CN104269419A - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器及其形成方法，所述图形传感器包括：半导体衬底；位于半导体衬底内的光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括若干行平行排列的光电二极管，每一行包括若干光电二极管，所述光电二极管包括N型掺杂层；所述光电二极管阵列包括暗区和感光区，所述暗区和感光区相邻，所述暗区内包括若干行光电二极管，且所述暗区表面覆盖有金属层；位于感光区内的N型掺杂区，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层，所述N型掺杂区与N型掺杂层连接。上述图像传感器的性能得到提高。
Description
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CMOS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。
现有图像传感器一般包括若干像素单元组成的像素阵列，像素阵列中的每个像素单元都包含一个光电二极管，光电二极管将光信号转化为电信号，然后按行从阵列中的像素读取这些电信号的值。现有图像传感器上会包括与感光像素所在的感光区相邻的暗区，所述暗区被金属层屏蔽，暗区内的像素作为参考像素，实际图像传感器输出的电信号是感光像素与参考像素信号值通过差分电路处理过后的信号，由于感光像素与参考像素在实际启动过程中均会产生噪声，通过差分电路处理后，输出的电信号基本消除了噪声，从而可以提高成像的准确性。
现有的图像传感器在光强过大时，感光区像素的势阱内已填满电子，而光强进一步增大时，过剩的电子会向外溢出，与暗区相邻的感光区内的像素电子溢出后会进入暗区内，影响暗区的参考像素的输出信号，从而影响最终图像传感器输出信号的准确性，严重影响图像传感器的性能。
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，可以提高图像传感器的性能。
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；位于半导体衬底内的光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括若干行平行排列的光电二极管，所述光电二极管包括N型掺杂层；所述光电二极管阵列包括暗区和感光区，所述暗区和感光区相邻，所述暗区内包括若干行光电二极管，且所述暗区表面覆盖有金属层；位于感光区内的N型掺杂区，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层，所述N型掺杂区与N型掺杂层连接。
可选的，所述图像传感器包括像素单元阵列，每一像素单元分别包含有光电二极管。
可选的，还包括：位于暗区内、感光区边缘处的至少一行的光电二极管下方的N型重掺杂层，所述N型掺杂区包围光电二极管的N型掺杂层。
可选的，暗区内包括N行平行排列的光电二极管，从感光区指向暗区方向的所述暗区内的N/2行内的若干相邻或间隔行的光电二极管下方具有N型掺杂区，所述N型掺杂区包围光电二极管的N型掺杂层。
可选的，所述光电二极管的N型掺杂层的掺杂浓度为2E15atom/cm3～1E18atom/cm3，所述N型掺杂区的掺杂浓度为5E15atom/cm3～5E18atom/cm3。
可选的，所述N型掺杂区的掺杂深度为0.5μm～3μm。
可选的，还包括：位于光电二极管的N型掺杂层表面的P型钉扎层。
可选的，位于同一行的光电二极管下方的N型掺杂区为连续的掺杂区。
可选的，位于同一行的光电二极管下方的N型掺杂区为若干分立的掺杂区。
可选的，还包括：所述N型掺杂区表面具有金属互连结构。
可选的，所述N型掺杂区的长度大于二极管阵列行的长度，部分N型掺杂区位于二极管阵列外部。
可选的，位于二极管阵列外部的部分N型掺杂区表面具有金属互连结构。
可选的，所述N型掺杂区连接正电位。
可选的，所述正电位的范围为0.5V～3V。
为解决上述问题，本发明的技术方案还提出一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括若干行平行排列的光电二极管，所述光电二极管包括N型掺杂层，所述光电二极管阵列包括暗区和感光区，所述暗区和感光区相邻；在感光区内形成N型掺杂区，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层，所述N型掺杂区与N型掺杂层连接；在所述暗区表面形成金属层。
可选的，采用离子注入工艺形成所述N型掺杂区。
可选的，形成所述N型掺杂区之后，再形成所述光电二极管阵列中的光电二极管的N型掺杂层。
可选的，还包括：在暗区内、感光区边缘处的至少一行的光电二极管下方形成N型重掺杂层，所述N型掺杂区包围光电二极管的N型掺杂层。
可选的，暗区内包括N行平行排列的光电二极管，从感光区指向暗区方向的所述暗区内的N/2行内的若干相邻或间隔行的光电二极管下方形成N型掺杂区，所述N型掺杂区包围光电二极管的N型掺杂层。
可选的，所述光电二极管的N型掺杂层的掺杂浓度为2E15atom/cm3～1E18atom/cm3，所述N型掺杂区的掺杂浓度为5E15atom/cm3～5E18atom/cm3。
可选的，所述N型掺杂区的掺杂深度为0.5μm～3μm。
可选的，还包括：在所述光电二极管的N型掺杂层表面形成P型钉扎层。
可选的，位于同一行的N型掺杂区为连续的掺杂区。
可选的，位于同一行的N型掺杂区为若干分立的掺杂区。
可选的，还包括：还包括：在所述N型掺杂区表面形成金属互连结构。
可选的，所述N型掺杂区的长度大于二极管阵列行的长度，部分N型掺杂区位于二极管阵列外部。
可选的，在位于二极管阵列外部的部分N型掺杂区表面形成金属互连结构。
可选的，将所述N型掺杂区与正电位连接。
可选的，所述正电位的范围为0.5V～3V。
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，所述图像传感器包括：光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括暗区和感光区所述暗区内包括若干行光电二极管，且所述暗区表面覆盖有金属层；位于感光区内的N型掺杂区，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层，所述N型掺杂区与N型掺杂层连接。所述N型掺杂区可以吸收感光区内向暗区扩散的溢出电子，避免感光区内的溢出电子进入暗区内而影响所述暗区I内的像素单元的输出信号值。所述N型掺杂区与其他相邻行的光电二极管的N型掺杂区隔离。并且，所述还可以吸收在感光区内部迁移的溢出电子，避免由于溢出电子在不同像素单元内的迁移，影响感光区内的感光像素输出的光信号的准确值，从而可以避免溢出电子造成输出图像的光晕现象。
进一步的，所述N型掺杂区表面具有金属互连结构，可以在所述金属互连结构上施加正电位，从而及时将所述N型掺杂区内吸收的电子导出，避免所述N型掺杂区吸收电子过多而溢出，在感光区内发生扩散，以及扩散至暗区内，影响图像传感器的性能。
进一步的，所述N型掺杂区部分位于光电二极管阵列外部。由于所述图像传感器的集成度一般较高，相邻光电二极管之间的间距较小，在所述光电二极管阵列内的N型掺杂区表面形成的金属互连结构的尺寸较小，容易造成所述金属互连结构与N型掺杂区之间的连接不稳定。而位于所述光电二极管阵列区域外的部分N型掺杂区的面积可以较大，所述金属互连结构位于所述光电二极管阵列区域外的部分N型掺杂区表面，易于形成，可以提高所述金属互连结构的质量以及所述金属互连结构与N型掺杂区之间的连接质量。
本发明的技术方案还提供一种图像传感器的形成方法，在半导体衬底上形成光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括暗区和感光区；在感光区内形成N型掺杂区，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层。所述N型掺杂区能够吸收感光区内向暗区扩散的溢出电子，避免感光区内的溢出电子进入暗区内而影响所述暗区I内的像素单元的输出信号值。所述N型掺杂区与其他相邻行的光电二极管的N型掺杂区隔离。并且，所述还可以吸收在感光区内部迁移的溢出电子，避免由于溢出电子在不同像素单元内的迁移，影响感光区内的感光像素输出的光信号的准确值，从而可以避免溢出电子造成输出图像的光晕现象。
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6是本发明的实施例的图像传感器的结构示意图；
图7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，现有的图像传感器的性能有待进一步的提高。
由于感光区的像素中电子溢出至暗区，导致暗区输出信号噪声发生变化，从而影响最终图像传感器的性能。
本发明的实施例中，在暗区与感光区交界位置处的光电二极管下方形成N型掺杂区，且所述N型掺杂区包围所述光电二极管的N型掺杂层，使所述N型掺杂层内逸出的电子被所述N型掺杂区收集，从而避免溢出电子进入暗区内，从而提高形成的图像传感器的性能。
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和图3，为本实施例的图像传感器的结构示意图。图3为沿图2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101构成的光电二极管阵列。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)。所述光电二极管阵列包括暗区I和感光区II，所述暗区I和感光区II相邻，所述暗区I内包括若干行光电二极管101，且所述暗区I表面覆盖有金属层200。所述图像传感器还包括位于感光区II内的N型掺杂区110，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管102下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层。
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101形成与所述外延层内。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101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101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101的深度和厚度。
本实施例中，所述光电二极管101包括N型掺杂层，所述N型掺杂层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101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101在半导体衬底100内按照矩阵形式排列。
相邻光电二极管101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包括像素单元阵列，所述光电二极管101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位于光电二极管101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。
本实施例中，所述N型掺杂区110位于感光区II中最接近暗区I的一行光电二极管101下方的半导体衬底100内。请参考图3，为沿图2中割线AA的剖面示意图。
所述N型掺杂区110包围所述光电二极管101的侧壁和底部，且所述N型掺杂区110的掺杂浓度大于所述光电二极管101的N型掺杂层的掺杂浓度。本实施例中，所述N型掺杂层的掺杂浓度为2E15atom/cm3～1E18atom/cm3，所述N型掺杂区110的掺杂浓度为5E15atom/cm3～5E18atom/cm3。所述N型掺杂区110的掺杂浓度可以大于或小于所述N型掺杂层的掺杂浓度。所述N型掺杂区可以吸收感光区II内向暗区I扩散的溢出电子，避免感光区II内的溢出电子进入暗区I内而影响所述暗区I内的像素单元的输出信号值。本实施例中，所述N型掺杂区的掺杂浓度大于N型掺杂层的掺杂浓度，更易吸收溢出电子。所述N型掺杂区与其他相邻行的光电二极管101的N型掺杂区隔离。
所述N型掺杂区110的掺杂深度为0.5μm～3μm，所述掺杂深度较大，从而能够尽量增大对电子的吸收能力，减少电子从N型掺杂区110下方的半导体衬底100内扩散至暗区I的溢出电子。
所述下方具有N型掺杂区110的光电二极管101，后续在图像传感器工作过程中，不再输出有效电信号，仅作为隔离像素，隔离感光区II的其他像素单元内的溢出电子扩散进入暗区I内。同时，所述N型掺杂区110还可以吸收在感光区II内部迁移的溢出电子，避免由于溢出电子在不同像素单元内的迁移，影响感光区II内的感光像素输出的光信号的准确值，从而可以避免溢出电子造成输出图像的光晕现象。
在本发明的其他实施例中，在感光区II内的靠近暗区I内的一行或几行的光电二极管下方可以都具有N型掺杂区，从而可以提高N型掺杂区的数量，提高对感光区II内的溢出电子的吸收能力。
在本发明的其他实施例中，所述图像传感器的暗区I内、位于感光区II边缘处的至少一行的光电二极管101下方也具有N型重掺杂层110，所述N型掺杂区110包围光电二极管的N型掺杂层。所述暗区I内的一行或几行光电二极管101下方也具有所述N型重掺杂层110，可以进一步吸收未被感光区II内的N型掺杂区110吸收的溢出电子，避免剩余的溢出电子继续扩散至暗区I内的其他行的光电二极管101内。所述暗区I内的N型重掺杂层110，一般靠近感光区，一方面可以及时吸收从感光区II扩散至暗区I的溢出电子，另一方面，可以确保暗区I具有足够行的光电二极管101以构成足够数量的参考像素。
在本发明的一个实施例中，所述暗区I内具有N行平行排列的光电二极管101，从感光区II指向暗区I方向的所述暗区I内的N/2行内的若干行光电二极管101下方具有N型掺杂区110，所述N型掺杂区100包围光电二极管101的N型掺杂层。所述若干行的光电二极管101可以是相邻像素行或者是间隔排列的像素行内的光电二极管。
请参考图4，为沿图2中割线BB’的剖面示意图。
本实施例中，所述N型掺杂区110为连续的掺杂区，位于暗区I边缘处的感光区II内的一整行光电二极管101下方。所述N型掺杂区110可以作为一个完整的溢出电子吸收区域，作为暗区I与感光区II之间的电子扩散阻挡区域。
在本发明的其他实施例中，所述N型掺杂区110为若干分立的掺杂区，请参考图5，为本发明的一个实施例的图像传感器的剖面示意图。
位于同一像素行内的不同光电二极管101下方的N型掺杂区110之间相互分立，为多个不连续的掺杂区。每个光电二极管101对应一个N型掺杂区110。
由于被所述N型掺杂区110包围的光电二极管101受到光照产生的电子均被所述N型掺杂区110吸收，从而被N型掺杂区110包围的所述光电二极管101均作为无效像素。
所述N型掺杂区110可以与正电位连接，从而及时将所述N型掺杂区110内吸收的电子导出，避免所述N型掺杂区110吸收电子过多而溢出，在感光区II内发生扩散，以及扩散至暗区I内，影响图像传感器的性能。在本发明的一个实施例中，所述正电位的范围为0.5V～3V。本实施例中，所述N型掺杂区110表面还具有金属互连结构，通过所述金属互连结构将所述N型掺杂区110与电路连接。
在本实施例中，所述N型掺杂区110位于所述光电二极管阵列内，所述N型掺杂区110的表面具有一个或多个金属插塞结构，通过所述金属插塞结构与后续形成的电路连接。
请参考图6，在本发明的其他实施例中，所述N型掺杂区110的长度可以大于光电二极管阵列行的长度，部分N型掺杂区100位于光电二极管阵列外部。
由于所述图像传感器的集成度一般较高，相邻光电二极管101之间的间距较小，本实施例中，直接在所述光电二极管阵列内的N型掺杂区110表面形成金属互连结构的难度较大。在本发明的其他实施例中，所述半导体衬底100还包括位于光电二极管阵列区域外的外围区域，部分所述N型掺杂区110位于所述外围区域内。位于所述光电二极管阵列区域外的部分N型掺杂区110的面积可以较大，所述金属互连结构位于所述光电二极管阵列区域外的部分N型掺杂区110表面，易于形成，可以提高所述金属互连结构的质量。同时位于所述光电二极管阵列区域外的部分N型掺杂区110同时也可以作为所述半导体衬底100内的外围区域内的N阱。
在本发明其他实施例中，所述图像传感器还可以包括位于光电二极管101的N型掺杂层表面的P型钉扎层，所述P型钉扎层具有固定的表面电势，无法吸收光子，产生载流子，从而可以是入射光完全进入光电二极管101内部，而不受表面形态的影响。
所述暗区I表面的金属层200位于所述暗区I上的最顶层，所述金属层200与半导体衬底100之间还具有像素单元的其他晶体管结构，例如传输晶体管、复位晶体管或者行选通晶体管之类，以及与上述晶体管结构连接的金属互连结构、位于所述金属层200与半导体衬底100之间的层间介质层等。
本发明的实施例中，还提供一种上述图像传感器的形成方法。
具体的，请参考图7，提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100内形成光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括若干行平行排列的光电二极管101，每一行包括若干光电二极管101，所述光电二极管101包括N型掺杂层，所述光电二极管阵列包括暗区I和感光区II，所述暗区I和感光区II相邻；在感光区II内形成N型掺杂区110，所述N型掺杂区110至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管101下方、且包围该行的光电二极管101的N型掺杂层，所述N型掺杂区110的掺杂浓度大于N型掺杂层的掺杂浓度且所述N型掺杂区与N型掺杂层连接。
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101形成与所述外延层内。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。
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。
本实施例中，首先在所述半导体衬底100的感光区II内、位于暗区I边缘处形成N型掺杂区110，然后，再形成所述光电二极管102。
所述N型掺杂区110的形成方法包括：在所述半导体衬底100表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层暴露出待形成N型掺杂区的部分半导体衬底100；以所述图形化掩膜层为掩膜，对所述半导体衬底100进行N型离子注入，在半导体衬底100内形成N型掺杂区110。通过控制所述N型离子注入的能量和剂量，能够控制形成的N型掺杂区110的深度和浓度。
形成所述N型掺杂区110之后，去除所述图形化掩膜层，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101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101，然后去除所述掩膜层。所述光电二极管101按照阵列排列，形成光电二极管阵列。若干行平行排列的光电二极管101位于暗区I内，若干行平行排列的光电二极管101位于感光区II内，且最接近暗区I的一行光电二极管101位于所述N型掺杂区110内。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101的深度和厚度。
本实施例中，所述光电二极管101包括N型掺杂层，所述N型掺杂层的掺杂浓度为2E15atom/cm3～1E18atom/cm3，所述N型掺杂区110的掺杂浓度为5E15atom/cm3～5E18atom/cm3。所述N型掺杂区可以吸收感光区II内向暗区I扩散的溢出电子，避免感光区II内的溢出电子进入暗区I内而影响所述暗区I内的像素单元的输出信号值。所述N型掺杂区110的掺杂浓度可以大于或小于所述N型掺杂层的掺杂浓度。本实施例中，所述N型掺杂区的掺杂浓度大于N型掺杂层的掺杂浓度，更易吸收溢出电子。
所述N型掺杂区110的掺杂深度为0.5μm～3μm，所述掺杂深度较大，从而能够尽量增大对电子的吸收能力，减少电子从N型掺杂区110下方的半导体衬底100内扩散至暗区I的溢出电子。
在本发明的其他实施例中，也可以在形成所述光电二极管101阵列之后，再形成所述N型掺杂区110。
在本发明的其他实施例中，可以在感光区II内的靠近暗区I内的一行或几行的光电二极管下方都形成N型掺杂区，从而可以提高N型掺杂区的数量，提高对感光区II内的溢出电子的吸收能力。
在本发明的其他实施例中，除了在感光区II位于暗区I边缘处的一行或多行光电二极管下方形成N型掺杂区110之外，还可以在暗区I内、感光区II边缘处的至少一行的光电二极管101下方也形成所述N型重掺杂层110，所述N型掺杂区100也包围所述暗区I内的光电二极管101的N型掺杂层。所述暗区I内的一行或几行光电二极管101下方也具有所述N型重掺杂层110，可以进一步吸收未被感光区II内的N型掺杂区110吸收的溢出电子，避免剩余的溢出电子继续扩散至暗区I内的其他行的光电二极管101内。所述暗区I内的N型重掺杂层110，一般靠近感光区，一方面可以及时吸收从感光区II扩散至暗区I的溢出电子，另一方面，可以确保暗区I具有足够行的光电二极管101以构成足够数量的参考像素。
具体的，在本发明的一个实施例中，所述暗区I内包括N行平行排列的光电二极管101，从感光区II指向暗区I方向的，所述暗区I内的N/2行内的若干相邻或间隔行的光电二极管101下方也形成N型掺杂区110，所述N型掺杂区110包围光电二极管的N型掺杂层。所述若干行的光电二极管101可以是相邻像素行或者是间隔排列的像素行内的光电二极管。
所述下方具有N型掺杂区110的光电二极管101，后续在图像传感器工作过程中，不再输出有效电信号，仅作为隔离像素，隔离感光区II的其他像素单元内的溢出电子扩散进入暗区I内。同时，所述N型掺杂区110还可以吸收在感光区II内部迁移的溢出电子，避免由于溢出电子在不同像素单元内的迁移，影响感光区II内的感光像素输出的光信号的准确值，从而可以避免溢出电子造成输出图像的光晕现象。
本实施例中，所述N型掺杂区110为连续的掺杂区，位于暗区I边缘处的感光区II内的一整行光电二极管101下方。所述N型掺杂区110可以作为一个完整的溢出电子吸收区域，作为暗区I与感光区II之间的电子扩散阻挡区域。
在本发明的其他实施例中，所述N型掺杂区110为若干分立的掺杂区，位于同一像素行内的不同光电二极管101下方的N型掺杂区110之间相互分立，为多个不连续的掺杂区。每个光电二极管101对应一个N型掺杂区110。
由于被所述N型掺杂区110包围的光电二极管101受到光照产生的电子均被所述N型掺杂区110吸收，从而被N型掺杂区110包围的所述光电二极管101均作为无效像素。
本实施例中，在形成所述光电二极管101之后，还可以在所述光电二极管101表面形成P型钉扎层。对光电二极管101的N型掺杂层表面进行P型离子注入，形成P型钉扎层。
本实施例中，后续还可以在所述N型掺杂区110表面形成金属互连结构，通过所述金属互连结构将所述N型掺杂区110与电路连接。可以在所述金属互连结构上施加正电位，从而及时将所述N型掺杂区110内吸收的电子导出，避免所述N型掺杂区110吸收电子过多而溢出，在感光区II内发生扩散，以及扩散至暗区I内，影响图像传感器的性能。
可以对所述N型掺杂区110上施加正电位，从而及时将所述N型掺杂区110内吸收的电子导出，避免所述N型掺杂区110吸收电子过多而溢出，在感光区II内发生扩散，以及扩散至暗区I内，影响图像传感器的性能。在本发明的一个实施例中，所述正电位的范围为0.5V～3V。在本实施例中，所述N型掺杂区110位于所述光电二极管阵列内，所述N型掺杂区110的表面具有一个或多个金属插塞结构，通过所述金属插塞结构与后续形成的电路连接，并且，通过所述金属插塞结构对所述N型掺杂区110施加正电位。
在本发明的其他实施例中，所述N型掺杂区110的长度可以大于光电二极管阵列行的长度，部分N型掺杂区100位于光电二极管阵列外部。由于所述图像传感器的集成度一般较高，相邻光电二极管101之间的间距较小，本实施例中，直接在所述光电二极管阵列内的N型掺杂区110表面形成金属互连结构的难度较大，容易造成金属互连结构与N型掺杂区110之间的连接性能不稳定。
在本发明的其他实施例中，所述半导体衬底100还包括位于光电二极管阵列区域外的外围区域，部分所述N型掺杂区110位于所述外围区域内。位于所述光电二极管阵列区域外的部分N型掺杂区110的面积可以较大，所述金属互连结构位于所述光电二极管阵列区域外的部分N型掺杂区110表面，易于形成，可以提高所述金属互连结构的质量。同时位于所述光电二极管阵列区域外的部分N型掺杂区110同时也可以作为所述半导体衬底100内的外围区域内的N阱。
请参考图2，在所述暗区I上形成金属层200。
在形成金属层200之前，需要在所述半导体衬底100表面形成像素单元的其他晶体管结构，例如传输晶体管、复位晶体管或者行选通晶体管之类，以及覆盖半导体衬底100以及上述晶体管的层间介质层结构、位于所述层间介质层结构内的连接晶体管的金属互连结构。
最后在所述暗区I顶部形成金属层200，所述金属层200覆盖整个暗区I。
综上，本实施例的图像传感器的形成方法中，在感光区内形成N型掺杂区，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层。所述N型掺杂区能够吸收感光区内向暗区扩散的溢出电子，避免感光区内的溢出电子进入暗区内而影响所述暗区I内的像素单元的输出信号值。所述N型掺杂区与其他相邻行的光电二极管的N型掺杂区隔离。并且，所述还可以吸收在感光区内部迁移的溢出电子，避免由于溢出电子在不同像素单元内的迁移，影响感光区内的感光像素输出的光信号的准确值，从而可以避免溢出电子造成输出图像的光晕现象。
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 (29)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底；
位于半导体衬底内的光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括若干行平行排列的光电二极管，所述光电二极管包括N型掺杂层；
所述光电二极管阵列包括暗区和感光区，所述暗区和感光区相邻，所述暗区内包括若干行光电二极管，且所述暗区表面覆盖有金属层；
位于感光区内的N型掺杂区，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层，所述N型掺杂区与N型掺杂层连接。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括像
素单元阵列，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，还包括：位于暗区内、感光区边缘处的至少一行的光电二极管下方的N型重掺杂层，所述N型掺杂区包围光电二极管的N型掺杂层。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，暗区内包括N行平行排列的光电二极管，从感光区指向暗区方向的所述暗区内的N/2行内的若干相邻或间隔行的光电二极管下方具有N型掺杂区，所述N型掺杂区包围光电二极管的N型掺杂层。
5.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管的N型掺杂层的掺杂浓度为2E15atom/cm3～1E18atom/cm3,所述N型掺杂区的掺杂浓度为5E15atom/cm3～5E18atom/cm3。
6.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，所述N型掺杂区的掺杂深度为0.5μm～3μm。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：位于光电二极管的N型掺杂层表面的P型钉扎层。
8.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，位于同一行的光电二极管下方的N型掺杂区为连续的掺杂区。
9.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，位于同一行的光电二极管下方的N型掺杂区为若干分立的掺杂区。
10.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，还包括：所述N型掺杂区表面具有金属互连结构。
11.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，所述N型掺杂区的长度大于二极管阵列行的长度，部分N型掺杂区位于二极管阵列外部。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，位于二极管阵列外部的部分N型掺杂区表面具有金属互连结构。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述N型掺杂区连接正电位。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，所述正电位的范围为0.5V～3V。
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；
在所述半导体衬底内形成光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括若干行平行排列的光电二极管，所述光电二极管包括N型掺杂层，所述光电二极管阵列包括暗区和感光区，所述暗区和感光区相邻；
在感光区内形成N型掺杂区，所述N型掺杂区至少位于最接近暗区边缘处的一行光电二极管下方、且包围该行的光电二极管的N型掺杂层，所述N型掺杂区与N型掺杂层连接；
在所述暗区表面形成金属层。
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N型掺杂区。
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，形成所述N型掺杂区之后，再形成所述光电二极管阵列中的光电二极管的N型掺杂层。
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，还包括：在暗区内、感光区边缘处的至少一行的光电二极管下方形成N型重掺杂层，所述N型掺杂区包围光电二极管的N型掺杂层。
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，暗区内包括N行平行排列的光电二极管，从感光区指向暗区方向的所述暗区内的N/2行内的若干相邻或间隔行的光电二极管下方形成N型掺杂区，所述N型掺杂区包围光电二极管的N型掺杂层。
20.根据权利要求15或18所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述光电二极管的N型掺杂层的掺杂浓度为2E15atom/cm3～1E18atom/cm3，所述N型掺杂区的掺杂浓度为5E15atom/cm3～5E18atom/cm3。
21.根据权利要求15或18所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述N型掺杂区的掺杂深度为0.5μm～3μm。
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，还包括：在所述光电二极管的N型掺杂层表面形成P型钉扎层。
23.根据权利要求15或18所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，位于同一行的N型掺杂区为连续的掺杂区。
24.根据权利要求15或18所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，位于同一行的N型掺杂区为若干分立的掺杂区。
25.根据权利要求15或18所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：还包括：在所述N型掺杂区表面形成金属互连结构。
26.根据权利要求15或18所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述N型掺杂区的长度大于二极管阵列行的长度，部分N型掺杂区位于二极管阵列外部。
27.根据权利要求26所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在位于二极管阵列外部的部分N型掺杂区表面形成金属互连结构。
28.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，将所述N型掺杂区与正电位连接。
29.根据权利要求28所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述正电位的范围为0.5V～3V。
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