本發(fā)明涉及圖像傳感，特別涉及一種圖像傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)：

1、近紅外(nir)波段的圖像傳感器在安防監(jiān)控、機器視覺和生物識別等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。對于cmos圖像傳感器，其硅襯底在750nm～1100nm的近紅外波段吸收較弱，導(dǎo)致量子效率較低。因此增強像素在近紅外波段的量子效率對于提升圖像傳感器的性能非常關(guān)鍵。

2、近紅外光在硅襯底中的透射深度通常可以達到10μm及以上。對于前照式圖像傳感器，由于其光電二極管的深度有限(<5um)，在襯底更深處的光生電子無法被收集從而量子效率較低。同時，前照式結(jié)構(gòu)難以通過增加光反射結(jié)構(gòu)提升近紅外光的吸收。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N圖像傳感器，能有效被足夠強的電場收集進入光電二極管，使得光生電子的收集效率高。

2、一種圖像傳感器，包括摻雜基底層以及形成在摻雜基底層上的多個排成行和列的像素單元，各像素單元包括第一摻雜層和至少一層第二摻雜層，第二摻雜層設(shè)置在摻雜基底層上，第一摻雜層設(shè)置在第二摻雜層上，第一摻雜層形成有光電二極管，摻雜基底層的摻雜濃度大于第二摻雜層的摻雜濃度，第二摻雜層的摻雜濃度大于第一摻雜層的摻雜濃度。

3、在本發(fā)明的實施例中，各所述像素單元包括至少兩層所述第二摻雜層，各所述第二摻雜層沿垂直于所述摻雜基底層的方向依次疊置，靠近所述摻雜基底層的所述第二摻雜層的摻雜濃度大于疊置在其上的所述第二摻雜層的摻雜濃度。

4、在本發(fā)明的實施例中，各所述第二摻雜層的厚度均相等，或者靠近所述摻雜基底層的所述第二摻雜層的厚度大于疊置在其上的所述第二摻雜層的厚度，或者靠近所述摻雜基底層的所述第二摻雜層的厚度小于疊置在其上的所述第二摻雜層的厚度。

5、在本發(fā)明的實施例中，上述第二摻雜層包括相對設(shè)置的上表面和下表面，所述下表面形成在所述摻雜基底層上，所述第一摻雜層形成在所述上表面上，所述第二摻雜層的摻雜濃度從所述下表面向著靠近所述上表面的方向逐漸降低。

6、在本發(fā)明的實施例中，上述第二摻雜層的p型摻雜濃度為1014～1020cm-3。

7、在本發(fā)明的實施例中，上述第二摻雜層的厚度為1～10um。

8、在本發(fā)明的實施例中，上述第一摻雜層包括p型摻雜形成的隔離部以及n型摻雜形成的光電二極管，所述隔離部圍繞所述光電二極管的周向設(shè)置。

9、在本發(fā)明的實施例中，各所述像素單元還包括傳輸晶體管、浮動擴散區(qū)、復(fù)位晶體管以及源極跟隨晶體管，所述光電二極管用于在曝光過程中將包含圖像信息的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述傳輸晶體管連接所述光電二極管和所述浮動擴散區(qū)，用于將所述光電二極管的電信號轉(zhuǎn)移至所述浮動擴散區(qū)；所述源極跟隨晶體管用于輸出所述浮動擴散區(qū)的電信號；所述復(fù)位晶體管用于對所述浮動擴散區(qū)進行復(fù)位。

10、在本發(fā)明的實施例中，各所述像素單元還包括選擇晶體管，所述選擇晶體管用于將所述源極跟隨晶體管輸出的所述電信號選擇輸出至列線。

11、在本發(fā)明的實施例中，各所述像素單元還包括雙轉(zhuǎn)換增益晶體管，所述雙轉(zhuǎn)換增益晶體管連接于所述復(fù)位晶體管與所述浮動擴散區(qū)之間，所述雙轉(zhuǎn)換增益晶體管用于增加所述光電二極管在曝光時的滿阱容量。

12、在本發(fā)明的實施例中，上述圖像傳感器還包括濾色器和透鏡陣列，所述濾色器設(shè)置于所述第一摻雜層的入光側(cè)，所述透鏡陣列設(shè)置于所述濾色器的入光側(cè)。

13、本申請還提供一種如上述的圖像傳感器的制作方法，所述制作方法包括：

14、p型摻雜形成摻雜基底層；

15、在所述摻雜基底層上p型摻雜形成第一摻雜層和至少一層第二摻雜層，其中所述第二摻雜層形成在所述摻雜基底層上，所述第一摻雜層形成在所述第二摻雜層上；

16、對所述第一摻雜層進行n型摻雜形成光電二極管，所述摻雜基底層的摻雜濃度大于所述第二摻雜層的摻雜濃度，所述第二摻雜層的摻雜濃度大于所述第一摻雜層的摻雜濃度。

17、在本發(fā)明的實施例中，在所述摻雜基底層上p型摻雜形成至少兩層所述第二摻雜層，使靠近所述摻雜基底層的所述第二摻雜層的摻雜濃度大于疊置在其上的所述第二摻雜層的摻雜濃度。

18、在本發(fā)明的實施例中，上述第二摻雜層包括相對設(shè)置的上表面和下表面，所述第二摻雜層的摻雜濃度從所述下表面向著靠近所述上表面的方向逐漸降低。

19、本發(fā)明的圖像傳感器由于摻雜基底層的摻雜濃度大于第二摻雜層的摻雜濃度，第二摻雜層的摻雜濃度大于第一摻雜層的摻雜濃度，因此摻雜基底層、第二摻雜層、第一摻雜層形成了摻雜濃度梯度，能夠產(chǎn)生足夠深的電場，深處的光生電子能有效被足夠強的電場收集進入光電二極管，使得光生電子的收集效率高，能夠有效增加近紅外(nir)波段的量子效率(qe)。

技術(shù)特征：

1.一種圖像傳感器，其特征在于，包括摻雜基底層以及形成在所述摻雜基底層上的多個排成行和列的像素單元，各所述像素單元包括第一摻雜層和至少一層第二摻雜層，所述第二摻雜層設(shè)置在所述摻雜基底層上，所述第一摻雜層設(shè)置在所述第二摻雜層上，所述第一摻雜層形成有光電二極管，所述摻雜基底層的摻雜濃度大于所述第二摻雜層的摻雜濃度，所述第二摻雜層的摻雜濃度大于所述第一摻雜層的摻雜濃度。

2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，各所述像素單元包括至少兩層所述第二摻雜層，各所述第二摻雜層沿垂直于所述摻雜基底層的方向依次疊置，靠近所述摻雜基底層的所述第二摻雜層的摻雜濃度大于疊置在其上的所述第二摻雜層的摻雜濃度。

3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，各所述第二摻雜層的厚度均相等，或者靠近所述摻雜基底層的所述第二摻雜層的厚度大于疊置在其上的所述第二摻雜層的厚度，或者靠近所述摻雜基底層的所述第二摻雜層的厚度小于疊置在其上的所述第二摻雜層的厚度。

4.如權(quán)利要求1至3任意一項所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二摻雜層包括相對設(shè)置的上表面和下表面，所述下表面形成在所述摻雜基底層上，所述第一摻雜層形成在所述上表面上，所述第二摻雜層的摻雜濃度從所述下表面向著靠近所述上表面的方向逐漸降低。

5.如權(quán)利要求4所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二摻雜層的p型摻雜濃度為1014～1020cm-3。

6.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二摻雜層的厚度為1～10um。

7.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第一摻雜層包括p型摻雜形成的隔離部以及n型摻雜形成的光電二極管，所述隔離部圍繞所述光電二極管的周向設(shè)置。

8.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，各所述像素單元還包括傳輸晶體管、浮動擴散區(qū)、復(fù)位晶體管以及源極跟隨晶體管，所述光電二極管用于在曝光過程中將包含圖像信息的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述傳輸晶體管連接所述光電二極管和所述浮動擴散區(qū)，用于將所述光電二極管的電信號轉(zhuǎn)移至所述浮動擴散區(qū)；所述源極跟隨晶體管用于輸出所述浮動擴散區(qū)的電信號；所述復(fù)位晶體管用于對所述浮動擴散區(qū)進行復(fù)位。

9.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其特征在于，各所述像素單元還包括選擇晶體管，所述選擇晶體管用于將所述源極跟隨晶體管輸出的所述電信號選擇輸出至列線。

10.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其特征在于，各所述像素單元還包括雙轉(zhuǎn)換增益晶體管，所述雙轉(zhuǎn)換增益晶體管連接于所述復(fù)位晶體管與所述浮動擴散區(qū)之間，所述雙轉(zhuǎn)換增益晶體管用于增加所述光電二極管在曝光時的滿阱容量。

11.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器還包括濾色器和透鏡陣列，所述濾色器設(shè)置于所述第一摻雜層的入光側(cè)，所述透鏡陣列設(shè)置于所述濾色器的入光側(cè)。

12.一種制作權(quán)利要求1至11任一項所述的圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

13.如權(quán)利要求12所述的圖像傳感器的制作方法，其特征在于，在所述摻雜基底層上p型摻雜形成至少兩層所述第二摻雜層，使靠近所述摻雜基底層的所述第二摻雜層的摻雜濃度大于疊置在其上的所述第二摻雜層的摻雜濃度。

14.如權(quán)利要求12或13所述的圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述第二摻雜層包括相對設(shè)置的上表面和下表面，所述第二摻雜層的摻雜濃度從所述下表面向著靠近所述上表面的方向逐漸降低。

技術(shù)總結(jié)
一種圖像傳感器及其制作方法，圖像傳感器包括摻雜基底層以及形成在摻雜基底層上的多個排成行和列的像素單元，各像素單元包括第一摻雜層和至少一層第二摻雜層，第二摻雜層設(shè)置在摻雜基底層上，第一摻雜層設(shè)置在第二摻雜層上，第一摻雜層形成有光電二極管，摻雜基底層的摻雜濃度大于第二摻雜層的摻雜濃度，第二摻雜層的摻雜濃度大于第一摻雜層的摻雜濃度。

技術(shù)研發(fā)人員：李沛安,王倩
受保護的技術(shù)使用者：思特威（上海）電子科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30