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，所述半导体衬底具有光电感应单元；多个第一光电二极管，位于所述光电感应单元内，且围绕所述光电感应单元的中心轴分布；控制栅极，位于所述光电感应单元，所述控制栅极自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸；多个浮置扩散区，在浮置区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布；多个第二光电二极管，在光电区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述第二光电二极管与所述浮置扩散区一一对应。本发明专利技术方案有机会选择适当的光电二极管以改变光电转换的灵敏度，提高传感器的动态范围，更好地适应不同光线的需求。

Image Sensor and Its Formation Method

【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
图像传感器是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。以CMOS图像传感器(CMOSImageSensors，CIS)器件为例，由于其具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。在形成现有的CIS像素器件的过程中，通常先在半导体衬底内形成光电二极管(PhotoDiode，PD)，在半导体衬底的表面形成控制栅极(Gate)，进而在控制栅极的另一侧的半导体衬底内形成浮置扩散区(FloatingDiffusion，FD)，其中，相邻的像素器件可以共用该浮置扩散区。然而，上述CIS的光电二极管的面积与厚度有限，导致产生的载流子不足，影响成像质量，且这种传统结构无法改变图像传感器PD的灵敏度，动态范围(Dynamicrange)较低。
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，有机会选择适当的光电二极管以改变光电转换的灵敏度，形成高动态范围的CMOS图像传感器，更好地适应不同光线的需求。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，所述半导体衬底具有光电感应单元；多个第一光电二极管，位于所述光电感应单元内，且围绕所述光电感应单元的中心轴分布；控制栅极，位于所述光电感应单元，所述控制栅极自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸；多个浮置扩散区，在浮置区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述浮置扩散区与所述第一光电二极管一一对应，所述浮置区域是指所述光电感应单元的围绕所述控制栅极的部分；多个第二光电二极管，在光电区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述第二光电二极管与所述浮置扩散区一一对应，所述光电区域是指所述光电感应单元的围绕所述浮置区域的部分。可选的，所述的图像传感器还包括：多个传输栅极，位于所述半导体衬底的表面，所述传输栅极与所述第二光电二极管一一对应，每个第二光电二极管位于对应的传输栅极一侧的半导体衬底内，每个第二光电二极管对应的浮置扩散区位于对应的传输栅极另一侧的半导体衬底内。可选的，所述第一光电二极管的灵敏度低于所述第二光电二极管的灵敏度。可选的，所述的图像传感器还包括：隔离区，位于所述浮置扩散区与所述第二光电二极管之间；其中，所述隔离区的材料与所述半导体衬底的材料一致。可选的，所述控制栅极的顶部表面高于或齐平于所述半导体衬底的表面。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，所述半导体衬底内具有光电感应单元；在所述光电感应单元内形成多个第一光电二极管，所述多个第一光电二极管围绕所述光电感应单元的中心轴分布；在所述光电感应单元形成控制栅极，所述控制栅极自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸；形成多个浮置扩散区以及多个第二光电二极管，所述多个浮置扩散区在浮置区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述浮置扩散区与所述第一光电二极管一一对应，所述浮置区域是指所述光电感应单元的围绕所述控制栅极的部分，所述多个第二光电二极管在光电区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述多个第二光电二极管与所述多个浮置扩散区一一对应，所述光电区域是指所述光电感应单元的围绕所述浮置区域的部分。可选的，所述的图像传感器的形成方法还包括：在所述半导体衬底的表面形成多个传输栅极，每个第二光电二极管位于对应的传输栅极一侧的半导体衬底内，每个第二光电二极管对应的浮置扩散区位于对应的传输栅极另一侧的半导体衬底内。可选的，在所述半导体衬底的表面形成多个传输栅极包括：在所述半导体衬底的表面形成传输栅极介质层；在所述传输栅极介质层的表面形成传输栅极材料层；对所述传输栅极材料层以及所述传输栅极介质层进行刻蚀，以形成所述多个传输栅极。可选的，在所述光电感应单元形成控制栅极包括：在所述光电感应单元内形成控制栅极沟槽，所述控制栅极沟槽自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸，且所述控制栅极沟槽的底部暴露出每个所述第一光电二极管的一部分；在所述控制栅极沟槽内形成隔离薄膜，所述隔离薄膜覆盖所述控制栅极沟槽的底部和侧壁；在所述隔离薄膜的表面以及所述半导体衬底的表面形成栅极材料层；对所述栅极材料层以及所述隔离薄膜进行平坦化，以形成传输栅极并暴露出所述半导体衬底的表面，且所述传输栅极的表面齐平于所述半导体衬底的表面。可选的，在所述光电感应单元形成控制栅极包括：在所述光电感应单元内形成控制栅极沟槽，所述控制栅极沟槽自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸，且所述控制栅极沟槽的底部暴露出所述光电二极管组中每个光电二极管的一部分；在所述控制栅极沟槽内形成隔离薄膜，所述隔离薄膜覆盖所述控制栅极沟槽的底部和侧壁；在所述隔离薄膜的表面以及所述半导体衬底的表面形成栅极材料层；对所述栅极材料层以及所述隔离薄膜进行刻蚀，以形成传输栅极并暴露出所述半导体衬底的表面，且所述传输栅极的表面高于所述半导体衬底的表面。可选的，所述形成多个浮置扩散区以及多个第二光电二极管包括：在所述半导体衬底的表面形成图形化的第一掩膜层，所述第一掩膜层暴露出所述浮置扩散区在所述半导体衬底表面占据的区域；以所述第一掩膜层为掩膜，对所述半导体衬底进行第一离子注入，以形成所述浮置扩散区；在所述半导体衬底的表面形成图形化的第二掩膜层，所述第二掩膜层暴露出所述第二光电二极管在所述半导体衬底表面占据的区域；以所述第二掩膜层为掩膜，对所述半导体衬底进行第二离子注入，以形成所述第二光电二极管。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，所述半导体衬底具有光电感应单元；多个第一光电二极管，位于所述光电感应单元内，且围绕所述光电感应单元的中心轴分布；控制栅极，位于所述光电感应单元，所述控制栅极自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸；多个浮置扩散区，在浮置区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述浮置扩散区与所述第一光电二极管一一对应，所述浮置区域是指所述光电感应单元的围绕所述控制栅极的部分；多个第二光电二极管，在光电区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述第二光电二极管与所述浮置扩散区一一对应，所述光电区域是指所述光电感应单元的围绕所述浮置区域的部分。采用上述方案，通过设置多个第一光电二极管以及多个第二光电二极管，且多个第二光电二极管在光电区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述第二光电二极管与所述浮置扩散区一一对应，相比于现有技术中，仅在半导体衬底设置一层光电二极管，受到光电二极管的面积限制，难以形成足够的光生载流子，采用本专利技术实施例的方案，由于设置两部分光电二极管，可以在需要时，通过利用第二光电二极管，有机会选择适当的光电二极管以改变光电转换的灵敏度，形成高动态范围的图像传感器，更好地适应不同光线的需求。进一步，所述图像传感器还包括多个传输栅极，所述传输栅极与所述第二光电二极管一一对应，每个第二光电二极管位于对应的传输栅极一侧的半导体衬底内，每个第二光电二极管对应的浮置扩散区位于对应的传输栅极另一侧的半导体衬底内，采用本专利技术实施例的方案本文档来自技高网...

【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，所述半导体衬底具有光电感应单元；多个第一光电二极管，位于所述光电感应单元内，且围绕所述光电感应单元的中心轴分布；控制栅极，位于所述光电感应单元，所述控制栅极自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸；多个浮置扩散区，在浮置区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述浮置扩散区与所述第一光电二极管一一对应，所述浮置区域是指所述光电感应单元的围绕所述控制栅极的部分；多个第二光电二极管，在光电区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述第二光电二极管与所述浮置扩散区一一对应，所述光电区域是指所述光电感应单元的围绕所述浮置区域的部分。

【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，所述半导体衬底具有光电感应单元；多个第一光电二极管，位于所述光电感应单元内，且围绕所述光电感应单元的中心轴分布；控制栅极，位于所述光电感应单元，所述控制栅极自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸；多个浮置扩散区，在浮置区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述浮置扩散区与所述第一光电二极管一一对应，所述浮置区域是指所述光电感应单元的围绕所述控制栅极的部分；多个第二光电二极管，在光电区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述第二光电二极管与所述浮置扩散区一一对应，所述光电区域是指所述光电感应单元的围绕所述浮置区域的部分。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：多个传输栅极，位于所述半导体衬底的表面，所述传输栅极与所述第二光电二极管一一对应，每个第二光电二极管位于对应的传输栅极一侧的半导体衬底内，每个第二光电二极管对应的浮置扩散区位于对应的传输栅极另一侧的半导体衬底内。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一光电二极管的灵敏度低于所述第二光电二极管的灵敏度。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：隔离区，位于所述浮置扩散区与所述第二光电二极管之间；其中，所述隔离区的材料与所述半导体衬底的材料一致。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述控制栅极的顶部表面高于或齐平于所述半导体衬底的表面。6.一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，所述半导体衬底内具有光电感应单元；在所述光电感应单元内形成多个第一光电二极管，所述多个第一光电二极管围绕所述光电感应单元的中心轴分布；在所述光电感应单元形成控制栅极，所述控制栅极自所述半导体衬底表面沿所述中心轴向所述半导体衬底内部延伸；形成多个浮置扩散区以及多个第二光电二极管，所述多个浮置扩散区在浮置区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述浮置扩散区与所述第一光电二极管一一对应，所述浮置区域是指所述光电感应单元的围绕所述控制栅极的部分，所述多个第二光电二极管在光电区域围绕所述光电感应单元的中心轴分布，所述多个第二光电二极管与所述多个浮置扩散区一一对应，所述光电区域是指所述光电感应单元的围绕所述浮置区域的部分。7.根据权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：在所述半导体衬底的表面形成多...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏代龙，
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