一种图像传感器制造技术

一种图像传感器，包括：半导体衬底，位于所述半导体衬底内的掺杂阱以及位于所述掺杂阱内的掺杂区，所述掺杂阱与掺杂区的掺杂类型相反；位于所述半导体衬底表面的介质层，所述介质层至少覆盖所述掺杂阱；其特征在于，还包括：贯穿所述介质层的沟槽；形成于所述掺杂区表面，且填充满所述沟槽的外延层，所述外延层的掺杂离子与所述掺杂区的掺杂离子相同，所述外延层具有第一掺杂类型；反转侧壁，所述反转侧壁通过反转所述外延层的侧壁形成，具有第二掺杂类型，第二掺杂类型与第一掺杂类型相反；位于所述外延层表面的钉扎表面，所述钉扎表面的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相反。本实用新型专利技术所提供的图像传感器量子效率高。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本实用新 型涉及半导体领域，特别涉及一种图像传感器。
技术介绍
图像传感器根据元件不同分为电荷耦合元件(CCD，Charge CoupledDevice)图像传感器和金属氧化物半导体元件(CMOS, ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor)图像传感器。图1为现有技术的图像传感器的截面结构示意图，参阅图1，现有技术的图像传感器包括位于衬底表面(未示出)的多个感光单元101，多个感光单元形成感光单元阵列， 位于感光单元101表面的介质层102以及位于介质层内的金属层103，位于介质层102表面的第二平坦层104，位于第二平坦层104表面的彩色滤光片105，位于彩色滤光片105表面的第一平坦层106，以及位于第一平坦层106表面的微透镜107。在公开号为CN1875486A 的中国专利中，对现有图像传感器的结构，以及工作原理有详细说明。现有的图像传感器的形成方法包括，提供包含多个感光单元的衬底；在所述衬底表面形成包含金属层103的介质层102 ；对所形成的介质层102进行平坦化处理；接着， 在经过平坦化处理的表面上形成第二平坦层104 ；在第二平坦层104表面形成彩色滤光片 105 ；在彩色滤光片105表面形成第一平坦层106 ；在第一平坦层106表面的形成微透镜 107。但是现有图像传感器成像效果不够好，并且器件比较大。
技术实现思路
本技术的实施例解决的问题是提供一种图像传感器，以提高现有图像传感器的成像效果，并实现器件小型化。为解决上述问题，本技术提供的图像传感器，包括半导体衬底，位于所述半导体衬底内的掺杂阱以及位于所述掺杂阱内的掺杂区， 所述掺杂阱与掺杂区的掺杂类型相反；位于所述半导体衬底表面的介质层，所述介质层至少覆盖所述掺杂阱；贯穿所述介质层的沟槽；形成于所述掺杂区表面，且填充满所述沟槽的外延层，所述外延层的掺杂离子与所述掺杂区的掺杂离子相同，所述外延层具有第一掺杂类型；反转侧壁，所述反转侧壁通过反转所述外延层的侧壁形成，具有第二掺杂类型，第二掺杂类型与第一掺杂类型相反；位于所述外延层表面的钉扎表面，所述钉扎表面的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相反。可选地，所述介质层和半导体衬底表面之间还具有刻蚀停止层。可选地，所述刻蚀停止层的材料是氮化硅，或者氮化硅与二氧化硅的混合物。可选地，所述介质层内还具有金属互连层。可选地，所述金属互连层的材料是金属铜或者钨。可选地，所述外延层的材料与半导体衬底的材料相同。可选地，所述外延层的材料是硅。可选地，所述钉扎表面 上具有钝化层。可选地，所述钝化层的材料是氧化硅或氮化硅，或者为氧化硅和氮化硅混合物，厚度小于1000埃。与现有技术相比，本技术的实施例具有以下优点本技术中形成了以掺杂阱和反转侧壁为一极，掺杂区和外延层为另外一极的光电二极管，所述光电二极管的结面积大，并且光的入射面与结的距离比较小，所以可以有效减少光在传播过程中造成的损失，从而提高量子效率，并且可以充分吸收光电子；进一步，由于本技术中光电子会被充分吸收，所以避免了光电子被邻近光电子二极管吸收，从而避免了串扰，图像的颜色更接近于真实的颜色；第三，本技术中因为光电二极管的一部分位于介质层内，所以可以在不增加器件宽度的前提下，增加光电二极管的结的面积，所以有利于实现器件的小型化。附图说明图1是现有图像传感器的结构示意图；图2是本技术的实施例所提供的图像传感器的形成方法的流程示意图；图3至图9是本技术的实施例所提供的图像传感器的形成方法的剖面结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有的图像传感器的成像质量不够好，并且器件的体积比较大。 专利技术人针对上述问题进行研究，认为对现有的图像传感器而言，光需要透射过很厚的介质层才能达到位于半导体衬底表面的光电二极管，光在介质层传播的过程中，光在金属层、介质层的反射会造成入射光子的损失，从而降低光子转化为电子_空穴对的量子效率；此外，现有的光电二极管的结比较浅，不能有效吸收衬底深处所产生的光电子，这部分没有被吸收的光电子如果被相邻像素吸收，会造成图像串扰；相应地，为了提高图像传感器的量子效率，现有的光电二极管的面积一般会做的比较大，从而不利于实现器件的小型化。专利技术人通过进一步研究，在本技术中提供一种图像传感器及其形成方法。为使本技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，以下结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广。因此本技术不受下面公开的具体实施方式的限制。图2是本技术的实施例所提供的图像传感器形成方法的流程示意图，包括步骤S101，提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有掺杂阱，以及位于所述掺杂阱内的掺杂区，所述掺杂阱与掺杂区的掺杂类型相反；还包括步骤S102，在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层至少覆盖所述掺杂阱；步骤S103，形成贯穿所述介质层的沟槽，所述沟槽暴露所述掺杂区；步骤S104，形成填充满所述沟槽的外延层，所述外延层的掺杂离子与所述掺杂区的掺杂离子相同，具有第一掺杂类型；步骤S105，对所述外延层的侧壁部分进行反转掺杂，形成环绕所述外延层的反转侧壁，所述反转侧壁具有第二掺杂类型，第一掺杂类型与第二掺杂类型相反；步骤S106，对所述外延层的表面进行掺杂，形成钉扎表面，所述钉扎表面的掺杂类型与外延层的掺杂类型相反。首先，参考图2和图3，执行步骤S101，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200 内形成有掺杂阱210，以及位于所述掺杂阱210内的掺杂区220，所述掺杂阱210与掺杂区 220的掺杂类型相反。本实施例中，所述半导体衬底200的材料为任何可以支持掺杂阱210形成的材料， 例如可以为绝缘体上硅衬底(S0I衬底)、石英衬底、陶瓷衬底、玻璃衬底。所述掺杂阱210的掺杂类型可以根据工艺需要进行选择，需要满足的是是掺杂阱 210的掺杂类型与掺杂区220的掺杂类型相反。本实施例中，所述掺杂阱210的掺杂类型为 P型，掺杂阱210的宽度可以根据具体工艺要求设定，相邻掺杂阱210之间以隔离结构100 隔开，所述掺杂区220的掺杂类型为N型，宽度根据具体工艺要求设定，所述掺杂区220与掺杂阱210的界面处形成pn结。参考图2和图4，执行步骤S102，在所述半导体衬底200表面形成介质层，所述介质层至少覆盖所述掺杂阱210。在本技术的可选实施例中，所述介质层包括形成于半导体衬底200表面的刻蚀停止层270和形成于刻蚀停止层270表面的层间介质层230，所述刻蚀停止层270的材料是氮化硅，或者氮化硅与二氧化硅的混合物。在后续刻蚀介质层以形成沟槽的步骤中，所述刻蚀停止层270对掺杂区220形成保护。在本技术的可选实施例中，还包括，形成栅极260，所述栅极260横跨掺杂阱 210与掺杂区220的一个界面。作为一个实施例，在图4中，栅极260横跨掺杂阱210与掺杂区220的左侧的界面，在其他实施例中，栅极260横跨掺杂阱210与掺杂区220的右侧的界面，所述栅极260的用于形成晶体管(未本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种图像传感器，包括：半导体衬底，位于所述半导体衬底内的掺杂阱以及位于所述掺杂阱内的掺杂区，所述掺杂阱与掺杂区的掺杂类型相反；位于所述半导体衬底表面的介质层，所述介质层至少覆盖所述掺杂阱；其特征在于，还包括：贯穿所述介质层的沟槽；形成于所述掺杂区表面，且填充满所述沟槽的外延层，所述外延层的掺杂离子与所述掺杂区的掺杂离子相同，所述外延层具有第一掺杂类型；反转侧壁，所述反转侧壁通过反转所述外延层的侧壁形成，具有第二掺杂类型，第二掺杂类型与第一掺杂类型相反；位于所述外延层表面的钉扎表面，所述钉扎表面的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相反。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：霍介光，李杰，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31