带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法，一方面，位于自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中增加隔离层，且隔离层与其对应的所述像素单元相隔离，隔离层的掺杂浓度高于半导体衬底的掺杂浓度，既能有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子，使图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力有所提高，同时，又能有效复合像素单元中预滤除光的光生载流子，进一步保证像素单元的感光器件对光进行选择性的吸收；另一方面，通过控制感光器件的耗尽层深度，使感光器件对光进行选择性的吸收，从而有效的减少滤光片所带来的串扰效应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，本专利技术涉及一种CMOS图像传感器及其制作方法，特别是涉及一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法。
技术介绍
图像传感器是一种能将光学图像转换成电信号的半导体器件，广泛应用于数码成像、航空航天以及医疗影像领域，其中，电荷I禹合器 件(Charge Coupled Device, CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器是常见的两种图像传感器。CCD图像传感器具有低读出噪音、低暗电流噪音、及高光子转换效率，所以既提高了信噪比，又提高了灵敏度，即很低光照强度的入射光也能被侦测到，其信号不会被掩盖。另外，CCD图像传感器还具有高动态范围，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象。但是，CXD图像传感器的功耗比较大，供给电压不一致，与传统的CMOS工艺不匹配，集成度不高，所以成本偏高。CMOS图像传感器，与CXD图像传感器相比，其对光线的灵敏度、信噪比都相对较差，导致它在成像质量上难以与CCD抗衡，所以CMOS图像传感器以前主要用于成像质量要求不是很高的中低端市场。但是，随着新的CMOS技术不断改进，其在成像质量方面也越来越具有与CCD图像传感器相抗衡的实力，而且其固有的诸如像元内放大(即可在像素内对读出信号进行放大)、列并行结构、及深亚微米CMOS处理等独特的优点，更是CCD图像传感器所无法比拟的。进一步，相较于CCD图像传感器，CMOS图像传感器技术门槛低、设计简单，同时具有高集成度、单电源和低电压供电、低功耗、及低成本等优点，使CMOS图像传感器有逐步取代CXD图像传感器的趋势。CMOS图像传感器一般由感光元件和CMOS信号处理电路构成。目前常见的CMOS图像传感器是有源像素型图像传感器(APS)，根据其包括的晶体管的数目主要划分为包括复位晶体管(Reset Transistor, RST)、源跟随晶体管(Source Follower Transistor, SF)和行选择晶体管(Row Select, RS)的三管图像传感器(3T型)和包括复位晶体管(RST)、源跟随晶体管(SF)、行选择晶体管(RS)和转移晶体管(Transfer Transistor, TX)的四管图像传感器(4T型)两大类。如图I所示，为一种传统的4T型结构的CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路结构图，感光器件Dl (光电二极管)包括P型区和N型区，其中，所述P型区接地，所述N型区通过转移晶体管(TX) M4连接至感应节点NI，又称为浮动扩散区(FloatingDiffusion, FD);所述复位晶体管Ml中，栅极接复位信号Reset,源极通过感应节点NI接所述感光器件Dl (光电二极管)的N型区，漏极接电源Vdd，所述电源Vdd为一正电源；所述源跟随晶体管M2中，栅极通过感应节点NI接所述感光器件Dl (光电二极管)的N型区，漏极接所述电源Vdd，源极为输出端；所述行选择晶体管M3中，栅极接行选择信号Rs，源极接所述源跟随晶体管M2的源极，漏极为输出端。所述四管像素读出电路(4T)工作原理为先用像素读出电路中的复位晶体管Ml将浮动扩散区(FD，即电荷储存区域)内的电子全部吸入电源，使其电位变高；曝光开始后，光照射到感光器件Dl (光电二极管)的有效感光区，并于其内生成电子和空穴对，把光信号转换成电信号；曝光结束后，转移晶体管Μ4上加高电平,将感光器件Dl (光电二极管)的有效感光区中的光生载流子转移到浮动扩散区(FD)，使其电位降低；最后通过像素读出电路中的源跟随晶体管M2和行选择晶体管M3将光生电压信号输出。相关三管像素读出电路(3Τ)的工作原理与四管像素读出电路(4Τ)工作原理类似，故不再一一赘述。目前，CMOS图像传感器在宇宙射线的辐射下或高能粒子影响下，会产生大量的多余空穴电子对(即多余载流子)。传统的CMOS图像传感器，由于其体硅衬底与感光区以及外围电路(包含像素读出电路)直接接触，因此所述辐射或高能粒子产生的多余载流子会转移到外围电路和感光区中，进而会导致CMOS图像传感器直接失效或者成像质量急剧下降。为了使CMOS图像传感器能够稳定地应用在航空航天以及其他极端环境中，需要CMOS图像传感器进一步具有抗高能粒子及抗福射的能力。 同时，传统的图像传感器一般都采用红、绿、蓝三种颜色的彩色滤光片来获得彩色的图像。但随着工艺的改进和器件的进一步缩小的需求，采用滤光片，一方面，不仅将导致图像传感器面积较大，而且将使图像传感器的敏感性下降，不可避免的会导致图像质量变差，同时，由于要使用滤光片，成本上也有所增加；另一方面，随着光电转换区域面积的减小，采用滤光片技术将导致串扰效应越来越明显。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法，用于解决现有技术中CMOS图像传感器的抗高能粒子及抗辐射能力低、存在串扰效应的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法，所述制作方法至少包括I)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中定义出预制作的像素单元的区域；2)自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中，掺杂形成与所述预制作的像素单元相对应的隔离层，且所述隔离层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度；3)在所述预制作的像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的像素单元，并使所述像素单元与其对应的隔离层相隔离，以提高所述图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。可选地，所述像素单元至少包括用于吸收蓝光的蓝光像素单元、用于吸收绿光的绿光像素单元、及用于吸收红光的红光像素单元；可选地，所述步骤I)为提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中定义出预制作的蓝光像素单元的区域、预制作的绿光像素单元的区域、及预制作的红光像素单元的区域；所述步骤2)为自所述半导体衬底上表面的第一预设深度以下的半导体衬底中，形成与所述预制作的蓝光像素单元相对应的蓝光隔离层；自所述半导体衬底上表面的第二预设深度以下的半导体衬底中，形成与所述预制作的绿光像素单元相对应的绿光隔离层；自所述半导体衬底上表面的第三预设深度以下的半导体衬底中，形成与所述预制作的红光像素单元相对应的红光隔离层；且各该隔离层的掺杂浓度均高于所述半导体衬底的掺杂浓度；所述步骤3)为在所述预制作的各该像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的各该像素单元，并使各该像素单元与其对应的隔离层相隔离，以提高所述预制作的图像传感器的抗高能粒子及抗福射的能力。可选地，所述的第一预设深度范围、第二预设深度范围、及第三预设深度范围均是O. 2 2 μ m。 可选地，所述第一预设深度为O. 6^0. 7 μ m,所述第二预设深度为O. 7^0. 9 μ m，所述第三预设深度为I. 3 I. 5 μ m。可选地，在所述半导体衬底中，所述的蓝光像素单元感光器件的耗尽层深度小于绿光像素单元感光器件的耗尽层深度，且所述的绿光像素单元感光器件的耗尽层深度小于红光像素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括 1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中定义出预制作的像素单元的区域；2)自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中，掺杂形成与所述预制作的像素单元相对应的隔离层，且所述隔离层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度； 3)在所述预制作的像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的像素单元，并使所述像素单元与其对应的隔离层相隔离，以提高所述图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。2.根据权利要求I所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于所述像素单元至少包括用于吸收蓝光的蓝光像素单元、用于吸收绿光的绿光像素单元、及用于吸收红光的红光像素单元； 所述步骤I)为提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中定义出预制作的蓝光像素单元的区域、预制作的绿光像素单元的区域、及预制作的红光像素单元的区域； 所述步骤2)为自所述半导体衬底上表面的第一预设深度以下的半导体衬底中，形成与所述预制作的蓝光像素单元相对应的蓝光隔离层；自所述半导体衬底上表面的第二预设深度以下的半导体衬底中，形成与所述预制作的绿光像素单元相对应的绿光隔离层；自所述半导体衬底上表面的第三预设深度以下的半导体衬底中，形成与所述预制作的红光像素单元相对应的红光隔离层；且各该隔离层的掺杂浓度均高于所述半导体衬底的掺杂浓度； 所述步骤3)为在所述预制作的各该像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的各该像素单元，并使各该像素单元与其对应的隔离层相隔离，以提高所述预制作的图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。3.根据权利要求2所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于所述的第一预设深度范围、第二预设深度范围、及第三预设深度范围均是O. 2^2 μ m04.根据权利要求3所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于所述第一预设深度为O. 6^0. 7 μ m,所述第二预设深度为O. 7 O. 9 μ m,所述第三预设深度为1. 3 I. 5 μ m05.根据权利要求2带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于在所述半导体衬底中，所述的蓝光像素单元感光器件的耗尽层深度小于绿光像素单元感光器件的耗尽层深度，且所述的绿光像素单元感光器件的耗尽层深度小于红光像素单元感光器件的耗尽层深度，以使各该像素单元吸收不同波段的光。6.根据权利要求I或2所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于所述制作方法还包括步骤4)，自所述半导体衬底的上表面制作连接所述隔离层的通孔，并通过所述通孔使所述隔离层连接至外部正电压。7.根据权利要求I或2所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于所述半导体衬底为...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗田乐，方娜，田犁，汪辉，陈杰，
申请(专利权)人：上海中科高等研究院，
类型：发明
国别省市：