一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器及其制造方法。所述圖像傳感器至少包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管、與所述光電二極管連接的電荷傳輸晶體管、與所述電荷傳輸晶體管連接的漂浮有源區(qū)、填充在相鄰像素的光電二極管之間的淺槽隔離區(qū)，其中，所述電荷傳輸晶體管中預(yù)定長度的柵極多晶硅置于所述淺槽隔離區(qū)內(nèi)。通過采用本發(fā)明公開的圖像傳感器及其制造方法，可以提高光電二極管內(nèi)電荷的轉(zhuǎn)移速度，進而解決電荷殘留問題。
【專利說明】一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機、移動手機、醫(yī)療器械、汽車和其他應(yīng)用場合。特別是制造CMOS (互補型金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質(zhì)有了更高的要求。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，從結(jié)構(gòu)上來區(qū)分，CMOS圖像傳感器一般有兩種:前照式結(jié)構(gòu)和背照式結(jié)構(gòu)，背照式結(jié)構(gòu)更適用于小尺寸像素，例如1.4um像素。與前照式結(jié)構(gòu)相比較，背照式結(jié)構(gòu)中的微透鏡和彩色濾光片設(shè)置于芯片背面，沒有金屬阻擋入射光線，光電二極管能夠接受到更多的光，進而提高了圖像傳感器的光學(xué)靈敏度。
[0004]如圖1所示，是一種現(xiàn)有技術(shù)的背照式CMOS圖像傳感器的4T像素結(jié)構(gòu)示意圖，包括光電二極管101，相鄰像素的光電二極管101’，電荷傳輸晶體管102，漂浮有源區(qū)103，相鄰像素的光電二極管103’，像素中的淺槽隔離區(qū)104 ;還包括電路示意圖，復(fù)位晶體管105，源跟隨晶體管106，行選擇晶體管107，以及列位線108。在實際應(yīng)用時，光電二極管101探測到光信號并產(chǎn)生光電電荷，并通過打開電荷傳輸晶體管102，將光電電荷傳輸致漂浮有源區(qū)103，進而源跟隨晶體管106探測到了電荷傳輸前后103電勢的變化，此電勢的變化量即為光電信號值。
[0005]如圖2所示，是圖1所示切線位置的切面示意圖，其中包括光電二極管201，電荷傳輸晶體管202，淺槽隔離區(qū)204，彩色濾光片區(qū)205，微透鏡206，以及相鄰像素中的光電二極管 201，。
[0006]上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷為:背照式光電二極管201的深度通常略小于硅基體厚度，而由于生產(chǎn)工藝限制硅基體厚度通常較厚，大于3um;處于較深位置A處(如圖2所示)的電荷遠離電荷傳輸晶體管202的溝道，因此A處電荷不易被轉(zhuǎn)移出去，進而產(chǎn)生電荷殘留問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器及其制造方法，提高光電二極管內(nèi)電荷的轉(zhuǎn)移速度，進而解決電荷殘留問題。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器，至少包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管、與所述光電二極管連接的電荷傳輸晶體管、與所述電荷傳輸晶體管連接的漂浮有源區(qū)、填充在相鄰像素的光電二極管之間的淺槽隔離區(qū)；其中，所述電荷傳輸晶體管中預(yù)定長度的柵極多晶硅置于所述淺槽隔離區(qū)內(nèi)。
[0010]一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器的制造方法，該方法包括:[0011]在芯片正面涂覆一定厚度的氮化硅保護層，且在與淺槽隔離區(qū)重疊部分設(shè)置開Π ；
[0012]利用高能離子蝕刻技術(shù)從所述開口處蝕刻所述淺槽隔離區(qū)；
[0013]去除所述氮化硅保護層，并向蝕刻出的溝槽中淀積多晶硅，形成電荷傳輸晶體管柵極多晶硅。
[0014]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，在轉(zhuǎn)移光電二極管內(nèi)電荷的操作時，通過置于所述淺槽隔離區(qū)內(nèi)的柵極多晶硅有利于轉(zhuǎn)移光電二極管深處的電荷，從而提高了轉(zhuǎn)移電荷的速度，同時也減少了光電二極管內(nèi)電荷的殘留數(shù)量，進而提高了背照式圖像傳感器的成像品質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0016]圖1為本發(fā)明【背景技術(shù)】提供的現(xiàn)有技術(shù)的背照式CMOS圖像傳感器的四晶體管(4T)有源像素的平面及電路示意圖；
[0017]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的背照式CMOS圖像傳感器的光電二極管和電荷傳輸晶體管及其周圍的切面不意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實施例一提供的背照式CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)切面示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實施例二提供的背照式CMOS圖像傳感器制造方法時顯影步驟的示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明實施例二提供的背照式CMOS圖像傳感器制造方法高能離子刻蝕步驟的示意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明實施例二提供的背照式CMOS圖像傳感器制造方法去除氮化硅保護層步驟的示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明實施例二提供的背照式CMOS圖像傳感器制造方法淀積多晶硅步驟的不意圖；
[0023]圖8為本發(fā)明實施例二提供的背照式CMOS圖像傳感器制造方法形成晶體管柵極多晶娃步驟的不意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0025]實施例一
[0026]本發(fā)明實施例提供一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器，至少包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管、與所述光電二極管連接的電荷傳輸晶體管、與所述電荷傳輸晶體管連接的漂浮有源區(qū)、填充在相鄰像素的光電二極管之間的淺槽隔離區(qū)，其中，所述電荷傳輸晶體管中預(yù)定長度的柵極多晶硅置于所述淺槽隔離區(qū)內(nèi)。
[0027]進一步的，所述淺槽隔離區(qū)內(nèi)預(yù)定長度的柵極多晶硅的深度小于所述淺槽隔離區(qū)的深度。
[0028]另外，所述淺槽隔離區(qū)的深度通常為0.4um?0.5um。
[0029]為了便于說明，下面結(jié)合附圖3做詳細介紹。圖3為本實施例提供的背照式CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)切面示意圖，其切面為圖1所示切線位置的切面。如圖3所示，301為光電二極管，用于感光并生成光電電荷，其上、下范圍分別接近娃基體表面；302為電荷傳輸晶體管，用于轉(zhuǎn)移光電二極管301內(nèi)的電荷至漂浮有源區(qū)；301’為相鄰像素的光電二極管；304為301和301’兩個光電二極管之間的淺槽隔離區(qū)，填充材料是硅磷玻璃，深度為0.4um?
0.5um ；305為彩色濾光片區(qū)，306微透鏡區(qū)；B點表征301較深處的電荷，B點距離芯片硅基體正表面通常大于2.Sum。其中，電荷傳輸晶體管302與淺槽隔離區(qū)304設(shè)置于芯片正面；彩色濾光片區(qū)305和微透鏡區(qū)306設(shè)置于芯片背面。
[0030]圖3所示電荷傳輸晶體管302的柵極多晶硅延伸致淺槽隔離區(qū)內(nèi)，縮短了 B區(qū)電荷與電荷傳輸晶體管302柵極的距離。在開啟電荷傳輸晶體管302轉(zhuǎn)移光電二極管301內(nèi)電荷的操作時，B區(qū)電荷很容易被吸附到電荷傳輸晶體管302溝道內(nèi)，從而縮短了光電二極管301內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移致漂浮有源區(qū)的時間，提高了圖像傳感器的工作速度；并且，本發(fā)明的電荷傳輸晶體管結(jié)構(gòu)減小甚至消除了 301內(nèi)電荷的殘留問題，進一步提升了圖像傳感器的圖像質(zhì)量。
[0031]實施例二
[0032]本發(fā)明實施例提供一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器的制造方法，包括附圖4-附圖8所示的步驟，具體的:
[0033]I)如圖4所示，在芯片正面涂覆一定厚度的氮化硅保護層，且在與淺槽隔離區(qū)重疊部分設(shè)置開口。該步驟屬于背照式圖像傳感器制造方法中的顯影部分。其中，401為氮化硅保護層，氮化硅的厚度通常為150nm?200nm ；304為淺槽隔離區(qū)，其深度為0.4um?
0.5um，其填充物為絕緣物質(zhì)硅磷玻璃。
[0034]2)如圖5所示，利用高能離子蝕刻技術(shù)蝕刻淺槽隔離區(qū)，高能離子一般采用惰性元素，例如氦；淺槽隔離區(qū)被刻蝕的深度接近但小于淺槽隔離區(qū)填充物硅磷玻璃的深度。
[0035]3)如圖6所示，去除氮化硅保護層。在去除氮化硅后，在裸露的硅表面產(chǎn)生一層?xùn)叛鯇?，此柵氧層的制作工藝與傳統(tǒng)邏輯工藝相同，在此不做贅述。
[0036]4)如圖7所示，向蝕刻出的溝槽淀積多晶硅。其中701為晶體管柵極及其連線所用到的多晶硅，此多晶硅的厚度與傳統(tǒng)工藝相同。此多晶硅在形成前需要化學(xué)機械研磨工藝操作，目的是將多晶硅磨平，厚度均勻；并且多晶硅填滿了淺槽隔離區(qū)304被刻蝕的部分。
[0037]5)如圖8所示，形成晶體管柵極多晶硅302，該晶體管柵極多晶硅為電荷轉(zhuǎn)移晶體管。在本步驟中形成晶體管柵極多晶硅工藝與傳統(tǒng)工藝操作相同。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器，至少包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管、與所述光電二極管連接的電荷傳輸晶體管、與所述電荷傳輸晶體管連接的漂浮有源區(qū)、填充在相鄰像素間的光電二極管之間的淺槽隔離區(qū)，其特征在于，所述電荷傳輸晶體管中預(yù)定長度的柵極多晶硅置于所述淺槽隔離區(qū)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述淺槽隔離區(qū)內(nèi)預(yù)定長度的柵極多晶硅的深度小于所述淺槽隔離區(qū)的深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述淺槽隔離區(qū)的深度為0.4um ?0.5um。
4.一種減少電荷殘留的背照式圖像傳感器的制造方法，其特征在于，該方法包括: 在芯片正面涂覆一定厚度的氮化硅保護層，且在與淺槽隔離區(qū)重疊部分設(shè)置開口 ； 利用高能離子蝕刻技術(shù)從所述開口處蝕刻所述淺槽隔離區(qū)； 去除所述氮化硅保護層，并向蝕刻出的溝槽中淀積多晶硅，形成電荷傳輸晶體管柵極多晶娃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述蝕刻出的溝槽的深度小于所述淺槽隔離區(qū)的深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，所述淺槽隔離區(qū)的深度為0.4um ?0.5um。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述氮化硅保護層的厚度為150nm?200nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述高能離子包括:惰性元素；所述惰性元素包括:氦元素。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述向蝕刻出的溝槽中淀積多晶硅之后，利用化學(xué)機械研磨工藝進行處理。
【文檔編號】H01L27/146GK103646955SQ201310700061
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】郭同輝, 陳杰, 劉志碧, 唐冕, 曠章曲 申請人:北京思比科微電子技術(shù)股份有限公司