图像传感器及形成图像传感器的方法技术

本公开涉及一种图像传感器，包括像素单元，所述像素单元包括：第一半导体材料层，在其中形成有光电二极管；位于所述第一半导体材料层之下的第二半导体材料层，在其中形成有用于所述光电二极管的浮置扩散区；位于所述第二半导体材料层之下的第三半导体材料层，在其中形成有用于所述像素单元的晶体管的有源区；第一电介质材料层，位于所述第一半导体材料层和所述第二半导体材料层之间；以及第二电介质材料层，位于所述第二半导体材料层和所述第三半导体材料层之间。本公开涉及形成图像传感器的方法。本公开既能防止浮置扩散区漏电，又能不减少光电二极管的面积。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及形成图像传感器的方法
本公开涉及半导体
，具体来说，涉及一种图像传感器及形成图像传感器的方法。
技术介绍
图像传感器用于将入射光转化为电信号。图像传感器包括光电二极管的阵列，入射光的光子到达光电二极管之后被吸收并产生载流子，从而产生电信号。通常采用传输晶体管(transfertransistor)来传输光电二极管中产生的载流子。传输晶体管包括浮置扩散(floatingdiffusion)区，而浮置扩散区的漏电问题是影响图像传感器性能的原因之一。针对浮置扩散区的漏电问题，申请号为CN201210143435.2的专利申请提出了一种方法，即在浮置扩散区的外围通过离子注入形成防漏电区。
技术实现思路
本公开的目的之一是提供一种新的图像传感器及形成图像传感器的方法。根据本公开的第一方面，提供了一种图像传感器，包括像素单元，所述像素单元包括：第一半导体材料层，在其中形成有光电二极管；位于所述第一半导体材料层之下的第二半导体材料层，在其中形成有用于所述光电二极管的浮置扩散区；位于所述第二半导体材料层之下的第三半导体材料层，在其中形成有用于所述像素单元的晶体管的有源区；第一电介质材料层，位于所述第一半导体材料层和所述第二半导体材料层之间；以及第二电介质材料层，位于所述第二半导体材料层和所述第三半导体材料层之间。根据本公开的第二方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：在第一半导体材料层中形成光电二极管；在所述第一半导体材料层之下形成第一间隔层；在所述第一间隔层之下形成第二半导体材料层以及位于所述第二半导体材料层中的用于所述光电二极管的浮置扩散区；在所述第二半导体材料层之下形成第二间隔层；在所述第二间隔层之下形成第三半导体材料层以及位于所述第三半导体材料层中的用于所述光电二极管的晶体管的有源区，其中，所述第一间隔层的材料不同于所述第一和第二半导体材料层的材料，所述第二间隔层的材料不同于所述第二和第三半导体材料层的材料；以及将所述第一间隔层和所述第二间隔层分别替换为第一电介质材料层和第二电介质材料层。根据本公开的第三方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：在第一半导体材料层中形成光电二极管；在所述第一半导体材料层之下形成第一电介质材料层；在所述第一电介质材料层之下形成第二半导体材料层以及位于所述第二半导体材料层中的用于所述光电二极管的浮置扩散区；在所述第二半导体材料层之下形成第二电介质材料层；以及在所述第二电介质材料层之下形成第三半导体材料层以及位于所述第三半导体材料层中的用于所述光电二极管的晶体管的有源区。根据本公开的第四方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：在第一半导体材料层中形成光电二极管；在所述第一半导体材料层之下形成间隔层，所述间隔层包括不同于所述第一半导体材料层的半导体材料；在所述间隔层之下通过外延生长处理形成第二半导体材料层以及位于所述第二半导体材料层中的用于所述光电二极管的浮置扩散区；在所述第二半导体材料层之下形成第一电介质材料层；在所述第一电介质材料层之下形成第三半导体材料层以及位于所述第三半导体材料层中的用于所述光电二极管的晶体管的有源区；以及将所述间隔层替换为第二电介质材料层。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是示意性地示出根据本公开的一个示例性实施例的图像传感器的结构的示意图。图2是示意性地示出根据本公开的另一个示例性实施例的图像传感器的结构的示意图。图3A至3T是分别示意性地示出了在根据本公开的一个示例性实施例的形成图像传感器的方法的一些步骤处的图像传感器的示意图，其中，图3A至3G、3H-2、3I-2、3J至3L、3M-2、3N-2、3O-2、3P-2、3Q-2、3R-2、3S和3T示出了截面图，图3H-1、3I-1、3M-1、3N-1、3O-1、3P-1、3Q-1、3R-1是分别与截面图3H-2、3I-2、3M-2、3N-2、3O-2、3P-2、3Q-2、3R-2对应的平面图。图4A至4C是分别示意性地示出了在根据本公开的一些示例性实施例的形成图像传感器的方法的形成光电二极管的步骤处的图像传感器的截面的示意图。图5A至5F是分别示意性地示出了在根据本公开的另一个示例性实施例的形成图像传感器的方法的一些步骤处的图像传感器的截面的示意图。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。在一些情况中，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，本公开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，本文中的结构及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，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，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。需要说明的是，本文中描述方位的词语“上”、“下”、“顶”、“底”等，均是以该词语所在的描述段落所参考的附图的视图方向为基础的。例如，在参考图1、2、3L至3T、5A至5F的描述中，半导体材料层20在半导体材料层10之下；而在参考图3A至3K、4A至4C的描述中，半导体材料层20在半导体材料层10之上。本申请的专利技术人通过研究现有技术发现，防漏电区会减小光电二极管的面积，影响图像传感器的光电转换效率。本公开提供一种既能防止浮置扩散区漏电，又能不减少光电二极管的面积的图像传感器及形成图像传感器的方法。根据本公开实施例的图像传感器包括由像素单元形成的阵列，阵列中的至少一个像素单元如图1、2所示。该像素单元包括在其中形成有光电二极管(未示出)的半导体材料层10，以及位于半导体材料层10之下的、在其中形成有用于光电二极管的浮置扩散区(未示出)的半导体材料层20。其中，半导体材料层10和半导体材料层20之间间隔有电介质材料层40。半导体材料层10和半导体材料层20均为半导体材料形成，其半导体材料可以相同也可以不同，例如，两者中的任一个可以包括硅、锗、或锗硅。电介质材料层40可以包括任何电介质材料，例如氧化硅或氮化硅等。本领域技术人员应理解，除非另有说明，本文中对半导体材料和电介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括像素单元，所述像素单元包括：第一半导体材料层，在其中形成有光电二极管；位于所述第一半导体材料层之下的第二半导体材料层，在其中形成有用于所述光电二极管的浮置扩散区；位于所述第二半导体材料层之下的第三半导体材料层，在其中形成有用于所述像素单元的晶体管的有源区；第一电介质材料层，位于所述第一半导体材料层和所述第二半导体材料层之间；以及第二电介质材料层，位于所述第二半导体材料层和所述第三半导体材料层之间。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括像素单元，所述像素单元包括：第一半导体材料层，在其中形成有光电二极管；位于所述第一半导体材料层之下的第二半导体材料层，在其中形成有用于所述光电二极管的浮置扩散区；位于所述第二半导体材料层之下的第三半导体材料层，在其中形成有用于所述像素单元的晶体管的有源区；第一电介质材料层，位于所述第一半导体材料层和所述第二半导体材料层之间；以及第二电介质材料层，位于所述第二半导体材料层和所述第三半导体材料层之间。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素单元还包括：第三电介质材料层，位于所述第三半导体材料层之下，在其中形成有与所述光电二极管和所述浮置扩散区相关联的栅极结构；第一导电接触件，被配置为上端与所述光电二极管导电接触，下端延伸到所述第三电介质材料层的下表面；以及第二导电接触件，被配置为上端与所述浮置扩散区导电接触，下端延伸到所述第三电介质材料层的下表面，其中，所述栅极结构、所述第一导电接触件和所述第二导电接触件被配置为：当所述栅极结构中的栅电极被施加电压以使得在所述半导体材料层的对应区域形成导电沟道时，所述光电二极管中的电荷依次经由所述第一导电接触件、所述导电沟道、以及所述第二导电接触件转移到所述浮置扩散区中。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，在与所述图像传感器的主表面平行的平面图中，所述光电二极管基本占满整个所述像素单元的区域。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴明，林宗贤，吴孝哲，吴龙江，熊建锋，赵培培，
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