背照式圖像傳感器的製作方法
2023-04-30 22:04:56 1
本實用新型涉及圖像傳感器技術領域，尤其涉及一種背照式圖像傳感器。
背景技術：
CMOS（互補型金屬氧化物半導體）圖像傳感器被廣泛地應用於數位相機、移動手機、兒童玩具、醫療器械、汽車電子、安防及其航空航天等諸多領域。CMOS圖像傳感器的廣泛應用驅使其尺寸向越來越小的方向發展。然而像素（Pixel）尺寸的縮小使得感光二極體（Photodiode）的靈敏度（Sensitivity）下降，導致圖像質量在低照度下出現很大程度的惡化，為了提高小尺寸（pixel尺寸小於1.4um）圖像傳感器的感光靈敏度，現有CMOS圖像傳感器製造技術中出現了背照式像素結構，其優點在於感光區以上由於沒有金屬布線的遮擋而使得感光靈敏度大幅度提高。
然而，現有背照式圖像傳感器也存在其不足之處，背照式傳感器的結構參考圖1中所示，背照式傳感器包括位於襯底1中的載流子收集區2、圍繞載流子收集區2的隔離區3、浮置擴散區4以及轉移電晶體柵極5，背照式傳感器的感光器件厚度一般為2μm～3μm，短波長可見光，例如藍光可以被感光器件完全吸收，然而長波長可見光，例如紅光需要在感光器件更深處至5μm~6μm才能夠被大部分吸收，造成大約有一半的紅光沒有被感光器件吸收，而引起長波長可見光紅光浪費的現象，因此紅色像素的感光靈敏度低。
為了增強長波長可見光的吸收，現有技術中通常將襯底1的厚度增加，同時使得隔離區3的注入深度增大。但是，進行較大深度的離子注入的工藝難度較大。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種背照式圖像傳感器，用於提高背照式圖像傳感器的靈敏度。
為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種背照式圖像傳感器，其特徵在於，包括：半導體襯底；位於所述半導體襯底背面的空穴層；位於所述半導體襯底中，且靠近所述空穴層的耗盡區；位於所述耗盡區背離所述空穴層一側的N型的光生載流子收集區；包圍所述光生載流子收集區的P型的隔離區。
可選的，所述耗盡區為N型低濃度摻雜結構或本徵結構。
可選的，所述半導體襯底的背面形成有硼離子注入區，並對所述硼離子注入區進行雷射退火工藝，所述硼離子注入區形成所述空穴層。
可選的，所述半導體襯底的背面沉積有一介質層和一負電荷層，以在所述半導體襯底的背面形成所述空穴層。
可選的，還包括：位於所述光生載流子收集區和所述浮置擴散區之間的溝道；位於所述隔離區背離所述光生載流子收集區一側的浮置擴散區；及位於所述光生載流子收集區和所述浮置擴散區之間的轉移電晶體的柵極, 光生載流子收集區作為轉移電晶體的源極, 浮置擴散區作為轉移電晶體的漏極。
相對於現有技術，本實用新型的背照式圖像傳感器具有以下有益效果：
本實用新型的背照式圖像傳感器包括：半導體襯底；位於所述半導體襯底背面的空穴層；位於所述半導體襯底中，且靠近所述空穴層的耗盡；位於所述耗盡區背離所述空穴層一側的N型的光生載流子收集區；包圍所述光生載流子收集區的P型的隔離區。其中，設置空穴層、隔離區和光生載流子收集區的電勢分別為第一電勢、第二電勢及第三電勢，使得耗盡區中的電子和空穴僅沿豎直方向遷移，不在水平方向遷移，使得半導體襯底厚度的增加不受隔離區注入深度的限制，從而能夠增加半導體襯底的厚度，且不必要增加隔離區的注入深度，降低工藝難度，提高圖像傳感器對長波長可見光的吸收，提高圖像傳感器的靈敏度。
附圖說明
圖1為現有技術中背照式圖像傳感器的剖面示意圖；
圖2為本實用新型一實施例中背照式圖像傳感器的剖面示意圖；
圖3為本實用新型一實施例中背照式圖像傳感器的俯視圖；
圖4為本實用新型一實施例中載流子遷移的路徑圖。
具體實施方式
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。
其次，本實用新型利用示意圖進行詳細描述，在詳述本實用新型實施例時，為便於說明，所述示意圖只是實例，其在此不應限制本實用新型保護的範圍。
為了解決背景技術中的問題，本實用新型提供一種背照式圖像傳感器及其製備方法。
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，以下結合附圖對本實用新型的背照式圖像傳感器進行詳細描述。
本實用新型提供一種背照式圖像傳感器，參考圖2和圖3中所示，所述背照式圖像傳感器包括：半導體襯底10；位於所述半導體襯底10背面的空穴層11；位於所述半導體襯底10中，且靠近所述空穴層11的耗盡區12；位於所述耗盡區12背離所述空穴層11一側的N型的光生載流子收集區13；包圍所述光生載流子收集區13的P型的隔離區14；位於所述隔離區14背離所述光生載流子收集區13一側的浮置擴散區15；位於所述光生載流子收集區14和所述浮置擴散區15之間的N型的溝道17；以及位於所述光生載流子收集區13和所述浮置擴散區15之間的轉移電晶體（Tx）的柵極16, 光生載流子收集區13作為轉移電晶體（Tx）的源極, 浮置擴散區作為轉移電晶體（Tx）的漏極，其中，半導體襯底10的厚度為H，隔離區的注入深度為H』。
本實施例中，所述空穴層11的形成方法包括：在所述半導體襯底10的背面進行硼（B）離子注入，形成硼離子注入區，並對所述硼離子注入區進行雷射退火工藝，以激活注入的硼離子，從而形成所述空穴層11。此外，所述空穴層11的形成方法並不限於對半導體襯底10進行硼離子注入，空穴層11的形成方法例如還可以為：依次在所述半導體襯底10的背面沉積一介質層和一負電荷層，其中，所述介質層可以為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽等，所述負電荷層可以為氧化鉿（HfO2），由於負電荷層的存在，所述半導體襯底10的背面感應出一正電荷層，從而在所述半導體襯底10背面的表面上形成所述空穴層11。
所述空穴層11、所述隔離區14和所述光生載流子收集區13的電勢分別為第一電勢V1、第二電勢V2及第三電勢V3，並且，所述耗盡區12為N型低濃度摻雜結構或本徵結構（不摻雜結構），例如，所述耗盡區12中的摻雜濃度為1014原子個數/cm3~1016原子個數/cm3，或採用本徵的半導體襯底作為耗盡區，使所述耗盡區12中的電子和空穴僅沿豎直方向遷移（圖2中箭頭所示方向），而不會沿水平方向遷移，電子聚集於所述光生載流子收集區13，空穴通過所述空穴層11導出，因而，圖像傳感器的半導體襯底10的厚度H能夠增加，例如增加至5μm~6μm，或更進一步的增加至6μm~10μm，然而，不必要將隔離區14的注入深度H』增加，降低工藝難度，即圖像傳感器的厚度增加不受隔離區14的注入深度H』的限制，器件厚度的增加從而提高圖像傳感器對長波長可見光的吸收，提高圖像傳感器的靈敏度。其中，所述第一電勢、所述第二電勢及所述第三電勢依次升高，使得耗盡區12中的空穴向所述空穴層11遷移，電子向所述光生載流子收集區遷移。本實施例中，所述空穴層11上的第一電勢為-5V~0V，所述隔離區14上的第二電勢為-1.0V~0V，所述光生載流子收集區13上的第三電勢為1.0V~2.5V，例如，第一電勢為-2V，第二電勢為0V，第三電勢為3V。
此外，參考圖4中所示，在轉移電晶體的柵極關斷的情況下，載流子收集區13中的收集的電子存在a、b、c三條遷移路徑，路徑a為電子跨過隔離區12進入相鄰像素單元的載流子收集區13』，路徑b為電子進入耗盡區12，並在耗盡區12中擴散，路徑c為電子進入浮置擴散區15。通過路徑a、b的電子遷移會引起圖像傳感器的Blooming現象，因此，需要調節浮置擴散區15與載流子收集區13之間的電勢，使得電子只能沿路徑c遷移，提高圖像傳感器的性能。
繼續參考圖4所示，本實用新型中，所述浮置擴散區15的電勢設置為第四電勢V4，例如，所述浮置擴散區15的第四電勢V4可以設置為2V~5V。並且，所述浮置擴散區15與所述載流子收集區13之間的區域具有一最低電勢，即路徑c上存在一最低電勢，該最低電勢高於所述隔離區14的第二電勢V2。更進一步的，該最低電勢高於所述載流子收集區13與所述耗盡區12之間區域的電勢（或高於所述耗盡區的電勢），使得載流子只能由路徑c遷移至浮置擴散區15。本實施例中，可以通過調節浮置擴散區與載流子收集區之間的摻雜濃度調節該最低電勢的大小，例如，在隔離區靠近表面的位置處採用低濃度的P型摻雜，或再進行一N型摻雜，從而提高該最低電勢的值。此外，本實用新型的其他實施例中還可以在轉移電晶體關斷的情形下，改變轉移電晶體柵極的電壓，用於調節襯底中位於轉移電晶體下面區域的電勢。
本實用新型雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本實用新型技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本實用新型技術方案的保護範圍。