图像传感器及其形成方法技术

一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括堆叠的第一硅衬底层、衬底氧化层以及第二硅衬底层；传输栅极，位于所述第二硅衬底层的表面；浮置扩散区，位于所述传输栅极的一侧的半导体衬底内；光电二极管掺杂区，位于所述第一硅衬底层内；导通结构，位于所述传输栅极的另一侧的半导体衬底内，穿通所述第二硅衬底层以及衬底氧化层且与所述光电二极管掺杂区电连接。本发明专利技术方案可以有机会获得更高的满阱容量。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。
技术介绍
在现有技术中，为了更好地实现集成电路中元器件的介质隔离，以及消除半导体器件中的寄生闩锁效应，绝缘体上硅(SilicononInsulator，SOI)衬底得到了广泛应用。其中，所述SOI衬底可以包括自下而上堆叠的第一硅衬底层、衬底氧化层以及第二硅衬底层。在采用SOI衬底形成CMOS图像传感器(CMOSImageSensor，CIS)的工艺中，通常仅在第二硅衬底层内形成光电二极管(PhotoDiode，PD)掺杂区以及浮置扩散区(FloatingDiffusion，FD)。然而，随着更小像素单元的开发，受制于用于形成PD区域的空间限制，像素单元的满阱容量(FullWellCapacity，FWC)下降。具体地，满阱容量是像素在导致信号劣化的饱和之前可以保持的最大电荷。当像素中的电荷超过饱和水平时，电荷开始填充相邻像素，从而发生高光溢出(Blooming)的问题，降低图像传感器的品质。在现有技术中，通过增加PD区域的深度以增加像素单元的满阱容量，然而PD区域的深度受到SOI衬底中第二硅衬底层的厚度限制，且PD区域的深度过深则容易导致图像滞后。
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及其形成方法，可以有机会获得更高的满阱容量。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：半导体衬底，所述半导体衬底包括堆叠的第一硅衬底层、衬底氧化层以及第二硅衬底层；传输栅极，位于所述第二硅衬底层的表面；浮置扩散区，位于所述传输栅极的一侧的半导体衬底内；光电二极管掺杂区，位于所述第一硅衬底层内；导通结构，位于所述传输栅极的另一侧的半导体衬底内，穿通所述第二硅衬底层以及衬底氧化层且与所述光电二极管掺杂区电连接。可选的，所述光电二极管掺杂区的边界延伸至所述浮置扩散区的下方。可选的，所述导通结构的材料为N型掺杂多晶硅。可选的，所述的图像传感器还包括：N型掺杂硅区，所述N型掺杂硅区位于所述第一硅衬底层内，所述导通结构经由所述N型掺杂硅区与所述光电二极管掺杂区电连接；其中，所述N型掺杂硅区内的掺杂浓度大于所述光电二极管掺杂区的掺杂浓度。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的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括堆叠的第一硅衬底层、衬底氧化层以及第二硅衬底层；形成导通沟槽，所述导通沟槽穿通所述第二硅衬底层以及衬底氧化层；向所述导通沟槽内填充导电材料以形成导通结构；在所述半导体衬底内形成浮置扩散区；在所述第二硅衬底层的表面形成传输栅极；在所述第一硅衬底层内形成光电二极管掺杂区，所述光电二极管掺杂区与所述导通结构电连接；其中，所述浮置扩散区位于所述传输栅极的一侧的半导体衬底内，所述导通结构位于所述传输栅极的另一侧的半导体衬底内。可选的，所述第一硅衬底层具有正面以及背面，所述第一硅衬底层的正面与所述衬底氧化层接触，在所述第一硅衬底层内形成光电二极管掺杂区包括：自背面对所述第一硅衬底层进行减薄；自所述第一硅衬底层的背面，向所述第一硅衬底层内进行离子注入，以形成所述光电二极管掺杂区。可选的，所述光电二极管掺杂区的边界延伸至所述浮置扩散区的下方。可选的，所述导通结构的材料为N型掺杂多晶硅。可选的，向所述导通沟槽内填充导通材料以形成导通结构之前，所述的图像传感器的形成方法还包括：向所述导通沟槽的底部暴露出的所述第一硅衬底层进行离子注入，以在所述第一硅衬底层内形成N型掺杂硅区；其中，所述N型掺杂硅区的底部与所述光电二极管掺杂区连接，且所述N型掺杂硅区内的掺杂浓度大于所述光电二极管掺杂区的掺杂浓度。可选的，所述N型掺杂硅区内的掺杂浓度小于所述浮置扩散区的掺杂浓度。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：在本专利技术实施例中，提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括堆叠的第一硅衬底层、衬底氧化层以及第二硅衬底层；传输栅极，位于所述第二硅衬底层的表面；浮置扩散区，位于所述传输栅极的一侧的半导体衬底内；光电二极管掺杂区，位于所述第一硅衬底层内；导通结构，位于所述传输栅极的另一侧的半导体衬底内，穿通所述第二硅衬底层以及衬底氧化层且与所述光电二极管掺杂区电连接。采用上述方案，通过设置光电二极管掺杂区位于半导体衬底的第一硅衬底层内，并且设置导通结构位于所述传输栅极的另一侧的半导体衬底内且与所述光电二极管掺杂区电连接，相比于现有技术中将光电二极管掺杂区设置于第二硅衬底层内，采用本专利技术实施例的方案，可以将光电二极管掺杂区移至空间更大的第一硅衬底层内，且不影响光生载流子从光电二极管掺杂区移动至浮置扩散区，从而有机会获得更高的满阱容量。进一步，所述光电二极管掺杂区的边界延伸至所述浮置扩散区的下方，相比于现有技术中光电二极管掺杂区位于传输栅极的一侧的半导体衬底内，宽度与深度均受到限制，采用本专利技术实施例的方案，所述光电二极管掺杂区的区域更大，有助于提高图像传感器的品质。进一步，所述导通结构的材料为N型掺杂多晶硅，当传输栅极开启时，光生载流子能够在势能的影响下从光电二极管掺杂区经由导通结构移动至浮置扩散区。进一步，所述图像传感器还包括N型掺杂硅区，且所述N型掺杂硅区内的掺杂浓度大于所述光电二极管掺杂区的掺杂浓度，采用本专利技术实施例的方案，可以形成自光电二极管掺杂区至N型掺杂硅区的浓度的阶跃变化，有助于使得更多的光生载流子在光电二极管掺杂区与N型掺杂硅区之间移动，提高图像传感器的品质。附图说明图1是现有技术中一种图像传感器的器件剖面结构示意图；图2是本专利技术实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图；图3至图9是本专利技术实施例中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图。具体实施方式在现有的图像传感器技术中，为了增加像素单元的满阱容量，需要增大PD区域。本专利技术的专利技术人经过研究发现，在现有技术中，难以通过直接增加PD区域深度或宽度的方式增加像素单元的满阱容量。参照图1，图1是现有技术中一种图像传感器的器件剖面结构示意图。所述图像传感器可以包括半导体衬底100，所述半导体衬底100可以包括堆叠的第一硅衬底层101、衬底氧化层102以及第二硅衬底层103。所述图像传感器还可以包括光电二极管掺杂区120、传输栅极130以及浮置扩散区140。其中，所述传输栅极可以位于所述第二硅衬底层103的表面，所述光电二极管掺杂区120可以位于所述传输栅极130的一侧的第二硅衬底层103内，所述浮置扩散区140可以位于所述传输栅极的另一侧的第二硅衬底层103内。进一步地，所述图像传感器还可以包括隔离结构110，所述隔离结构110用于对所述第二硅衬底层103内的半导体器件进行隔离。如图1所示，当通过增加光电二极管掺杂区120的深度以增加像素单元的满阱容量时，由于光电二极管掺杂区120的深度受到半导体衬底中第二硅衬底层的厚度限制，导致增加的空间非常有限，并且，仅仅增加光电二极管掺杂区120的深度，还容易导致图像滞后。在现有的另一种具体实施方式中，通过将光电二极管掺杂区设置为L型，使所述光电二极管掺杂区的边界在所述第二硅衬底层内延伸至所述浮置扩散区的下方，以增大所述光电二极管掺杂区，然而，由于光电二极管掺杂区与浮置扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括堆叠的第一硅衬底层、衬底氧化层以及第二硅衬底层；传输栅极，位于所述第二硅衬底层的表面；浮置扩散区，位于所述传输栅极的一侧的半导体衬底内；光电二极管掺杂区，位于所述第一硅衬底层内；导通结构，位于所述传输栅极的另一侧的半导体衬底内，穿通所述第二硅衬底层以及衬底氧化层且与所述光电二极管掺杂区电连接。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括堆叠的第一硅衬底层、衬底氧化层以及第二硅衬底层；传输栅极，位于所述第二硅衬底层的表面；浮置扩散区，位于所述传输栅极的一侧的半导体衬底内；光电二极管掺杂区，位于所述第一硅衬底层内；导通结构，位于所述传输栅极的另一侧的半导体衬底内，穿通所述第二硅衬底层以及衬底氧化层且与所述光电二极管掺杂区电连接。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管掺杂区的边界延伸至所述浮置扩散区的下方。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述导通结构的材料为N型掺杂多晶硅。4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，还包括：N型掺杂硅区，所述N型掺杂硅区位于所述第一硅衬底层内，所述导通结构经由所述N型掺杂硅区与所述光电二极管掺杂区电连接；其中，所述N型掺杂硅区内的掺杂浓度大于所述光电二极管掺杂区的掺杂浓度。5.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括堆叠的第一硅衬底层、衬底氧化层以及第二硅衬底层；形成导通沟槽，所述导通沟槽穿通所述第二硅衬底层以及衬底氧化层；向所述导通沟槽内填充导电材料以形成导通结构；在所述半导体衬底内形成浮置扩散区；在所述第二硅衬底层的表面形成传输栅极；在所述第一硅衬底层内形成光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄心怡，张超，
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