一种图像传感器及其制作方法技术

本申请涉及一种图像传感器及其制作方法。所述图像传感器包括：半导体衬底；外延层，位于所述半导体衬底表面；感光元件，所述感光元件包括位于所述半导体衬底内的第一感光元件以及位于所述外延层内的第二感光元件，所述第二感光元件延伸至第一感光元件。本申请通过在半导体衬底上生长外延层，并分别在半导体衬底以及外延层上形成第一感光元件以及第二感光元件，避免了单次制作感光元件受到的工艺限制，增大了感光元件的纵向尺寸，提升了每个像素单元的满阱容量，另一方面，将图像传感器像素单元的晶体管形成在外延层上，增大了感光元件的横向尺寸，提高了每个像素单元的满阱容量。

An Image Sensor and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器及其制作方法
本申请涉及半导体器件的制造领域，具体地涉及一种图像传感器及其制作方法。
技术介绍
图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的器件。随着计算机和通信产业的发展，对高性能图像传感器的需求不断增长，这些高性能图像传感器广泛用于诸如数字照相机、摄像录像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、安防摄像机、医用微型照相机之类的各种领域。在目前的图像传感器的发展领域中，决定其优势的因素主要是像素的数量和每个像素的满阱容量，如何提高单个像素的满阱容量是一个非常值得研究的方向。在目前的满阱容量的提高方案中，主要是通过提高离子注入能量达到扩大单个像素的侧部结电容的面积以提高满阱容量，但是这种方案很大程度上受到离子注入能量的限制。另一方面，在一些工艺设计中，通常把像素单元的4T晶体管做在感光元件之间的隔离区中，这样隔离区的关键尺寸必然做的比较大，会挤占了感光元件的横向尺寸，影响感光元件的受光面积，不利于提升满阱容量。因此有必要针对以上问题开发一种新的图像传感器及其制作方法来提高满阱容量。
技术实现思路
本申请针对现有技术中离子注入能量限制了单个像素单元满阱容量的提升的问题提供一种图像传感器及其制作方法，可以提高图像传感器中每个像素单元的满阱容量。本申请的一个方面提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；外延层，位于所述半导体衬底表面；感光元件，所述感光元件包括位于所述半导体衬底内的第一感光元件以及位于所述外延层内的第二感光元件，所述第二感光元件延伸至第一感光元件；隔离结构，所述隔离结构用于隔离所述感光元件，包括位于所述半导体衬底内的第一隔离结构和位于所述外延层内的第二隔离结构，所述第二隔离结构延伸至所述第一隔离结构。在本申请的一些实施例中，所述图像传感器还包括：浮置扩散区，位于所述外延层中；所述图像传感器像素单元的晶体管，位于所述外延层上。在本申请的一些实施例中，所述图像传感器像素单元的晶体管为四晶体管像素单元。在本申请的一些实施例中，所述第一感光元件的厚度为2至3.5微米。在本申请的一些实施例中，所述第二感光元件的厚度小于3微米。本申请的另一个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，在所述半导体衬底中形成第一感光元件以及用于隔离所述第一感光元件的第一隔离结构；在所述半导体衬底表面形成外延层；在所述外延层中形成第二感光元件以及用于隔离所述第二感光元件的第二隔离结构，其中，所述第二感光元件延伸至第一感光元件，所述第二隔离结构延伸至所述第一隔离结构。在本申请的一些实施例中，所述方法还包括：在所述外延层中形成浮置扩散区，在所述外延层上形成所述图像传感器像素单元的晶体管。在本申请的一些实施例中，形成所述第一感光元件的方法包括：在所述半导体衬底中进行第一离子注入。在本申请的一些实施例中，形成所述第二感光元件的方法包括：在所述外延层中进行第二离子注入，其中，第一离子注入和第二离子注入的注入离子类型相同。在本申请的一些实施例中，在所述外延层中进行第二离子注入后，退火。在本申请的一些实施例中，所述第一感光元件的厚度为2至3.5微米。在本申请的一些实施例中，所述第二感光元件的厚度小于3微米。本申请提供的一种图像传感器及其制作方法，通过在所述半导体衬底上生长所述外延层，并分别在所述半导体衬底以及所述外延层中形成所述第一感光元件和所述第二感光元件，避免了单次制作感光元件受到的工艺限制，而且，由所述第一感光元件和所述第二感光元件共同构成所述图像传感器的感光元件，增大了所述感光元件的纵向尺寸，提升了每个像素单元的满阱容量。另一方面，将所述所述图像传感器像素单元的晶体管形成在所述外延层上，增大了所述感光元件的横向尺寸，提高了每个像素单元的满阱容量。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。应当理解，附图未按比例绘制。其中：图1是本申请实施例一种图像传感器的电路图。图2至图8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9(a)和图9(b)是本申请实施例图像传感器的结构示意图以及一种现有技术图像传感器的结构示意图的对比。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四晶体管像素单元(4T像素)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打开，此时经由源极跟随器Sx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Sx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。本申请实施例提供一种图像传感器的制作方法，参考附图2至附图8所示，包括：提供半导体衬底110，在所述半导体衬底110中形成第一感光元件131以及用于隔离所述第一感光元件131的第一隔离结构141；在所述半导体衬底110表面形成外延层120；在所述外延层120中形成第二感光元件132以及用于隔离所述第二感光元件132的第二隔离结构142，其中，所述第二感光元件132延伸至第一感光元件131，所述第二隔离结构142延伸至所述第一隔离结构141。下面参考图2至图8对本申请实施例所述的图像传感器的制作方法进行进一步的详细说明。参考图2所示，提供半导体衬底110，所述半导体衬底110可以为硅衬底，或者为绝缘体上的硅衬底。在本申请的一些实施例中，所述的半导体衬底110为P型硅，所述P型硅通本文档来自技高网...

【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；外延层，位于所述半导体衬底表面；感光元件，所述感光元件包括位于所述半导体衬底内的第一感光元件以及位于所述外延层内的第二感光元件，所述第二感光元件延伸至第一感光元件；隔离结构，所述隔离结构用于隔离所述感光元件，包括位于所述半导体衬底内的第一隔离结构和位于所述外延层内的第二隔离结构，所述第二隔离结构延伸至所述第一隔离结构。

【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；外延层，位于所述半导体衬底表面；感光元件，所述感光元件包括位于所述半导体衬底内的第一感光元件以及位于所述外延层内的第二感光元件，所述第二感光元件延伸至第一感光元件；隔离结构，所述隔离结构用于隔离所述感光元件，包括位于所述半导体衬底内的第一隔离结构和位于所述外延层内的第二隔离结构，所述第二隔离结构延伸至所述第一隔离结构。2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：浮置扩散区，位于所述外延层中；所述图像传感器像素单元的晶体管，位于所述外延层上。3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器像素单元的晶体管为四晶体管像素单元。4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一感光元件的厚度为2至3.5微米。5.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二感光元件的厚度小于3微米。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，在所述半导体衬底中形成第一感光元件以及用于隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，杨健，李超，马富林，
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