图像传感器及其制造方法技术

技术编号:21366269 阅读:20 留言:0更新日期:2019-06-15 10:23
本公开涉及图像传感器及其制造方法。提供一种图像传感器,包括衬底,该衬底具有形成在衬底中的至少一个像素单元。每个像素单元包括浮置扩散结构,该浮置扩散结构包括:第一浮置扩散区,形成在衬底中邻近上表面处;第二浮置扩散区,形成在衬底中第一浮置扩散区的下方,并且与第一浮置扩散区物理地隔开,其中,衬底为第一掺杂类型,第一浮置扩散区和第二浮置扩散区为第二掺杂类型;以及控制部。该控制部包括:栅极,嵌入在衬底中并且从衬底的上表面起向下延伸;以及栅极电介质层,形成在衬底中并且围绕栅极的底壁和侧壁。其中,栅极经由栅极电介质层与第一浮置扩散区和第二浮置扩散区邻接,以用于控制第一浮置扩散区和第二浮置扩散区的连通和断开。

Image Sensor and Its Manufacturing Method

The present disclosure relates to an image sensor and a manufacturing method thereof. An image sensor including a substrate having at least one pixel unit formed in the substrate is provided. Each pixel unit includes a floating diffusion structure comprising: a first floating diffusion region formed near the upper surface of the substrate; a second floating diffusion region formed below the first floating diffusion region in the substrate and physically separated from the first floating diffusion region, in which the substrate is of the first doping type, the first floating diffusion region and the second floating diffusion region are of the first doping type. The second type of doping; and the control unit. The control unit comprises a gate, which is embedded in the substrate and extends downward from the upper surface of the substrate, and a gate dielectric layer formed in the substrate and surrounded by the bottom and side walls of the gate. The gate is adjacent to the first floating diffusion zone and the second floating diffusion zone through the gate dielectric layer to control the connection and disconnection of the first floating diffusion zone and the second floating diffusion zone.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制造方法
本公开涉及半导体领域,具体而言,涉及图像传感器及其制造方法。
技术介绍
为了提高图像传感器的分辨率,期望图像传感器的单位面积中能够集成越来越多的像素单元,相应地,像素单元的尺寸就需要不断减小,这对单个像素单元的性能带来了影响。例如,随着尺寸减小,像素单元的对通过辐射感测而产生的电荷的存储容量会降低,导致在高强光情况下出现晕光(blooming),引起图像失真。例如,当图像传感器中的某个像素单元接收到了高强度的辐射照射时,像素单元中的光电转换单元所产生的电荷(例如,电子e)超出了像素单元中用于存储电荷的存储区域的容量上限,该像素单元因此不能正确地感测辐射,同时,超出上限的电荷还可能溢出到与该像素单元相邻的其他像素单元,使得其他像素单元也无法正常感测辐射,从而引发晕光现象。像素单元的尺寸越小,晕光现象也就越容易发生。这里,术语“辐射”包括但不限于光辐射,例如,可见光、红外线、紫外线等。因此,存在对于性能更为优越的图像传感器的需求。
技术实现思路
本公开的一个目的是提供一种新颖的图像传感器以及用于制造该图像传感器的方法。根据本公开的第一方面,提供了一种图像传感器,其包括:衬底,具有形成在衬底中的至少一个像素单元,每个像素单元包括浮置扩散结构,浮置扩散结构包括:第一浮置扩散区,形成在衬底中邻近上表面处;第二浮置扩散区,形成在衬底中第一浮置扩散区的下方,并且与第一浮置扩散区物理地隔开,其中,衬底为第一掺杂类型,第一浮置扩散区和第二浮置扩散区为第二掺杂类型;以及控制部,包括:栅极,嵌入在衬底中并且从衬底的上表面起向下延伸,以及栅极电介质层,形成在衬底中并且围绕栅极的底壁和侧壁;其中,栅极经由栅极电介质层与第一浮置扩散区和第二浮置扩散区邻接,以用于控制第一浮置扩散区和第二浮置扩散区的连通和断开。根据本公开的第二方面,提供了一种用于制造图像传感器的方法,其包括:提供衬底,衬底具有第一掺杂类型;以及在衬底中形成至少一个像素单元,其中,形成每个像素单元包括:在衬底中形成控制部,控制部包括:栅极,嵌入在衬底中并且从衬底的上表面起向下延伸,以及栅极电介质层,形成在衬底中并且围绕栅极的底壁和侧壁;在衬底中控制部的底部处形成第二浮置扩散区,第二浮置扩散区为第二掺杂类型;以及在衬底中第二浮置扩散区上方的邻近衬底的上表面的位置处形成第一浮置扩散区,第一浮置扩散区为第二掺杂类型,并且与第二浮置扩散区物理地隔开;其中,栅极经由栅极电介质层与第一浮置扩散区和第二浮置扩散区邻接,以用于控制第一浮置扩散区和第二浮置扩散区的连通和断开。通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述,本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例,并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图,根据下面的详细描述,可以更加清楚地理解本公开,其中:图1例示了根据本公开的示例性实施例的图像传感器的示意性截面图;图2示出了根据本公开的另一个示例性实施例的图像传感器的截面示意图;图3A和3B示出了根据本公开的示例性实施例的用于制造图像传感器的方法的流程图;图4A至4G示出了根据本公开的示例性实施例的图3A-3B中所示的用于制造图像传感器的方法的一个具体示例的各个步骤处的装置截面示意图。图5示出了根据本公开的示例性实施例的图3A-3B中所示的用于制造图像传感器的方法的另一个具体示例的某个步骤处的装置截面示意图。注意,在以下说明的实施方式中,有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分,而省略其重复说明。在本说明书中,使用相似的标号和字母表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。为了便于理解,在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此,所公开的专利技术并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。具体实施方式下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说,本文中的半导体装置及其制造方法是以示例性的方式示出,来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而,本领域的技术人员将会理解,它们仅仅说明可以用来实施的本专利技术的示例性方式,而不是穷尽的方式。此外,附图不必按比例绘制,一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。图1例示了根据本公开的示例性实施例的图像传感器的示意性截面图。如图1所示,图像传感器10包括:衬底100,其具有形成在衬底中的至少一个像素单元。每个像素单元包括浮置扩散结构,该浮置扩散结构包括形成在衬底100中邻近上表面处的第一浮置扩散区110,以及形成在衬底100中第一浮置扩散区110下方的第二浮置扩散区112。第一浮置扩散区110和第二浮置扩散区112物理地隔开。物理地隔开意在表示第一浮置扩散区110和第二浮置扩散区112两者并不接触。其中,衬底100为第一掺杂类型,而第一浮置扩散区110和第二浮置扩散区112为第二掺杂类型。衬底100中还可以形成有用于分隔各个像素单元的隔离结构150,该隔离结构例如可以是浅沟槽隔离(STI)。在根据本公开的实施例中,对于衬底100没有特别的限制,只要其适于在其中形成像素单元和/或图像传感器的其他组成部件即可。衬底100可以包括一元半导体材料(诸如,硅或锗等)或化合物半导体材料(诸如碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合,并且衬底100中还可以形成有其它组成部件。尽管图中例示的第一浮置扩散区110和第二浮置扩散区112的大小和形状都相似,但是本领域技术人员将理解,浮置扩散区110和112可以具有相同或不同的任意形状,并且可以具有相同或不同的任意大小。在一些实施例中,第一掺杂类型可以为P型,第二掺杂类型可以为N型。在另一些实施例中,第一掺杂类型可以为N型,第二掺杂类型可以为P型。在一些实施例中,第一浮置扩散区110和第二浮置扩散区112的掺杂浓度可以在1*1015cm-3到1*1019cm-3的范围内。继续参考图1,浮置扩散结构还包括控制部120,其包括栅极122和栅极电介质层124。如图1中所示,栅极122嵌入在衬底100中并且从衬底100的上表面起向下延伸。栅极电介质层124形成在衬底100中并且围绕栅极122的底壁和侧壁。其中,栅极122经由栅极电介质层124与第一浮置扩散区110和第二浮置扩散区112邻接,以用于控制第一浮置扩散区110和第二浮置扩散区112的连通和断开。控制电压Vg连接到栅极122以用于对栅极进行控制。具体来说,当对栅极122施加的电压Vg满足阈值条件时,在衬底100的通过栅极电介质层124与栅极122邻接的部分处会形成反型层,该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器,其特征在于,所述图像传感器包括:衬底,具有形成在所述衬底中的至少一个像素单元,每个像素单元包括浮置扩散结构,所述浮置扩散结构包括:第一浮置扩散区,形成在所述衬底中邻近上表面处;第二浮置扩散区,形成在所述衬底中所述第一浮置扩散区的下方,并且与所述第一浮置扩散区物理地隔开,其中,所述衬底为第一掺杂类型,所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区为第二掺杂类型;以及控制部,包括:栅极,嵌入在所述衬底中并且从所述衬底的上表面起向下延伸,以及栅极电介质层,形成在所述衬底中并且围绕所述栅极的底壁和侧壁;其中,所述栅极经由所述栅极电介质层与所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区邻接,以用于控制所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区的连通和断开。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器,其特征在于,所述图像传感器包括:衬底,具有形成在所述衬底中的至少一个像素单元,每个像素单元包括浮置扩散结构,所述浮置扩散结构包括:第一浮置扩散区,形成在所述衬底中邻近上表面处;第二浮置扩散区,形成在所述衬底中所述第一浮置扩散区的下方,并且与所述第一浮置扩散区物理地隔开,其中,所述衬底为第一掺杂类型,所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区为第二掺杂类型;以及控制部,包括:栅极,嵌入在所述衬底中并且从所述衬底的上表面起向下延伸,以及栅极电介质层,形成在所述衬底中并且围绕所述栅极的底壁和侧壁;其中,所述栅极经由所述栅极电介质层与所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区邻接,以用于控制所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区的连通和断开。2.根据权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,其中,当对所述栅极施加的电压满足阈值条件时,在所述衬底的通过所述栅极电介质层与所述栅极邻接的部分处形成反型层,所述反型层使得所述第一浮置扩散区与所述第二浮置扩散区连通。3.根据权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,所述控制部还包括:掺杂层,形成在所述衬底中并且围绕所述栅极电介质层的底壁和侧壁,其中,所述掺杂层与所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄增智倪凌云黄晓橹
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

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