一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構的製作方法
2023-10-08 00:26:14 4
一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構，所述圖像傳感器像素結構的光電二極體一側的一淺槽隔離區、另一側的兩個淺槽隔離區中的一個淺槽隔離區及電晶體漏端部分有源區上均設有深P型阱區，其中，所述電晶體漏端有源區上的深P型阱區，其覆蓋距所述光電二極體較遠的淺槽隔離區，且不與距所述光電二極體較近的淺槽隔離區接觸；使得所述光電二極體與電晶體漏端有源區之間構成溢出電荷導流通道。通過採用本實用新型公開的圖像傳感器像素結構，可防止採集的圖像產生彌散現象，同時消除強光圖像的周圍像素顏色失真的問題。
【專利說明】一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體製造【技術領域】，尤其涉及一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構。
【背景技術】
[0002]圖像傳感器已經被廣泛地應用於數位相機、移動手機、醫療器械、汽車和其他應用場合。特別是製造CMOS (互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器技術的快速發展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質有了更高的要求。
[0003]現有技術中的圖像傳感器晶片，所採集到圖像中的亮點或亮線區域會大於實際物象尺寸。例如，所拍照的相片中含有發光強烈的太陽、汽車頭燈、白熾燈或反光強烈的亮光物象時，這些物象會大於實際尺寸，太陽和燈光等亮光區域變得比實際尺寸大的多，這種現象在圖像領域被稱為圖像彌散。
[0004]現有技術中的圖像傳感器，以CMOS圖像傳感器四電晶體像素結構為例，如圖1所示。圖1中，101?105為相互臨近的光電二極體，TXl和TX2為電荷傳輸電晶體，RXl和RX2為復位電晶體，SFl和SF2為源跟隨電晶體，SXl和SX2為行選擇電晶體；CT11、CT12和CT21、CT22為電晶體有源區接觸孔，其中CTll和CT21與電源正極相互連接。圖1所示虛線切線位置的切面圖如圖2所示，在P型矽基體中的器件中，201?203為相鄰的光電二極體，204為電晶體漏端有源區並且與電源相連，205為P (陽性)型阱區，206為P+層。
[0005]上述技術方案存在的缺陷是:
[0006]當光電二極體201受到強光照射，光電二極體201阱內因電荷太滿而溢出到P型矽基體中，溢出的過多電荷會繞過P型阱區205漂移到臨近的光電二極體202和203阱內，即光電二極體202和203受到了 201的電荷串擾；當光電二極體202或203因為光電二極體201的電荷串擾而飽和後，光電二極體202左側的光電二極體或光電二極體203右側的光電二極體也會受到光電二極體202或203的電荷串擾，進而彌散開來。這將使受到串擾的像素信號不能反映真實光照，引起飽和像素數量比實際增多，並且會造成圖像顏色失真，發生圖像彌散現象。因此，存在圖像彌散現象的圖像傳感器，不能正確採集到強光物體臨近的物體信息，從而降低了圖像的質量。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的是提供一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構，防止採集的圖像產生彌散現象，同時消除強光圖像的周圍像素顏色失真的問題。
[0008]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0009]一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構，至少包括置於半導體基體中的光電二極體、設置於該光電二極體一側的一淺槽隔離區、設置於該光電二極體另一側的兩個淺槽隔離區及設置於所述兩個淺槽隔離區之間且與電源相連的電晶體漏端有源區，其中，所述光電二極體一側的一淺槽隔離區、另一側的兩個淺槽隔離區中的一個淺槽隔離區及電晶體漏端部分有源區上均設有深P型阱區，其中，所述電晶體漏端部分有源區上的深P型阱區，其覆蓋距所述光電二極體較遠的淺槽隔離區，且不與距所述光電二極體較近的淺槽隔離區接觸；使得所述光電二極體與電晶體漏端有源區之間構成溢出電荷導流通道。
[0010]進一步的，所述深P型阱區的深度不小於2.5 μ m。
[0011]由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，通過採用深P阱離子注入，使得光電二極體與電晶體漏端有源區之間構成電荷外溢通道。因此，圖像傳感器光電二極體飽和時的外溢電荷，可通過此電荷外溢通道導流至電晶體漏端有源區，進而被電源吸收，而不會串擾到臨近像素的光電二極體中；從而可以防止圖像彌散現象的發生，同時消除強光圖像的周圍像素顏色失真的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0013]圖1為本實用新型【背景技術】提供的現有的CMOS圖像傳感器的四電晶體像素結構平面示意圖；
[0014]圖2為本實用新型【背景技術】提供的現有的CMOS圖像傳感器的光電二極體及其周圍的切面不意圖；
[0015]圖3為本實用新型實施例一提供的一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構中光電二極體及其周圍的切面示意圖；
[0016]圖4為本實用新型實施例一提供的一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構製造方法中生成氧化層保護層步驟的示意圖；
[0017]圖5為本實用新型實施例一提供的一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構製造方法中第一次旋塗光刻膠並顯影步驟的示意圖；
[0018]圖6為本實用新型實施例一提供的一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構製造方法中深P型阱離子注入步驟的示意圖；
[0019]圖7為本實用新型實施例一提供的一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構製造方法中去除光刻膠步驟的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型的保護範圍。
[0021]實施例一
[0022]本實用新型實施例提供一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構，至少包括置於半導體基體中的光電二極體、設置於該光電二極體一側的一淺槽隔離區、設置於該光電二極體另一側的兩個淺槽隔離區及設置於所述兩個淺槽隔離區之間且與電源相連的電晶體漏端有源區，其中，所述光電二極體一側的一淺槽隔離區、另一側的兩個淺槽隔離區中的一個淺槽隔離區及所述電晶體漏端部分有源區(未全部覆蓋)上均設有深P型阱區，其中，所述電晶體漏端有源區上的深P型阱區，其覆蓋距所述光電二極體較遠的淺槽隔離區，且不與距所述光電二極體較近的淺槽隔離區接觸；使得所述光電二極體與電晶體漏端有源區之間構成溢出電荷導流通道。
[0023]進一步的，所述深P型阱區的深度不小於2.5 μ m。
[0024]本實用新型的實施例中，圖像傳感器像素結構可適用於四電晶體、五電晶體、六電晶體和七電晶體像素，像素結構中的光電二極體可適用於Pin型N型光電二極體，Pin型P型光電二極體，部分Pin型光電二極體，多晶矽柵型光電二極體，並且包含前照式CMOS圖像傳感器和背照式CMOS圖像傳感器兩種類型；同時也適用於CCD (電荷耦合器件)圖像傳感器。
[0025]為了便於說明，本實施例以圖像傳感器四電晶體像素結構，光電二極體採用Pin型N型光電二極體，像素中的電晶體採用N型電晶體為例進行介紹。
[0026]如圖3所示，為本實用新型實施例提供的一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構中光電二極體及其周圍的切面示意圖；其切面為圖1所示虛線切線位置的切面。
[0027]圖3中，半導體基體為P型矽基體，301、302和303為相臨近的光電二極體區，304為電晶體漏端有源區，並且與電源Vdd相連，305為深P型阱區，306為P+層，STI為CMOS傳統工藝中的淺槽隔離區。
[0028]其中，深P型阱區305的深度至少為2.5 μ m ;並且在電晶體漏端有源區部分，深P型阱區305隻佔據了一部分(佔據區域可根據實際情況來確定，但未全部覆蓋)的電晶體漏端有源區304區，即深P型阱區305區至少要覆蓋遠離所述光電二極體的STI區，深P型阱區305最多不能與靠近所述光電二極體的STI區接觸。在圖3中可以看出，由於深P型阱區305未覆蓋電晶體漏端有源區304左邊一側，而未覆蓋P型阱部分的P型離子濃度低於P型阱區P型離子濃度，所以深P型阱區305左側的勢壘低於深P型阱區305 ;由於304為電晶體漏端有源區，此有源區為N+注入區，並且與電源Vdd相連，所以電晶體漏端有源區304左下部分與光電二極體301之間的區域的勢壘都會低於光電二極體301兩側的深P型阱區305。因此，光電二極體301飽和時外溢的電荷漂移到靠近所述光電二極體的STI附近，在電晶體漏端有源區304電源電勢的作用下很容易被電晶體漏端有源區304吸取，進而被電源吸收，所以外溢電荷很難繞過深P型阱區305勢壘區而漂移到光電二極體302或光電二極體303。
[0029]本實用新型實施例圖3中，電晶體漏端有源區304左下側，深P型阱區305左側，與靠近所述光電二極體的STI之間形成的低勢壘區，即為本實用新型所述的溢出電荷導流通道，此通道的存在，防止了光電二極體301因飽和外溢電荷串擾到臨近的光電二極體302或光電二極體303。
[0030]進一步的，為了便於理解本實用新型，下面針對其製造方法做詳細說明。具體請參見圖4?圖7，其主要包括如下步驟:
[0031]I)如圖4所示，在傳統CMOS工藝中的STI工藝後，在半導體基體表面上生長一層氧化層401作為工藝保護層，其厚度為IOnm?12nm，本實施例採用P型矽基體。
[0032]2)如圖5所示，旋塗光刻膠，並顯影，在預定的P型阱注入區開口 ；光刻膠的厚度，不小於2.7 μ m。所述在預定的P型阱注入區開口包括:一開口正對光電二極體一側的一淺槽隔離區，另一開口覆蓋遠離所述光電二極體的淺槽隔離區和部分有源區，且不與靠近所述光電二極體的淺槽隔離區接觸。
[0033]3)如圖6所示，半導體P型離子注入(例如，硼離子)，採用兩次注入；第一次離子注入能量為500keV?600keV，注入劑量為2.8el2離子/平方釐米?3.2el2離子/平方釐米；第二次離子注入能量大於900keV，注入劑量至少為3el2離子/平方釐米；所形成的深P型阱深度不小於2.5 μ m。
[0034]4)如圖7所示，深P型阱離子注入完畢後，去除光刻膠，獲得防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構。
[0035]另外，本實施例的深P型阱也可使用其它離子注入能量和劑量，只要能夠形成外溢電荷導流通道即可；而深P型阱位於電晶體漏端有源區左側部分，則外溢電荷導流通道形成於有源區右側部分區域，此導流通道對右側光電二極體起作用。
[0036]本實用新型實施例通過採用深P阱離子注入，使得光電二極體與電晶體漏端有源區之間構成電荷外溢通道。因此，圖像傳感器光電二極體飽和時的外溢電荷，可通過此電荷外溢通道導流至電晶體漏端有源區，進而被電源吸收，而不會串擾到臨近像素的光電二極體中；從而可以防止圖像彌散現象的發生，同時消除強光圖像的周圍像素顏色失真的問題。
[0037]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種防止圖像彌散的圖像傳感器像素結構，至少包括置於半導體基體中的光電二極體、設置於該光電二極體一側的一淺槽隔離區、設置於該光電二極體另一側的兩個淺槽隔離區及設置於所述兩個淺槽隔離區之間且與電源相連的電晶體漏端有源區，其特徵在於，所述光電二極體一側的一淺槽隔離區、另一側的兩個淺槽隔離區中的一個淺槽隔離區及電晶體漏端部分有源區上均設有深P型阱區，其中，所述電晶體漏端部分有源區上的深P型阱區，其覆蓋距所述光電二極體較遠的淺槽隔離區，且不與距所述光電二極體較近的淺槽隔離區接觸；使得所述光電二極體與電晶體漏端有源區之間構成溢出電荷導流通道。
2.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素結構，其特徵在於，所述深P型阱區的深度不小於2.5 μ m0
【文檔編號】H01L27/146GK203812881SQ201420120647
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】郭同輝, 陳杰, 劉志碧, 唐冕, 曠章曲 申請人:北京思比科微電子技術股份有限公司