图像传感器及制备方法、减少电学互扰的方法技术

本发明专利技术提供了图像传感器及制备方法、减少电学互扰的方法，在具有光电二极管和像素单元电路的像素单元结构中，向半导体衬底中且对应于浅沟槽隔离结构下方的区域进行离子注入，以形成离子注入区，这些注入的离子经退火后形成多个空隙，这些空隙成为电子迁移的势垒，由于在光电二极管和像素单元电路下方的区域为非耗尽区，从而阻挡非耗尽区的电子扩散到邻近的像素单元，以降低邻近像素之间的电学互扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种减少CMOS图像传感器电学互扰的方法、以及一种CMOS图像传感器及其制备方法。
技术介绍
CMOS图像传感器(CIS)由于其制造工艺和现有的集成电路制造工艺兼容，同时其性能上比原有的电荷耦合器件CCD相比有很多优点。CMOS图像传感器可以将驱动电路和像素集成在一起，简化了硬件设计，同时也降低了系统的功耗。CIS由于在采集光信号的同时就可以取出电信号，还能实时处理图像信息，速度比CXD图像传感器快。CMOS图像传感器还具有价格便宜，带宽较大，防模糊，访问的灵活性和较大的填充系数的优点。传统的有源像素是运用光电二极管作为图像传感器件。通常的有源像素单元是由三个晶体管和一个N+/P-光电二极管构成，这种结构适合标准的CMOS制造工艺。在对于光电二极管的搀杂的空间分布设计中，还必须使空间电荷区避开晶体缺陷等复合中心集中的地区，以减小像素的暗电流。而现在像素的尺寸逐渐减小，光电二极管容纳电子的阱容量也随之变小，那么对光的捕获和光电信号有一定的影响。现在对于CMOS图像传感器有两种选择，一种是与标准CMOS工艺兼容的光电二极管和3个晶体管相结合，以此保证光电二极管的面积。另一种是不与标准CMOS工艺兼容的具有高阱容量的所谓钉扎光电二极管(包括N-层，在其上形成的P+连接层)与4个晶体管结合的具有较低暗电流的像素结构。在光照时，光电二极管在N-处产生电荷，这时转移管是关闭状态。然后转移管打开，将存储在光电二极管中的电荷传输到漂浮节点，传输后，转移管关闭，并等待下一次光照的进入。在漂浮节点上的电荷信号随后用于调整放大晶体管。读出后，带有复位门的复位晶体管将漂浮点复位到一个参考电压。当入射光抵达光电二极管的空间电荷区以外的衬底区域，并通过光电效应产生的电子空穴对时，其电子也会在衬底内通过扩散到达空间电荷区边缘而被空间电荷区所吸收。然而，由于电子扩散的无规则性，其可能在衬底内与空穴复合，也可能在衬底游走一段距离后被扫入其他像素的空间电荷区，从而引起像素间一种新的互扰，称之为电学互扰。电学互扰同样会给像素引入一些不真实的信号，使图像传感器信噪比降低，图像质量变差。在强光的照射下，这种电学互扰会非常严重，此时不仅在感光二极管空间电荷区外产生的光生电子会在衬底扩散，而且被二极管空间电荷区已收集的电子也可能会重新扩散到衬底中，并在最终的图像中引入一些缺陷，如光晕。原因在于对像素而言，其所能容纳的电子个数有限，一旦P-N结收集足够的电子后脱离反偏态而进入平衡态，其多余的电子将溢出而扩散到衬底中，并有很大部分将被邻近的像素所吸收，使周边像素亮度增加，形成光晕。现有的背照式CMOS图像传感器的光电二极管区域和像素单元的电路区是处在同一个层中，要保证大的填充因数就需要减少像素单元的电路区面积。为此有人提出一种像素电路区域和光电二极管区域相互重叠的分布方式，将光电二极管置于像素单元电路区下，而通过一个结合扩散区将光电二极管和钉扎层相连实现将电子通过转移管传到漂浮点的功能。这种结构，使光电二极管的面积得到扩大，提升了像素单元的填充因数，而且大的光电二极管可以接受更多的光，提高了对倾斜光的吸收，增加了光电转换的效率。BSI结构基本上是绝缘体上半导体装置，其中硅有效区域通过BEOL介电层与较大块体硅处置衬底隔离。若硅有效区域的厚度较厚时，背表面和前表面之间的距离足够大以使得前表面温度显著低于后表面温度。虽然这种较厚的背表面可以有效的隔离后表面退火对前表面的BEOL的影响，但是较厚的背表面会使扩散到后表面的电子有机会通过扩散到临近的像素单元，从而造成大的电学互扰。因此为了减少电学互扰，通常BSI技术中都会使背表面减薄到一定的厚度(小于4um)。对于有大的填充因数的结构，由于光电二极管所处的区域在像素电路区下面，使背表面的厚度增加，同时使相邻像素单元的光电二极管区域距离更加接近。由于硅的吸收能力很弱，许多光生电子生成在耗尽区外，这些电子可以朝所有的方向移动，电子可能会随电子的浓度梯度移动，会进入临近的像素单元造成大的电学互扰。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供一种减少CMOS图像传感器电学互扰的方法、以及CMOS图像传感器及其制备方法，通过将离子注入到像素单元的浅沟槽隔离结构相对应的位置，来阻止电子的扩散。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种减少CMOS图像传感器电学互扰的方法，其包括:步骤01:提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底中形成多个浅沟槽隔离结构，并形成位于相邻的浅沟槽隔离结构之间的光电二极管区域和像素单元电路区域；浅沟槽隔离结构用于隔离相邻的像素单元电路区域；步骤02:向所述半导体衬底中且对应于所述浅沟槽隔离结构下方的区域进行离子注入，以形成离子注入区；步骤03:经退火工艺，在所述离子注入区中形成多个空隙。优选地，所述像素单元电路区域位于所述光电二极管区域的上方。优选地，所述离子注入区的顶部等于或高于所述光电二极管区域的底部，且不与所述浅沟槽隔离结构相接触。优选地，所述步骤02中，所述离子注入是从所述半导体衬底背面注入到所述半导体衬底中。优选地，所述步骤02中，所述离子注入采用氢离子或氦离子。优选地，所述CMOS图像传感器为前照式的两个、四个或八个光电二极管共用一个浮动扩散点的CMOS图像传感器，或者为背照式的两个、四个或八个光电二极管共用一个浮动扩散点的CMOS图像传感器。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种CMOS图像传感器，包括:半导体衬底，位于半导体衬底中的像素单元，每个像素单元包括像素单元电路区域和光电二极管区域，位于每个所述像素单元的两侧的浅沟槽隔离结构，位于所述像素单元下方的非耗尽区，以及接近所述光电二极管区域的所述半导体衬底表面的彩色滤光片和微凸透镜；其特征在于，还包括:在半导体衬底中且对应于所述浅沟槽隔离结构的下方区域为具有多个空隙的离子注入区；所述离子注入区的顶部高于所述非耗尽区且不与所述浅沟槽隔离结构底部接触，所述离子注入区的底部穿透所述半导体衬底背面。优选地，包括:所述像素单元电路区域下方为所述光电二极管区域，所述光电二极管区域与所述像素单元电路区域通过一结合扩散区相连，位于每个所述像素单元电路两侧的浅沟槽隔离结构；以及位于所述半导体衬底背面的彩色滤光片和微凸透镜；所述离子注入区的顶部等于或高于所述光电二极管区域的底部；所述离子注入区的底部与所述彩色滤光片接触。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种CMOS图像传感器的制备方法，其包括:步骤11:提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底中形成多个浅沟槽隔离结构，并形成位于相邻的浅沟槽隔离结构之间的光电二极管区域和像素单元电路区域；浅沟槽隔离结构用于隔离相邻的像素单元电路区域；步骤12:向所述半导体衬底中且对应于所述浅沟槽隔离结构下方的区域进行离子注入，以形成离子注入区；步骤13:经退火工艺，在所述离子注入区中形成多个空隙；步骤14:在接近所述光电二极管区域的所述半导体衬底表面依次形成滤光片和微凸透镜。优选地，所述步骤12中，所述离子注入是从所述半导体衬底背面注入到所述半导体衬底中。优选地，所述步骤12中，所述离子注入采用氢离子或氦离子。本专利技术的减少CMOS图像传感器电学互扰的方法、以及CMOS图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少CMOS图像传感器电学互扰的方法，其特征在于，包括：步骤01：提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底中形成多个浅沟槽隔离结构，并形成位于相邻的浅沟槽隔离结构之间的光电二极管区域和像素单元电路区域；浅沟槽隔离结构用于隔离相邻的像素单元电路区域；步骤02：向所述半导体衬底中且对应于所述浅沟槽隔离结构下方的区域进行离子注入，以形成离子注入区；步骤03：经退火工艺，在所述离子注入区中形成多个空隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田志，陈昊瑜，顾珍，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31