图像传感器、形成方法及其工作方法技术

一种图像传感器、形成方法及其工作方法，其中，图像传感器包括：基底，所述基底内具有阱区，部分所述阱区内具有光电掺杂区，所述阱区包括第二区以及位于第二区两侧的第一区和第三区，所述第一区和第三区分别与第二区两侧邻接；位于所述第二区阱区表面的第一栅极结构；位于所述第一区阱区表面的第二栅极结构；位于所述第三区阱区内的浮置扩散区，且所述浮置扩散区与第一栅极结构相邻。所述图像传感器能够增大满阱容量的同时，降低成像滞后。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器、形成方法及其工作方法
本专利技术涉及半导体制造和光电成像
，特别涉及一种图像传感器、形成方法及其工作方法。
技术介绍
图像传感器是把图像信号转化成电信号的半导体装置，图像传感器被分为电荷耦合传感器(CCD)和CMOS图像传感器。电荷耦合传感器(CCD)虽然成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂，而且其复杂的驱动模式、高能耗以及多级光刻工艺，使其制造工艺中存在很大困难，不能满足产品的需求。CMOS图像传感器的低能耗，以及相对少的光刻工艺步骤使其制造工艺相对简单，而且CMOS图像传感器允许控制电路、信号处理电路和模数转化器被集成在芯片上，使其可以适用于各种尺寸的产品中，且广泛适用于各种领域。然而，CMOS图像传感器并不是完美无缺的，CMOS图像传感器的性能有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种图像传感器、形成方法及其工作方法，以提高图像传感器的性能。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种图像传感器，包括：基底，所述基底内具有阱区，部分所述阱区内具有光电掺杂区，所述阱区包括第二区和位于第二区两侧的第一区和第三区，所述第一区和第三区分别与第二区两侧邻接；位于所述第二区阱区表面的第一栅极结构；位于所述第一区阱区表面的第二栅极结构；位于所述第三区阱区内的浮置扩散区，且所述浮置扩散区与第一栅极结构相邻。可选的，所述阱区内具有第一掺杂离子；所述光电掺杂区内具有第二掺杂离子，所述第二掺杂离子的导电类型与第一掺杂离子的导电类型相反；所述浮置扩散区内具有第三掺杂离子，所述第三掺杂离子的导电类型与第一掺杂离子的导电类型相反。可选的，所述基底包括相对的照射面和非照射面，所述第一栅极结构和第二栅极结构位于基底的非照射面表面。本专利技术还提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供基底，部分所述基底内具有阱区，所述阱区内具有光电掺杂区，所述阱区包括第二区和位于第二区两侧的第一区和第三区，所述第一区和第三区分别与第二区两侧相邻；在所述第二区阱区表面形成第一栅极结构；在所述第一区阱区表面形成第二栅极结构；在所述第三区的阱区内形成浮置扩散区，且所述浮置扩散区与第一栅极结构相邻。可选的，所述第一栅极结构和第二栅极结构同时形成；所述第一栅极结构和第二栅极结构的形成方法包括：在所述基底表面形成栅介质膜和位于栅介质膜表面的栅极膜，所述栅极膜的顶部表面具有第一掩膜层，所述第一掩膜层覆盖部分第一区和第二区的栅极膜；以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀所述栅极膜和栅介质膜，直至暴露出基底表面，在所述第二区阱区表面形成第一栅极结构，在所述第一区阱区表面形成第二栅极结构。可选的，所述阱区内具有第一掺杂离子；所述光电掺杂区内具有第二掺杂离子，所述第二掺杂离子的导电类型与第一掺杂离子的导电类型相反；所述浮置扩散区内具有第三掺杂离子，所述第三掺杂离子的导电类型与第一掺杂离子的导电类型相反。本专利技术还提供一种图像传感器的工作方法，包括：提供入射光；关闭所述第一栅极结构和第二栅极结构底部的沟道，所述入射光照所述照射面，使所述光电掺杂区和阱区形成的光电二极管吸收入射光产生电子，所述电子积累在光电二极管内；打开所述第一栅极结构和第二栅极结构底部的沟道，进行读取操作，使所述电子由第一栅极结构传输至浮置扩散区内。可选的，所述阱区的掺杂类型为P型，所述光电掺杂区和浮置扩散区的掺杂类型为N型。可选的，关闭所述第一栅极结构和第二栅极结构底部的沟道的步骤包括：在第二栅极结构施加0伏的电压。可选的，开启所述第一栅极结构和第二栅极结构底部的沟道的步骤包括：在所述第二栅极结构上施加负偏压。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：本专利技术技术方案提供的图像传感器中，所述光电掺杂区和阱区构成光电二极管。在积累过程中，增大光电二极管顶部和底部的电势差，有利于增大光电二极管的满阱容量。尽管增大光电二极管顶部和底部的电势差，使得光电二极管底部的电势较低，但是，在图像传感器读取过程中，由于所述第一区阱区的表面具有第二栅极结构，在所述第二栅极结构上加负偏压能够抬高光电二极管底部的电势，使得所述光电二极管底部的电势高于第一栅极结构的电势，从而更加有利于将光电二极管内的电子由第一栅极结构传输至浮置扩散区，有利于降低成像滞后。因此，所述图像传感器在增大光电二极管满阱容量的同时，还能够降低成像滞后。附图说明图1是一种图像传感器的结构示意图；图2至图3是一种图像传感器工作时的电势状态图；图4至图6是本专利技术图像传感器的形成方法一实施例各步骤的结构示意图；图7至图8是本专利技术图像传感器工作时的电势状态图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，图像传感器的性能较差。图1是一种图像传感器的结构示意图。请参考图1，基底100，所述基底100内具有阱区(图中未示出)；位于部分阱区表面的栅极结构103；位于所述栅极结构103两侧阱区内的光电掺杂区101和浮置扩散区102。上述图像传感器为CMOS图像传感器，所述阱区内具有第一掺杂离子，所述光电掺杂区101内具有第二掺杂离子，所述第二掺杂离子与第一掺杂离子的导电类型相反，因此，所述光电掺杂区101和阱区之间形成光电二极管，所述光电二极管用于产生电子，所述浮置扩散区102用于存储由光电二极管产生的电子，所述栅极结构103用于将由所述光电二极管产生的电子传递到所述浮置扩散区102。请参考图2，图2是光电二极管内电子传输前的电势分布示意图，所述栅极结构103底部的沟道关闭，光电二极管吸收光子产生的电子存储在光电二极管内。请参考图3，图3是光电二极管内电子传输的电势分布示意图，所述栅极结构103底部的沟道开启，所述栅极结构103将电子传输至浮置扩散区102内。上述方法中，为了提高光电二极管的满阱容量(FullWellCapacity，FWC)，增大光电二极管顶部和底部的电势差。所述光电二极管顶部和底部的电势差较大，使得光电二极管底部的电势较低。然而，光电二极管底部的电势较低，使得后续传输电子时，所述栅极结构103底部的沟道难以完全开启，则部分电子难以传输至浮置扩散区102，即：出现成像滞后(Imagelag)。为解决所述技术问题，本专利技术提供了一种图像传感器的形成方法，包括：在第一区基底表面形成第二栅极结构；在第二区基底表面形成第一栅极结构。所述方法能够增大光电二极管满阱容量的同时，降低成像滞后。为使本专利技术的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。图4至图6是本专利技术图像传感器的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。请参考图4，提供基底200，所述基底200内具有阱区250，部分所述阱区250内具有光电掺杂区201，所述基底200包括第二区B和位于第二区B两侧的第一区A和第三区C，所述第一区A和第三区C分别第二区B两侧邻接。所述阱区250内具有第一掺杂离子。在本实施例中，所述第一掺杂离子为P型离子。在其他实施例中，所述第一掺杂离子为N型离子。在本实施例中，所述基底200的材料为硅。在其他实施例中，所述基底的材料为锗、硅锗、绝缘体上硅或者绝缘体上锗。所述光电掺杂区201的形成方法包括：在第二区B和第三区C基底200表面形成第一光刻胶2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：基底，所述基底内具有阱区，部分所述阱区内具有光电掺杂区，所述阱区包括第二区以及位于第二区两侧的第一区和第三区，所述第一区和第三区分别与第二区两侧邻接；位于所述第二区阱区表面的第一栅极结构；位于所述第一区阱区表面的第二栅极结构；位于所述第三区阱区内的浮置扩散区，且浮置扩散区与第一栅极结构相邻。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：基底，所述基底内具有阱区，部分所述阱区内具有光电掺杂区，所述阱区包括第二区以及位于第二区两侧的第一区和第三区，所述第一区和第三区分别与第二区两侧邻接；位于所述第二区阱区表面的第一栅极结构；位于所述第一区阱区表面的第二栅极结构；位于所述第三区阱区内的浮置扩散区，且浮置扩散区与第一栅极结构相邻。2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述阱区内具有第一掺杂离子；所述光电掺杂区内具有第二掺杂离子，所述第二掺杂离子的导电类型与第一掺杂离子的导电类型相反；所述浮置扩散区内具有第三掺杂离子，所述第三掺杂离子的导电类型与第一掺杂离子的导电类型相反。3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述基底包括相对的照射面和非照射面，所述第一栅极结构和第二栅极结构位于基底的非照射面表面。4.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底内具有阱区，部分所述阱区内具有光电掺杂区，所述阱区包括第二区以及位于第二区两侧且的第一区和第三区，所述第一区和第三区分别与第二区两侧邻接；在所述第二区阱区表面形成第一栅极结构；在所述第一区阱区表面形成第二栅极结构；在所述第三区阱区内形成浮置扩散区，且所述浮置扩散区与第一栅极结构相邻。5.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一栅极结构和第二栅极结构同时形成；所述第一栅极结构和第二栅极结构的形成方法包括：在所述基底表面形成栅介质膜和位于栅介质膜表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：大石周，黄晓橹，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32