專利名稱：一種圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新 型涉及半導體領域，特別涉及一種圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器根據(jù)元件不同分為電荷耦合元件(CCD，Charge CoupledDevice)圖像傳感器和金屬氧化物半導體元件(CMOS, ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor)圖像傳感器。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的截面結(jié)構(gòu)示意圖，參閱圖1，現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器包括位于襯底表面(未示出)的多個感光單元101，多個感光單元形成感光單元陣列， 位于感光單元101表面的介質(zhì)層102以及位于介質(zhì)層內(nèi)的金屬層103，位于介質(zhì)層102表面的第二平坦層104，位于第二平坦層104表面的彩色濾光片105，位于彩色濾光片105表面的第一平坦層106，以及位于第一平坦層106表面的微透鏡107。在公開號為CN1875486A 的中國專利中，對現(xiàn)有圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，以及工作原理有詳細說明?，F(xiàn)有的圖像傳感器的形成方法包括，提供包含多個感光單元的襯底；在所述襯底表面形成包含金屬層103的介質(zhì)層102 ；對所形成的介質(zhì)層102進行平坦化處理；接著， 在經(jīng)過平坦化處理的表面上形成第二平坦層104 ；在第二平坦層104表面形成彩色濾光片 105 ；在彩色濾光片105表面形成第一平坦層106 ；在第一平坦層106表面的形成微透鏡 107。但是現(xiàn)有圖像傳感器成像效果不夠好，并且器件比較大。

實用新型內(nèi)容本實用新型的實施例解決的問題是提供一種圖像傳感器，以提高現(xiàn)有圖像傳感器的成像效果，并實現(xiàn)器件小型化。為解決上述問題，本實用新型提供的圖像傳感器，包括半導體襯底，位于所述半導體襯底內(nèi)的摻雜阱以及位于所述摻雜阱內(nèi)的摻雜區(qū)， 所述摻雜阱與摻雜區(qū)的摻雜類型相反；位于所述半導體襯底表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層至少覆蓋所述摻雜阱；貫穿所述介質(zhì)層的溝槽；形成于所述摻雜區(qū)表面，且填充滿所述溝槽的外延層，所述外延層的摻雜離子與所述摻雜區(qū)的摻雜離子相同，所述外延層具有第一摻雜類型；反轉(zhuǎn)側(cè)壁，所述反轉(zhuǎn)側(cè)壁通過反轉(zhuǎn)所述外延層的側(cè)壁形成，具有第二摻雜類型，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；位于所述外延層表面的釘扎表面，所述釘扎表面的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相反。可選地，所述介質(zhì)層和半導體襯底表面之間還具有刻蝕停止層?？蛇x地，所述刻蝕停止層的材料是氮化硅，或者氮化硅與二氧化硅的混合物?？蛇x地，所述介質(zhì)層內(nèi)還具有金屬互連層。[0015]可選地，所述金屬互連層的材料是金屬銅或者鎢?？蛇x地，所述外延層的材料與半導體襯底的材料相同?？蛇x地，所述外延層的材料是硅。可選地，所述釘扎表面 上具有鈍化層?？蛇x地，所述鈍化層的材料是氧化硅或氮化硅，或者為氧化硅和氮化硅混合物，厚度小于1000埃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的實施例具有以下優(yōu)點本實用新型中形成了以摻雜阱和反轉(zhuǎn)側(cè)壁為一極，摻雜區(qū)和外延層為另外一極的光電二極管，所述光電二極管的結(jié)面積大，并且光的入射面與結(jié)的距離比較小，所以可以有效減少光在傳播過程中造成的損失，從而提高量子效率，并且可以充分吸收光電子；進一步，由于本實用新型中光電子會被充分吸收，所以避免了光電子被鄰近光電子二極管吸收，從而避免了串擾，圖像的顏色更接近于真實的顏色；第三，本實用新型中因為光電二極管的一部分位于介質(zhì)層內(nèi)，所以可以在不增加器件寬度的前提下，增加光電二極管的結(jié)的面積，所以有利于實現(xiàn)器件的小型化。

圖1是現(xiàn)有圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的實施例所提供的圖像傳感器的形成方法的流程示意圖；圖3至圖9是本實用新型的實施例所提供的圖像傳感器的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有的圖像傳感器的成像質(zhì)量不夠好，并且器件的體積比較大。 發(fā)明人針對上述問題進行研究，認為對現(xiàn)有的圖像傳感器而言，光需要透射過很厚的介質(zhì)層才能達到位于半導體襯底表面的光電二極管，光在介質(zhì)層傳播的過程中，光在金屬層、介質(zhì)層的反射會造成入射光子的損失，從而降低光子轉(zhuǎn)化為電子_空穴對的量子效率；此外，現(xiàn)有的光電二極管的結(jié)比較淺，不能有效吸收襯底深處所產(chǎn)生的光電子，這部分沒有被吸收的光電子如果被相鄰像素吸收，會造成圖像串擾；相應地，為了提高圖像傳感器的量子效率，現(xiàn)有的光電二極管的面積一般會做的比較大，從而不利于實現(xiàn)器件的小型化。發(fā)明人通過進一步研究，在本實用新型中提供一種圖像傳感器及其形成方法。為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)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方式
的限制。圖2是本實用新型的實施例所提供的圖像傳感器形成方法的流程示意圖，包括步驟S101，提供半導體襯底，所述半導體襯底內(nèi)形成有摻雜阱，以及位于所述摻雜阱內(nèi)的摻雜區(qū)，所述摻雜阱與摻雜區(qū)的摻雜類型相反；[0035]還包括步驟S102，在所述半導體襯底表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層至少覆蓋所述摻雜阱；步驟S103，形成貫穿所述介質(zhì)層的溝槽，所述溝槽暴露所述摻雜區(qū)；步驟S104，形成填充滿所述溝槽的外延層，所述外延層的摻雜離子與所述摻雜區(qū)的摻雜離子相同，具有第一摻雜類型；步驟S105，對所述外延層的側(cè)壁部分進行反轉(zhuǎn)摻雜，形成環(huán)繞所述外延層的反轉(zhuǎn)側(cè)壁，所述反轉(zhuǎn)側(cè)壁具有第二摻雜類型，第一摻雜類型與第二摻雜類型相反；步驟S106，對所述外延層的表面進行摻雜，形成釘扎表面，所述釘扎表面的摻雜類型與外延層的摻雜類型相反。首先，參考圖2和圖3，執(zhí)行步驟S101，提供半導體襯底200，所述半導體襯底200 內(nèi)形成有摻雜阱210，以及位于所述摻雜阱210內(nèi)的摻雜區(qū)220，所述摻雜阱210與摻雜區(qū) 220的摻雜類型相反。本實施例中，所述半導體襯底200的材料為任何可以支持摻雜阱210形成的材料， 例如可以為絕緣體上硅襯底(S0I襯底)、石英襯底、陶瓷襯底、玻璃襯底。所述摻雜阱210的摻雜類型可以根據(jù)工藝需要進行選擇，需要滿足的是是摻雜阱 210的摻雜類型與摻雜區(qū)220的摻雜類型相反。本實施例中，所述摻雜阱210的摻雜類型為 P型，摻雜阱210的寬度可以根據(jù)具體工藝要求設定，相鄰摻雜阱210之間以隔離結(jié)構(gòu)100 隔開，所述摻雜區(qū)220的摻雜類型為N型，寬度根據(jù)具體工藝要求設定，所述摻雜區(qū)220與摻雜阱210的界面處形成pn結(jié)。參考圖2和圖4，執(zhí)行步驟S102，在所述半導體襯底200表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層至少覆蓋所述摻雜阱210。在本實用新型的可選實施例中，所述介質(zhì)層包括形成于半導體襯底200表面的刻蝕停止層270和形成于刻蝕停止層270表面的層間介質(zhì)層230，所述刻蝕停止層270的材料是氮化硅，或者氮化硅與二氧化硅的混合物。在后續(xù)刻蝕介質(zhì)層以形成溝槽的步驟中，所述刻蝕停止層270對摻雜區(qū)220形成保護。在本實用新型的可選實施例中，還包括，形成柵極260，所述柵極260橫跨摻雜阱 210與摻雜區(qū)220的一個界面。作為一個實施例，在圖4中，柵極260橫跨摻雜阱210與摻雜區(qū)220的左側(cè)的界面，在其他實施例中，柵極260橫跨摻雜阱210與摻雜區(qū)220的右側(cè)的界面，所述柵極260的用于形成晶體管(未示出)，所述晶體管控制后續(xù)形成的光電二極管。在本實用新型的可選實施例中，還包括在介質(zhì)層中形成金屬互連層240，所述金屬互連層240的形成方法可以采用本領域技術(shù)人員所熟知的金屬互連層的形成方法。所述金屬互連層240可以是多層結(jié)構(gòu)。因為在后續(xù)形成填充滿溝槽的外延層的工藝中，工藝溫度會比較高，所以金屬互連層240的材料需要具有較好的耐高溫性質(zhì)。在本實用新型的一個實施例中，金屬互連層240的材料是銅；在本實用新型的另一個實施例中，金屬互連層240 的材料是鎢，在本實用新型的其他實施例中，金屬互連層240的材料還可以選擇其他耐高溫的導電材料。在本實用新型的實施例中，通過合理設計金屬互連層240的布局，后續(xù)去除部分介質(zhì)層形成的溝槽的工藝中，不會損傷金屬互連層240。[0049]參考圖2和圖5，執(zhí)行步驟S103，形成貫穿所述介質(zhì)層的溝槽300，所述溝槽300暴露所述摻雜區(qū)220。本實施例中，溝槽300的底部的寬度小于摻雜區(qū)220的寬度，寬度的具體數(shù)值可以根據(jù)工藝需要進行設定，溝槽300的底部寬度小于摻雜區(qū)220的寬度，為的是后續(xù)形成的外延層完全位于摻雜區(qū)220的表面，后續(xù)形成的光電二極管的一極是摻雜區(qū)220，以及外延層與摻雜區(qū)220摻雜類型相同的部分。在一個實施例中，溝槽300底部的寬度是1. 4um、頂部的寬度是1. 5um，摻雜區(qū)220 的寬度為1. 75um。作為一個實施例，形成暴露所述摻雜區(qū)220的溝槽300的步驟包括在所述介質(zhì)層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層含有開口，所述開口的位置與摻雜區(qū)220的位置相對應；沿所述開口刻蝕所述介質(zhì)層，直至暴露所述刻蝕停止層270 ；采用刻蝕工藝去除所暴露的刻蝕停止層270，直至暴露所述摻雜區(qū)220。在本實施例中，采用濕法刻蝕工藝去除所暴露的刻蝕停止層270。因為刻蝕停止層 270的材料是氮化硅或者氮化硅與二氧化硅的混合物，而摻雜區(qū)220的材料是摻有η型離子的硅，所以在采用濕法刻蝕工藝去除所暴露的刻蝕停止層270的步驟中，不會對摻雜區(qū)220 的材料造成損傷。參考圖2和圖6，執(zhí)行步驟S104，形成填充滿所述溝槽300的外延層400，所述外延層400的摻雜離子與所述摻雜區(qū)220的摻雜離子相同，具有第一摻雜類型。作為一個實施例，所述外延層400的形成工藝是化學氣相沉積低溫外延工藝；在另外一個實施例中，所述外延層400的形成工藝是分子束低溫外延工藝。為了在形成外延層400的工藝中，不會因為溫度過高而損傷金屬互連層240，形成所述外延層400的工藝中溫度低于700°C。在本實用新型的實施例中，所述金屬互連層240的材料是銅或者鎢，銅或者鎢可以耐800°C的高溫。所述外延層400的材料與半導體襯底200的材料相同，在本實施例中，所述半導體襯底200的材料是硅，并且是η型摻雜的硅，所以所述外延層400的材料也是硅，且摻雜離子與摻雜區(qū)220的摻雜離子相同，摻雜濃度也基本相同。外延層400與摻雜區(qū)220的材料以及摻雜離子相同，可以共同構(gòu)成后續(xù)形成的光電二極管的一極。在本實用新型的一個實施例中，所述外延層400的摻雜類型是原位摻雜，在本實用新型的其他實施例中，也可以采取離子注入的方法進行摻雜。本實施例中，所述外延層400的摻雜類型為η型，所以所述第一摻雜類型為η型； 在其他實施例中，如果所述外延層400的摻雜類型為ρ型，那么所述第一摻雜類型對應地為 P型。參考圖2和圖7，執(zhí)行步驟S105，對所述外延層400的側(cè)壁部分進行反轉(zhuǎn)摻雜，形成環(huán)繞所述外延層400的反轉(zhuǎn)側(cè)壁500，所述反轉(zhuǎn)側(cè)壁500具有第二摻雜類型，第一摻雜類型與第二摻雜類型相反。在本實施例中，通過離子注入的方法對所述外延層400的側(cè)壁部分進行反轉(zhuǎn)摻雜，通過調(diào)節(jié)離子注入的方向和角度，可以使所形成的反轉(zhuǎn)側(cè)壁500環(huán)繞所述外延層400。本實施例中，所述外延層400的摻雜類型為η型，所以所述第一摻雜類型為η型，第二摻雜類型為P型，所以對所述外延層400的側(cè)壁部分進行ρ型摻雜，形成摻雜類型為ρ 型的反轉(zhuǎn)側(cè)壁500 ；在其他實施例中，如果所述外延層400的摻雜類型為ρ型，第一摻雜類型對應地為ρ型，第二摻雜類型為η型，所以對所述外延層400的側(cè)壁部分進行η型摻雜， 形成摻雜類型為η型的反轉(zhuǎn)側(cè)壁500。通過前述工藝，形成由外延層400和摻雜區(qū)220為負極，摻雜阱210和反轉(zhuǎn)側(cè)壁 500為正極的光電二極管。因為外延層400和反轉(zhuǎn)側(cè)壁500位于介質(zhì)層內(nèi)，所以光入射到介質(zhì)層可以直接由光電二極管轉(zhuǎn)化為電子-空穴對，并被存儲在光電二極管內(nèi)，而不需要透射過介質(zhì)層，在位于半導體襯底200的光電二極管處轉(zhuǎn)化為電子_空穴對，從而減小了光在介質(zhì)層內(nèi)傳播所引起的光損，提高了光子轉(zhuǎn)化為電子-空穴對的量子效率；此外，本實用新型的實施例所形成的光電二極管的ρη結(jié)的面積遠大于現(xiàn)有圖像傳感器的ρη結(jié)的面積，所以本實用新型的實施例所形成的光電二極管的ρη結(jié)的電荷容納能力更大，可以有效吸收有光子轉(zhuǎn)化而來的電子_空穴對，從而避免了部分電子_空穴對無法被對應像素吸收，而造成的圖像串擾和延遲問題；第三，本實用新型的實施例由于形成了外延層400和反轉(zhuǎn)側(cè)壁500，在不增加現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中各部件的寬度和厚度的前提下，增加了光電二極管的結(jié)的面積，提高了光電二極管對光的轉(zhuǎn)化能力和對電子_空穴對的吸收能力，從而有利于實現(xiàn)圖像傳感器的小型化。參考圖2和圖8，執(zhí)行步驟S106，對所述外延層400的表面進行摻雜，形成釘扎表面600，所述釘扎表面600的摻雜類型與外延層400的摻雜類型相反。本實施例中，通過控制摻雜的濃度和劑量，控制所述釘扎表面600的厚度。所述釘扎表面600可以調(diào)節(jié)光電二極管的電位，避免在電荷傳輸中產(chǎn)生漏電流。釘扎表面600的形成工藝可以采用現(xiàn)有光電二極管的釘扎表面的形成工藝。在后續(xù)工藝中，還包括在釘扎表面600的表面形成彩色濾光片以及微透鏡。參考圖9，作為可選實施例，還包括在所述釘扎表面600和彩色濾光片之間形成鈍化層280，并進行退火處理，所述鈍化層280的材料是氧化硅或氮化硅，或者為氧化硅和氮化硅的混合物，厚度小于1000埃。所述鈍化層280可以對所形成的光電二極管形成保護。相應地，本實用新型還提供通過上述方法所形成的圖像傳感器，圖8是本實用新型的實施例所提供的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括半導體襯底200，位于所述半導體襯底200內(nèi)的摻雜阱210以及位于所述摻雜阱 210內(nèi)的摻雜區(qū)220，所述摻雜阱210與摻雜區(qū)220的摻雜類型相反；位于所述半導體襯底200表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層至少覆蓋所述摻雜區(qū)220 ；貫穿所述介質(zhì)層的溝槽；位于所述摻雜區(qū)220的表面且填充滿所述溝槽的外延層400，所述外延層400的摻雜離子與所述摻雜區(qū)220的摻雜離子相同，所述外延層400具有第一摻雜類型；反轉(zhuǎn)側(cè)壁500，所述反轉(zhuǎn)側(cè)壁500通過反轉(zhuǎn)所述外延層400的側(cè)壁形成，具有第二摻雜類型，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；位于所述外延層400表面的釘扎表面600，所述釘扎表面600的摻雜類型與所述外延層400的摻雜類型相反。在本實施例中，所述外延層400的材料與半導體襯底200的材料相同，都是硅。在本實施例中，所述介質(zhì)層內(nèi)還具有金屬互連層240，所述金屬互連層240的材料是金屬銅或者鎢等耐超過800度高溫金屬材料。在本實用新型的可選實施例中，所述介質(zhì)層包括位于半導體襯底200表面的刻蝕停止層270和位于刻蝕停止層270表面的層間介質(zhì)層230。所述刻蝕停止層270的材料是氮化硅，或者氮化硅與二氧化硅的混合物。參考圖9，在本實用新型的可選實施例中，所述釘扎表面600表面具有鈍化層280， 所述鈍化層280的材料是氧化硅或氮化硅，或者為氧化硅和氮化硅混合物，厚度小于1000埃。綜上，本實用新型中形成了以摻雜阱和反轉(zhuǎn)側(cè)壁為一極，摻雜區(qū)和外延層為另外一極的光電二極管，所述光電二極管的結(jié)面積大，并且光的入射面與結(jié)的距離比較小，所以可以有效減少光在傳播過程中造成的損失，從而提高量子效率，并且可以充分吸收光電子；此外，由于本實用新型中光電子會被充分吸收，所以避免了光電子被鄰近光電子二極管吸收，從而避免了串擾，圖像的顏色更接近于真實的顏色；第三，本實用新型中因為光電二極管的一部分位于介質(zhì)層內(nèi)，所以可以在不增加器件寬度的前提下，增加光電二極管的結(jié)的面積，所以有利于實現(xiàn)器件的小型化。本實用新型的實施例雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型的實施例，任何本領域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的實施例的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本實用新型的實施例技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本實用新型的實施例技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的實施例的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本實用新型的實施例技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種圖像傳感器，包括半導體襯底，位于所述半導體襯底內(nèi)的摻雜阱以及位于所述摻雜阱內(nèi)的摻雜區(qū)，所述摻雜阱與摻雜區(qū)的摻雜類型相反；位于所述半導體襯底表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層至少覆蓋所述摻雜阱；其特征在于，還包括貫穿所述介質(zhì)層的溝槽；形成于所述摻雜區(qū)表面，且填充滿所述溝槽的外延層，所述外延層的摻雜離子與所述摻雜區(qū)的摻雜離子相同，所述外延層具有第一摻雜類型；反轉(zhuǎn)側(cè)壁，所述反轉(zhuǎn)側(cè)壁通過反轉(zhuǎn)所述外延層的側(cè)壁形成，具有第二摻雜類型，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；位于所述外延層表面的釘扎表面，所述釘扎表面的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相反。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述介質(zhì)層包括形成在半導體襯底表面的刻蝕停止層，和形成在所述刻蝕停止層表面的層間介質(zhì)層。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述介質(zhì)層內(nèi)還具有金屬互連層。
4.依據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其特征在于，所述金屬互連層的材料是金屬銅或者鎢。
5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述外延層的材料與半導體襯底的材料相同。
6.依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述外延層的材料是硅。
7.依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述釘扎表面上具有鈍化層。
8.依據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，其特征在于，所述鈍化層的厚度小于1000埃。
專利摘要一種圖像傳感器，包括半導體襯底，位于所述半導體襯底內(nèi)的摻雜阱以及位于所述摻雜阱內(nèi)的摻雜區(qū)，所述摻雜阱與摻雜區(qū)的摻雜類型相反；位于所述半導體襯底表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層至少覆蓋所述摻雜阱；其特征在于，還包括貫穿所述介質(zhì)層的溝槽；形成于所述摻雜區(qū)表面，且填充滿所述溝槽的外延層，所述外延層的摻雜離子與所述摻雜區(qū)的摻雜離子相同，所述外延層具有第一摻雜類型；反轉(zhuǎn)側(cè)壁，所述反轉(zhuǎn)側(cè)壁通過反轉(zhuǎn)所述外延層的側(cè)壁形成，具有第二摻雜類型，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；位于所述外延層表面的釘扎表面，所述釘扎表面的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相反。本實用新型所提供的圖像傳感器量子效率高。
文檔編號H01L27/146GK202111093SQ20112016387
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者李 杰, 霍介光 申請人:格科微電子(上海)有限公司