背照式图像传感器及提高背照式图像传感器灵敏度的方法技术

本发明专利技术涉及一种背照式图像传感器及提高背照式图像传感器灵敏度的方法，所述背照式图像传感器包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底背面的空穴层；位于所述半导体衬底中，且靠近所述空穴层的耗尽区；位于所述耗尽区背离所述空穴层一侧的N型的光生载流子收集区；包围所述光生载流子收集区的P型的隔离区；所述空穴层、所述隔离区和所述光生载流子收集区的电势分别为第一电势、第二电势及第三电势，使所述耗尽区中的电子和空穴沿竖直方向迁移，电子聚集于所述光生载流子收集区，空穴通过所述空穴层导出。本发明专利技术中，半导体衬底厚度的增加不受隔离区注入深度的限制，从而能够增加半导体衬底的厚度，提高图像传感器的灵敏度。

Back illuminated image sensor and method for improving sensitivity of back illuminated image sensor

The invention relates to a back illuminated image sensor and method of improving back illumination image sensor sensitivity, the backside illuminated image sensor includes a semiconductor substrate; a hole layer on the backside of the semiconductor substrate; in the semiconductor substrate, and the depletion region near the hole in the floor; N area away from the depletion layer hole on one side of the photocarrier collection area; P type isolation zone surrounding the photocarrier collection area; the potential hole layer, the isolation region and the photocarrier collection area were second and three, the first potential potential potential. The depletion of electrons and holes in the vertical direction of migration, gathered in the electronic photocarrier collection area, hole through the hole layer. In the invention, the increase of the thickness of the semiconductor substrate is not limited by the injection depth of the isolation region, thereby increasing the thickness of the semiconductor substrate and improving the sensitivity of the image sensor.

【技术实现步骤摘要】
背照式图像传感器及提高背照式图像传感器灵敏度的方法
本专利技术涉及图像传感器
，尤其涉及一种背照式图像传感器及提高背照式图像传感器灵敏度的方法。
技术介绍
CMOS（互补型金属氧化物半导体）图像传感器被广泛地应用于数码相机、移动手机、儿童玩具、医疗器械、汽车电子、安防及其航空航天等诸多领域。CMOS图像传感器的广泛应用驱使其尺寸向越来越小的方向发展。然而像素（Pixel）尺寸的缩小使得感光二极管（Photodiode）的灵敏度（Sensitivity）下降，导致图像质量在低照度下出现很大程度的恶化，为了提高小尺寸（pixel尺寸小于1.4um）图像传感器的感光灵敏度，现有CMOS图像传感器制造技术中出现了背照式像素结构，其优点在于感光区以上由于没有金属布线的遮挡而使得感光灵敏度大幅度提高。然而，现有背照式图像传感器也存在其不足之处，背照式传感器的结构参考图1中所示，背照式传感器包括位于衬底1中的载流子收集区2、围绕载流子收集区2的隔离区3、浮置扩散区4以及转移晶体管栅极5，背照式传感器的感光器件厚度一般为2μm～3μm，短波长可见光，例如蓝光可以被感光器件完全吸收，然而长波长可见光，例如红光需要在感光器件更深处至5μm~6μm才能够被大部分吸收，造成大约有一半的红光没有被感光器件吸收，而引起长波长可见光红光浪费的现象，因此红色像素的感光灵敏度低。为了增强长波长可见光的吸收，现有技术中通常将衬底1的厚度增加，同时使得隔离区3的注入深度增大。但是，进行较大深度的离子注入的工艺难度较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种背照式图像传感器及提高背照式图像传感器灵敏度的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种提高背照式图像传感器灵敏度的方法，所述背照式图像传感器包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底背面的空穴层；位于所述半导体衬底中，且靠近所述空穴层的耗尽区；位于所述耗尽区背离所述空穴层一侧的N型的光生载流子收集区；包围所述光生载流子收集区的P型的隔离区；所述空穴层、所述隔离区和所述光生载流子收集区的电势分别为第一电势、第二电势及第三电势，使所述耗尽区中的电子和空穴沿竖直方向迁移，电子聚集于所述光生载流子收集区，空穴通过所述空穴层导出，提高图像传感器的灵敏度。可选的，所述第一电势、所述第二电势及所述第三电势依次升高，使得空穴向所述空穴层迁移，电子向所述光生载流子收集区迁移。可选的，所述空穴层上的第一电势为-5V~0V，所述隔离区上的第二电势为-1.0V~0V，所述光生载流子收集区上的第三电势为1.0V~2.5V。可选的，所述耗尽区为N型低浓度掺杂结构或本征结构。可选的，所述空穴层的形成方法包括：在所述半导体衬底背面形成硼离子注入区，并对所述硼离子注入区进行激光退火工艺，所述硼离子注入区形成所述空穴层。可选的，所述空穴层的形成方法包括：依次在所述半导体衬底背面沉积一介质层和一负电荷层，以在所述半导体衬底上形成所述空穴层。可选的，所述背照式图像传感器还包括：位于所述光生载流子收集区和所述浮置扩散区之间的沟道；位于所述隔离区背离所述光生载流子收集区一侧的浮置扩散区；以及位于所述光生载流子收集区和所述浮置扩散区之间的转移晶体管的栅极,光生载流子收集区作为转移晶体管的源极,浮置扩散区作为转移晶体管的漏极；所述浮置扩散区与所述载流子收集区之间的最低电势高于所述隔离区的第二电势。作为本专利技术的另一方面，本专利技术还提供一种背照式图像传感器，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底背面的空穴层；位于所述半导体衬底中，且靠近所述空穴层的耗尽区；位于所述耗尽区背离所述空穴层一侧的N型的光生载流子收集区；包围所述光生载流子收集区的P型的隔离区。可选的，所述耗尽区为N型低浓度掺杂结构或本征结构。可选的，所述空穴层的形成方法包括：在所述半导体衬底背面形成硼离子注入区，并对所述硼离子注入区进行激光退火工艺，所述硼离子注入区形成所述空穴层。可选的，所述空穴层的形成方法包括：依次在所述半导体衬底背面沉积一介质层和一负电荷层，以在所述半导体衬底上形成所述空穴层。可选的，还包括：位于所述光生载流子收集区和所述浮置扩散区之间的沟道；位于所述隔离区背离所述光生载流子收集区一侧的浮置扩散区；及位于所述光生载流子收集区和所述浮置扩散区之间的转移晶体管的栅极,光生载流子收集区作为转移晶体管的源极,浮置扩散区作为转移晶体管的漏极。相对于现有技术，本专利技术的背照式图像传感器及提高背照式图像传感器灵敏度的方法至少具有以下有益效果：本专利技术的背照式图像传感器包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底背面的空穴层；位于所述半导体衬底中，且靠近所述空穴层的耗尽；位于所述耗尽区背离所述空穴层一侧的N型的光生载流子收集区；包围所述光生载流子收集区的P型的隔离区。其中，设置空穴层、隔离区和光生载流子收集区的电势分别为第一电势、第二电势及第三电势，使得耗尽区中的电子和空穴仅沿竖直方向迁移，不在水平方向迁移，使得半导体衬底厚度的增加不受隔离区注入深度的限制，从而能够增加半导体衬底的厚度，且不必要增加隔离区的注入深度，降低工艺难度，提高图像传感器对长波长可见光的吸收，提高图像传感器的灵敏度。附图说明图1为现有技术中背照式图像传感器的剖面示意图；图2为本专利技术一实施例中背照式图像传感器的剖面示意图；图3为本专利技术一实施例中背照式图像传感器的俯视图；图4为本专利技术一实施例中载流子迁移的路径图。具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。其次，本专利技术利用示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供一种背照式图像传感器及其制备方法。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，以下结合附图对本专利技术的背照式图像传感器进行详细描述。本专利技术提供一种提高背照式图像传感器灵敏度的方法，参考图2和图3中所示，所述背照式图像传感器包括：半导体衬底10；位于所述半导体衬底10背面的空穴层11；位于所述半导体衬底10中，且靠近所述空穴层11的耗尽区12；位于所述耗尽区12背离所述空穴层11一侧的N型的光生载流子收集区13；包围所述光生载流子收集区13的P型的隔离区14；位于所述隔离区14背离所述光生载流子收集区13一侧的浮置扩散区15；位于所述光生载流子收集区14和所述浮置扩散区15之间的N型的沟道17；以及位于所述光生载流子收集区13和所述浮置扩散区15之间的转移晶体管（Tx）的栅极16,光生载流子收集区13作为转移晶体管（Tx）的源极,浮置扩散区作为转移晶体管（Tx）的漏极，其中，半导体衬底10的厚度为H，隔离区的注入深度为H’。本实施例中，所述空穴层11的形成方法包括：在所述半导体衬底10的背面进行硼（B）离子注入，形成硼离子注入区，并对所述硼离子注入区进行激光退火工艺，以激活注入的硼离子，从而形成所述空穴层11。此外，所述空穴层11的形成方法并不限于对半导体衬底10进行硼离子注入，空穴层11的形成方法例如还可以为：依次在所述半导体衬底10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高背照式图像传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述背照式图像传感器包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底背面的空穴层；位于所述半导体衬底中，且靠近所述空穴层的耗尽区；位于所述耗尽区背离所述空穴层一侧的N型的光生载流子收集区；包围所述光生载流子收集区的P型的隔离区；所述空穴层、所述隔离区和所述光生载流子收集区的电势分别为第一电势、第二电势及第三电势，使所述耗尽区中的电子和空穴沿竖直方向迁移，电子聚集于所述光生载流子收集区，空穴通过所述空穴层导出，提高图像传感器的灵敏度。

【技术特征摘要】
1.一种提高背照式图像传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述背照式图像传感器包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底背面的空穴层；位于所述半导体衬底中，且靠近所述空穴层的耗尽区；位于所述耗尽区背离所述空穴层一侧的N型的光生载流子收集区；包围所述光生载流子收集区的P型的隔离区；所述空穴层、所述隔离区和所述光生载流子收集区的电势分别为第一电势、第二电势及第三电势，使所述耗尽区中的电子和空穴沿竖直方向迁移，电子聚集于所述光生载流子收集区，空穴通过所述空穴层导出，提高图像传感器的灵敏度。2.根据权利要求1所述的提高背照式图像传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述第一电势、所述第二电势及所述第三电势依次升高，使得空穴向所述空穴层迁移，电子向所述光生载流子收集区迁移。3.根据权利要求1所述的提高背照式图像传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述空穴层上的第一电势为-5V~0V，所述隔离区上的第二电势为-1.0V~0V，所述光生载流子收集区上的第三电势为1.0V~2.5V。4.根据权利要求1所述的提高背照式图像传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述耗尽区为N型低浓度掺杂结构或本征结构。5.根据权利要求1所述的提高背照式图像传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述空穴层的形成方法包括：在所述半导体衬底背面形成硼离子注入区，并对所述硼离子注入区进行激光退火工艺，所述硼离子注入区形成所述空穴层。6.根据权利要求1所述的提高背照式图像传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述空穴层的形成方法包括：依次在所述半导体衬底背面沉积一介质层和一负电荷层，以在所述半导体衬底上形成所述空穴层。7.根据权利要求1所述的提...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31