背照式图像传感器及制备方法技术

本发明专利技术提供一种背照式图像传感器，隔离环环绕所述光电二极管和所述第二导电类型沟道区，且贯穿所述半导体衬底和所述第二导电类型外延层；第一导电类型源区，沿所述隔离环内壁，自所述第二导电类型沟道区表面延伸至所述第二导电类型沟道区内，且环绕所述第一导电类型电荷积累区，所述第二导电类型沟道区隔离所述第一导电类型源区和所述第一导电类型电荷积累区。所述背照式图像传感器的隔离环与现在的常规CMOS工艺流程完全兼容，在隔离环内采用多次注入形成垂直分布的光电二极管与第一导电类型源区，减小电荷传输管的寄生电容，提升电荷传输管传输速率，提高图像传感器芯片的图像帧率。

【技术实现步骤摘要】
背照式图像传感器及制备方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种背照式图像传感器及制备方法。
技术介绍
随着自动驾驶和人工智能的对图像识别发展，CMOSAPS(CMOSactivepixelsensor，CMOS有源像素传感器)以其集成度高、体积小、功耗低等优点，已经成为图像识别中的重要元器件。与常用的电荷耦合器件(charge-coupleddevice，CCD)相比，传统的CMOSAPS的动态范围、灵敏度及噪声指标较差，主要体现在光强变化剧烈时，相邻像素出现串扰，从而严重限制了CMOSAPS在高质量成像上的使用。图1示出了传统的背照式像元结构示意图，传统的背照式图像传感器包括感光光电二极管(PinnedPhotoDiode，PPD)、电荷传输管和电荷存储的浮置扩散区(FloatingDiffusion，FD)。如图1所示，PPD与FD采用平行平面结构，导致像素面积增大，寄生电容增加，从而导致电荷传输速率下降，进而限制图像传感器芯片的工作频率。此外，在自动驾驶的应用上，通过采用CMOSAPS进行远红外光遥感观测的记录，可有效减轻浓雾、低照度等环境影响。但是，采用传统的背面减薄的背照式(backsideillumination，BSI)图像传感器，即使采用了背面减薄，感光层厚度达3μm左右。当采用小尺寸像素时，长波长光线的能量较低，例如红光，一半的远红光都没有被图像传感器吸收，导致对红外的感光灵敏度很低，从而产生满阱电荷明显不足，成像质量很差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种背照式图像传感器及其制备。为实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，具有第一导电类型，所述半导体衬底具有第一面和与所述第一面相对的第二面；第二导电类型外延层，覆盖所述半导体衬底的第一面；光电二极管，位于第二导电类型外延层内；第一导电类型电荷积累区和第二导电类型沟道区，分别位于所述光电二极管表面，且所述第二导电类型沟道区环绕所述第一导电类型电荷积累区；隔离环，环绕所述光电二极管和所述第二导电类型沟道区，且贯穿所述半导体衬底和所述第二导电类型外延层；第一导电类型源区，沿所述隔离环内壁，自所述第二导电类型沟道区表面延伸至所述第二导电类型沟道区内，且环绕所述第一导电类型电荷积累区，所述第二导电类型沟道区隔离所述第一导电类型源区和所述第一导电类型电荷积累区；栅极，覆盖所述第一导电类型电荷积累区表面，且沿第一方向延伸越过所述第二导电类型沟道区表面，直至所述第一导电类型源区的表面；其中，所述光电二极管包括第二导电类型感光区和第一导电类型感光区，所述第一导电类型感光区位于所述第二导电类型感光区上，且覆盖所述第二导电类型感光区表面。优选地，还包括：感光器件和遮光层，分别位于所述半导体衬底的第二面，其中，所述感光器件对应覆盖所述光电二极管，所述遮光层环绕所述感光器件，且对应覆盖所述隔离环。优选地，所述隔离环包括第一沟槽隔离环和第二沟槽隔离环，所述第一沟槽隔离环自所述第二导电类型外延层表面延伸至所述第二导电类型外延层内；所述第二沟槽隔离环自所述半导体衬底的第二面贯穿所述半导体衬底，且延伸至所述第二导电类型外延层内；所述第二沟槽隔离环的底面和所述第一沟槽隔离环的底面相连。优选地，所述第一沟槽隔离环的顶面高于所述第二导电类型外延层表面。优选地，所述第一沟槽隔离环的底面与所述半导体衬底第一面的垂直距离小于所述光电二极管的底面与所述半导体衬底第一面的垂直距离。优选地，第一导电类型为P型时，第二导电类型为N型；第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型。2、本专利技术还提供一种背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，包括：步骤S01，提供具有第一导电类型的半导体衬底，所述半导体衬底具有第一面以及与所述第一面相对的第二面；步骤S02，在所述半导体衬底的第一面进行第一减薄处理；步骤S03，在所述半导体衬底的第一面外延生长第二导电类型外延层；步骤S04，在所述第二导电类型外延层内形成第一沟槽隔离环；步骤S05，在所述第二导电类型外延层上形成具有第一开口的第一图形化光刻胶层，所述第一开口的底部暴露出所述第一沟槽隔离环内的所述第二导电类型外延；步骤S06，以所述第一图形化光刻胶层为掩模，采用离子注入工艺在所述第一开口底部的第二导电类型外延层内依次形成光电二极管和位于所述光电二极管上的初始第一导电类型电荷积累区；步骤S07，去除所述第一图形化光刻胶层；步骤S08，在所述第二导电类型外延层上形成具有第二开口的第二图形化光刻胶层，所述第二开口的底部暴露出与所述第一沟槽隔离环相邻的部分所述初始第一导电类型电荷积累区；步骤S09，以所述第二图形化光刻胶层为掩模，对所述第二开口底部的所述初始第一导电类型电荷积累区进行掺杂形成所述第二导电类型沟道区；步骤S10，去除所述第二图形化光刻胶层，未掺杂的所述初始第一导电类型电荷积累区形成所述第一导电类型电荷积累区；步骤S11，形成覆盖所述第一导电类型电荷积累区表面的栅极，所述栅极沿第一方面延伸覆盖部分所述第二导电类型沟道区表面；步骤S12，在所述第二导电类型外延层上形成具有第三开口的第三图形化光刻胶层，所述第三开口的底部暴露出所述第一沟槽隔离环与所述栅极之间的所述第二导电类型沟道区；步骤S13，对所述第三开口底部的所述第二导电类型沟道区掺杂形成所述第一导电类型源区；步骤S14，对所述半导体衬底的第二面进行第二减薄处理；步骤S15，在所述半导体衬底的第二面形成贯穿所述半导体衬底的第二深沟槽隔离环，且所述第二深沟槽隔离环的底面与所述第一深沟槽隔离环的底面相连。优选地，所述光电二极管包括第二导电类型感光区和位于所述第二导电类型感光区上的第一导电类型感光区，采用第一离子注入工艺形成所述第二导电类型感光区，采用第二离子注入工艺形成所述第一导电类型感光区；采用第三离子注入工艺形成所述初始第一导电类型电荷积累区；其中，第一离子注入工艺的注入离子包括硼离子，注入能量为第一注入能量；第二离子注入工艺的注入离子包括磷离子，注入能量为第二注入能量；第三离子注入工艺的注入离子包括磷离子，注入能量为第三注入能量。优选地，所述第二注入能量小于所述第一注入能量；所述第三注入能量小于所述第二注入能量。优选地，采用第四离子注入工艺形成所述第二导电类型沟道区，所述第四离子注入工艺的注入离子包括硼离子，注入能量为第四注入能量，所述第四注入能量大于所述第三注入能量的3倍～5倍；采用第五离子注入工艺形成所述第一导电类型源区，所述第五离子注入工艺的注入离子包括磷离子。从上述技术方案可以看出，本专利技术提供一种背照式图像传感器及其制备，所述背照式图像传感器的隔离环与现在的常规CMOS工艺流程完全兼容，在隔离环内采用多次注入形成垂直分布的光电二极管、第一导电类型电荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：/n半导体衬底，具有第一导电类型，所述半导体衬底具有第一面和与所述第一面相对的第二面；/n第二导电类型外延层，覆盖所述半导体衬底的第一面；/n光电二极管，位于第二导电类型外延层内；/n第一导电类型电荷积累区和第二导电类型沟道区，分别位于所述光电二极管表面，且所述第二导电类型沟道区环绕所述第一导电类型电荷积累区；/n隔离环，环绕所述光电二极管和所述第二导电类型沟道区，且贯穿所述半导体衬底和所述第二导电类型外延层；/n第一导电类型源区，沿所述隔离环内壁，自所述第二导电类型沟道区表面延伸至所述第二导电类型沟道区内，且环绕所述第一导电类型电荷积累区，所述第二导电类型沟道区隔离所述第一导电类型源区和所述第一导电类型电荷积累区；/n栅极，覆盖所述第一导电类型电荷积累区表面，且沿第一方向延伸越过所述第二导电类型沟道区表面，直至所述第一导电类型源区的表面；其中，/n所述光电二极管包括第二导电类型感光区和第一导电类型感光区，所述第一导电类型感光区位于所述第二导电类型感光区上，且覆盖所述第二导电类型感光区表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，具有第一导电类型，所述半导体衬底具有第一面和与所述第一面相对的第二面；
第二导电类型外延层，覆盖所述半导体衬底的第一面；
光电二极管，位于第二导电类型外延层内；
第一导电类型电荷积累区和第二导电类型沟道区，分别位于所述光电二极管表面，且所述第二导电类型沟道区环绕所述第一导电类型电荷积累区；
隔离环，环绕所述光电二极管和所述第二导电类型沟道区，且贯穿所述半导体衬底和所述第二导电类型外延层；
第一导电类型源区，沿所述隔离环内壁，自所述第二导电类型沟道区表面延伸至所述第二导电类型沟道区内，且环绕所述第一导电类型电荷积累区，所述第二导电类型沟道区隔离所述第一导电类型源区和所述第一导电类型电荷积累区；
栅极，覆盖所述第一导电类型电荷积累区表面，且沿第一方向延伸越过所述第二导电类型沟道区表面，直至所述第一导电类型源区的表面；其中，
所述光电二极管包括第二导电类型感光区和第一导电类型感光区，所述第一导电类型感光区位于所述第二导电类型感光区上，且覆盖所述第二导电类型感光区表面。


2.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，还包括：感光器件和遮光层，分别位于所述半导体衬底的第二面，其中，所述感光器件对应覆盖所述光电二极管，所述遮光层环绕所述感光器件，且对应覆盖所述隔离环。


3.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述隔离环包括第一沟槽隔离环和第二沟槽隔离环，所述第一沟槽隔离环自所述第二导电类型外延层表面延伸至所述第二导电类型外延层内；所述第二沟槽隔离环自所述半导体衬底的第二面贯穿所述半导体衬底，且延伸至所述第二导电类型外延层内；所述第二沟槽隔离环的底面和所述第一沟槽隔离环的底面相连。


4.如权利要求3所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一沟槽隔离环的顶面高于所述第二导电类型外延层表面。


5.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一沟槽隔离环的底面与所述半导体衬底第一面的垂直距离小于所述光电二极管的底面与所述半导体衬底第一面的垂直距离。


6.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，第一导电类型为P型时，第二导电类型为N型；第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型。


7.一种背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S01，提供具有第一导电类型的半导体衬底，所述半导体衬底具有第一面以及与所述第一面相对的第二面；
步骤S02，在所述半导体衬底的第一面进行第一减薄处理；
步骤S03，在所述半导体衬底的第一面外延生长第二导电类型外延层；
步骤S04，在所述第二导电类型外延层内形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：周阳，
申请(专利权)人：上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司，上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31