CN204289449U - 图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种图像传感器，包括：光电二极管，所述光电二极管位于第一导电类型半导体衬底内的第二导电类型区域；第一氧化层，所述第一氧化层位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面上；转移管的栅极区域，所述转移管的栅极区域位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面并且对应于转移管的沟道区区域；第二氧化层，所述第二氧化层位于所述栅极区域的表面；第一电极部，所述第一电极部部分地覆盖于对应于所述栅极区域表面的第二氧化层，并且对应于光电二极管的区域，部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上；以及浮置扩散区域，所述浮置扩散区域采用第二导电类型重掺杂，并且位于所述第一导电类型半导体衬底的内部。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件的领域，更具体地，涉及一种图像传感器。
背景技术
图像传感器是数字摄像头的重要组成部分，是一种将光学图像转换成电学信号的设备，它被广泛地应用在数码相机、移动终端、便携式电子装置和其他电子光学设备中。图像传感器按照元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metaloxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体元件)图像传感器两大类。
CCD图像传感器除了大规模应用于数码相机外，还广泛应用于摄像机、扫描仪、以及工业领域等。而CMOS图像传感器由于其高度集成化、低功率损耗和局部像素可编程随即读取、速度快、成本低等优点，可适用于数码相机、PC摄像机、移动通信产品等领域。
随着图像传感器的持续快速的发展，促进了其进一步的小型化和集成。CCD图像传感器和CMOS图像传感器都是采用光电转换区域，一般采用光电二极管(Photodiode or Photodetector)收集入射光，并将其转换为能够进行图像处理的光电荷。现有的CMOS图像传感器中，若干个像素单元组成的像素阵列接收入射光，收集光子。像素单元往往采用3T、4T或5T的结构，以4T为例，由转移晶体管(TransferTransistor，TX)、复位晶体管(Reset Transistor，RST)、源跟随晶体管(Source-Follower Transistor，SF)、行选通管(Row Selector Transistor，RSEL)，3T结构中不包括转移晶体管，基本的工作原理为：通过光电转换形成光生载流子，产生模拟信号，通过对像素阵列的行选通并进行列读取，读出每列的模拟信号，进行后续的运算增益放大、模数转换等信号处理过程。
但是采用光电二极管的图像传感器，在没有入射光时可能仍会产生不期望的输出电流，该不期望的输出电流被公知为“暗电流”，暗电流是在无外界光照的条件下，光电二极管PN结由载流子的热激发产生的电流，其主要由光电二极管中收集的电荷的扩散产生或者器件表面和内部的缺陷以及有害的杂质引起。来自光电二极管的暗电流可能作为被处理图像中的噪声出现，从而减低画面质量，而过量的暗电流可能导致图像劣化。
此外，光生载流子被表面的缺陷俘获和释放的过程会引起表面电势的变化，从而产生噪声。并且，光生载流子转移的过程中被缺陷俘获会导致有效数量的下降，降低图像传感器的成像质量。
因此，希望提供一种有利于减少缺陷的影响、降低暗电流并能有效转移光生载流子的图像传感器。
公开于该实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电荷有效收集和转移的图像传感器。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种图像传感器，包括：
光电二极管，所述光电二极管位于第一导电类型半导体衬底内的第二导电类型区域；
第一氧化层，所述第一氧化层位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面上；
转移管的栅极区域，所述转移管的栅极区域位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面并且对应于转移管的沟道区区域；
第二氧化层，所述第二氧化层位于所述转移管的栅极区域的表面；
第一电极部，所述第一电极部部分地覆盖对应于所述转移管的栅极区域表面的第二氧化层，并且对应于光电二极管的区域部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上；以及
浮置扩散区域，所述浮置扩散区域采用第二导电类型重掺杂，并且位于所述第一导电类型半导体衬底的内部。
为了实现上述目的，本实用新型还提供一种图像传感器，包括：
光电二极管，所述光电二极管位于第一导电类型半导体衬底内的第二导电类型区域；
第一氧化层，所述第一氧化层位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面上；
第一电极部，所述第一电极部位于所述第一氧化层的上表面并且对应于光电二极管的区域；
第二氧化层，所述第二氧化层位于所述第一电极部的表面；
转移管的栅极区域，所述栅极区域部分地覆盖于对应于所述第一电极部表面的第二氧化层，并且对应于转移管的沟道区区域部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上；以及
浮置扩散区域，所述浮置扩散区域采用第二导电类型重掺杂，并且位于所述第一导电类型半导体衬底的内部。
第一导电类型隔离层，所述第一导电类型隔离层位于所述第一导电类型半导体衬底的内部，并且位于所述光电二极管的区域的上部。
优选地，所述第二氧化层包裹于所述转移管的栅极区域。
优选地，所述第二氧化层包裹于所述第一电极部。
优选地，所述转移管的栅极区域包括，栅氧化层和覆盖于所述栅氧化层的栅电极层。
优选地，所述栅电极层为多晶硅、金属或可导电的化合物以及它们的组合。
优选地，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型；或者所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
优选地，所述第二导电类型区域作为光生载流子的收集区，其中所述光生载流子为电子或空穴。
优选地，所述第一电极部为多晶硅、金属或可导电的化合物以及它们的组合。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型的图像传感器通过形成转移管的栅电极与第一电极部及限定两者的位置关系，在两者之间铺设氧化绝缘层，并通过对转移晶体管的栅电极与第一电极部在光生载流子积分收集阶段、转移阶段加不同的电压信号，使光生载流子在衬底内表面的次表面堆积及转移，因此，载流子不会接触且依附于半导体衬底的内表面的缺陷，减少缺陷的影响，并有利于光生载流子更好地收集和转移。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本实用新型的某些原理的具体实施方式，本实用新型的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
附图说明
图1为根据本实用新型的第一实施例的图像传感器的像素的剖面图。
图2为复位之后开始积分阶段的图像传感器的电势曲线图。
图3为积分完毕阶段的图像传感器的电势曲线图。
图4为开始读取信号阶段的表面沟道类型图像传感器的电势曲线图。
图5为开始读取信号阶段的埋沟沟道类型图像传感器的电势曲线图。
图6为信号读取完成阶段的表面沟道类型图像传感器的电势曲线图。
图7为信号读取完成阶段的埋沟沟道类型图像传感器的电势曲线图。
图8为根据本实用新型的第二实施例的图像传感器的像素的剖面图。
图9为根据本实用新型的第三实施例的图像传感器的像素的剖面图。
图10为本实用新型的第一实施例的图像传感器的形成方法的流程图。
图11为根据本实用新型的第二实施例的图像传感器的形成方法的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本实用新型的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本实用新型的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本实用新型的同样的或等同的部分。
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实用新型。但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
本实用新型提供一种图像传感器，该图像传感器通过其中的两层氧化层和第一电极部的设置，并在光生载流子收集阶段及转移阶段通过对转移管的栅电极与第一电极部分别加相应的信号控制使得在收集光生载流子和转移光生载流子的阶段，使光生载流子于半导体衬底内表面的次表面堆积及转移。
本实用新型的图像传感器包括光电二极管、第一氧化层、转移管的栅极区域、第二氧化层、第一电极部和浮置扩散区域。
具体而言，所述光电二极管位于第一导电类型半导体衬底内的第二导电类型区域中，光线照射至所述的图像传感器，通过所述光电二极管吸收光线的光子并转换为载流子，所述第二导电类型区域作为光生载流子收集区，所述光生载流子为电子或空穴。在本实施例中，所述第一导电类型半导体衬底包括第一导电类型基底与外延于所述基底上的第一导电类型外延层，当然，也可采用第二导电类型基底上形成多层的外延层，使最顶层的外延层为第一导电类型外延层，并在第一导电类型外延层内形成第二导电类型区域，进而形成光电二极管。
所述第一氧化层位于所述第一导电类型半导体衬底的表面上，所述第一氧化层的材料例如为二氧化硅、氮氧化硅等。
在一个实施例中，所述转移管的栅极区域位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面并且对应于转移管的沟道区区域；所述第二氧化层位于所述栅极区域的表面，优选地，所述第二氧化层可包裹于所述栅极区域；所述第一电极部部分地覆盖于对应于所述栅极区域表面的第二氧化层，并且对应于光电二极管的区域，部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上。
在另一实施例中，所述第一电极部位于所述第一氧化层的上表面并且对应于光电二极管的区域；所述第二氧化层位于所述第一电极部的表面，优选地，所述第二氧化层包裹于所述第一电极部；所述栅极区域部分地覆盖于对应于所述第一电极部表面的第二氧化层，并且对应于转移管的沟道区区域，部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上。
其中，所述栅极区域可包括，栅氧化层、覆盖于所述栅氧化层的栅电极层、以及位于所述栅电极层两侧的栅极侧墙，栅电极层可以包括导电材质例如，金属(例如，钽、钛、钼、钨、铂金、铝等)金属硅化物(例如，硅化钛、硅化钴、硅化镍等)、金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽等)、掺杂多晶硅、其它导电材料或者它们的组合。所述转移管的沟道区区域位于所述转移管的栅极区域下方的第一氧化层下。所述第二氧化层的材料例如为二氧化硅、氮氧化硅等。所述第一电极部由多晶硅材质或者多晶硅与金属材质的组合形成。
所述浮置扩散区域采用第二导电类型重掺杂，并且位于所述第一导电类型半导体衬底的内部。所述转移管的栅极区域用于将光电二极管中的光电电荷传输到浮置扩散区域，所述浮置扩散区域作为像素输出区；其中光电二极管、浮置扩散区域分别作为图像传感器转移管的源区、漏区。
此外，所述图像传感器还可包括第一导电类型隔离层，所述第一导电类型隔离层位于所述第一导电类型半导体衬底的内部，并且位于所述光电二极管的区域的上部。其中，所述第一导电类型隔离层也被称为钉扎层，该第一导电类型隔离层与其下的第二导电类型区域构成了钉扎二极管。
所述图像传感器还包括形成于所述图像传感器外围的浅沟道隔离区域，以避免来自相邻像素的串扰和干扰。
所述图像传感器的形成方法，其包括以下步骤：
在第一导电类型半导体衬底内形成第二导电类型区域，以形成光电二极管，所述第二导电类型区域可通过掺杂工艺形成；
形成位于所述第一导电类型半导体衬底表面的第一氧化层，所述第一氧化层可通过化学气相沉积或物理气相沉积工艺形成；
形成转移管的栅极区域，所述栅极区域位于第一导电类型半导体衬底的上表面并且对应于转移管的沟道区区域；
形成位于所述栅极区域表面的第二氧化层，所述第二氧化层可通过化学气相沉积工艺或物理气相沉积形成；
形成第一电极部，所述第一电极部覆盖于对应于所述栅极区域上表面的第二氧化层，并且对应于光电二极管的区域，部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上，所述第一电极部可通过图形化工艺形成。
在另一实施例中，所述图像传感器的形成方法，包括以下步骤：
在第一导电类型半导体衬底内形成第二导电类型区域，以形成光电二极管；
形成位于所述第一导电类型半导体衬底表面的第一氧化层；
形成第一电极部，所述第一电极部位于第一导电类型半导体衬底的上表面对应于所述光电二极管的区域；
形成位于所述第一电极部表面的第二氧化层；
形成转移管的栅极区域，所述栅极区域覆盖于对应于所述第一电极部上表面的第二氧化层，并且对应于转移管的沟道区区域，部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上。
此外，所述图像传感器的形成方法还包括位于所述第一导电类型半导体衬底的内部，并且位于所述光电二极管的区域的上部的第一导电类型隔离层，所述第一导电类型隔离层可通过掺杂工艺形成。
其中，所述形成转移管的栅极区域包括：依次形成栅氧化层和覆盖于所述栅氧化层的栅电极层，所述栅电极层可通过化学气相沉积、物理气相沉积或者由多晶硅形成。
在本实施例中，图像传感器的形成方法还包括形成具有第二导电类型重掺杂的浮置扩散区域，所述浮置扩散区域可通过掺杂工艺形成。
在一些实施例中，所述第一导电类型可以为P型，第二导电类型可以为N型，然而本实用新型不限于此，在其他实施例中，所述第一导电类型可以为N型，第二导电类型可以为P型。
以下参照所附附图具体说明根据本实用新型的优选实施方式。
图像传感器中存在多个像素，每个像素都是形成在半导体衬底中的光电二极管。为了简单起见，仅示出了一个像素来展示本实用新型的各个方面。
图1为根据本实用新型的第一实施例的图像传感器的像素的剖面图。
请参见图1，本实施例中提供P型半导体衬底100，在另一实施例中不限定P型半导体衬底，可在半导体衬底上形成P型外延层。本实施例中在P型半导体衬底100上通过掺杂、外延等方式形成P型阱区域110(Pwell)，形成N型区域光电二极管101(PD)、形成N型的浮置扩散区107(FD)，在本实施例中浮置扩散区107(FD)采用N型重掺杂(Nplus)，可选择的，光电二极管101区域上表面形成有钉扎层102(Pinned layer)；在另一实施例中，未形成有钉扎层，通过覆盖并形成于半导体衬底表面的多晶硅电极加电压信号，在光电二极管101的上部区域形成反型区域，将反型区域的电势稳定于一定数值，其效果等同于钉扎层。
在本实施例中，在P型半导体衬底100的上表面形成有第一氧化层103，在第一氧化层103的表面形成有转移管的栅极区域104，转移管的栅极区域104包括：栅氧化层(图中未标注)及铺设于栅氧化层上的栅电极层(图中未标注)；在转移管的栅极区域104上表面铺设形成有第二氧化层105，在P型半导体衬底100的表面还形成有第一电极部106，第一电极部106其部分覆盖于对应于所述栅极区域104表面的第二氧化层105，并且对应于光电二极管101的区域部分部分地铺设于第一氧化层103上；在另一实施例中，第二氧化层105可选择地仅位于转移管的栅极区域104与第一电极部106之间，起到电绝缘两者的作用；第一电极部106采用多晶硅材质，多晶硅与金属(例如，钽、钛、钼、钨、铂金、铝等)的组合、掺杂多晶硅材质或者上述材质的组合，在不同的实施例中可采用化学气相沉积、物理气相沉积形成。而且，半导体衬底101上表面的绝缘层可以为第一氧化层，也可部分为第二氧化层及本技术领域技术人员可实现的其他方式进行电性绝缘。所述转移管的沟道区区域109对应于所述转移管的栅极区域104位于第一氧化层103下方。
所述第一氧化层103和第二氧化层105可通过化学气相沉积或物理气相沉积工艺形成，所述第一氧化层103和第二氧化层105的材料可以为二氧化硅、氮氧化硅等。所述第二氧化层105用于将所述栅极区域104与所述第一电极部106电隔离。
所述转移管的栅极区域104适于将光电二极管101中的光电电荷传输到浮置扩散区域107，所述栅极区域106可以是通过，诸如化学气相沉积(CVD)或等离子体化学气相沉积(PECVD)或者物理气相沉积(PVD)形成。
所述第一电极部106可通过图形化工艺形成。所述浮置扩散区域107是通过掺杂工艺进行N掺杂形成的N型重掺杂区域，用于存储通过转移管转移的电荷。
为了避免来自相邻像素的串扰和干扰，所述图像传感器还包括形成于所述图像传感器外围的浅沟道隔离区域108(Shallow TrenchIsolation、STI)。所述浅沟道隔离区域108可以通过适当的制造工艺形成，例如，可以通过利用光刻图案化P型半导体衬底的表面，并利用蚀刻该表面形成STI沟槽，可采用干法刻蚀、湿法刻蚀工艺。利用介电材料来填充该STI沟槽，从而形成STI区域108。
图2为复位之后开始积分阶段的图像传感器的电势曲线图，其中X轴表示由图像传感器栅极区域与对应的第一电极部沿竖直方向向下的深度(nm)，Y轴表示对应的电势(Potential)；曲线201表示第一电极部沿竖直方向向下对应的位置的电势，曲线202表示转移管的栅极区域沿竖直方向向下对应的位置的电势。
在本实施例中，所述光电二极管101收集的光生载流子是电子，在复位之后开始积分阶段，提供收集电压信号于转移管的栅极区域，例如，-3V；提供控制电压信号于第一电极部106，当第一电极部106为N型多晶硅材质时加-3V或-3.5V，当第一电极部106为P型多晶硅材质时，由于P型比N型的功函数(work function)高1V左右，加-2V或者-2.5V；此时转移管关闭。请同时参见图1、图2，当收集电压信号、控制电压信号不变时；在X为0，即图1对应的B方向对应的位置的电势分布；在X为C与G之间时，此时位置为第一氧化层103的上表面与半导体衬底上表面之间对应位置的电势分布：在X大于G的部分区域对应的钉扎层102或者反型等同于钉扎层效果，此时钉扎层102的上表面包住可能的缺陷；在X为A时，即竖直方向上在转移管的栅极区域104沿D竖直向下方向内电势最高的位置与光电二极管101内电势最高的位置，转移管的栅极区域向下D方向对应位置的电势低于第一电极部106向下E方向对应位置的电势，由于电子趋于向电势高的区域聚集，电子在复位后开始积分阶段更好的聚集在光电二极管101的区域，并不转移到沟道区及半导体衬底100内表面的缺陷；并且钉扎层102的存在及第一电极部106加控制电压信号，使钉扎的效果更好；当X的值取F时，此时转移管的栅极区域104沿D方向上对应位置与第一电极部106沿E方向上对应的位置趋于半导体衬底100底部的位置，电势相同。
图3为积分完毕阶段的图像传感器的电势曲线图。其中X轴表示由图像传感器栅极区域与对应的第一电极部沿竖直方向向下的深度(nm)，Y轴表示对应的电势(Potential)；曲线301表示第一电极部沿竖直方向向下对应的位置的电势，曲线302表示转移管的栅极区域沿竖直方向向下对应的位置的电势。
提供收集电压信号、控制电压信号不变；此时转移管仍然关闭。请同时参见图1和图3，曲线301中由于电子不断聚集于光电二极管101，拉低光电二极管101的电势(即第一电极部106沿竖直方向E对应的半导体衬底区域)并与水平方向A方向对应的转移管的栅极区域104沿竖直方向D对应的沟道区区域的电势相同，此时沟道未打开。
图4为开始读取信号阶段的表面沟道类型图像传感器的电势曲线图。图5为开始读取信号阶段的埋沟沟道类型图像传感器的电势曲线图。请同时参见图4、图5，两者的不同在于在电荷转移的过程中图4为表面沟道。图5为次表面的埋沟沟道。提供转移电压信号于转移管的栅极区域104，提供控制电压信号于第一电极部区域，此时转移电压信号高于控制电压信号，在图4中的一实施例中转移电压信号为：3V，控制电压信号在第一电极部分别为N型与P型多晶硅材质时分别为1V与2V；在图5的一实施例中，转移电压信号为：3V，控制电压信号在第一电极部分别为N型与P型多晶硅材质时分别为0V与1V。曲线401表示第一电极部沿竖直方向向下对应的位置的电势，曲线402表示转移管的栅极区域沿竖直方向向下对应的位置的电势；曲线501表示第一电极部沿竖直方向向下对应的位置的电势，曲线502表示转移管的栅极区域沿竖直方向向下对应的位置的电势。同时参见图1、图4、图5，X大于G小于A的区域为图1中水平方向A对应的沟道区附近与相邻光电二极管101的位置，此时沟道区的电势高于光电二极管101的电势，使得电子更好由沟道转移至浮置扩散区107。
图6为信号读取完成阶段的表面沟道类型图像传感器的电势曲线图。图7为信号读取完成阶段的埋沟沟道类型图像传感器的电势曲线图。请同时参见图1、图6、图7；图6、图7两者的不同在于在电荷转移的过程中图6为表面沟道，图7为次表面的埋沟沟道，保持转移电压信号、控制电压信号的大小不变，曲线601表示第一电极部沿竖直方向向下对应的位置的电势，曲线602表示转移管的栅极区域沿竖直方向向下对应的位置的电势；曲线701表示第一电极部沿竖直方向向下对应的位置的电势，曲线702表示转移管的栅极区域沿竖直方向向下对应的位置的电势。请同时参见图1、图6、图7，此时在X大于G小于A的竖直方向区域中，对应的沟道区的部分区域的电势高于对应的水平方向上光电二极管101的部分区域；沿竖直向下对应相同水平方向位置中电势相同的位置，并在接续的竖直向下方向中，电势大小的关系反转，光电二极管101的电势大于对应的水平方向转移管的栅极区域104沿D方向向下位置的电势。
因此，在本实施例中，通过于结构上的设计、布局使得转移管的栅极区域104与第一电极部106更加接近，并通过于复位后积分、积分完成、读取、读取完成四个阶段加相应的收集信号、控制信号、转移信号使电子更好的向光电二极管区域聚集及更好的在次表面进行电子到浮置扩散区的转移，起到了减小电子依附于缺陷、减小暗电流、提高图像传感器的转移效率及改善成像效果的目的。
图8根据本实用新型的第二实施例的图像传感器的像素的剖面图。
与第一实施例相比，本实施例的不同在于，半导体衬底800为N型，阱区域810(Nwell)为N型，并且通过在N型半导体衬底800内形成P型区域，从而形成光电二极管801；所述浮置扩散区域807为P型重掺杂。
在本实施例中，所述光电二极管801收集的光生载流子是空穴，因此，与第一实施例相反，在收集空穴阶段，提供0V的第一收集电压于转移管，提供-2V的第二收集电压于第一电极部806。在转移空穴阶段，提供例如-2V的第一转移电压于转移管，提供例如0V的第二转移电压于第一电极部806。
以上第一和第二实施例中的第一转移电压和第二转移电压、第一收集电压和第二收集电压的值仅作为示例，本实用新型不限于此，还可以使用其他合适的第一转移电压和第二转移电压、第一收集电压和第二收集电压。
图9为根据本实用新型的第三实施例的图像传感器的像素的剖面图。与第一实施例和第二实施例相比，本实施例的不同在于，第一电极部906位于所述第一氧化层903的上表面并且对应于光电二极管901的区域；第二氧化层905位于所述第一电极部906的表面，所述第二氧化层905可包裹于所述第一电极部906；所述栅极区域904部分地覆盖于对应于所述第一电极部906表面的第二氧化层905，并且对应于转移管的沟道区区域909部分铺设于半导体衬底900上表面的绝缘层上。半导体衬底101上表面的绝缘层可以为第一氧化层，也可部分为第二氧化层及本技术领域技术人员可实现的其他方式进行电性绝缘。所述转移管的沟道区区域909对应于所述转移管的栅极区域904位于第一氧化层903下方。
图10为根据本实用新型的第一实施例的图像传感器的形成方法的流程图。
为了简单起见，在所述方法的各实施例中以仅以所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型为例进行说明，但本实用新型不限于此，在其他实施例中，所述第一导电类型可以为P型，所述第二导电类型可以为N型。
现参照图1和图10描述根据本实用新型的第一实施例的图像传感器的形成方法，在步骤1001中，通过掺杂工艺在P型半导体衬底100内进行N型掺杂形成N型区域，该N型区域形成光电二极管101，P型半导体衬底100例如可以是包括P型基底与外延于所述基底上的P型外延层，但本实用新型不限于此，还可使用其他合适的衬底。
优选地，所述方法还包括在形成光电二极管101之后通过掺杂工艺对所述光电二极管101上部的区域进行P型掺杂形成P型隔离层，该P型隔离层102与其下的N型区域形成的光电二极管101构成了钉扎二极管。
在步骤1002中，通过化学气相沉积或物理气相沉积工艺形成位于所述P型半导体衬底100表面的第一氧化层103。
在步骤1003中，形成转移管的栅极区域104，所述栅极区域位于P型半导体衬底100的上表面并且对应于转移管的沟道区区域109，其中形成转移管的栅极区域104包括：通过化学气相沉积或物理气相沉积依次形成栅氧化层和覆盖于所述栅氧化层的栅电极层，在其他实施例中，所述栅电极层105可由多晶硅形成。
在步骤1004中，通过化学气相沉积工艺或物理气相沉积在所述栅极区域104表面的形成第二氧化层105，所述第二氧化层105可形成为包裹于所述栅极区域104，从而将所述栅极区域104与后续形成的第一电极部106电隔离。
在步骤1005中，通过图形化工艺形成第一电极部106，所述第一电极部106部分地覆盖于对应于所述栅极区域104上表面的第二氧化层105，并且对应于光电二极管101的区域部分铺设于半导体衬底100上表面的绝缘层上。
其中半导体衬底101上表面的绝缘层可以为第一氧化层，也可部分为第二氧化层及本技术领域技术人员可实现的其他方式进行电性绝缘，所述第一电极部106的材质为多晶硅、金属或可导电的化合物以及它们的组合。
在优选的实施例中，所述方法还包括步骤1006，在步骤1006中，通过掺杂工艺形成对P型半导体衬底100内部进行N型重掺杂形成浮置扩散区域107，所述浮置扩散区域107用于存储通过转移管转移的电荷。
图11为根据本实用新型的第二实施例的图像传感器的形成方法的流程图。现参照图9和图11描述根据本实用新型的第一实施例的图像传感器的形成方法，与第一实施例和第二实施例相比，本实施例的不同在于：在形成第一氧化层之后，所述方法包括：
在步骤1103中，通过图形化工艺形成第一电极部906，所述第一电极部906位于P型半导体衬底900的上表面对应于所述光电二极管901的区域。
在步骤1104中，通过化学气相沉积工艺或物理气相沉积在所述第一电极部906表面的形成第二氧化层905，所述第二氧化层905可形成为包裹于所述第一电极部906，从而将第一电极部906与后续形成的栅极区域904电隔离。
在步骤1105中，形成转移管的栅极区域904，所述栅极区域覆盖于对应于所述第一电极部906上表面的第二氧化层905，并且对应于转移管的沟道区区域109部分铺设于半导体衬底900上表面的绝缘层上，其中形成转移管的栅极区域904包括：通过化学气相沉积或物理气相沉积依次形成栅氧化层和覆盖于所述栅氧化层的栅电极层。
上述实施例是用于例示性说明本实用新型的原理及其功效，但是本实用新型并不限于上述实施方式。本领域的技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。因此本实用新型的保护范围，应如本实用新型的权利要求书覆盖。
Claims (10)
1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
光电二极管，所述光电二极管位于第一导电类型半导体衬底内的第二导电类型区域；
第一氧化层，所述第一氧化层位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面上；
转移管的栅极区域，所述转移管的栅极区域位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面并且对应于转移管的沟道区区域；
第二氧化层，所述第二氧化层位于所述转移管的栅极区域的表面；
第一电极部，所述第一电极部部分地覆盖对应于所述转移管的栅极区域表面的第二氧化层，并且对应于光电二极管的区域部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上；以及
浮置扩散区域，所述浮置扩散区域采用第二导电类型重掺杂，并且位于所述第一导电类型半导体衬底的内部。
2.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
光电二极管，所述光电二极管位于第一导电类型半导体衬底内的第二导电类型区域；
第一氧化层，所述第一氧化层位于所述第一导电类型半导体衬底的上表面上；
第一电极部，所述第一电极部位于所述第一氧化层的上表面并且对应于光电二极管的区域；
第二氧化层，所述第二氧化层位于所述第一电极部的表面；
转移管的栅极区域，所述转移管的栅极区域部分地覆盖于对应于所述第一电极部表面的第二氧化层，并且对应于转移管的沟道区区域部分铺设于半导体衬底上表面的绝缘层上；以及
浮置扩散区域，所述浮置扩散区域采用第二导电类型重掺杂，并且位于所述第一导电类型半导体衬底的内部。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述图 像传感器还包括第一导电类型隔离层，所述第一导电类型隔离层位于所述第一导电类型半导体衬底的内部，并且位于所述光电二极管的区域的上部。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二氧化层包裹于所述转移管的栅极区域。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第二氧化层包裹于所述第一电极部。
6.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述转移管的栅极区域包括：栅氧化层和覆盖于所述栅氧化层的栅电极层。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述栅电极层为多晶硅、金属或可导电的化合物。
8.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型；或者所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述第二导电类型区域作为光生载流子的收集区，其中所述光生载流子为电子或空穴。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第一电极部为多晶硅、金属或可导电的化合物。
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|---|---|---|---|---|
| CN104201180A (zh) * | 2014-07-11 | 2014-12-10 | 格科微电子（上海）有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
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