图像传感器及其制作方法技术

本申请提供一种图像传感器及其制作方法，所述的图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底中形成有感光元件和浮置扩散区；传输栅结构，位于所述半导体衬底表面；其中，所述半导体衬底以及所述感光元件的部分区域中设置有应力层，所述浮置扩散区也设置有应力层，所述应力层在所述图像传感器的光电荷传输沟道产生张应力。本申请所述的图像传感器及其制作方法，通过在光电二极管PD以及浮置扩散区FD中外延生长应变材料，利用应变材料产生的张应力，并将所述张应力引入光电荷的传输沟道，减少光电荷从光电二极管PD传输到浮置扩散区FD的时间，从而减少图像传感器的曝光时间，使图像传感器产品具有更快的反应速度。

Image Sensor and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制作方法
本申请涉及半导体制造领域，具体来说，涉及一种图像传感器及其制作方法。
技术介绍
图像传感器是一种用于将聚焦在图像传感器上的光学图像转换成电信号的电子设备。图像传感器可以用于诸如数码相机，摄影机，摄像机等的成像设备，使得成像设备接收到的光被转换为数字图像。目前常见的图像传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合器件(CCD)传感器，它们被广泛用于各种成像设备中。无论是CCD还是CMOS，图像传感器都采用感光元件作为影像捕获的基本手段，感光元件的核心包括光电二极管(Photodiode，PD)，光电二极管PD在接受光线照射之后能够吸收入射到所述光电二极管的光来产生光电荷并转移这些光电荷，从而产生电信号。所述感光元件还包括浮置扩散区FD(FloatingDiffusion，FD)，所述光电二极管PD中产生的光电荷通过传输晶体管Tx转移到所述浮置扩散区FD。在全局快门曝光的高速摄影和摄像设备中，要求极高的曝光速度。所述的光电荷从光电二极管PD传输到浮置扩散区FD中，有一个时间延时的过程，如果能够减少这个时间延时，将有利于快速曝光的实现。
技术实现思路
本申请技术方案要解决的技术问题是提供一种图像传感器及其制作方法，以提高所述图像传感器的曝光速度。本申请的一方面提供一种图像传感器，半导体衬底，所述半导体衬底中形成有感光元件和浮置扩散区；传输栅结构，所述传输栅结构位于所述半导体衬底表面；应力层，所述应力层位于半导体衬底内并延伸至所述感光元件的部分区域以及所述浮置扩散区，所述应力层在所述图像传感器的光电荷传输沟道产生张应力。在本申请的一些实施例中，所述的应力层材料为碳化硅。在本申请的一些实施例中，所述的碳化硅材料中C原子的原子百分比为10％至50％。在本申请的一些实施例中，所述应力层的厚度为0.1微米至0.8微米。在本申请的一些实施例中，所述的半导体衬底为<100>晶向的晶圆。本申请的另一方面提供一种图像传感器的制作方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有感光元件和浮置扩散区；在所述半导体衬底表面形成传输栅结构；在所述半导体衬底以及传输栅结构表面形成图案化的阻挡层，所述图案化的阻挡层的开口对应于感光元件的部分区域和浮置扩散区；以所述图案化的阻挡层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底、感光元件的部分区域和浮置扩散区形成沟槽；在所述沟槽内填充应力材料形成应力层，所述应力层在所述图像传感器的光电荷传输沟道产生张应力；去除所述图案化的阻挡层。在本申请的一些实施例中，所述的应力层材料为碳化硅。在本申请的一些实施例中，所述的碳化硅材料中C原子的原子百分比为10％至50％。在本申请的一些实施例中，所述应力层的厚度为0.1微米至0.8微米。在本申请的一些实施例中，所述的半导体衬底为<100>晶向的晶圆。本申请所述的图像传感器及其制作方法，通过在光电二极管PD的部分区域以及浮置扩散区FD中外延生长应变材料，利用应变材料产生的张应力，并将所述张应力引入光电荷的传输沟道，减少光电荷从光电二极管PD传输到浮置扩散区FD的时间，从而减少图像传感器的曝光时间，使图像传感器产品具有更快的反应速度。本申请中另外的特征将部分地在下面的描述中阐述。通过该阐述，使以下附图和实施例叙述的内容对本领域普通技术人员来说变得显而易见。本申请中的专利技术点可以通过实践或使用下面讨论的详细示例中阐述的方法、手段及其组合来得到充分阐释。附图说明以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的专利技术意图。在本申请实施例中，附图仅仅示意性的对图像传感器的结构进行描述，并不对构成图像传感器的各部件的具体结构以及具体位置关系做严格的限定，并且，各部件示意图与实际部件的尺寸不一定按比例绘制，且在一些情况下，为了清楚地说明实施例的特征，比例可以被夸大。其中：图1是本申请实施例一种图像传感器的电路图。图2是本申请实施例中图像传感器制作方法的工艺流程图。图3至图7是本申请实施例中图像传感器制作方法各步骤的截面结构示意图。图8是本申请实施例所述的图像传感器中所述应力层在所述半导体衬底内产生的应力示意图。图9A至附图9C分别是Si的晶格结构，SiC的晶格结构，以及在半导体衬底内外延生长的SiC应力层的晶格结构。具体实施方式以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本公开不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。下面结合实施例和附图对本专利技术技术方案进行详细说明。本申请实施例提供一种图像传感器，参考附图1所示，为一种CMOS图像传感器的电路图，更具体地，为所述图像传感器的一个像素单元的电路图。所述的电路包括：光电二极管(Photodiode)PD、传输晶体管(TransferGate)Tx、浮置扩散区FD(FloatingDiffusion)、重置晶体管(ResetGate)Rx、源极跟随器Sx(SourceFollower)、以及行选通管Rs(RowSelector)。其中，所述光电二极管PD在接受光线照射之后能够吸收入射到所述光电二极管的光来产生光电荷。所述传输晶体管Tx将从光电二极管PD的光电荷转移到浮置扩散区FD。重置晶体管Rx用于重置所述浮置扩散区FD，同时可以控制光电荷的移动。源极跟随器Sx用于实现对信号的放大和缓冲，用于改善像素结构的噪声问题。附图1所示电路工作时，所述光电二极管PD开始产生光电荷，重置晶体管Rx打开，把所述浮置扩散区FD复位到高电平，行选通管Rs(RowSelector)打开，此时经由源极跟随器Sx(SourceFollower)缓冲放大后像素读出电压为复位电压，记为Vblk。随后，把传输晶体管Tx打开，光电荷开始向所述浮置扩散区转移，一段时间之后，读出此时稳定的像素输出电压信号，记为Vsig。将所述像素单元的两次采样电压进行做差，就得到了消除固定噪声模式之后的电压信号Vout。如公示所示：(Vblk-Vsig)Gpixel＝Vout其中，Gpixel是源极跟随器放大增益，取值一般在0.8至0.9之间。所述电路结构可降低图像传感器的暗电流，提高图像传感器的电荷传输性能。本申请实施例首先提供一种图像传感器的制作方法，参考附图2所示，为所述图像传感器制作方法的工艺流程图，所述方法包括：步骤S100，提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有感光元件和浮置扩散区；步骤S110，在所述半导体衬底表面形成传输栅结构；步骤S120，在所述半导体衬底以及传输栅结构表面形成图案化的阻挡层，所述图案化的阻挡层的开口对应于感光元件的部分区域和浮置扩散区；步骤S130，以所述图案化的阻挡层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底、感光元件的部分区域和浮置扩散区形成沟槽；步骤S140，在所述沟本文档来自技高网...

【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，所述半导体衬底中形成有感光元件和浮置扩散区；传输栅结构，所述传输栅结构位于所述半导体衬底表面；应力层，所述应力层位于半导体衬底内并延伸至所述感光元件的部分区域以及所述浮置扩散区，所述应力层在所述图像传感器的光电荷传输沟道产生张应力。

【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，所述半导体衬底中形成有感光元件和浮置扩散区；传输栅结构，所述传输栅结构位于所述半导体衬底表面；应力层，所述应力层位于半导体衬底内并延伸至所述感光元件的部分区域以及所述浮置扩散区，所述应力层在所述图像传感器的光电荷传输沟道产生张应力。2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述的应力层材料为碳化硅。3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述的碳化硅材料中C原子的原子百分比为10％至50％。4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述应力层的厚度为0.1微米至0.8微米。5.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述的半导体衬底为＜100＞晶向的晶圆。6.一种图像传感器的制作方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有感光元件和浮置扩散区；在所述半导体衬底表面形成传输栅结构；在所述半导体衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，杨健，苏凤梅，
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