一种图像传感器制造技术

本发明专利技术揭示一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底；第一导电类型轻掺杂外延层，设置于所述衬底上；转移晶体管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上；光电二极管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上，与所述转移晶体管相连接，所述光电二极管包括：第二导电类型中掺杂层，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内；第二导电类型轻掺杂层(32)，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内且位于所述第二导电类型中掺杂层靠近所述衬底的一侧；第一导电类型重掺杂层(33)，设置于所述第二导电类型中掺杂层远离所述衬底的一侧；第二导电类型轻掺杂层(34)，设置于所述第一导电类型重掺杂层和所述第二导电类型中掺杂层之间。

An Image Sensor

The invention discloses an image sensor, which comprises: a substrate; a first conductive lightly doped epitaxy layer, which is set on the substrate; a transfer transistor, which is set on the first conductive lightly doped epitaxy layer; a photodiode, which is set on the first conductive lightly doped epitaxy layer, which is connected with the transfer transistor, and the photodiode. The tube includes: a doping layer in the second conductive type, which is arranged in the first conductive type light doped epitaxy layer; a second conductive type light doping layer (32), which is arranged in the first conductive type light doped epitaxy layer and on the side of the doping layer near the substrate in the second conductive type; and a first conductive type heavy doping layer (33), which is doped in the second conductive type. The second conductive type light doping layer (34) is arranged between the first conductive type heavy doping layer and the doping layer in the second conductive type.

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器
本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种图像传感器。
技术介绍
图像传感器中的基本单元为像素，每个像素中包括光电二极管和MOS晶体管，光电二极管用于将光信号转换为相应的电流信号，MOS晶体管用于传输和读出光电二极管转换的电流信号。其中转移晶体管的源区和光电二极管相连，光电二极管上方为氧化硅层，PN光电二极管在远离衬底的方向依次形成N型掺杂区和P型掺杂区。PN光电二极管由于其表面直接与硅/氧化硅截面接触，存在暗电流大的缺点，因此，在传统的图像传感器中，在图像传感器中引入表面钳位结构，以减小暗电流。现有的前照式CMOS图像传感器的结构中，包括转移晶体管和PN光电二极管，PN光电二极管包括P型重掺杂层、N型中掺杂层、N型轻掺杂层以及P型轻掺杂层。P型重掺杂层作为钳位结构，其掺杂浓度大致在1e18/cm3以上，用于减小界面态引入的暗电流和钳位。N型中掺杂层主要为PN光电二极管提供可容纳的电子数，其掺杂浓度低于5e17/cm3。重置后被耗尽的N型轻掺杂层和被耗尽部分P型轻掺杂层一起作为PN光电二极管的主要耗尽区。现有的图像传感器在工作过程中，光电二极管的光生载流子会在除耗尽区外的中性区和衬底硅或二氧化硅表面复合，从而降低了CMOS图像传感器的量子效率。中性区分为位于耗尽区上表面到二氧化硅表面之间的部分(包括作为钳位结构的P型重掺杂层，由于P型重掺杂层的存在，因此，在注入和扩散的作用下，会在光电二极管重置后会在二氧化硅表面下、PN光电二极管耗尽区上方产生大约0.05微米左右的中性层)以及位于耗尽区下面的硅衬底部分。耗尽区下面的中性区主要影响长波长入射光的量子效率。耗尽区上面的第一导电类型中性区主要影响短波长入射光的量子效率。耗尽区的厚度影响长波时的量子效率，厚度越大，效率越高。增加耗尽区的厚度可以有效增加PN光电二极管的量子效率。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种图像传感器，该图像传感器能够提高量子效率。根据本专利技术的一个方面提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底；第一导电类型轻掺杂外延层，设置于所述衬底上；转移晶体管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上；光电二极管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上，与所述转移晶体管相连接，所述光电二极管包括：第二导电类型中掺杂层，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内；第二导电类型轻掺杂层32，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内且位于所述第二导电类型中掺杂层靠近所述衬底的一侧；第一导电类型重掺杂层33，设置于所述第二导电类型中掺杂层远离所述衬底的一侧；第二导电类型轻掺杂层34，设置于所述第一导电类型重掺杂层和所述第二导电类型中掺杂层之间。可选地，所述第二导电类型轻掺杂层34和所述第一导电类型重掺杂层33凸设于所述第一导电类型轻掺杂外延层的上表面；所述图像传感器包括设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层两端的第一导电类型中掺隔离层，所述第一导电类型中掺隔离层由所述第一导电类型轻掺杂外延层两端延伸并凸出于所述第一导电类型轻掺杂外延层的上表面；其中，位于所述第一导电类型轻掺杂外延层一端的第一导电类型中掺隔离层还与所述第二导电类型轻掺杂层34和所述第一导电类型重掺杂层33在所述第一导电类型轻掺杂外延层的上表面上形成沟槽。可选地，所述沟槽的深度大于2微米。可选地，所述转移晶体管位于所述沟槽的底部，所述转移晶体管包括：源极，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内；漏极，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内；栅介质层，设置于所述源极和所述漏极远离所述衬底的一侧；栅极，设置于所述栅介质层远离所述衬底的一侧；反型层，所述反型层的导电沟道连接所述源极和所述漏极。可选地，所述反型层的导电沟道与所述第二导电类型中掺杂层的浓度峰值位置位于同一水平线上。可选地，所述第二导电类型中掺杂层的浓度峰值位置与所述沟槽底部的深度差小于等于0.5微米。可选地，所述图像传感器还包括：第一导电类型重掺杂层8，设置于所述沟槽的内表面；介质层，覆盖所述第一导电类型中掺隔离层、沟道以及第一导电类型重掺杂层33；多个接触孔，分别由所述介质层远离所述衬底的一侧表面延伸至所述栅极和所述漏极。可选地，所述第二导电类型中掺杂层的浓度峰值小于3e17/cm3。可选地，第二导电类型轻掺杂层的浓度峰值小于5e15/cm3。可选地，所述衬底为第一导电类型重掺杂硅衬底。相比于现有技术，本专利技术实施例提供的图像传感器中，由于光电二极管的第二导电类型中掺杂层的两侧(上下两侧)均形成有第二导电类型轻掺杂层32和第二导电类型轻掺杂层34、形成重置后耗尽区，且重置后耗尽区的总厚度增加，以此有效地提高量子效率，尤其当入射光波长较长时，具有更优的效果。此外，通过将转移晶体管设置于沟槽5的底部、反型层的导电沟道与第二导电类型中掺杂层的浓度峰值(最大值)位置设置为位于同一水平线上等方式可以更有利于光生电子的导出。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的一个实施例的图像传感器的截面结构示意图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本专利技术的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本专利技术的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本专利技术。根据本专利技术的主旨构思，本专利技术的图像传感器包括：衬底；第一导电类型轻掺杂外延层，设置于所述衬底上；转移晶体管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上；光电二极管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上，与所述转移晶体管相连接，所述光电二极管包括：第二导电类型中掺杂层，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内；第二导电类型轻掺杂层32，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内且位于所述第二导电类型中掺杂层靠近所述衬底的一侧；第一导电类型重掺杂层33，设置于所述第二导电类型中掺杂层远离所述衬底的一侧；第二导电类型轻掺杂层34，设置于所述第一导电类型重掺杂层和所述第二导电类型中掺杂层之间。下面结合附图和实施例对本专利技术的
技术实现思路
进行进一步地说明。请参见图1，其示出了本专利技术的一个实施例的图像传感器的截面结构示意图。如图1所示，在本专利技术的实施例中，所述图像传感器至少包括：衬底1、第一导电类型轻掺杂外延层2、转移晶体管、光电二极管。需要说明的是，在本专利技术的实施例中，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型，但并不以此为限。具体来说，在图1所示的实施例中，衬底1为第一导电类型重掺杂硅衬底，即P型重掺杂硅衬底。第一导电类型轻掺杂外延层2(即P型轻掺杂外延层)设置于衬底1上。光电二极管设置于第一导电类型轻掺杂外延层2上，与所述转移晶体管相连接(可参考下文)。在图1所示的实施本文档来自技高网...

【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；第一导电类型轻掺杂外延层，设置于所述衬底上；转移晶体管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上；光电二极管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上，与所述转移晶体管相连接，所述光电二极管包括：第二导电类型中掺杂层，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内；第二导电类型轻掺杂层(32)，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内且位于所述第二导电类型中掺杂层靠近所述衬底的一侧；第一导电类型重掺杂层(33)，设置于所述第二导电类型中掺杂层远离所述衬底的一侧；第二导电类型轻掺杂层(34)，设置于所述第一导电类型重掺杂层和所述第二导电类型中掺杂层之间。

【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；第一导电类型轻掺杂外延层，设置于所述衬底上；转移晶体管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上；光电二极管，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层上，与所述转移晶体管相连接，所述光电二极管包括：第二导电类型中掺杂层，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内；第二导电类型轻掺杂层(32)，设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层内且位于所述第二导电类型中掺杂层靠近所述衬底的一侧；第一导电类型重掺杂层(33)，设置于所述第二导电类型中掺杂层远离所述衬底的一侧；第二导电类型轻掺杂层(34)，设置于所述第一导电类型重掺杂层和所述第二导电类型中掺杂层之间。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二导电类型轻掺杂层(34)和所述第一导电类型重掺杂层(33)凸设于所述第一导电类型轻掺杂外延层的上表面；所述图像传感器包括设置于所述第一导电类型轻掺杂外延层两端的第一导电类型中掺隔离层，所述第一导电类型中掺隔离层由所述第一导电类型轻掺杂外延层两端延伸并凸出于所述第一导电类型轻掺杂外延层的上表面；其中，位于所述第一导电类型轻掺杂外延层一端的第一导电类型中掺隔离层还与所述第二导电类型轻掺杂层(34)和所述第一导电类型重掺杂层(33)在所述第一导电类型轻掺杂外延层的上表面上形成沟槽。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙德明，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31