作方法以及成像装置
CN109246370B (zh) * 2018-11-19 2021-04-27 德淮半导体有限公司 图像传感器、其制作方法和操作方法以及成像装置
CN110085609A (zh) * 2019-04-08 2019-08-02 天津大学 带有微光模式的图像传感器像素结构及其制作方法
CN112490259A (zh) * 2020-12-28 2021-03-12 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 一种像素单元结构及制作方法
CN112582439A (zh) * 2020-12-29 2021-03-30 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 背照式图像传感器及制备方法
CN112582439B (zh) * 2020-12-29 2022-07-05 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 背照式图像传感器及制备方法
CN112635506A (zh) * 2021-01-08 2021-04-09 尤小月 一种图像传感器的形成方法

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