CN115642162A - 图像传感器的形成方法及其图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器的形成方法及其图像传感器，所述图像传感器的形成方法包括：提供半导体衬底，于半导体衬底预定位置形成深层掺杂区；于所述深层掺杂区之上形成浅层掺杂区，所述深层掺杂区与所述浅层掺杂区构成图像传感器的光生载流子收集区；于所述光生载流子收集区一侧，形成转移晶体管栅极以及浮置扩散区；其中，所述浅层掺杂区延伸至所述浮置扩散区，以使所述光生载流子收集区与所述浮置扩散区连通，从而提高所述转移晶体管对光生载流子的传导能力，同时提升图像传感器的满阱容量。本发明通过将光生载流子收集区与浮置扩散区连通，提高光生载流子的传输能力，并增大像素单元的满阱容量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种图像传感器的形成方法及其图像传感器。
背景技术
CMOS图像传感器作为将光信号转化为数字电信号的器件单元，广泛应用于智能手机、平板电脑、汽车、医疗等各类新兴领域。通常，CMOS图像传感器的每一像素包括感光元件及用于自感光元件读出信号的一个或多个晶体管。其中，转移晶体管位于感光元件与浮置扩散点之间，将感光元件与像素电路中的剩余部分隔开。
近年来，随着消费类电子领域对CMOS图像传感器（CIS）分辨率提出了更高的需求，促进了像素尺寸的进一步缩减。对CMOS图像传感器的工艺制备提出了更高的要求。
在COMS图像传感器制备过程中，经常会因光电二极管或转移晶体管栅极等的相对位置偏差，而引起图像传感器在积分时候漏电导致满阱容量小，或者传输时候传输不完全导致电子残留，从而影响图像传感器性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像传感器的形成方法及其图像传感器，用于提高图像传感器的性能。
基于以上考虑，本发明提供一种图像传感器的形成方法，包括：
提供半导体衬底，于半导体衬底预定位置形成深层掺杂区；
于所述深层掺杂区之上形成浅层掺杂区，所述深层掺杂区与所述浅层掺杂区构成图像传感器的光生载流子收集区；
于所述光生载流子收集区一侧，形成转移晶体管栅极以及浮置扩散区；
其中，所述浅层掺杂区延伸至所述浮置扩散区，以使所述光生载流子收集区与所述浮置扩散区连通，从而提高所述转移晶体管对光生载流子的传导能力，同时提升图像传感器的满阱容量。
可选地，于所述深层掺杂区之上形成浅层掺杂区的步骤还包括：于所述浅层掺杂区之上，采用同一掩模版，形成第一掺杂区，所述浅层掺杂区与第一掺杂区的掺杂类型相反，所述第一掺杂区延伸至所述浮置扩散区，从而在所述转移晶体管栅极下方形成PN结构，所述第一掺杂区用于减少传输沟道表面以及光生载流子收集区表面产生的暗电流。
可选地，在形成所述浅层掺杂区与所述第一掺杂区之后，预处理将光阻开口增大，对暴露区域进行离子注入于所述浅层掺杂区之上形成第二掺杂区，第二掺杂区与第一掺杂区类型相同，且第二掺杂区与第一掺杂区重叠并在第一掺杂区的基础上向隔离区方向延伸，用于抑制光生载流子收集区与隔离区之间的表面暗电流。
可选地，在形成所述转移晶体栅极之后以及在形成所述浮置扩散区之前，还包括形成覆盖所述光生载流子收集区的第三掺杂区的步骤，所述第三掺杂区与浅层掺杂区的掺杂类型相反，用于抑制光生载流子收集区表面的暗电流，实现钉扎效果。
可选地，形成所述深层掺杂区的掩模版为中间镂空的结构，以降低光生载流子收集区的耗尽电压。
本发明还提供一种图像传感器，包括：
深层掺杂区以及位于深层掺杂区之上的浅层掺杂区，所述深层掺杂区与浅层掺杂区构成图像传感器的光生载流子收集区；
转移晶体管栅极以及浮置扩散区，位于所述光生载流子收集区一侧；
其中，所述浅层掺杂区延伸至所述浮置扩散区，以使所述光生载流子收集区与所述浮置扩散区连通，从而提高所述转移晶体管对光生载流子的传导能力，同时提高图像传感器的满阱容量。
可选地，在所述浅层掺杂区之上，还具有第一掺杂区，所述第一掺杂区与所述浅层掺杂区的掺杂类型相反，所述第一掺杂区延伸至所述浮置扩散区，从而在所述转移晶体管栅极下方形成PN结构，所述第一掺杂区用于减少传输沟道表面以及光生载流子收集区表面产生的暗电流。
可选地，在所述浅层掺杂区之上具有第二掺杂区，第二掺杂区与第一掺杂区类型相同，且第二掺杂区与第一掺杂区域重叠并在第一掺杂区的基础上向隔离区方向延伸，用于抑制光生载流子收集区与隔离区之间的表面暗电流。
可选地，还包括覆盖所述光生载流子收集区的第三掺杂区，所述第三掺杂区与浅层掺杂区的掺杂类型相反，用于抑制光生载流子收集区表面的暗电流，实现钉扎效果。
可选地，所述深层掺杂区包围半导体衬底部分区域，以降低光生载流子收集区的耗尽电压。
本发明提供的图像传感器形成方法及其图像传感器，具有以下有益效果：
1、通过将光生载流子收集区与浮置扩散区连通，提高光生载流子的传输能力，增大制备工艺窗口；
2、将光生载流子收集区域延伸至浮置扩散区，增大光生载流子收集区的面积，提高像素单元的满阱容量；
3、在转移晶体管栅极下方形成与浅层掺杂区相反的第一掺杂区，能够减少传输沟道表面的暗电流；
4、在浅层掺杂区之上形成延伸至隔离区的第二掺杂区，以抑制光生载流子收集区与隔离区之间的表面暗电流。
附图说明
通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1-图6显示为本发明实施例一提供的图像传感器形成方法的过程示意图；
图7-8显示为本发明实施例二提供的图像传感器的结构示意图。
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，以下结合附图对本发明的方法进行详细描述。
本发明提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，于半导体衬底预定位置形成深层掺杂区；
于所述深层掺杂区之上形成浅层掺杂区，所述深层掺杂区与所述浅层掺杂区构成图像传感器的光生载流子收集区；
于所述光生载流子收集区一侧，形成转移晶体管栅极以及浮置扩散区；
其中，所述浅层掺杂区延伸至所述浮置扩散区，以使所述光生载流子收集区与所述浮置扩散区连通，从而提高所述转移晶体管对光生载流子的传导能力，同时提升图像传感器的满阱容量。
以下结合附图1-6进行详细说明。
如图1所示，进行步骤1），提供半导体衬底10，于半导体衬底10预定位置形成深层掺杂区11。半导体衬底10内设置有围绕深层掺杂区11的隔离结构12，以避免像素之间的串扰。在本实施例中，深层掺杂区11的掺杂类型为N型，在其他的实施例中，深层掺杂区的掺杂类型还可选择为P型。此外，形成深层掺杂区的掩模版可以为中间镂空的结构，从而降低光生载流子收集区的耗尽电压。
如图2所示，进行步骤2），于深层掺杂区11之上形成浅层掺杂区13，浅层掺杂区13与深层掺杂区11一同构成光生载流子收集区。浅层掺杂区13的掺杂类型与深层掺杂区11的掺杂类型相同。浅层掺杂区延伸至浮置扩散区16的预定区域。
形成浅层掺杂区13之后的版图结构，如图3所示，从图中可以看出，浅层掺杂区13将与浮置扩散区16连通。在本步骤中，采用掩模版图形为浅层掺杂区与浮置扩散区连通的掩模版(未示出)，作为形成浅层掺杂区13的掩模版。
在本实施例中，如图4所示，步骤2）还包括，在形成浅层掺杂区13之后，还可以用上述同一掩模版于浅层掺杂区13之上，形成第一掺杂区14，第一掺杂区14同样的与浮置扩散区16的预定区域连接。第一掺杂区14与浅层掺杂区13的掺杂类型相反，在本实施例中，第一掺杂区14为P型掺杂，从而在转移晶体管栅极下方形成PN结构，第一掺杂区14用于减少传输沟道表面以及光生载流子收集区表面产生的暗电流。
如图5所示，进行步骤3），于光生载流子收集区一侧，形成转移晶体管栅极15以及浮置扩散区16。
在本发明中，浅层掺杂区13延伸到浮置扩散区16，从而提高光生载流子的传输能力；而且，由于浅层掺杂区延伸至浮置扩散区，从而增加了光生载流子收集区的面积，提高了像素单元的满阱容量。在本实施例中，浅层掺杂区对满阱容量的贡献度大于25%。
在本实施例中，如图6所示，在步骤3）还包括，在形成转移晶体管栅极15之后以及在形成浮置扩散区16之前，还包括形成覆盖光生载流子收集区的第三掺杂区17的步骤，第三掺杂区17与浅层掺杂区13的掺杂类型相反，进一步抑制光生载流子收集区表面的暗电流，实现钉扎效果。
本发明还提供一种图像传感器，如图6所示，包括：
深层掺杂区11以及位于深层掺杂区11之上的浅层掺杂区13，深层掺杂区11与浅层掺杂区13构成图像传感器的光生载流子收集区；
转移晶体管栅极15以及浮置扩散区16，位于光生载流子收集区一侧；
其中，浅层掺杂区13延伸至浮置扩散区16，以使光生载流子收集区与浮置扩散区16连通，从而提高转移晶体管15对光生载流子的传导能力，同时提高图像传感器的满阱容量。
在浅层掺杂区13之上，还具有第一掺杂区14，第一掺杂区14与浅层掺杂区13的掺杂类型相反，第一掺杂区14延伸至浮置扩散区16，从而在转移晶体管栅极15下方形成PN结构，第一掺杂区14用于减少传输沟道表面以及光生载流子收集区表面产生的暗电流。
在本实施例中，还具有覆盖光生载流子收集区的第三掺杂区17，第三掺杂区17与浅层掺杂区13的掺杂类型相反，进一步抑制光生载流子收集区表面的暗电流，实现钉扎效果。
在其他的实施例中，深层掺杂区内包围有半导体衬底的部分区域，以降低光生载流子收集区的耗尽电压。
实施例二
本实施例与实施例一的技术方案基本相同，与实施例一不同的是，在本实施例中，形成延伸至隔离区的第二掺杂区，以抑制光生载流子收集区与隔离区之间的表面暗电流。
具体的，请参照图7，通过步骤1）形成位于半导体衬底20的预定位置的深层掺杂区21以及位于深层掺杂区21周围的隔离区22；通过步骤2）形成位于深层掺杂区21之上的浅层掺杂区23以及位于浅层掺杂区之上的第一掺杂区24，并在步骤2）中，在形成第一掺杂区24之后，通过预处理将光阻层开口增大，对暴露区域进行离子注入于浅层掺杂区23之上形成第二掺杂区28，第二掺杂区28与第一掺杂区24类型相同，且第二掺杂区28与第一掺杂区24部分重叠并在第一掺杂区24的基础上向隔离区22方向延伸，以进一步降低光生载流子收集区以及光生载流子收集区与隔离区之间的区域表面产生的暗电流。图7中显示第二掺杂区28延伸至隔离区22。在另外的实施例中，第二掺杂区还可延伸至隔离区并与隔离区相叠，从而进一步减少暗电流。进行步骤3），如图8所示，在上述结构上形成转移晶体管栅极25、第三掺杂区27以及浮置扩散区26，其具体形成方法与实施例一相同。
其他方案与实施例一基本相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明提供一种图像传感器的形成方法及其图像传感器，通过将光生载流子收集区与浮置扩散区连通，提高光生载流子的传输能力，增大制备工艺窗口；将光生载流子收集区域延伸至浮置扩散区，增大光生载流子收集区的面积，提高像素单元的满阱容量；在转移晶体管栅极下方形成与浅层掺杂区相反的第一掺杂区，能够减少传输沟道表面的暗电流；在浅层掺杂区之上形成延伸至隔离区的第二掺杂区，以光生载流子收集区与隔离区之间的表面暗电流。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (10)
1.一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，于半导体衬底预定位置形成深层掺杂区；
于所述深层掺杂区之上形成浅层掺杂区，所述深层掺杂区与所述浅层掺杂区构成图像传感器的光生载流子收集区；
于所述光生载流子收集区一侧，形成转移晶体管栅极以及浮置扩散区；
其中，所述浅层掺杂区延伸至所述浮置扩散区，以使所述光生载流子收集区与所述浮置扩散区连通，从而提高所述转移晶体管对光生载流子的传导能力，同时提升图像传感器的满阱容量。
2.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，于所述深层掺杂区之上形成浅层掺杂区的步骤还包括：于所述浅层掺杂区之上，采用同一掩模版，形成第一掺杂区，所述浅层掺杂区与第一掺杂区的掺杂类型相反，所述第一掺杂区延伸至所述浮置扩散区，从而在所述转移晶体管栅极下方形成PN结构，所述第一掺杂区用于减少传输沟道表面以及光生载流子收集区表面产生的暗电流。
3.根据权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述浅层掺杂区与所述第一掺杂区之后，预处理将光阻开口增大，对暴露区域进行离子注入于所述浅层掺杂区之上形成第二掺杂区，第二掺杂区与第一掺杂区类型相同，且第二掺杂区与第一掺杂区重叠并在第一掺杂区的基础上向隔离区方向延伸，用于抑制光生载流子收集区与隔离区之间的表面暗电流。
4.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述转移晶体栅极之后以及在形成所述浮置扩散区之前，还包括形成覆盖所述光生载流子收集区的第三掺杂区的步骤，所述第三掺杂区与浅层掺杂区的掺杂类型相反，用于抑制光生载流子收集区表面的暗电流，实现钉扎效果。
5.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述深层掺杂区的掩模版为中间镂空的结构，以降低光生载流子收集区的耗尽电压。
6.一种图像传感器，其特征在于，包括：
深层掺杂区以及位于深层掺杂区之上的浅层掺杂区，所述深层掺杂区与浅层掺杂区构成图像传感器的光生载流子收集区；
转移晶体管栅极以及浮置扩散区，位于所述光生载流子收集区一侧；
其中，所述浅层掺杂区延伸至所述浮置扩散区，以使所述光生载流子收集区与所述浮置扩散区连通，从而提高所述转移晶体管对光生载流子的传导能力，同时提高图像传感器的满阱容量。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，在所述浅层掺杂区之上，还具有第一掺杂区，所述第一掺杂区与所述浅层掺杂区的掺杂类型相反，所述第一掺杂区延伸至所述浮置扩散区，从而在所述转移晶体管栅极下方形成PN结构，所述第一掺杂区用于减少传输沟道表面以及光生载流子收集区表面产生的暗电流。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，在所述浅层掺杂区之上具有第二掺杂区，第二掺杂区与第一掺杂区类型相同，且第二掺杂区与第一掺杂区域重叠并在第一掺杂区的基础上向隔离区方向延伸，用于抑制光生载流子收集区与隔离区之间的表面暗电流。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，还包括覆盖所述光生载流子收集区的第三掺杂区，所述第三掺杂区与浅层掺杂区的掺杂类型相反，用于抑制光生载流子收集区表面的暗电流，实现钉扎效果。
10.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述深层掺杂区包围半导体衬底部分区域，以降低光生载流子收集区的耗尽电压。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115911072A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-04-04 | 湖北江城芯片中试服务有限公司 | 半导体器件及其制作方法以及cmos图像传感器 |
| CN116207120A (zh) * | 2023-05-04 | 2023-06-02 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 一种图像传感器及其制作方法 |
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| CN115911072A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-04-04 | 湖北江城芯片中试服务有限公司 | 半导体器件及其制作方法以及cmos图像传感器 |
| CN116207120A (zh) * | 2023-05-04 | 2023-06-02 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 一种图像传感器及其制作方法 |
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