【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种图像传感器及其形成方法。
技术介绍
1、图像传感器作为将光信号转化为电信号的关键器件单元，广泛应用于智能手机、平板电脑、汽车、医疗等各类新兴领域。
2、随着对图像传感器性能要求的提高，市场对图像传感器的噪声要求也在逐步降低。在常规的图像传感器中，所有的器件都在硅片正面制作，因此硅片正面需要经受多次的刻蚀、生长、注入等工艺步骤。这些工艺步骤会在硅晶格中造成大量不完整的晶格位点，同时也会引入杂质沾污。由于工艺步骤均在硅片正面进行，缺陷以及沾污沿硅片深度方向常会有一个密度分布，靠近硅片上表面位置密度最高。缺陷、杂质均可能在硅能带中引入隙间能级，进而大幅增加载流子的自发产生率和复合率。因此，硅衬底的上表面在图像传感器中是常规的噪声电流（暗电流）来源。
3、由于图像传感器中，衬底硅-氧化硅界面所产生的暗电流是光电二极管所收集到的背底电流的主要成分，因此降低硅界面暗电流的产生，以及阻止硅界面暗电流的扩散是降低图像传感器噪声水平的两个重要方向。由于不可能无限度的提高硅表面氧化层的质量，图像传感器常常使用较高浓度的p型钉扎注入来分隔硅界面与光电二极管，使界面缺陷能级被空穴直接钉扎，或使界面暗电流的噪声电子在穿越p型钉扎层过程中被空穴复合。也即是说，在图像传感器中，在硅衬底表面制作较浓的p型注入钉扎层是一种常见的设计思路。p型钉扎层覆盖于光电二极管的大部分面积之上，通过降低电子的自由程来阻挡界面暗电流向光电二极管的扩散。
4、对于具有较大面积像素的图像传感器，因为其所需的单位面积满阱电容较低，
5、但是随着图像传感器的发展，像素尺寸在逐步减小，单位面积满阱电容要求在快速增加，光电二极管的掺杂密度以及体积占比随之快速上升。此时，光电二极管离硅衬底上表面的距离明显减小，进而迫使p型钉扎层减薄。同时，为了保持一定的暗电流阻隔能力，必须增加钉扎注入的剂量，也就是说，减薄的钉扎层必须搭配更高的p型注入量来保证噪声阻挡能力，因此所需的p型钉扎层掺杂浓度一般在1e19 atom/cm3左右甚至更高。但是重掺的钉扎层会明显降低转移晶体管侧边的电势，这会严重影响转移晶体管的读出能力，进而会妨碍满阱电容的提高。高剂量的注入会带来更严重的表面缺陷以及沾污，同时较薄的p型钉扎层也限制了钉扎能力，造成光电二极管的背底噪声水平的提高。为了适应更小尺寸像素的图像传感器性能需求，界面暗电流的隔离需要一种新的方案，能够在较低的钉扎层浓度需求的情况下，有效降低界面暗电流，以满足现有小尺寸像素的设计需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种图像传感器及其形成方法，在较低的钉扎层浓度需求的情况下，降低界面暗电流对光电二极管的影响，以满足现有小尺寸像素的设计需求，有利于小尺寸像素的图像传感器的信噪比提升。
2、基于以上考虑，本专利技术的一个方面提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述衬底中形成光电二极管以及浮置扩散区，在所述光电二极管和浮置扩散区之间形成转移晶体管；在所述光电二极管表面形成复合钉扎层，所述复合钉扎层包括靠近所述光电二极管的p型势垒层和靠近所述衬底表面的n型暗电流收集层。
3、优选的，所述的图像传感器的形成方法还包括：在所述n型暗电流收集层周边形成p型隔离区，所述p型隔离区与所述p型势垒层相连以包围所述n型暗电流收集层。
4、优选的，在形成转移晶体管栅极之后，利用转移晶体管栅极的自对准能力，注入形成所述p型隔离区。
5、优选的，所述的图像传感器的形成方法还包括：在所述转移晶体管周边形成功能晶体管，所述功能晶体管的n型沟道区与所述n型暗电流收集层相连。
6、优选的，所述n型沟道区包括源漏注入区，所述源漏注入区与所述n型暗电流收集层相连。
7、优选的，所述n型沟道区包括源漏注入区和埋沟注入区，所述埋沟注入区与所述n型暗电流收集层相连。
8、优选的，所述埋沟注入区宽度大于功能晶体管栅极宽度。
9、优选的，同步注入形成所述p型势垒层和n型暗电流收集层。
10、优选的，形成转移晶体管栅极及侧墙之后，利用转移晶体管栅极及侧墙的自对准能力，同步注入形成所述p型势垒层和n型暗电流收集层。
11、优选的，所述n型暗电流收集层的掺杂浓度为1e16-1e18 atom/cm3。
12、优选的，所述p型势垒层的掺杂浓度为1e17- 1e19 atom/cm3。
13、优选的，所述复合钉扎层的总厚度小于0.1微米。
14、本专利技术的另一方面提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；位于所述衬底中的光电二极管以及浮置扩散区；位于所述光电二极管和浮置扩散区之间的转移晶体管；位于所述光电二极管表面的复合钉扎层，所述复合钉扎层包括靠近所述光电二极管的p型势垒层和靠近所述衬底表面的n型暗电流收集层。
15、优选的，所述的图像传感器还包括：位于所述n型暗电流收集层周边的p型隔离区，所述p型隔离区与所述p型势垒层相连以包围所述n型暗电流收集层。
16、优选的，所述的图像传感器还包括：位于所述转移晶体管周边的功能晶体管，所述功能晶体管的n型沟道区与所述n型暗电流收集层相连。
17、优选的，所述n型沟道区包括源漏注入区，所述源漏注入区与所述n型暗电流收集层相连。
18、优选的，所述n型沟道区包括源漏注入区和埋沟注入区，所述埋沟注入区与所述n型暗电流收集层相连。
19、优选的，所述埋沟注入区宽度大于功能晶体管栅极宽度。
20、优选的，所述n型暗电流收集层的掺杂浓度为1e16-1e18 atom/cm3。
21、优选的，所述p型势垒层的掺杂浓度为1e17- 1e19 atom/cm3。
22、优选的，所述复合钉扎层的总厚度小于0.1微米。
23、与现有技术相比，本专利技术的图像传感器及其形成方法具有如下有益效果：
24、首先，通过在光电二极管表面形成复合钉扎层，靠近光电二极管的p型势垒层将靠近衬底表面的n型暗电流收集层完全耗尽，从而在n型暗电流收集层内形成一个向下的电场，以隔离开光电二极管与n型暗电流收集层，向下的电场可以有效阻挡衬底表面暗电流电子的向下扩散，因此衬底表面钉扎所需要的p型势垒层浓度可以明显降低，从而在较低的钉扎层浓度需求的情况下，降低界面暗电流对光电二极管的影响，以满足现有小尺寸像素的设计需求。同时，n型暗电流收集层还可以作为光电二极管的溢出电荷收集层，降低由于溢出电荷产生的噪声，尤其有利于小尺寸像素的图像传感器的信噪比提升。
25、此外，由于在p型势垒层表面多制备了一层n型暗电流收集层，周边功能晶体管两本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：在所述N型暗电流收集层周边形成P型隔离区，所述P型隔离区与所述P型势垒层相连以包围所述N型暗电流收集层。
3.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成转移晶体管栅极之后，利用转移晶体管栅极的自对准能力，注入形成所述P型隔离区。
4.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：在所述转移晶体管周边形成功能晶体管，所述功能晶体管的N型沟道区与所述N型暗电流收集层相连。
5.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述N型沟道区包括源漏注入区，所述源漏注入区与所述N型暗电流收集层相连。
6.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述N型沟道区包括源漏注入区和埋沟注入区，所述埋沟注入区与所述N型暗电流收集层相连。
7.如权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述埋沟注入区宽度大于功能晶体管栅极宽度。
8.如权利要求1所述的
9.如权利要求8所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成转移晶体管栅极及侧墙之后，利用转移晶体管栅极及侧墙的自对准能力，同步注入形成所述P型势垒层和N型暗电流收集层。
10.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述N型暗电流收集层的掺杂浓度为1E16-1E18 atom/cm3。
11.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述P型势垒层的掺杂浓度为1E17- 1E19 atom/cm3。
12.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述复合钉扎层的总厚度小于0.1微米。
13.一种图像传感器，其特征在于，包括：
14.如权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，还包括：位于所述N型暗电流收集层周边的P型隔离区，所述P型隔离区与所述P型势垒层相连以包围所述N型暗电流收集层。
15.如权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，还包括：位于所述转移晶体管周边的功能晶体管，所述功能晶体管的N型沟道区与所述N型暗电流收集层相连。
16.如权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，所述N型沟道区包括源漏注入区，所述源漏注入区与所述N型暗电流收集层相连。
17.如权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，所述N型沟道区包括源漏注入区和埋沟注入区，所述埋沟注入区与所述N型暗电流收集层相连。
18.如权利要求17所述的图像传感器，其特征在于，所述埋沟注入区宽度大于功能晶体管栅极宽度。
19.如权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，所述N型暗电流收集层的掺杂浓度为1E16-1E18 atom/cm3。
20.如权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，所述P型势垒层的掺杂浓度为1E17-1E19 atom/cm3。
21.如权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，所述复合钉扎层的总厚度小于0.1微米。
...【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：在所述n型暗电流收集层周边形成p型隔离区，所述p型隔离区与所述p型势垒层相连以包围所述n型暗电流收集层。
3.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成转移晶体管栅极之后，利用转移晶体管栅极的自对准能力，注入形成所述p型隔离区。
4.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：在所述转移晶体管周边形成功能晶体管，所述功能晶体管的n型沟道区与所述n型暗电流收集层相连。
5.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述n型沟道区包括源漏注入区，所述源漏注入区与所述n型暗电流收集层相连。
6.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述n型沟道区包括源漏注入区和埋沟注入区，所述埋沟注入区与所述n型暗电流收集层相连。
7.如权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述埋沟注入区宽度大于功能晶体管栅极宽度。
8.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，同步注入形成所述p型势垒层和n型暗电流收集层。
9.如权利要求8所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成转移晶体管栅极及侧墙之后，利用转移晶体管栅极及侧墙的自对准能力，同步注入形成所述p型势垒层和n型暗电流收集层。
10.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述n型暗电流收集层的掺杂浓度为1e16-1e18 atom/cm3...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄琨，唐霞，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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