CN115295568B - 图像传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器及其制作方法，包括：提供一衬底，所述衬底上形成有传输晶体管的栅极，位于所述栅极两侧的衬底中分别形成有光电转换部和浮动扩散部；所述浮动扩散部包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区和P型轻掺杂区；注入氧离子到所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区的交界区域，形成位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的氧化层。氧化层为绝缘层，氧化层使浮动扩散部的N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的耗尽区变窄，则FD二极管的等效电容变小，从而提高了图像传感器的转移增益，改善了图像传感器暗光下的灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种图像传感器及其制作方法。
背景技术
随着图像传感器的发展，CMOS图像传感器相对于CCD图像传感器的诸多优点，如成本低、功耗低、功能集成度高等，而得到了快速发展，广泛应用于数码照相机、手机和其他各种电子消费类产品中。CMOS图像传感器曝光于入射光，光电二极管将入射光转换成电子，电子(电荷)暂时储存于光电二极管中，在传输晶体管的控制下，电荷从光电二极管转移到浮动扩散部中，然后对电荷进行处理和储存。
随着图像传感器的像素越来越大以及像素单元越来越小，对于图像传感器的转移增益性能要求也越来越高，为了提高图像传感器的像素性能，浮动扩散部(FD二极管)性能显得格外重要。目前通用的图像传感器制造的FD二极管等效电容较大,对图像传感器转移增益有很大的抑制作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像传感器及其制作方法，减小FD二极管等效电容，从而提高了图像传感器的转移增益。
本发明提供一种图像传感器的制作方法，包括：
提供一衬底，所述衬底上形成有传输晶体管的栅极，位于所述栅极两侧的衬底中分别形成有光电转换部和浮动扩散部；所述浮动扩散部包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区和P型轻掺杂区；所述N型轻掺杂区从所述衬底中延伸至所述衬底表面；
注入氧离子到所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区的交界区域，形成位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的氧化层。
进一步的，提供一所述衬底之后，注入所述氧离子之前还包括：
向所述N型轻掺杂区靠近所述衬底表面的区域进行N型重掺杂，形成N型重掺杂区。
进一步的，所述N型重掺杂区的掺杂浓度是所述N型轻掺杂区的掺杂浓度的至少5倍以上。
进一步的，所述氧离子注入工艺中，注入能量范围为50keV-70keV，注入剂量范围为1×1017cm-2-4×1017cm-2。
进一步的，所述氧离子注入之后，还包括：
对所述衬底进行退火，退火温度范围为1300℃-1400℃，退火时间为5小时-8小时。
进一步的，所述制作方法还包括：
在所述衬底和所述栅极之间形成栅氧化层。
本发明还提供一种图像传感器，包括：
衬底，所述衬底上形成有传输晶体管的栅极，位于所述栅极两侧的衬底中分别形成有光电转换部和浮动扩散部；所述浮动扩散部包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区和P型轻掺杂区；所述N型轻掺杂区从所述衬底中延伸至所述衬底表面；
氧化层，所述氧化层位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间。
进一步的，所述图像传感器，还包括：
N型重掺杂区，所述N型重掺杂区从所述N型轻掺杂区中延伸至所述衬底表面。
进一步的，所述图像传感器，还包括：
P型深阱，所述P型深阱环绕所述光电转换部；
钉扎层，所述钉扎层从所述光电转换部延伸至所述衬底表面，所述钉扎层为P型掺杂。
进一步的，所述图像传感器，还包括：
隔离层，所述隔离层覆盖所述衬底和所述栅极；
层间介质层，所述层间介质层覆盖所述隔离层。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种图像传感器及其制作方法，包括：提供一衬底，所述衬底上形成有传输晶体管的栅极，位于所述栅极两侧的衬底中分别形成有光电转换部和浮动扩散部；所述浮动扩散部包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区和P型轻掺杂区；注入氧离子到所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区的交界区域，形成位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的氧化层。氧化层为绝缘层，氧化层使浮动扩散部的N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的耗尽区变窄，则FD二极管的等效电容变小，从而提高了图像传感器的转移增益，改善图像传感器暗光下的灵敏度。
附图说明
图1为本发明一实施例的图像传感器制作方法流程示意图。
图2为本发明一实施例的图像传感器提供衬底后的示意图。
图3为图像传感器的工作原理示意图。
图4为本发明一实施例的图像传感器形成氧化层后的示意图。
图5为本发明一实施例的图像传感器形成层间介质层后的示意图。
图6为本发明另一实施例的图像传感器形成N型重掺杂区后的示意图。
图7为本发明另一实施例的图像传感器形成氧化层后的示意图。
图8为本发明另一实施例的图像传感器形成层间介质层后的示意图。
其中，附图标记如下：
10-衬底；11-光电转换部；12-钉扎层；13-浮动扩散部；131-N型轻掺杂区；132-P型轻掺杂区；133-氧化层；134-N型重掺杂区；14-P型深阱；15-浅沟槽隔离；16-沟道；17-栅氧化层；18-栅极；19-侧墙；20-隔离层；201-第一氧化层；202-氮化层；203-第二氧化层；21-层间介质层。
具体实施方式
基于上述研究，本发明实施例提供了一种图像传感器及其制作方法。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为在其它元件或部件“上方”或“之上”。下文中的术语“第一”、“第二”、等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。
本发明实施例提供了一种图像传感器的制作方法，如图1所示，包括：
步骤S1、提供一衬底，所述衬底上形成有传输晶体管的栅极，位于所述栅极两侧的衬底中分别形成有光电转换部和浮动扩散部；所述浮动扩散部包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区和P型轻掺杂区；所述N型轻掺杂区从所述衬底中延伸至所述衬底表面；
步骤S2、注入氧离子到所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区的交界区域，形成位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的氧化层。
如图2所示，提供一衬底10，所述衬底10上形成有传输晶体管的栅极18，位于所述栅极18两侧的衬底10中分别形成有光电转换部11和浮动扩散部13；所述浮动扩散部13包括沿所述衬底10厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂(N-)区131和P型轻掺杂(P-)区132。
具体的，提供一衬底10，所述衬底10沿其厚度方向具有相对的第一表面f1和第二表面f2。图像传感器在衬底10上形成，衬底10可以是本领域公知的任意合适的底材，例如可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。本实施例中衬底10例如为硅晶圆。按照在衬底10的表面内的分布范围不同来区分，所述图像传感器可以包括像素区域以及外围电路区域，其中像素区域可以包括阵列分布的多个像素。外围电路区域具体可以分区域设置水平驱动电路、垂直驱动电路、列信号处理电路(具体包括平行排列的多条列位线)、控制电路等。
在衬底10中形成P型深阱(Deep P Well，DPW)14，可通过离子注入或扩散形成P型深阱14，所述P型深阱14环绕所述光电转换部11设置；P型深阱14用于隔离像素中的光电转换部11。形成有浅沟槽隔离(STI)15，所述浅沟槽隔离15从第一表面f1向衬底中延伸一定深度，并且至少部分环绕所述光电转换部11。所述浅沟槽隔离15在所述衬底10中包括至少部分填充有氧化物的沟槽。执行所述像素区域的离子注入工艺，形成光电转换部11。示例性的，对所述像素区域进行N型离子注入形成光电转换部11。
形成栅氧化层17和栅极18，所述栅氧化层17覆盖所述衬底10的表面，所述栅极18位于栅氧化层17上方。具体的，栅极18的材质例如为多晶硅。采用光刻工艺形成位于像素区域的传输晶体管TX的栅氧化层17和栅极18。
对像素区域进行离子注入，形成浮动扩散部(FD)13。所述浮动扩散部13包括沿所述衬底10厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区131和P型轻掺杂区132。N型轻掺杂区131从第一表面f1向衬底10中延伸一定深度。
光电转换部11设置在衬底10中以响应于入射在衬底10的第二表面f2一侧上的光而产生图像电荷。钉扎层12耦合到光电转换部11。浮动扩散部13设置在栅极远离光电转换部11的一侧的衬底10中。
光电转换部11可包括光电二极管(PD)、光电晶体管、光电门和钉扎光电二极管(PPD)中的任意一种。光电转换部11可包含第一多数电荷载流子类型(例如，N型)，还可在对光电转换部11靠近衬底10的第一表面f1的区域注入P型离子(例如硼离子)形成钉扎层12。钉扎层12可包含第二多数电荷载流子类型(例如，P型)。钉扎层12设置在光电转换部11之上，并且与光电转换部11接触。
在操作中，将本实施例的图像传感器曝光于入射光，经光电效应，在光电转换部11中将入射光转换成电子，电子暂时储存于光电转换部11中。传输晶体管TX耦合到光电转换部11以响应于施加到传输晶体管TX的栅极18的转移信号而将图像电荷从光电转换部11通过栅氧化层17下方的沟道16转移到浮动扩散部13中。
当传输晶体管TX的栅极18导通时，在该栅极18下方产生平面沟道，其允许电子自光电转换部11流向浮动扩散部13。
图像传感器包括有源像素传感器(APS)阵列，APS阵列可以包括多个像素，该多个像素可以布置在行列矩阵中。示例性的，行列矩阵可以包括m行和n列，使得APS阵列包括(m×n)个像素。APS阵列可以包括基于相同尺寸或类似尺寸的分辨率的一定量的多个像素。像素的尺寸可以在从亚微米到几十微米的范围内。此外，APS阵列可以设置有具有多个滤色器元件的滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器对不同颜色的光进行采样。APS阵列可以被配置为使用像素吸收光能并将吸收的光能转换为电模拟信号。模拟信号可以是电压和/或电流，与吸收的光能的量相对应。如图3所示，像素包括光电转换部11和多种类型的晶体管，多种类型的晶体管例如包括传输晶体管TX、复位晶体管RST、源极跟随晶体管SF、行选择晶体管RS、转换增益控制晶体管等等。光电转换部11以光电二极管PD为例进行说明。图2仅示出了传输晶体管。
在操作过程中，光电转换部11产生的光电荷在曝光过程中响应于入射光。传输晶体管TX连接到传输信号，该信号控制传输晶体管TX传输光电转换部11中的电荷到浮动扩散部(FD)13，电子电荷在浮动扩散部(FD)13累积。接着可读取每一像素单元的累积电荷，以确定对应的光强度值。传输晶体管TX可以为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。复位晶体管RST连接到VDD和浮动扩散部(FD)13之间，响应于复位信号以复位像素电路。浮动扩散部(FD)13连接到源极跟随晶体管SF。源极跟随晶体管SF连接到VDD和行选择晶体管RS之间，放大信号以响应浮动扩散部(FD)13的电位。行选择晶体管RS从源极跟随晶体管SF连接像素电路输出到读出列，或位线BIT，响应于行选择控制信号。
入射光使得光电转换部11内产生电荷。当光电转换部11内的光产生电子逐渐累加，它的电压增加(电子是负电荷)。光电转换部11的电压或电荷表示在曝光期间入射到光电转换部11的强度。电荷通过传输晶体管TX从光电转换部11传输到浮动扩散部(FD)13，使得浮动扩散部(FD)13的电压在曝光期间通过累加在光电转换部11上的光生电子成比例地降低。
如图4所示，注入氧离子到所述N型轻掺杂(N-)区131和所述P型轻掺杂(P-)区132的交界区域，形成位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的氧化层133(例如氧化硅)。
在氧离子注入工艺中，选择的注入能量越高，注入离子能够穿入衬底10越深，射程越大。示例性的，氧离子注入能量范围为50keV-70keV，注入剂量范围为1×1017cm-2-4×1017cm-2。接着，将完成了氧离子注入的衬底结构在含氧的气氛下(例如为5％氧气和95％氩气)进行退火。退火温度范围为1300℃-1400℃，退火时间为5小时-8小时。经过退火，更好的在衬底中的N型轻掺杂(N-)区131和所述P型轻掺杂(P-)区132的交界区域发生氧化，形成氧化层133(例如氧化硅)。
浮动扩散部(FD)13的N型轻掺杂(N-)区131和所述P型轻掺杂(P-)区132构成FD二极管。浮动扩散部13，其表示衬底10中来自光电转换部11的电子充电的电容器。公式Q＝CV中，Q为电容器两个极板上所带的电量，U是电容器的两个极板间的电压，C是电容器的电容。
电荷通过传输晶体管TX从光电转换部11传输到浮动扩散部(FD)13，光电转换部11以光电二极管(PD)为例说明。光电二极管(PD)传出的电量Qpd等于FD二极管接收的电量Qfd。光电二极管(PD)传出的电量Qpd等于光电二极管(PD)的等效电容Cpd乘以光电二极管(PD)两端的电压Vpd。FD二极管接收的电量Qfd等于FD二极管的等效电容Cfd乘以FD二极管两端的电压Vfd，即Cpd*Vpd＝Cfd*Vfd，Cpd/Cfd代表有源像素传感器(APS)的转移增益。
本实施例通过注入氧离子到所述N型轻掺杂(N-)区131和所述P型轻掺杂(P-)区132的交界区域，氧离子与交界区域的硅衬底发生反应，生成氧化层133，氧化层133为绝缘层，氧化层133使浮动扩散部(FD)13的N型轻掺杂(N-)区131和所述P型轻掺杂(P-)区132之间的耗尽区变窄，则FD二极管的等效电容Cfd变小，从而增大Cpd/Cfd,进而提高了图像传感器的转移增益。
如图4和图5所示，本实施例的图像传感器的制作方法，还包括形成第一氧化层201，第一氧化层201覆盖栅极18的侧壁以及栅氧化层17的表面。接着，形成位于栅极18侧壁的侧墙19。形成覆盖第一氧化层201、侧墙19、栅极18的氮化层202；在氮化层202的表面依次形成第二氧化层203和层间介质层(ILD，inter layer dielectric)21。第一氧化层201、氮化层202和第二氧化层203构成隔离层20的ONO(氧化层-氮化层-氧化层)结构。
本实施例是从工艺整合的角度考量，通过在浮动扩散部(FD)13的所述N型轻掺杂区131和所述P型轻掺杂区132之间形成氧化层133来获得较小的FD二极管的等效电容Cfd，从而提高了图像传感器的转移增益。
图6为本发明另一实施例的图像传感器的制作方法中形成N型重掺杂区后的示意图；图7为本发明另一实施例的图像传感器的制作方法中形成氧化层后的示意图；图8为本发明另一实施例的图像传感器的制作方法中形成层间介质层后的示意图。如图6至图8所示，在另一实施例中，提供一所述衬底10之后，注入所述氧离子之前还包括：向所述N型轻掺杂区131靠近所述衬底10表面的区域进行N型重掺杂，形成N型重掺杂(N+)区134。
本发明中，N-表示具有相对较低浓度的N型掺杂物，P-表示具有相对较低浓度的P型掺杂物，N+表示具有相对较高浓度的N型掺杂物。“较高浓度”是相对于“较低浓度”来说的，例如“较高浓度”可以是“较低浓度”的至少5倍以上。对于硅衬底来说，N型掺杂物例如为砷或磷等，P型掺杂物例如为硼或铟等。
本实施例中向所述N型轻掺杂区131靠近所述衬底10表面的区域进行N型重掺杂，N型重掺杂(N+)区134的N型离子浓度较大，形成N型重掺杂区134，如此一来，N型轻掺杂区131与N型重掺杂区134之间的耗尽区变窄，则FD二极管的等效电容Cfd变小，从而增大Cpd/Cfd,进而提高了图像传感器的转移增益。
如图7所示，在形成N型重掺杂区134之后，注入氧离子到所述N型轻掺杂(N-)区131和所述P型轻掺杂(P-)区132的交界区域，氧离子与交界区域的硅衬底发生反应，生成氧化层133，氧化层133为绝缘层，氧化层133使浮动扩散部(FD)13的N型轻掺杂(N-)区131和所述P型轻掺杂(P-)区132之间的耗尽区变窄，则FD二极管的等效电容Cfd变小，从而增大Cpd/Cfd,进而提高了图像传感器的转移增益。
在另一实施例中，通过形成N型重掺杂区134和氧化层133，均使FD二极管的等效电容Cfd变小，进而更有效的提高了图像传感器的转移增益。
本发明还提供一种图像传感器，如图5所示，包括：
衬底10，所述衬底1上形成有传输晶体管的栅极18，位于所述栅极18两侧的衬底中分别形成有光电转换部11和浮动扩散部13；所述浮动扩散部13包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区131和P型轻掺杂区132；所述N型轻掺杂区131从所述衬底10中延伸至所述衬底表面；
氧化层133，所述氧化层133位于所述N型轻掺杂区131和所述P型轻掺杂区132之间。
具体的，如图8所示，所述图像传感器还可包括：
N型重掺杂区134，所述N型重掺杂区134从所述N型轻掺杂区131中延伸至所述衬底表面。
所述图像传感器，还包括：P型深阱14，所述P型深阱14环绕所述光电转换部11；钉扎层12，所述钉扎层12从所述光电转换部11延伸至所述衬底表面，所述钉扎层12为P型掺杂。隔离层20，所述隔离层20覆盖所述衬底10和所述栅极18；层间介质层21，所述层间介质层21覆盖所述隔离层20。
综上所述，本发明提供一种图像传感器及其制作方法，包括：提供一衬底，所述衬底上形成有传输晶体管的栅极，位于所述栅极两侧的衬底中分别形成有光电转换部和浮动扩散部；所述浮动扩散部包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区和P型轻掺杂区；注入氧离子到所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区的交界区域，形成位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的氧化层。氧化层为绝缘层，氧化层使浮动扩散部的N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的耗尽区变窄，则FD二极管的等效电容变小，从而提高了图像传感器的转移增益，改善图像传感器暗光下的灵敏度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种图像传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，所述衬底上形成有传输晶体管的栅极，位于所述栅极两侧的衬底中分别形成有光电转换部和浮动扩散部；所述浮动扩散部包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区和P型轻掺杂区；所述N型轻掺杂区从所述衬底中延伸至所述衬底表面；
注入氧离子到所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区的交界区域，形成位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间的氧化层。
2.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，提供一所述衬底之后，注入所述氧离子之前还包括：
向所述N型轻掺杂区靠近所述衬底表面的区域进行N型重掺杂，形成N型重掺杂区。
3.如权利要求2所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，所述N型重掺杂区的掺杂浓度是所述N型轻掺杂区的掺杂浓度的至少5倍以上。
4.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，
所述氧离子注入工艺中，注入能量范围为50keV-70keV，注入剂量范围为1×1017cm-2-4×1017cm-2。
5.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，所述氧离子注入之后，还包括：
对所述衬底进行退火，退火温度范围为1300℃-1400℃，退火时间为5小时-8小时。
6.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
在所述衬底和所述栅极之间形成栅氧化层。
7.一种图像传感器，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底上形成有传输晶体管的栅极，位于所述栅极两侧的衬底中分别形成有光电转换部和浮动扩散部；所述浮动扩散部包括沿所述衬底厚度方向分布的相邻的N型轻掺杂区和P型轻掺杂区；所述N型轻掺杂区从所述衬底中延伸至所述衬底表面；
氧化层，所述氧化层位于所述N型轻掺杂区和所述P型轻掺杂区之间。
8.如权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器，还包括：
N型重掺杂区，所述N型重掺杂区从所述N型轻掺杂区中延伸至所述衬底表面。
9.如权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器，还包括：
P型深阱，所述P型深阱环绕所述光电转换部；
钉扎层，所述钉扎层从所述光电转换部延伸至所述衬底表面，所述钉扎层为P型掺杂。
10.如权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器，还包括：
隔离层，所述隔离层覆盖所述衬底和所述栅极；
层间介质层，所述层间介质层覆盖所述隔离层。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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