CN104134677B

CN104134677B - 防止图像弥散的图像传感器及其制作方法

Info

Publication number: CN104134677B
Application number: CN201410404748.8A
Authority: CN
Inventors: 郭同辉; 旷章曲
Original assignee: Beijing Superpix Micro Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Superpix Micro Technology Co Ltd
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-08-15
Also published as: CN104134677A

Abstract

本发明公开了一种图像质量高的防止图像弥散的图像传感器及其制作方法，包括感光像素阵列，感光像素阵列中的每个像素包含置于半导体基体中的N型光电二极管，感光像素阵列区域设置N型导电层，N型导电层位于所述光电二极管的下方，感光像素阵列周围设置有抽取电荷N型区，抽取电荷N型区与所述N型导电层相互连接。光电二极管饱和时的外溢电荷被光电二极管底部的导电层吸收，进而通过抽取电荷N型区被抽离感光像素区域，外溢电荷不会串扰到临近像素的光电二极管中，可防止图像弥散现象的发生，提高图像的质量。

Description

防止图像弥散的图像传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，尤其涉及一种防止图像弥散的图像传感器及其制作方法。

背景技术

图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。

现有技术中的图像传感器芯片，所采集到图像中的亮点或亮线区域会大于实际物象尺寸。例如，所拍照的相片中含有发光强烈的太阳、汽车头灯、白炽灯或反光强烈的亮光物象时，这些物象会大于实际尺寸，太阳和灯光等亮光区域变得比实际尺寸大的多，这种现象在图像领域被称为图像弥散。

现有技术中的图像传感器，其像素部分的切面示意图如图1所示，101为光电二极管，102和103为相邻的光电二极管，光电二极管置于半导体P型半导体基体中，104为隔离光电二极管作用的P型阱区，STI为浅槽隔离区。

上述技术方案存在的缺陷是：

当光电二极管101受到强光照射，101阱内因电荷太满而溢出到P型半导体基体中，溢出的过多电荷会绕过P型阱104区，进而漂移到临近的光电二极管102和103阱内，即102和103受到了101的电荷串扰；当102或103因为101的电荷串扰而饱和后，102左侧的光电二极管或103右侧的光电二极管也会受到102或103的电荷串扰，进而弥散开来。这将使受到串扰的像素信号不能反映真实光照，引起饱和像素数量比实际增多，并且会造成图像颜色失真，此现象称为图像弥散现象。所以，存在图像弥散现象的图像传感器，不能正确采集到强光物体临近的物体信息，因此降低了图像的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像质量高的防止图像弥散的图像传感器及其制作方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的防止图像弥散的图像传感器，包括感光像素阵列，所述感光像素阵列中的每个像素包含置于半导体基体中的N型光电二极管，所述感光像素阵列区域设置N型导电层，所述N型导电层位于所述光电二极管的下方，所述感光像素阵列周围设置有抽取电荷N型区，所述抽取电荷N型区与所述N型导电层相互连接。

本发明的上述的防止图像弥散的图像传感器的制作方法，所述制作方法在多晶硅工艺之前，包括如下步骤：

A、在氧气环境下，高温加热，在裸露的硅表面生成牺牲氧化层，此氧化层厚度为10nm～15nm；

B、第一次旋涂光刻胶并显影，在预定区域开口；

C、第一次N型离子注入，在半导体基体内部形成电荷导电层，电荷导电层在半导体基体中的垂直宽度为0.1μm～0.5μm，深度至少为1μm，N型离子浓度至少为1.5E+15Atom/cm³；

D、第一次清洗光刻胶，将硅表面上的光刻胶全部去掉；

E、第二次旋涂光刻胶并显影，在预定区域开口；

F、第二次N型离子注入，形成抽取电荷N型区，抽取电荷N型区的N型离子浓度至少7E+16Atom/cm³。

G、第二次清洗光刻胶，将硅表面上的光刻胶全部去掉；

H、干法离子刻蚀，将硅表面上的牺牲氧化层去掉。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的防止图像弥散的图像传感器及其制作方法，由于所述图像传感器感光像素阵列中设置了N型导电层，像素阵列周围设置了抽取电荷N型区，光电二极管饱和时的外溢电荷被光电二极管底部的导电层吸收，进而通过抽取电荷N型区被抽离感光像素区域，所以外溢电荷不会串扰到临近像素的光电二极管中。因此，通过采用本发明的图像传感器，可防止图像弥散现象的发生，提高图像的质量。

附图说明

图1为现有技术中的图像传感器像素阵列中的光电二极管及其周围的切面示意图；

图2中a区为本发明实施例中的图像传感器像素阵列中的光电二极管及其周围的切面示意图；

图2中b区为本发明实施例中的图像传感器像素阵列周围的切面示意图；

图3为本发明实施例中的图像传感器像素阵列及其周围的平面示意图；

图4为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的高温氧化步骤示意图；

图5为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第一次旋涂光刻胶并显影步骤的示意图；

图6为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第一次N型离子注入步骤示意图；

图7为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第一次清洗光刻胶步骤示意图；

图8为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第二次旋涂光刻胶并显影步骤的示意图；

图9为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第二次N型离子注入步骤示意图；

图10为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第二次清洗光刻胶步骤示意图；

图11为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的干法离子刻蚀步骤示意图；

图12为本发明实施例中的图像传感器制作工艺完毕后的切面示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的防止图像弥散的图像传感器，其较佳的具体实施方式是：

包括感光像素阵列，所述感光像素阵列中的每个像素包含置于半导体基体中的N型光电二极管，其特征在于，所述感光像素阵列区域设置N型导电层，所述N型导电层位于所述光电二极管的下方，所述感光像素阵列周围设置有抽取电荷N型区，所述抽取电荷N型区与所述N型导电层相互连接。

所述N型导电层与所述N型光电二极管隔开，所述N型导电层与所述N型光电二极管的间隔距离为至少为0.1μm。

所述N型导电层在半导体基体中的垂直宽度为0.1μm～0.5μm、深度至少为1μm。

所述N型导电层的N型离子浓度至少为1.5E+15Atom/cm³。

所述抽取电荷N型区在半导体基体中的水平宽度至少为0.3μm。

所述抽取电荷N型区的N型离子浓度至少为7E+16Atom/cm³。

所述抽取电荷N型区外接电势，所述外接电势的范围为0.1V～0.5V。

本发明的上述的防止图像弥散的图像传感器的制作方法，其较佳的具体实施方式是：

所述制作方法在多晶硅工艺之前，包括如下步骤：

B、第一次旋涂光刻胶并显影，在预定区域开口；

D、第一次清洗光刻胶，将硅表面上的光刻胶全部去掉；

E、第二次旋涂光刻胶并显影，在预定区域开口；

G、第二次清洗光刻胶，将硅表面上的光刻胶全部去掉；

H、干法离子刻蚀，将硅表面上的牺牲氧化层去掉。

所述N型离子注入可以是磷离子注入，也可以是砷离子注入。

本发明的防止图像弥散的图像传感器及其制作方法，设置有溢出电荷导流通道，进而防止采集的图像产生弥散现象，同时消除强光图像的周围像素颜色失真的问题。

本发明在现有技术的基础上，从改善图像传感器工艺结构着手，在感光像素阵列区域设置有N型导电层，用来吸收因光电二级饱和而溢出的过多电荷；通过设置在感光像素阵列周围的抽取电荷N型区，将N型导电层中的电荷抽离感光像素区域。因此，本发明的结构可有效解决感光像素阵列中的电荷串扰问题。

由于所述图像传感器感光像素阵列中设置了N型导电层，像素阵列周围设置了抽取电荷N型区；光电二极管饱和时的外溢电荷被光电二极管底部的导电层吸收，进而通过抽取电荷N型区被抽离感光像素区域，所以外溢电荷不会串扰到临近像素的光电二极管中。因此，通过采用本发明的图像传感器，可防止图像弥散现象的发生。

本发明的图像传感器结构，可用于CMOS图像传感器，也可用CCD型图像传感器。

具体实施例：

实施例一：

图2为本实施例提供的图像传感器结构切面示意图，图2中a区为像素阵列中的光电二极管部分切面示意图，图2中b区为像素阵列周围的切面示意图。如图2所示，201为N型光电二极管，202和203为相邻的N型光电二极管，204为P型阱区，205为N型导电层，206为抽取电荷N型区，STI为浅槽隔离区。其中，205距离201至少0.1μm，205的垂直宽度为0.1μm～0.5μm，205在P型半导体基体中的深度至少为1μm，205的N型离子浓度大于等于1.5E+15Atom/cm³；206区的水平宽度大于等于0.3μm，其N型离子浓度大于等于7E+16Atom/cm³；Vct为外接电势端0.1V～0.5V，Vct与206区相互连接。

为了更清晰地表述本发明特征，图3示出了本发明的图像传感器像素阵列及其周围的平面示意图。图3中，a区表征感光像素阵列区域，此区域设置有N型导电层305；b区表征感光像素阵列周围区域，此区域设置有抽取电荷N型区306。图3中的305与图2中的205对应，306与图2中的206对应。

从上述结合图2和图3对本发明实施例的阐述中可知，从光电二极管201溢出的电荷，被附近电势较高的N型导电层吸取，因此溢出电荷不会串扰到附近的光电二极管中。位于N型导电层的电荷会向像素阵列外围移动，最终被抽取电荷N型区抽取后，通过Vct外接电势端导出。

由此可见，通过采用本发明的图像传感器，可防止图像弥散现象的发生。

实施例二：

本发明实施例提供一种防止图像弥散的图像传感器工艺方法，所述制作方法在多晶硅工艺之前，具体的工艺步骤包括图4～图12所示的步骤，其中图4～图12中的a区为感光像素阵列区域，b区为像素阵列外围的抽取电荷N型区域。

1)、在氧气环境下，高温加热，在裸露的硅表面生成牺牲氧化层，此氧化层厚度为10nm～15nm，如图4所示，其中407为氧化层。

2)、第一次旋涂光刻胶并显影，在预定区域开口，如图5所示。

3)、第一次N型离子注入，在半导体基体内部形成电荷导电层，电荷导电层在半导体基体中的垂直宽度为0.1μm～0.5μm，深度至少为1μm，N型离子浓度至少为1.5E+15Atom/cm³，如图6所示，其中605为N型导电层；所述N型离子可以磷离子也可以是砷离子。

4)、第一次清洗光刻胶，将硅表面上的光刻胶全部去掉，如图7所示。

5)、第二次旋涂光刻胶并显影，在预定区域开口，如图8所示。

6)、第二次N型离子注入，形成抽取电荷N型区，抽取电荷N型区的N型离子浓度至少7E+16Atom/cm³，水平宽度至少为0.3μm，如图9所示，其中906为抽取电荷N型区；所述N型离子可以是磷离子，也可以是砷离子。

7)、第二次清洗光刻胶，将硅表面上的光刻胶全部去掉，如图10所示。

8)、干法离子刻蚀，将硅表面上的牺牲氧化层去掉，如图11所示。

9)、本发明的N型导电层和抽取电荷N型区工艺制作完毕，制作完毕后的切面示意图如图12所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种防止图像弥散的图像传感器，包括感光像素阵列，所述感光像素阵列中的每个像素包含置于半导体基体中的N型光电二极管，其特征在于，所述感光像素阵列区域设置N型导电层，所述N型导电层位于所述光电二极管的下方，所述感光像素阵列周围设置有抽取电荷N型区，所述抽取电荷N型区与所述N型导电层相互连接；

所述N型导电层与所述N型光电二极管隔开，所述N型导电层与所述N型光电二极管的间隔距离为至少为0.1μm；

所述N型导电层在半导体基体中的垂直宽度为0.1μm～0.5μm、深度至少为1μm；

所述N型导电层的N型离子浓度至少为1.5E+15Atom/cm³。

2.根据权利要求1所述的防止图像弥散的图像传感器，其特征在于，所述抽取电荷N型区在半导体基体中的水平宽度至少为0.3μm。

3.根据权利要求2所述的防止图像弥散的图像传感器，其特征在于，所述抽取电荷N型区的N型离子浓度至少为7E+16Atom/cm³。

4.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述抽取电荷N型区外接电势，所述外接电势的范围为0.1V～0.5V。

5.一种权利要求1至4任一项所述的防止图像弥散的图像传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法在多晶硅工艺之前，包括如下步骤：

B、第一次旋涂光刻胶并显影，在预定区域开口；

D、第一次清洗光刻胶，将硅表面上的光刻胶全部去掉；

E、第二次旋涂光刻胶并显影，在预定区域开口；

F、第二次N型离子注入，形成抽取电荷N型区，抽取电荷N型区的N型离子浓度至少7E+16Atom/cm³；

G、第二次清洗光刻胶，将硅表面上的光刻胶全部去掉；

H、干法离子刻蚀，将硅表面上的牺牲氧化层去掉。

6.根据权利要求5所述的防止图像弥散的图像传感器的制作方法，其特征在于，所述N型离子注入可以是磷离子注入，也可以是砷离子注入。