CN104201185B - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents

Abstract

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；位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；位于相邻光电二极管之间的半导体衬底中的掺杂隔离区。上述图像传感器的性能得到提高。

Description

图像传感器及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术

图像传感器是将光学图像信号转换为电信号的半导体器件。以图像传感器作为关键零部件的产品成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。

以产品类别区分，图像传感器产品主要分为电荷耦合图像传感器(Charge-coupled Device image sensor，简称CCD图像传感器)、互补型金属氧化物图像传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor image sensor，简称CMOS传感器)。CMOS图像传感器是一种快速发展的固态图像传感器，由于CMOS图像传感器中的图像传感器部分和控制电路部分集成于同一芯片中，因此CMOS图像传感器的体积小、功耗低、价格低廉，相较于传统的CCD(电荷耦合)图像传感器更具优势，也更易普及。

请参考图1，图1是现有的4T结构的CMOS图像传感器的电路结构示意图，包括：传输晶体管M1、复位晶体管M2、源跟随晶体管M3、行选通晶体管M4。所述4T结构图像传感器的工作原理为：传输晶体管M1用来将感光二极管PD的光生电荷传输到浮置扩散区FD，复位晶体管M2用来对浮置扩散区FD复位，源跟随晶体管M3用来将浮置扩散区FD的电信号放大输出。其工作过程包括：由复位信号R控制复位晶体管M2开启，将浮置扩散区FD置为高电位；然后关断复位晶体管M2，并由传输信号T控制打开传输晶体管M1，将感光二极管PD中的光生电荷传输到浮置扩散区FD，使浮置扩散区FD产生压降，这个压降通过源跟随晶体管M3在行选通晶体管M4的输出端out输出，该输出的压降即为输出信号。

现有的图像传感器在光强过大时，由于像素的势阱内已填满电子，而当光强进一步增大，过剩的电子会向外溢出，进入相邻的像素区域使图像出现光晕现象，严重影响图像传感器的成像质量。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种图像传感器及其形成方法，避免图像传感器出现光晕现象，提高所述图像传感器的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；位于相邻光电二极管之间的半导体衬底中的掺杂隔离区。

可选的，所述半导体衬底包括若干像素单元，所述每一像素单元分别包含有光电二极管。

可选的，所述半导体衬底为P型掺杂，所述光电二极管包括N型掺杂区。

可选的，所述掺杂隔离区为N型掺杂隔离区。

可选的，所述掺杂隔离区的掺杂浓度为1E15atom/cm3～1E19atom/cm3。

可选的，所述掺杂隔离区的厚度为0.1μm～2μm。

可选的，所述掺杂隔离区与光电二极管之间的距离为0.1μm～1μm。

可选的，所述掺杂隔离区的宽度小于或等于相邻光电二极管之间的距离。

可选的，所述掺杂隔离区呈网格状。

可选的，所述掺杂隔离区上方还具有防耗尽掺杂区。

可选的，所述防耗尽掺杂区的掺杂类型为P型掺杂。

可选的，所述防耗尽掺杂区位于所述掺杂隔离区上方、光电二极管下方的半导体衬底内，为一个完整的掺杂层。

可选的，所述防耗尽掺杂区位于掺杂隔离区的正上方，为网格状。

可选的，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度大于半导体衬底的掺杂浓度。

可选的，所述半导体衬底包括基底和位于基底表面的外延层，所述光电二极管、隔离掺杂区和防耗尽掺杂区形成于所述外延层内，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度。

可选的，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度为1E16atom/cm³～1E17atom/cm³。

为解决上述问题，本发明的技术方案还提供一种上述图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底；形成位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；形成位于相邻光电二极管之间的半导体衬底中的掺杂隔离区。

可选的，采用离子注入工艺形成所述掺杂隔离区。

可选的，所述掺杂隔离区呈网格状。

可选的，所述掺杂隔离区的掺杂类型为N型。

可选的，所述掺杂隔离区的掺杂浓度为1E15atom/cm³～1E19atom/cm³。

可选的，所述掺杂隔离区的厚度为0.1μm～2μm。

可选的，所述掺杂隔离区与光电二极管之间的距离为0.1μm～1μm。

可选的，形成所述掺杂隔离区之后，对所述掺杂隔离区上方的半导体衬底进行离子注入形成防耗尽掺杂区。

可选的，所述防耗尽掺杂区的掺杂类型为P型掺杂。

可选的，所述防耗尽掺杂区位于所述掺杂隔离区上方、光电二极管下方的半导体衬底内，为一个完整的掺杂层。

可选的，所述防耗尽掺杂区位于掺杂隔离区的正上方，为网格状。

可选的，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度大于半导体衬底的掺杂浓度。

可选的，所述半导体衬底包括基底和位于基底表面的外延层，在所述外延层内形成所述光电二极管、隔离掺杂区和防耗尽掺杂区，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度。

可选的，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度为1E16atom/cm³～1E17atom/cm³。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的图形传感器中，在相邻二极管之间的半导体衬底中具有掺杂隔离区，从而当光电二极管在受到强光照射时，产生的过多的电子溢出时，能够阻挡这些溢出电子在光电二极管下方的半导体衬底内横向扩散至其他区域的光电二极管区域，避免造成光晕显现，从而可以改善图像传感器的性能。

进一步的，所述掺杂隔离区与所述半导体衬底之间形成PN结隔离，阻挡所述光电二极管底部的半导体衬底内形成的多余载流子向外扩散至其他光电二极管区域，从而可以改善光晕现象和相邻像素单元之间的串扰现象。

进一步的，所述掺杂隔离区位于相邻光电二极管之间的部分半导体衬底下方，且所述掺杂隔离区的宽度小于或等于相邻光电二极管之间的距离，使得所述掺杂隔离区与光电二极管在垂直于半导体衬底表面的方向上没有重叠，且所述掺杂隔离区与光电二极管之间的半导体衬底还具有部分半导体衬底，确保所述掺杂隔离区与光电二极管之间具有足够的距离，避免掺杂隔离区与光电二极管之间发生穿通而影响光电二极管的性能，并且，确保所述光电二极管下方有足够厚度的半导体衬底，能够在光照作用下，产生足够的载流子，从而可以避免对所述光电二极管的感光性能造成不良影响。同时，所述掺杂隔离区与光电二极管之间的距离不能过大，避免电子从光电二极管与掺杂隔离区之间的区域发生扩散。

进一步的，所述掺杂隔离区上方还可以具有防耗尽掺杂区，所述防耗尽掺杂区的掺杂类型与半导体衬底的掺杂类型相同，所述防耗尽掺杂区可以避免由于所述掺杂隔离区的浓度较高而导致光电二极管与掺杂隔离区之间的部分半导体衬底内的载流子被耗尽，而影响光照条件下的载流子产生效率和所述光电二极管的光敏性能。

进一步的，所述防耗尽掺杂区仅位于所述掺杂隔离区上方，使得所述防耗尽掺杂区也为网格状，避免对光电二极管的性能造成影响。

本发明技术方案的图像传感器的形成方法，采用离子注入在半导体衬底内形成所述掺杂隔离区，所述掺杂隔离区可以在光电二极管之前或者之后形成，工艺方法简单。并且，可以通过调整离子注入的能量和剂量，调整所述掺杂隔离区的位置和掺杂浓度，以调整所述掺杂隔离区的隔离效果。

进一步的，在形成掺杂隔离区之后，还可以采用离子注入工艺在所述掺杂隔离区上方的半导体衬底内形成防耗尽掺杂区，所述防耗尽掺杂区可以位于所述掺杂隔离区的正上方，可以采用形成掺杂隔离区所采用的离子注入掩膜作为形成防耗尽掺杂区的掩膜，不用额外形成掩膜层，可以节约工艺步骤和工艺成本。

附图说明

图1是本发明的现有技术的图像传感器的电路结构示意图；

图2至图3是本发明的实施例的图像传感器的结构示意图；

图4至图8是本发明的实施例的图像传感器的形成过程的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术中所述，现有的图像传感器容易出现光晕现象，严重影响图像传感器的成像质量。

本发明的实施例中，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；位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；位于相邻光电二极管之间的部分半导体衬底下方的掺杂隔离区。所述掺杂隔离区位于光电二极管下方的半导体衬底内，可以减少溢出电子在半导体衬底内的横向扩散，从而改善图像传感器的光晕现象。

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。

请参考图2至图3，图2至图3为本发明的图像传感器的结构示意图。其中图2为沿图3中割线AA’的剖面示意图。

所述图像传感器包括：半导体衬底100；位于所述半导体衬底100内的若干分立的光电二极管200，所述光电二极管200按矩阵排列；位于相邻光电二极管200之间的半导体衬底100中的掺杂隔离区300。所述图像传感器可以是背照式图像传感器(BSI)或前照式图像传感器(FSI)。

具体的，所述半导体衬底100用于形成器件结构或芯片电路，所述半导体衬底100的材料包括硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，所述半导体衬底100可以是体材料也可以是复合结构如绝缘体上硅。本领域的技术人员可以根据半导体衬底100上形成的半导体器件选择所述半导体衬底100的类型，因此所述半导体衬底的类型不应限制本发明的保护范围。

所述半导体衬底100还可以是包括基底、以及通过外延工艺形成于基底表面的外延层，所述基底的较厚，掺杂浓度较大，缺陷很多；而基底表面的外延层一般只有几微米，掺杂浓度较低，缺陷很少。所述光电二极管200、掺杂隔离区300位于所述外延层内。此外，所述半导体衬底100内还可以具有阱区。所述外延层为P型掺杂的单晶硅层。

所述光电二极管200能够在受到外界光强激发的情况下，产生光生载流子，即电子。所述光电二极管200能够通过离子注入工艺形成，而且，通过控制离子注入的能量和浓度，能够控制离子注入的深度和注入范围，从而控制光电二极管200的深度和厚度。

本实施例中，所述光电二极管200包括N型掺杂区，所述N型掺杂区的掺杂离子包括磷离子、砷离子或锑离子中的一种或几种N型掺杂离子。所述光电二极管200作为图像传感器的像素单元的光敏器件，用于产生光剩载流子。所述光电二极管200在半导体衬底100内按照矩阵形式排列。本实施例中，以3×3的光电二极管200矩阵作为示例。在本发明的其他实施例中，所述图像传感器还可以包括其他数量的光电二极管。

相邻光电二极管200之间还可以通过阱区或者浅沟槽隔离结构隔离。所述半导体衬底100包括若干像素单元，所述光电二极管200作为图像传感器的像素单元的一部分，所述像素单元还包括每个光电二极管200周围的半导体衬底100上的用于获取和输出电信号的像素电路，包括传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选通晶体管等。

所述半导体衬底100除了包括形成有像素单元的像素区域之外，还可以包括位于像素区域外围的外围电路区域，所述外围电路区域用于形成控制所述像素单元的外围电路。

所述掺杂隔离区300仅在半导体衬底100的像素区域内，具体的，所述掺杂隔离区300位于光电二极管200下方的半导体衬底100内，且位于光电二极管200之间，与光电二极管200在垂直方向上没有重叠。所述掺杂隔离区300的掺杂类型为N型，可以阻挡相邻光电二极管200内逸出的电子通过所述光电二极管200下方的半导体衬底100迁移至相邻的像素单元。

所述掺杂隔离区300为一个连续网格状结构，隔离相邻光电二极管200正下方的半导体衬底100。所述掺杂隔离区300的掺杂类型与其周围的半导体衬底100的掺杂类型不同，形成PN结隔离，从而阻挡相邻像素之间溢出的电子通过半导体衬底100向其他像素单元扩散。在本发明的一个实施例中，所述掺杂隔离区300的掺杂浓度为1E15atom/cm³～1E19atom/cm³，所述掺杂隔离区300的厚度h为0.1μm～2μm。所述掺杂隔离区300具有足够的厚度和掺杂浓度，可以避免所述掺杂隔离区300内的多数载流子由于半导体衬底100内的载流子的扩散被全部耗尽而无法起到隔离作用。

当光电二极管200受到强光照射时，所述光电二极管200以及所述光电二极管200下方的半导体衬底100内产生大量的电子，在外置偏压的作用下，进入光电二极管200内，当所述光电二极管200内的电子收集满时，无法再容纳过多的电子，多余的电子会从所述光电二级管200下方的半导体衬底100内发生横向扩散至相邻的光电二极管200，出现光晕现象。由于相邻光电二极管200内一般通过浅沟槽隔离结构或者阱区隔离，所以，多余电子很难通过相邻光电二极管200之间的半导体衬底100直接扩散至其他光电二极管区域，而更倾向于从所述光电二极管200下方的半导体衬底100发生扩散。

所述掺杂隔离区300可以作为相邻光电二极管200底部的半导体衬底100之间的隔离结构，包围所述光电二极管200底部的半导体衬底100，与所述半导体衬底100之间形成PN结隔离，阻挡所述光电二极管200底部的半导体衬底100内形成的载流子向外扩散至其他光电二极管区域，从而可以改善光晕现象。同时，在所述图像传感器正常工作状态下，光电二极管200下方的半导体衬底100在光照下形成的电子，也可能有部分未进入光电二极管200，而是扩散进入相邻区域的光电二极管内，造成相邻像素单元之间的串扰现象，所以本实施例的图像传感器还可以改善图像传感器的相邻像素单元之间的串扰现象。

所述掺杂隔离区300位于相邻光电二极管200之间的部分半导体衬底100下方，且所述掺杂隔离区300的宽度小于或等于相邻光电二极管200之间的距离，使得所述掺杂隔离区300与光电二极管200在垂直于半导体衬底100表面的方向上没有重叠，且所述掺杂隔离区300与光电二极管200之间的半导体衬底100还具有部分半导体衬底100。

具体的，所述掺杂隔离区300与光电二极管200之间的最小距离d为0.1μm～1μm，确保所述掺杂隔离区300与光电二极管200之间具有足够的距离，避免掺杂隔离区300与光电二极管200之间由于掺杂离子的扩散发生穿通，而影响光电二极管200的性能。并且，所述掺杂隔离区300与光电二极管200之间具有足够的距离还可以确保所述光电二极管200下方有足够厚度的半导体衬底100，能够在光照作用下，产生足够的载流子，从而可以避免对所述光电二极管200的感光性能造成影响。但是，所述掺杂隔离区300与光电二极管200之间的距离不能过大，避免电子从光电二极管200与掺杂隔离区300之间的区域发生横向扩散，而影响隔离效果。

由于相邻光电二极管200之间的间距一般较小，如果掺杂隔离区300部分或全部位于相邻光电二极管200之间的半导体衬底100内，由于掺杂离子的扩散，容易导致所述掺杂隔离区200与两侧的光电二极管200之间发生穿通，而影响图像传感器的性能，并且，也不能有效的阻挡位于相邻光电二极管200下方的半导体衬底100内的载流子的横向扩散，所以，本实施例中，所述掺杂隔离区300位于相邻光电二极管200之间的部分半导体衬底100下方，既不会影响光电二极管200的性能，也能够有效阻隔半导体衬底100内的横向的载流子扩散，改善图像传感器的光晕现象和串扰现象。

本实施例中，所述掺杂隔离区300上方还可以具有防耗尽掺杂区301。所述防耗尽掺杂区201也仅位于半导体衬底100的像素区域内。图3中，顶层的半导体衬底100采用一定的透明度以显示出下层的防耗尽掺杂区301的位置。所述防耗尽掺杂区301位于光电二极管200之间的半导体衬底100内，且边缘与所述光电二极管200的投影之间具有一定距离。

所述防耗尽掺杂区301的掺杂类型为P型掺杂。所述防耗尽掺杂区301的掺杂浓度大于其周围的半导体衬底100的掺杂浓度。本发明的其他实施例中，所述半导体衬底100包括基底和位于基底表面的外延层，所述光电二极管200、掺杂隔离区300以及防耗尽掺杂区301位于所述外延层内，所述防耗尽掺杂区301的掺杂浓度大于其周围的外延层的掺杂浓度。具体的，本实施例中，所述防耗尽掺杂区301周围的半导体衬底100的掺杂浓度为1E15atom/cm³左右，所述防耗尽掺杂区301的掺杂浓度为1E16atom/cm³～1E17atom/cm³。在本发明的其他实施例中，所述防耗尽掺杂区301的掺杂浓度可以根据其周围的半导体衬底100的掺杂浓度作相应的调整。

所述防耗尽掺杂区301可以避免由于所述掺杂隔离区300的浓度较高而导致光电二极管200与掺杂隔离区300之间的部分半导体衬底100内的载流子被耗尽，而影响光照条件下的载流子产生效率和所述光电二极管200的光敏性能。

在本发明的一个实施例中，所述防耗尽掺杂区301可以是位于所述掺杂隔离区300上方、光电二极管200下方半导体衬底100内的一个完整的掺杂层，部分防耗尽掺杂区301位于相邻光电二极管200之间的半导体衬底100下方，部分防耗尽掺杂区301位于所述光电二极管200下方。在本发明的其他实施例中，所述防耗尽掺杂区301也可以与掺杂隔离区300位于同一深度，所述防耗尽掺杂区301与掺杂隔离区300构成完整的掺杂层。

但是，在所述光电二极管200下方形成所述防耗尽掺杂区301，会改变所述光电二极管200下方的掺杂环境，从而对光电二极管200的性能造成影响。所以，本实施例中，所述防耗尽掺杂区301仅位于所述掺杂隔离区300正上方，使得所述防耗尽掺杂区301也为网格状，所述防耗尽掺杂区301在垂直于半导体衬底100表面的方向上与光电二极管200之间没有重叠。所述防耗尽扩散区301也可以部分位于相邻光电二极管200之间的半导体衬底100内。

上述图像传感器能够改善溢出电子在光电二极管200下方的半导体衬底100内的横向扩散，从而改善图像传感器的光晕效应，提高图像传感器的性能。

本发明的实施例还提供一种上述图像传感器的形成方法。

请参考图4和图5，提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100内形成若干分立的光电二极管200，所述光电二极管200按矩阵排列。图5为形成所述光电二极管200之后的俯视示意图，图4为沿图5中割线BB’的剖面示意图。

所述半导体衬底100用于形成器件结构或芯片电路，所述半导体衬底100的材料包括硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，所述半导体衬底100可以是体材料也可以是复合结构如绝缘体上硅。本领域的技术人员可以根据半导体衬底100上形成的半导体器件选择所述半导体衬底100的类型，因此所述半导体衬底的类型不应限制本发明的保护范围。

所述半导体衬底100还可以包括基底、以及通过外延工艺形成于基底表面的外延层，在所述外延层内形成光电二极管以及后续步骤中，形成掺杂隔离区和防耗尽掺杂区。此外，所述半导体衬底100内还可以具有阱区。所述外延层为P型掺杂的单晶硅层。

本实施例中，所述半导体衬底100为P型掺杂的单晶硅，所述半导体衬底100内具有P阱。

所述光电二极管200的形成方法包括：在所述半导体衬底100上形成掩膜层，所述掩膜层定义光电二级管200的位置和尺寸，以所述掩膜层为掩膜，对所述半导体衬底100进行离子注入，形成与半导体衬底100掺杂类型相反的掺杂层，作为光电二极管200，然后去除所述掩膜层。

本实施例中，所述半导体衬底100为P型衬底，对半导体衬底100进行N型离子注入，形成N型掺杂区，所述N型离子包括磷离子、砷离子或锑离子。通过控制离子注入的能量和浓度，能够控制离子注入的深度和注入范围，从而控制光电二极管200的深度和宽度。所述光电二极管200作为像素单元的一部分，后续还可以在光电二极管200周围的半导体衬底100上形成用于获取和输出电信号的像素电路，包括传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选通晶体管等，所述像素电路也作为像素单元的一部分。

所述像素单元形成于半导体衬底100的像素区域上，在本发明的其他实施例中，所述半导体衬底100还包括外围电路区域，所述外围电路区域用于形成控制所述像素单元的外围电路。

在形成所述光电二极管200之前，还可以在所述半导体衬底100内形成浅沟槽隔离结构，作为形成的相邻光电二极管200之间的横向隔离结构。本实施例中，以形成3×3的光电二极管200矩阵作为示例。在本发明的其他实施例中，可以根据图像传感器的像素要求，形成其他数量的光电二极管。

在本发明的其他实施例中，可以在基底上形成P型外延层之后，对所述P型外延层进行离子注入，形成所述光电二极管200。所述P型外延层和基底构成半导体衬底100。

请参考图6，形成位于相邻光电二极管200之间的半导体衬底100中的掺杂隔离区300。

仅在所述半导体衬底100的像素区域内形成所述掺杂隔离区300，形成所述掺杂隔离区300的方法包括：在所述半导体衬底100表面形成掩膜层210，所述掩膜层210覆盖光电二极管200，暴露出相邻光电二极管200之间的半导体衬底100的表面；以所述掩膜层210为掩膜，对所述半导体衬底100进行离子注入，形成所述掺杂隔离区300。所述掩膜层210的材料可以是光刻胶层、氧化硅、氮化硅、无定形碳等掩膜材料。

所述掺杂隔离区300的掺杂类型为N型。所述离子注入的掺杂离子可以是P、As或Sb中的一种或几种离子。通过控制所述离子注入的能量和剂量可以调整所述掺杂隔离区300的注入深度和浓度。所述掺杂隔离区300位于所述掺杂隔离区300位于光电二极管200下方的半导体衬底100内，且位于光电二极管200之间，与光电二极管200在垂直方向上没有重叠。

所述掺杂隔离区300可以作为相邻光电二极管200底部的半导体衬底100之间的隔离结构，包围所述光电二极管200底部的半导体衬底100，与所述半导体衬底100之间形成PN结隔离，阻挡相邻光电二极管200内溢出的电子通过所述光电二极管下方的半导体衬底100迁移至相邻的像素单元。所述掺杂隔离区300为一个连续网格状结构，隔离相邻光电二极管200正下方的半导体衬底100，从而可以改善光晕现象和相邻像素单元之间的串扰现象。

所述掺杂隔离区300的掺杂浓度为1E15atom/cm³～1E19atom/cm³，所述掺杂隔离区300的厚度h为0.1μm～2μm。所述掺杂隔离区300的掺杂类型与其周围的半导体衬底100的掺杂类型不同，形成PN结隔离，从而阻挡相邻像素之间溢出的电子通过半导体衬底100向其他像素单元扩散。所述掺杂隔离区300的浓度在1E15atom/cm³以上，可以避免所述掺杂隔离区300内的多数载流子被全部耗尽而无法起到隔离作用。

所述掺杂隔离区300与光电二极管200之间的最小距离d为0.1μm～1μm，确保所述掺杂隔离区300与光电二极管200之间具有足够的距离，避免掺杂隔离区300与光电二极管200之间发生穿通而影响光电二极管200的性能，并且，确保所述光电二极管200下方有足够厚度的半导体衬底100，能够在光照作用下，产生足够的载流子，从而可以避免对所述光电二极管200的感光性能造成影响。同时，所述掺杂隔离区300与光电二极管之间的距离不能过大，避免电子从光电二极管200与掺杂隔离区300之间的区域发生扩散。

本实施例中，所述掺杂隔离区300位于相邻光电二极管200之间的部分半导体衬底100下方，不容易使所述掺杂隔离区200与两侧的光电二极管200之间发生穿通而影响图像传感器的性能，且能够有效阻隔半导体衬底100内的横向的载流子扩散，改善图像传感器的光晕现象。

在本发明的其他实施例中，也可以在形成所述光电二极管200之前，采用上述方法，在所述半导体衬底100内形成所述掺杂隔离区300，然后再在所述半导体衬底100内形成所述光电二极管200。

在本发明的一个实施例中，可以在基底上形成第一P型外延层，然后在所述第一P型外延层内采用离子注入形成所述掺杂隔离区300；然后在所述第一P型外延层上形成第二P型外延层，再在所述第一P型外延层上形成光电二极管200。所述基底、第一P型外延层和第二P型外延层构成半导体衬底100。

请参考图7，为形成所述掺杂隔离区300之后的俯视示意图，其中掩膜层210未示出。图6为沿图7中割线BB’的剖面示意图。图7中，顶层的半导体衬底100采用一定的透明度以显示出下层的隔离区300的位置。所述隔离区300位于光电二极管200之间的半导体衬底100内，且边缘与所述光电二极管200的投影之间具有一定距离。

所述掺杂隔离区300呈网格状，包围光电二极管200正下方的半导体衬底100。

请参考图8，在所述掺杂隔离区300上方的半导体衬底100内形成防耗尽掺杂区301。

仅在所述半导体衬底100的像素区域内形成所述防耗尽掺杂区301，具体的，可以采用离子注入工艺形成所述防耗尽掺杂区301。本实施例中，所述防耗尽掺杂区301位于掺杂隔离区300的正上方，为网格状。在形成所述防耗尽掺杂区301的过程中，可以继续以所述掩膜层210作为注入掩膜，对半导体衬底100进行离子注入，形成所述防耗尽掺杂区301。通过控制离子注入的能量和剂量，调整所述防耗尽掺杂区301的位置和掺杂浓度，使所述防耗尽掺杂区301位于掺杂隔离区300的正上方。

具体的，所述防耗尽掺杂区301与半导体衬底100的掺杂类型相同，为P型，所述防耗尽掺杂区301所采用的掺杂离子为B、Ga或In中的一种或几种。所述防耗尽掺杂区301的掺杂浓度大于其周围的半导体衬底100的掺杂浓度，从而可以避免由于所述掺杂隔离区300的浓度较高导致将所述光电二极管200与掺杂隔离区300之间的部分半导体衬底100内的载流子耗尽，而影响光照条件下的载流子产生效率和所述光电二极管200的光敏性能。

具体的，所述半导体衬底100的掺杂浓度为1E15atom/cm³左右，所述防耗尽掺杂区301的掺杂浓度为1E16atom/cm³～1E17atom/cm³。本发明的其他实施例中，所述防耗尽扩散区301也可以部分位于相邻光电二极管200之间的半导体衬底100内。

所述防耗尽掺杂区301可以与掺杂隔离区300连接，或者所述防耗尽掺杂区301与掺杂隔离区300之间有一段距离。

在本发明的其他实施例中，所述防耗尽掺杂区301也可以与掺杂隔离区300位于同一深度，所述防耗尽掺杂区301与掺杂隔离区300构成完整的掺杂层。

在本发明的其他实施例中，也可以去除所述掩膜层210，然后对所述半导体衬底100进行离子注入，形成所述防耗尽掺杂区301。所述防耗尽掺杂区301可以是位于所述掺杂隔离区300上方、光电二极管200下方半导体衬底100内的一个完整的掺杂层，既位于相邻光电二极管200之间的半导体衬底100下方，又同时位于所述光电二极管200下方。

但是，在所述光电二极管200下方形成所述防耗尽掺杂区301，会改变所述光电二极管200下方的掺杂环境，从而对光电二极管200的性能造成影响。所以，本实施例中，所述防耗尽掺杂区301仅位于所述掺杂隔离区300上方，使得所述防耗尽掺杂区301也为网格状，并且不需要形成额外的掩膜层来形成所述防耗尽掺杂区301，不用额外形成掩膜层，可以节约工艺步骤和工艺成本。

形成所述防耗尽掺杂区301之后，可以去除所述掩膜层210，形成如图2所示的结构。

后续还可以在每个光电二极管200周边的半导体衬底100表面形成传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选通晶体管等构成图像传感器的电荷传输和控制电路。

上述方法形成的图像传感器，通过在图像传感器的相邻光电二极管之间的半导体衬底中形成掺杂隔离区，从而当光电二极管在受到强光照射时，产生的过多的电子溢出时，能够阻挡这些溢出电子在光电二极管下方的半导体衬底内横向扩散至其他区域的光电二极管区域，避免造成光晕显现，从而可以改善形成的图像传感器的性能。

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 (26)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；

位于相邻光电二极管之间的半导体衬底中的掺杂隔离区；

所述掺杂隔离区上方还具有防耗尽掺杂区；

所述防耗尽掺杂区位于所述掺杂隔离区上方、光电二极管下方的半导体衬底内，为一个完整的掺杂层。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，所述半导体衬底包括若干像素单元，所述每一像素单元分别包含有光电二极管。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体衬底为P型掺杂，所述光电二极管包括N型掺杂区。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述掺杂隔离区为N型掺杂隔离区。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述掺杂隔离区的掺杂浓度为1E15atom/cm³～1E19atom/cm³。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述掺杂隔离区的厚度为0.1μm～2μm。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述掺杂隔离区与光电二极管之间的距离为0.1μm～1μm。

8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述掺杂隔离区的宽度小于或等于相邻光电二极管之间的距离。

9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述掺杂隔离区呈网格状。

10.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述防耗尽掺杂区的掺杂类型为P型掺杂。

11.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度大于半导体衬底的掺杂浓度。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体衬底包括基底和位于基底表面的外延层，所述光电二极管、隔离掺杂区和防耗尽掺杂区形成于所述外延层内，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度。

13.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度为1E16atom/cm³～1E17atom/cm³。

14.一种图像传感器，其特征在于，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；

位于相邻光电二极管之间的半导体衬底中的掺杂隔离区；

所述掺杂隔离区上方还具有防耗尽掺杂区；

所述防耗尽掺杂区位于所述掺杂隔离区上方、光电二极管下方的半导体衬底内，所述防耗尽掺杂区位于掺杂隔离区的正上方，为网格状。

15.一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；

形成位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；

形成位于相邻光电二极管之间的半导体衬底中的掺杂隔离区；

形成所述掺杂隔离区之后，对所述掺杂隔离区上方的半导体衬底进行离子注入形成防耗尽掺杂区；

所述防耗尽掺杂区位于所述掺杂隔离区上方、光电二极管下方的半导体衬底内，为一个完整的掺杂层。

16.根据权利要求15所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，采用离子注入工艺形成所述掺杂隔离区。

17.根据权利要求15所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述掺杂隔离区呈网格状。

18.根据权利要求15所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述掺杂隔离区的掺杂类型为N型。

19.根据权利要求18所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述掺杂隔离区的掺杂浓度为1E15atom/cm³～1E19atom/cm³。

20.根据权利要求19所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述掺杂隔离区的厚度为0.1μm～2μm。

21.根据权利要求20所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述掺杂隔离区与光电二极管之间的距离为0.1μm～1μm。

22.根据权利要求15所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述防耗尽掺杂区的掺杂类型为P型掺杂。

23.根据权利要求15所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度大于半导体衬底的掺杂浓度。

24.根据权利要求23所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底包括基底和位于基底表面的外延层，在所述外延层内形成所述光电二极管、隔离掺杂区和防耗尽掺杂区，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度。

25.根据权利要求24所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述防耗尽掺杂区的掺杂浓度为1E16atom/cm³～1E17atom/cm³。

26.一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；

形成位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；

形成位于相邻光电二极管之间的半导体衬底中的掺杂隔离区；

形成所述掺杂隔离区之后，对所述掺杂隔离区上方的半导体衬底进行离子注入形成防耗尽掺杂区；

所述防耗尽掺杂区位于所述掺杂隔离区上方、光电二极管下方的半导体衬底内，所述防耗尽掺杂区位于掺杂隔离区的正上方，为网格状。