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，图像传感器包括：半导体衬底；位于半导体衬底中的溢出栅极结构，所述溢出栅极结构具有相对的第一侧和第二侧；位于所述溢出栅极结构的第一侧半导体衬底中的溢出漏区，所述溢出漏区适于电学连接电源线；二极管掺杂层，所述二极管掺杂层位于溢出栅极结构的第二侧半导体衬底中；位于所述溢出栅极结构底部半导体衬底中的附加浮空扩散区，所述附加浮空扩散区与二极管掺杂层相互分立且和溢出漏区相互分立。所述图像传感器的性能得到提高。

【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领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。
技术介绍
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CMOS图像传感器具有工艺简单、易于其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。因此，随着图像传感技术的发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前，CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。然而，现有的CMOS图像传感器的性能有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种图像传感器及其形成方法，以提高图像传感器的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；位于半导体衬底中的溢出栅极结构，所述溢出栅极结构具有相对的第一侧和第二侧；位于所述溢出栅极结构的第一侧半导体衬底中的溢出漏区，所述溢出漏区适于电学连接电源线；二极管掺杂层，所述二极管掺杂层位于溢出栅极结构的第二侧半导体衬底中；位于所述溢出栅极结构底部半导体衬底中的附加浮空扩散区，所述附加浮空扩散区与二极管掺杂层相互分立且和溢出漏区相互分立。可选的，所述附加浮空扩散区的导电类型为N型，所述二极管掺杂层的导电类型为N型，所述溢出漏区的导电类型为N型。可选的，所述溢出栅极结构包括溢出栅介质层和位于溢出栅介质层上的溢出栅电极，所述溢出栅介质层包围溢出栅电极的底部和侧壁。可选的，所述溢出栅极结构的深度大于所述溢出漏区的深度。可选的，所述溢出栅极结构的深度为0.1微米～0.2微米；所述溢出漏区的深度为0.05微米～0.1微米。可选的，还包括：位于所述半导体衬底上的传输栅极结构，所述二极管掺杂层位于所述传输栅极结构的一侧；位于所述半导体衬底中的浮空扩散区，所述浮空扩散区位于所述传输栅极结构的另一侧。本专利技术还提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成二极管掺杂层；在所述二极管掺杂层侧部的半导体衬底中形成栅沟槽；在所述栅沟槽底部的半导体衬底中形成附加浮空扩散区，所述附加浮空扩散区和所述二极管掺杂层相互分立；形成附加浮空扩散区后，在所述栅沟槽中形成溢出栅极结构，所述溢出栅极结构具有相对的第一侧和第二侧，所述二极管掺杂层位于溢出栅极结构的第二侧；形成所述栅沟槽后，在所述半导体衬底中形成溢出漏区，所述溢出漏区位于所述溢出栅极结构的第一侧，所述溢出漏区适于电学连接电源线，所述溢出漏区和所述附加浮空扩散区相互分立。可选的，形成所述附加浮空扩散区的工艺包括离子注入工艺。可选的，在形成所述附加浮空扩散区的过程中形成所述溢出漏区；或者，形成所述溢出栅极结构后，形成所述溢出漏区。可选的，形成所述溢出栅极结构的方法包括：在所述栅沟槽的侧壁和底部形成溢出栅介质层；在所述栅沟槽中形成溢出栅电极，所述溢出栅电极位于所述溢出栅介质层上。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的图像传感器中，溢出栅极结构对应的溢出晶体管的作用包括：溢出漏区需要一直连接电源线，使得在清空时序步骤中，将溢出栅极结构对应的溢出晶体管开启，对光电二极管中的电荷进行清空。在曝光时序步骤和读出时序步骤中，溢出栅极结构对应的溢出晶体管需要关闭，避免清空光电二极管积累的光生电荷以及避免影响读出信号。由于所述溢出栅极结构底部半导体衬底中具有附加浮空扩散区，使得在附加浮空扩散区和溢出漏区之间形成势垒，这样在二极管掺杂层至溢出漏区之间有两个势垒，一个是二极管掺杂层至附加浮空扩散区之间的势垒，另一个是附加浮空扩散区和溢出漏区之间的势垒。即使在溢出漏区连接的电源线的电压较大的情况下，由于设置了附加浮空扩散区，使得在同等较大的电源线的电压的情况下，二极管掺杂层至溢出漏区之间的势垒的最高点提高，也就是说，二极管掺杂层至附加浮空扩散区之间的势垒的最高点增大，这样抑制了二极管掺杂层至附加浮空扩散区的漏电。其次，即使在二极管掺杂层中的电子越过二极管掺杂层至附加浮空扩散区之间的势垒，由于附加浮空扩散区和溢出漏区还存在势垒，因此那么这部分电子也不会直接流到溢出漏区，而是会积累在附加浮空扩散区中，这样抑制了二极管掺杂层至溢出漏区的漏电。因此对于改善暗光拍摄时图像质量有较好的效果。综上，提高了图像传感器的性能。其次，溢出栅极结构制作在半导体衬底中，这样通过设置溢出栅极结构和溢出漏区之间的深度关系，能够使二极管掺杂层至溢出漏区的沟道长度变长，这样进一步抑制了二极管掺杂层至溢出漏区的漏电。进一步，由于所述溢出栅极结构的深度大于所述溢出漏区的深度，因此使溢出栅极结构靠近溢出漏区的拐角处均存在沟道区，得附加浮空扩散区至溢出漏区之间的沟道长度增加，进一步抑制了附加浮空扩散区至溢出漏区的漏电。附图说明图1是一种图像传感器的电路图；图2是对应图1的图像传感器的部分结构的示意图；图3至图7是本专利技术一实施例中图像传感器形成过程的结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有技术形成的半导体器件的性能较差。一种图像传感器像素电路，请参考图1，包括：光电二极管；传输晶体管TG，所述传输晶体管TG的源级与所述光电二极管连接；浮空扩散点FDnode，所述浮空扩散点FDnode和所述传输晶体管TG的漏极连接；复位晶体管PGRST，所述复位晶体管PGRST的源极与所述浮空扩散点FDnode连接，所述复位晶体管PGRST的漏极与电源线VDD连接；源跟随晶体管PGSF，所述源跟随晶体管PGSF的栅极与浮空扩散点FDnode连接，所述源跟随晶体管PGSF的漏极与电源线VDD连接；选择晶体管PGRSEL，所述选择晶体管PGRSEL的漏极与所述源跟随晶体管PGSF的源级连接；列读出线BL，所述列读出线BL与所述选择晶体管PGRSEL的源级连接；溢出晶体管PGY，所述溢出晶体管PGY的源极与光电二极管连接，所述溢出晶体管PGY的漏极与电源线VDD连接。图2为对应图1图像传感器像素电路的部分结构的示意图，图像传感器包括：半导体衬底100；位于半导体衬底100中的二极管掺杂区130；位于半导体衬底100上的传输栅极结构120；位于传输栅极结构120一侧半导体衬底100中的浮空扩散区110；所述二极管掺杂区130位于传输栅极结构120的另一侧；位于半导体衬底100上的溢出栅极结构140；位于溢出栅极结构140一侧半导体衬底100中的溢出漏区150，所述溢出漏区150适于连接电源线；所述二极管掺杂区130位于溢出栅极结构140的另一侧。所述溢出晶体管PGY的作用包括：溢出晶体管PGY的漏极需要一直连接电源线VDD，在清空时序步骤中，将溢出晶体管PGY开启，对光电二极管中的电荷进行清空。在曝光时序步骤和读出时序步骤中，需要将溢出晶体管PGY关闭。然而，当电源线VDD的电压较大的情况下，尽管在溢出晶体管PGY处于关闭状态下，光电二极管中的电子也容易越过势垒流向溢出晶体管PGY的漏极，从而导致漏电。在这种情况下，导致光电二极管中积累的电子减少，那么在暗光拍摄时，拍摄的图像质量较差。在此基础上，本专利技术提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；位于半导体衬底中的溢出栅极结构，所述溢出栅极结构具有相对的第一本文档来自技高网...

【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；位于半导体衬底中的溢出栅极结构，所述溢出栅极结构具有相对的第一侧和第二侧；位于所述溢出栅极结构的第一侧半导体衬底中的溢出漏区，所述溢出漏区适于电学连接电源线；二极管掺杂层，所述二极管掺杂层位于溢出栅极结构的第二侧半导体衬底中；位于所述溢出栅极结构底部半导体衬底中的附加浮空扩散区，所述附加浮空扩散区与二极管掺杂层相互分立且和溢出漏区相互分立。

【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；位于半导体衬底中的溢出栅极结构，所述溢出栅极结构具有相对的第一侧和第二侧；位于所述溢出栅极结构的第一侧半导体衬底中的溢出漏区，所述溢出漏区适于电学连接电源线；二极管掺杂层，所述二极管掺杂层位于溢出栅极结构的第二侧半导体衬底中；位于所述溢出栅极结构底部半导体衬底中的附加浮空扩散区，所述附加浮空扩散区与二极管掺杂层相互分立且和溢出漏区相互分立。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述附加浮空扩散区的导电类型为N型，所述二极管掺杂层的导电类型为N型，所述溢出漏区的导电类型为N型。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述溢出栅极结构包括溢出栅介质层和位于溢出栅介质层上的溢出栅电极，所述溢出栅介质层包围溢出栅电极的底部和侧壁。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述溢出栅极结构的深度大于所述溢出漏区的深度。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述溢出栅极结构的深度为0.1微米～0.2微米；所述溢出漏区的深度为0.05微米～0.1微米。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：位于所述半导体衬底上的传输栅极结构，所述二极管掺杂层位于所述传输栅极结构的一侧；位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王阳阳，夏春秋，汤茂亮，刘少东，
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