CN108257995A - 图像传感器及形成图像传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种形成图像传感器的方法，包括：在光电二极管的周围形成凹槽，其中所述光电二极管包括形成在第二导电类型的半导体衬底中的第一导电类型的第一掺杂区域；在所述凹槽中填充包括第二导电类型的离子的材料，其中所述材料中的所述第二导电类型的离子的浓度高于所述半导体衬底中的第二导电类型的离子的浓度；以及所述材料中的所述第二导电类型的离子进行扩散，从而在所述凹槽的周围形成包覆所述凹槽的第二导电类型的第二掺杂区域。本公开还涉及一种图像传感器。本公开能够有效地抑制对半导体衬底的刻蚀所产生的晶格缺陷或界面缺陷所带来的负面影响。

Description

图像传感器及形成图像传感器的方法
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，具体来说，涉及一种图像传感器及形成图像传感器的方法。
背景技术
在图像传感器的制造过程中，对半导体衬底的刻蚀会产生晶格缺陷或界面缺陷，这些缺陷会降低图像传感器的性能。
因此，存在对新技术的需求。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种新型的图像传感器及形成图像传感器的方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：在光电二极管的周围形成凹槽，其中所述光电二极管包括形成在第二导电类型的半导体衬底中的第一导电类型的第一掺杂区域；在所述凹槽中填充包括第二导电类型的离子的材料，其中所述材料中的所述第二导电类型的离子的浓度高于所述半导体衬底中的第二导电类型的离子的浓度；以及所述材料中的所述第二导电类型的离子进行扩散，从而在所述凹槽的周围形成包覆所述凹槽的第二导电类型的第二掺杂区域。
根据本公开的第二方面，提供了一种图像传感器，包括：光电二极管；以及形成在所述光电二极管周围的隔离结构，其中，所述光电二极管包括形成在第二导电类型的半导体衬底中的第一导电类型的第一掺杂区域；以及所述隔离结构包括主体区域和包覆所述主体区域的第二导电类型的第二掺杂区域，其中，所述第二掺杂区域中的第二导电类型的离子的浓度高于所述半导体衬底中的第二导电类型的离子的浓度。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1至3是分别示出了在根据本公开一些示例性实施例来形成图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的图像传感器的截面的示意图。
图4是示意性地示出根据本公开的一些实施例的图像传感器的结构的示意图。
图5是示意性地示出根据本公开的一些实施例的图像传感器的结构的示意图。
图6是示意性地示出根据本公开的一些实施例的图像传感器的结构的示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
在本公开中，对“一个实施例”、“一些实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例、至少一些实施例中。因此，短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”在本公开的各处的出现未必是指同一个或同一些实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何合适的组合和/或子组合来组合特征、结构或特性。
针对前述问题，本申请的发明人发现，在图像传感器的制造过程中，对半导体衬底的刻蚀会产生晶格缺陷或界面缺陷的一种可能的原因是，杂质粒子从刻蚀处理形成的凹槽(trench)的侧壁或底壁进入半导体衬底而造成的对半导体衬底的污染。这些杂质粒子可能是干法刻蚀处理所使用的刻蚀气体中的粒子，也可能是落入凹槽中的不同于半导体衬底的材料中的粒子。
如上所述，本公开特别适用于需要对半导体衬底进行刻蚀处理的图像传感器。然而，本领域技术人员可以理解，本公开并不限于需要对半导体衬底进行刻蚀处理的图像传感器，而是可以用于有类似技术问题(即，需要抑制刻蚀所产生的晶格缺陷或界面缺陷所带来的负面影响)的任何半导体装置或任何半导体装置的制造过程中。
为了更全面、更清楚地理解本公开，下面将结合附图来阐述根据本公开的技术方案。
在一些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法包括如下步骤。下面结合图1至3进行详细描述。
如图1所示，在半导体衬底SUB中、且在光电二极管的周围形成凹槽TR。例如，可以通过光刻(和/或硬掩模刻蚀)加刻蚀处理来形成凹槽TR。形成凹槽TR的刻蚀处理，例如干法刻蚀处理，可能会在凹槽TR的侧壁或底壁产生晶格缺陷或界面缺陷。这些缺陷在图像传感器中，可能会导致暗电流和/或白像素的产生。
在图像传感器中，通常以阵列的形式排布有多个光电二极管，每个光电二极管能够吸收入射光并产生光生载流子。在相邻的光电二极管之间，通常存在隔离结构。这些隔离结构设置在光电二极管的周围，能够防止该光电二极管中的光生载流子向外扩散(例如，防止其扩散到相邻的光电二极管中)。在图1所示的例子中，凹槽TR形成在光电二极管的周围，指的是在与图像传感器的主表面平行的平面图中，凹槽TR位于光电二极管的周围，也就是位于相邻的两个光电二极管之间。
在图1所示的例子中，形成在半导体衬底SUB中的光电二极管是通过在第二导电类型的半导体衬底SUB中形成第一导电类型的第一掺杂区域R1而形成的。其中，构成光电二极管的第一导电类型的第一掺杂区域R1可以是通过离子注入处理而形成的，即通过向第二导电类型的半导体衬底SUB中注入第一导电类型的掺杂剂而形成第一掺杂区域R1。虽然在图1所示的例子中，第一掺杂区域R1是从半导体衬底SUB的底面进行离子注入而形成的，但本领域技术人员可以理解，本公开的技术方案对第一掺杂区域R1在半导体衬底SUB中的形成位置和方式并无限制，例如，第一掺杂区域R1也可以是从半导体衬底SUB的顶面进行离子注入而形成的。
如图2所示，在凹槽TR中填充包括第二导电类型的离子的材料，其中材料中的第二导电类型的离子的浓度高于半导体衬底SUB中的第二导电类型的离子的浓度。接着，填充在凹槽TR中的材料中含有的第二导电类型的离子进行扩散，例如，从凹槽TR中填充了材料的区域向周围的半导体衬底SUB中进行扩散(如图2中带箭头的实线所示意性地示出的)，从而在凹槽TR的周围的半导体衬底USB中形成了包覆凹槽TR的第二导电类型的第二掺杂区域R2。同时，经过扩散处理之后的凹槽TR中填充了材料的区域形成为区域R3。如此，第二掺杂区域R2与区域R3共同形成了能够防止光电二极管中的光生载流子向外扩散的隔离结构。本领域技术人员可以理解，图2中带箭头的实线只是示意性地示出硼离子B+扩散的方向，这并不构成对离子扩散的方向和方式的限制。
在图2所示的例子中，向凹槽TR中填充的材料为硼硅玻璃BSG，硼硅玻璃BSG含有第二导电类型的离子，即硼离子B+。优选地，硼离子B+在硼硅玻璃BSG中的摩尔百分比为1％～10％，如此可以使得扩散之后形成的第二掺杂区域R2中的第二导电类型的离子(即硼离子B+)的浓度能够实现隔离效果。虽然在图2所示的例子中，填充在凹槽TR中的材料为硼硅玻璃BSG，但本领域技术人员可以理解，任何包括第二导电类型的离子(例如当第二导电类型为P型时，第二导电类型的离子可以是硼离子、铟离子、镓离子等；当第二导电类型为N型时，第二导电类型的离子可以是磷离子、砷离子等)的电介质材料(例如氧化硅、氮化硅等)均可以用于填充在凹槽TR中。
可以通过热处理来使得(或加速)填充在凹槽TR中的材料中的第二导电类型的离子扩散。本领域技术人员可以理解，本公开并不限制热处理技术的类型，例如，热处理可以是炉管退火(furnace anneal)、快速热处理(RTP)(例如，浸入式退火(soak anneal)处理、尖峰退火(spike anneal)处理、毫秒级退火(millisecond anneal)处理等)、或镭射热处理(LTP)(例如，纳秒级镭射热处理等)等。
为了避免对图像传感器中的其他结构的不利影响，热处理的温度不宜过高；同时，为了保证离子扩散的效果和掺杂的离子的活性，热处理的温度也不宜过低。优选地，热处理的温度为400℃～700℃。
由于第二掺杂区域R2是由填充在凹槽TR中的材料中的第二导电类型的离子扩散到半导体衬底USB中而形成的，因此，第二掺杂区域R2的材料为掺杂有第二导电类型的离子的半导体材料，并且形成第二掺杂区域R2的半导体材料与形成半导体衬底SUB的半导体材料相同。同时，由于第二掺杂区域R2是由填充在凹槽TR中的材料中的第二导电类型的离子扩散到半导体衬底USB中而形成的，因此，第二掺杂区域R2包覆凹槽TR。本领域技术人员可以理解，包覆包括全部包覆和部分包覆。优选地，第二掺杂区域R2完全覆盖凹槽TR的侧壁和底壁。
为了减小刻蚀凹槽TR时所产生的晶格缺陷或界面缺陷所带来的负面影响，即为了抑制暗电流和/或白像素的产生，隔离结构中的第二掺杂区域R2中的第二导电类型的离子的浓度高于半导体衬底SUB中的第二导电类型的离子的浓度。如此，在区域R3的周围(即隔离结构的外层)形成了与半导体衬底SUB的掺杂类型相同、但掺杂浓度更高的区域，从而将光电二极管与刻蚀凹槽TR所产生的缺陷分离，从而改善暗电流和/或白像素的产生。
同时，为了不降低光电二极管的性能，第二掺杂区域R2的宽度(如图4所示的宽度H)在能够隔离刻蚀凹槽TR所产生的缺陷的效果的前提下，应该尽量的薄，并且，第一掺杂区域R1与第二掺杂区域R2无接触。即，在区域R3的周围形成一个薄层的第二掺杂区域R2，并且，第一掺杂区域R1与第二掺杂区域R2之间存在间隔区域。优选地，第二掺杂区域R2的宽度为10nm～30nm。更优地，第二掺杂区域R2的宽度为20nm。因此，在热处理的过程中，需要控制热处理的温度和时间，从而使得扩散形成的第二掺杂区域R2的宽度为合适的宽度。
在图2所示的例子中，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。即，在P型掺杂的(轻掺杂的)的半导体衬底SUB中，形成N型的第一掺杂区域R1(重掺杂的)，从而形成光电二极管。在光电二极管的周围形成凹槽TR，并在凹槽TR中填充包括P型离子(例如硼离子、铟离子、镓离子等)的电介质材料(例如氧化硅、氮化硅等)。通过热处理过程，电介质材料中的P型离子向四周扩散，使得电介质材料中的P型离子进入凹槽TR周围的半导体材料中，从而形成包覆凹槽TR的P型掺杂的(重掺杂的)的第二掺杂区域R2。
但本领域技术人员可以理解，在以上描述的本公开的形成图像传感器的方法中，第一导电类型也可以为P型，第二导电类型也可以为N型。即，在N型掺杂的(轻掺杂的)的半导体衬底SUB中，形成P型的第一掺杂区域R1(重掺杂的)，从而形成光电二极管。在光电二极管的周围形成凹槽TR，并在凹槽TR中填充包括N型离子(例如磷离子、砷离子等)的电介质材料(例如氧化硅、氮化硅等)。通过热处理过程，电介质材料中的N型离子向四周扩散，使得电介质材料中的N型离子进入凹槽TR周围的半导体材料中，从而形成包覆凹槽TR的N型掺杂的(重掺杂的)的第二掺杂区域R2。
在图1至4所示的例子中，第一掺杂区域R1是从半导体衬底SUB的底面进行离子注入而形成的，并且凹槽TR是从半导体衬底SUB的顶面进行刻蚀而形成的。但本领域技术人员可以理解，本公开的形成图像传感器的方法中，也可以是第一掺杂区域R1是从半导体衬底SUB的底面进行离子注入而形成的，而凹槽TR也是从半导体衬底SUB的底面进行刻蚀而形成的，如图5所示。例如，虽然未在附图中示出，但本公开的形成图像传感器的方法中还可以是，第一掺杂区域R1是从半导体衬底SUB的顶面进行离子注入而形成的，以及凹槽TR是从半导体衬底SUB的顶面进行刻蚀而形成的；或者，第一掺杂区域R1是从半导体衬底SUB的顶面进行离子注入而形成的，以及凹槽TR是从半导体衬底SUB的底面进行刻蚀而形成的。
虽然以上方法结合图1至图3所示了图3或4所示的图像传感器的形成方法，但本领域技术人员根据本公开的内容可以理解，具有其他结构的图像传感器，也可以由与以上方法类似的方法来形成。
本公开还涉及一种图像传感器。下面参照图6中具体的示例来对本公开的图像传感器进行详细描述。
在一些实施例中，本公开的图像传感器100包括光电二极管以及形成在光电二极管周围的隔离结构50、70。在图像传感器中，以阵列的形式排布有多个光电二极管，每个光电二极管能够吸收入射光并产生光生载流子。隔离结构50、70设置在光电二极管的周围，能够防止光电二极管中的光生载流子向外扩散，例如，防止其扩散到相邻的光电二极管中。隔离结构50、70形成在光电二极管的周围，指的是在与图像传感器的主表面平行的平面图中，隔离结构50、70位于光电二极管的周围，也就是位于相邻的两个光电二极管之间。
其中，光电二极管包括形成在第二导电类型的半导体衬底10中的第一导电类型的第一掺杂区域20。形成在半导体衬底10中的光电二极管是通过在第二导电类型的半导体衬底10中形成第一导电类型的第一掺杂区域20而形成的。其中，构成光电二极管的第一导电类型的第一掺杂区域20可以是通过离子注入处理而形成的，即通过向第二导电类型的半导体衬底10中注入第一导电类型的掺杂剂而形成第一掺杂区域20。虽然在图6所示的例子中，第一掺杂区域20是从半导体衬底10的正面(即图中朝下方的表面)进行离子注入而形成的，但本领域技术人员可以理解，本公开的技术方案对第一掺杂区域20在半导体衬底10中的形成位置和方式并无限制，例如，第一掺杂区域20也可以是从半导体衬底10的背面(即图中朝上方的表面)进行离子注入而形成的。
隔离结构50和隔离结构70分别为形成在半导体衬底10的正面和背面的隔离结构。其中，隔离结构50为浅槽隔离(STI)结构，隔离结构70为深槽隔离(DTI)结构。虽然在图6所示的例子中，浅槽隔离结构是在半导体衬底10的正面形成的，并且深槽隔离结构是在半导体衬底10的背面形成的，但本领域技术人员可以理解，本公开对此并无限制，即浅槽隔离结构也可以是在半导体衬底10的背面形成的，而深槽隔离结构也可以是在半导体衬底10的正面形成的。
其中，隔离结构70包括主体区域71和包覆主体区域的第二导电类型的第二掺杂区域72，其中，第二掺杂区域72中掺杂的第二导电类型的离子的浓度高于半导体衬底10中掺杂的第二导电类型的离子的浓度。本领域技术人员可以理解，第二掺杂区域72可以全部包覆或部分包覆主体区域71。优选地，第二掺杂区域R2完全覆盖主体区域71的侧壁和底壁。如此，第二掺杂区域R2可以将光电二极管与刻蚀隔离结构70的凹槽(可以是深沟槽或浅沟槽)时形成的晶格缺陷或界面缺陷隔离开来，从而改善暗电流和/或白像素的产生，减少刻蚀产生的晶格缺陷或界面缺陷对图像传感器产生的不利影响。
虽然在图6所示的例子中，仅示出了隔离结构70具有主体区域71和包覆主体区域71的第二掺杂区域72，但本领域技术人员可以理解，隔离结构50也可以具有类似的结构。即，隔离结构50也可以包括主体区域和包覆主体区域的第二导电类型的掺杂区域，其中，该掺杂区域中掺杂的第二导电类型的离子的浓度高于半导体衬底10中掺杂的第二导电类型的离子的浓度，从而将光电二极管与刻蚀隔离结构50的凹槽(可以是深沟槽或浅沟槽)时形成的晶格缺陷或界面缺陷隔离开来，从而改善暗电流和/或白像素的产生，减少刻蚀产生的晶格缺陷或界面缺陷对图像传感器产生的不利影响。
为了达到将光电二极管与缺陷相隔离的效果，形成的第二掺杂区域的宽度(如图4所示的宽度H)不能太薄；同时，为了为了不降低光电二极管的性能，第二掺杂区域R2的宽度也不能太厚。优选地，第二掺杂区域R2的宽度为10nm～30nm。更优地，第二掺杂区域R2的宽度为20nm。进一步地，第一掺杂区域20与第二掺杂区域72无接触，从而不会导致光电二极管的性能的降低。
主体区域71的材料为电介质材料，也可以是掺杂有杂质离子(例如掺杂有第二导电类型的离子)的电介质材料，第二掺杂区域72的材料为掺杂有第二导电类型的离子的半导体材料。在第二掺杂区域72是由主体区域71中的材料中的掺杂离子扩散而形成的情况下，形成第二掺杂区域72的半导体材料与形成半导体衬底10的半导体材料相同。在一些实施例中，主体区域71的材料为硼硅玻璃，第二掺杂区域72的材料为掺杂有硼离子B+的半导体材料，其中，第二掺杂区域72由主体区域71中的硼离子B+的扩散而形成。
在第二掺杂区域72是由主体区域71中的材料中的掺杂离子扩散而形成的情况下，可以通过进行热处理来使得(或加速)主体区域71中的第二导电类型的离子向主体区域71周围的半导体材料中进行扩散。为了避免对图像传感器中的其他结构的不利影响，热处理的温度不宜过高；同时，为了保证离子扩散的效果和掺杂的离子的活性，热处理的温度也不宜过低。优选地，热处理的温度为400℃～700℃。
上述在热处理中避免对其产生不利影响的图像传感器中的其他结构，可以包括：半导体衬底10、第一掺杂区域20；形成在半导体衬底10的正面、并且与第一掺杂区域20分离的浮置扩散阱30、和其他器件；栅极介电层41、栅电极42、侧壁间隔件43、和导电接触件44；隔离结构50；以及层间电介质60、和互连金属等其他结构。在形成隔离结构70之后，可以在半导体衬底10的背面上依次形成滤光器80和微透镜90。
在一些实施例中，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。即，半导体衬底10为P型掺杂的(轻掺杂的)区域，第一掺杂区域20为N型掺杂的(重掺杂的)区域，第二掺杂区域72为P型掺杂的(重掺杂的)区域。
在一些实施例中，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。即，半导体衬底10为N型掺杂的(轻掺杂的)区域，第一掺杂区域20为P型掺杂的(重掺杂的)区域，第二掺杂区域72为N型掺杂的(重掺杂的)区域。
虽然以上描述本公开的图像传感器的结构是结合图6所示的图像传感器来描述和示出的，但在不脱离本公开的主旨的情况下，本领域技术人员可以对本公开描述的图像传感器的结构做出修改和变形，这些修改和变形所得到的方案仍然落在本公开的保护范围内。
虽然本公开的附图中仅以截面图的形式示意性地示出了图像传感器的结构，本领域技术人员基于本公开记载的内容能够得到本公开所涉及的图像传感器整体的结构和形成方法。
在说明书及权利要求中的词语“A或B”包括“A和B”以及“A或B”，而不是排他地仅包括“A”或者仅包括“B”，除非另有特别说明。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1.一种形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在光电二极管的周围形成凹槽，其中所述光电二极管包括形成在第二导电类型的半导体衬底中的第一导电类型的第一掺杂区域；
在所述凹槽中填充包括第二导电类型的离子的材料，其中所述材料中的所述第二导电类型的离子的浓度高于所述半导体衬底中的第二导电类型的离子的浓度；以及
所述材料中的所述第二导电类型的离子进行扩散，从而在所述凹槽的周围形成包覆所述凹槽的第二导电类型的第二掺杂区域。
2.根据1所述的方法，其特征在于，所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域无接触。
3.根据1所述的方法，其特征在于，所述材料为电介质材料。
4.根据1所述的方法，其特征在于，所述材料为硼硅玻璃，所述第二导电类型的离子为硼离子。
5.根据4所述的方法，其特征在于，所述硼离子在所述硼硅玻璃中的摩尔百分比为1％～10％。
6.根据1所述的方法，其特征在于，通过进行热处理来使得所述材料中的所述第二导电类型的离子扩散。
7.根据6所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为400℃～700℃。
8.根据1所述的方法，其特征在于，形成的所述第二掺杂区域的宽度为10nm～30nm。
9.根据1所述的方法，其特征在于，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
10.一种图像传感器，其特征在于，包括：
光电二极管；以及
形成在所述光电二极管周围的隔离结构，其中，
所述光电二极管包括形成在第二导电类型的半导体衬底中的第一导电类型的第一掺杂区域；以及
所述隔离结构包括主体区域和包覆所述主体区域的第二导电类型的第二掺杂区域，其中，
所述第二掺杂区域中的第二导电类型的离子的浓度高于所述半导体衬底中的第二导电类型的离子的浓度。
11.根据10所述的图像传感器，其特征在于，所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域无接触。
12.根据10所述的图像传感器，其特征在于，
所述主体区域的材料为电介质材料；以及
所述第二掺杂区域的材料为掺杂有第二导电类型的离子的半导体材料，其中形成所述第二掺杂区域的半导体材料与形成所述半导体衬底的半导体材料相同。
13.根据12所述的图像传感器，其特征在于，形成所述主体区域的电介质材料为掺杂有第二导电类型的离子的电介质材料。
14.根据10所述的图像传感器，其特征在于，所述电介质材料中掺杂有第二导电类型的离子，其中，所述第二掺杂区域由所述主体区域中的第二导电类型的离子的扩散而形成。
15.根据10所述的图像传感器，其特征在于，所述主体区域的材料为硼硅玻璃，所述第二掺杂区域的材料为掺杂有硼离子的半导体材料，其中，所述第二掺杂区域由所述主体区域中的硼离子的扩散而形成。
16.根据12所述的图像传感器，其特征在于，通过进行热处理来使得所述主体区域中的所述第二导电类型的离子扩散。
17.根据10所述的图像传感器，其特征在于，所述第二掺杂区域的宽度为10nm～30nm。
18.根据10所述的图像传感器，其特征在于，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在光电二极管的周围形成凹槽，其中所述光电二极管包括形成在第二导电类型的半导体衬底中的第一导电类型的第一掺杂区域；
在所述凹槽中填充包括第二导电类型的离子的材料，其中所述材料中的所述第二导电类型的离子的浓度高于所述半导体衬底中的第二导电类型的离子的浓度；以及
所述材料中的所述第二导电类型的离子进行扩散，从而在所述凹槽的周围形成包覆所述凹槽的第二导电类型的第二掺杂区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域无接触。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料为电介质材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料为硼硅玻璃，所述第二导电类型的离子为硼离子。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硼离子在所述硼硅玻璃中的摩尔百分比为1％～10％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过进行热处理来使得所述材料中的所述第二导电类型的离子扩散。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为400℃～700℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成的所述第二掺杂区域的宽度为10nm～30nm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
10.一种图像传感器，其特征在于，包括：
光电二极管；以及
形成在所述光电二极管周围的隔离结构，其中，
所述光电二极管包括形成在第二导电类型的半导体衬底中的第一导电类型的第一掺杂区域；以及
所述隔离结构包括主体区域和包覆所述主体区域的第二导电类型的第二掺杂区域，其中，
所述第二掺杂区域中的第二导电类型的离子的浓度高于所述半导体衬底中的第二导电类型的离子的浓度。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109037255A (zh) * 2018-07-26 2018-12-18 德淮半导体有限公司 背照式图像传感器及其形成方法
CN109326621A (zh) * 2018-10-17 2019-02-12 德淮半导体有限公司 形成图像传感器的方法及图像传感器
CN110400818A (zh) * 2019-08-16 2019-11-01 德淮半导体有限公司 制造背照式cmos图像传感器的方法
CN117497552A (zh) * 2024-01-03 2024-02-02 合肥晶合集成电路股份有限公司 图像传感器及其制作方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102553314B1 (ko) * 2018-08-29 2023-07-10 삼성전자주식회사 이미지 센서
CN116053289B (zh) * 2023-03-06 2023-06-27 合肥新晶集成电路有限公司 图像传感器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070035649A (ko) * 2005-09-28 2007-04-02 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서의 제조방법
CN104835826A (zh) * 2014-02-10 2015-08-12 株式会社东芝 固体摄像装置
TW201639134A (zh) * 2015-01-20 2016-11-01 台灣積體電路製造股份有限公司 背照式影像感測器及其製備方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100801053B1 (ko) * 2006-10-27 2008-02-04 삼성전자주식회사 소자 분리 방법 및 이를 이용한 이미지 소자의 형성 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070035649A (ko) * 2005-09-28 2007-04-02 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서의 제조방법
CN104835826A (zh) * 2014-02-10 2015-08-12 株式会社东芝 固体摄像装置
TW201639134A (zh) * 2015-01-20 2016-11-01 台灣積體電路製造股份有限公司 背照式影像感測器及其製備方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109037255A (zh) * 2018-07-26 2018-12-18 德淮半导体有限公司 背照式图像传感器及其形成方法
CN109326621A (zh) * 2018-10-17 2019-02-12 德淮半导体有限公司 形成图像传感器的方法及图像传感器
CN109326621B (zh) * 2018-10-17 2021-02-09 德淮半导体有限公司 形成图像传感器的方法及图像传感器
CN110400818A (zh) * 2019-08-16 2019-11-01 德淮半导体有限公司 制造背照式cmos图像传感器的方法
CN117497552A (zh) * 2024-01-03 2024-02-02 合肥晶合集成电路股份有限公司 图像传感器及其制作方法
CN117497552B (zh) * 2024-01-03 2024-04-12 合肥晶合集成电路股份有限公司 图像传感器及其制作方法

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