光電二極管、其制作方法及圖像傳感器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及半導(dǎo)體集成電路制作技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光電二極管、其制 作方法及圖像傳感器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換器件，可應(yīng)用于CMOS圖像傳感器中。CMOS圖像傳感器 的基本單元稱為像素，其由1個(gè)光電二極管和3個(gè)或4個(gè)M0S晶體管構(gòu)成，簡稱為3T類型 或4T類型。其中，光電二極管用于將光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號，而M0S晶體管用于讀 取光電二極管轉(zhuǎn)換的電流信號。
[0003] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種4T類型的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，這 種CMOS圖形傳感器包括：襯底10'和依次形成在該襯底10'上的光電二極管20'、轉(zhuǎn)移 晶體管30'和勢阱40'，其中光電二極管20'包括朝向遠(yuǎn)離襯底10'的方向依次形成的 N型摻雜區(qū)21'和P型摻雜區(qū)23';在勢阱40'上形成有源跟隨器晶體管50'、復(fù)位晶體 管60'、選擇晶體管70'和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)80'。轉(zhuǎn)移晶體管30'位于光電二極管20' 和勢阱40'之間，且轉(zhuǎn)移晶體管30'的源區(qū)與光電二極管20'相連接，轉(zhuǎn)移晶體管30'的 漏區(qū)與源跟隨器晶體管50'相連接。
[0004] 圖像傳感器的性能（比如靈敏度、光譜響應(yīng)等）與光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率相 關(guān)。然而，現(xiàn)有光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率較低，導(dǎo)致光電二極管中的光電流較小，進(jìn)而影 響圖像傳感器的性能。技術(shù)人員嘗試通過增加感光表面的粗糙度等方法來增加光電二極管 的有效感光面積，但是該方法并不能解決光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率較低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請旨在提供一種光電二極管、其制作方法及圖像傳感器件，以解決現(xiàn)有技術(shù) 中光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率較低的問題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個(gè)方面，提供了一種光電二極管，該光電二極 管包括：N型摻雜區(qū)，形成在襯底的內(nèi)部；第一P型摻雜區(qū)，形成在N型摻雜區(qū)的內(nèi)部；第二 P型摻雜區(qū)，形成在襯底中，位于N型摻雜區(qū)上方，且下表面與N型摻雜區(qū)相連。
[0007]進(jìn)一步地，在本申請上述的光電二極管中，光電二極管中包括一個(gè)或多個(gè)第一P型摻雜區(qū)，且第一P型摻雜區(qū)的總體積與N型摻雜區(qū)的體積之比< 0. 2。
[0008]進(jìn)一步地，在本申請上述的光電二極管中，第一P型摻雜區(qū)中P型離子的摻雜量與N型摻雜區(qū)中N型離子的摻雜量之比為1. 05~1. 2。
[0009]進(jìn)一步地，在本申請上述的光電二極管中，光電二極管包括一個(gè)第一P型摻雜區(qū) 時(shí)，第一P型摻雜區(qū)位于垂直于襯底表面的N型摻雜區(qū)的中心線上；包括多個(gè)第一P型摻雜 區(qū)時(shí)，多個(gè)第一P型摻雜區(qū)對稱地設(shè)置在垂直于襯底表面的N型摻雜區(qū)的中心線的兩側(cè)。
[0010] 進(jìn)一步地，在本申請上述的光電二極管中，第二P型摻雜區(qū)的厚度為N型摻雜區(qū)厚 度的1/10~1/20。
[0011] 根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種光電二極管的制作方法，該制作方法包括：對 襯底的上表面進(jìn)行摻雜形成N型摻雜預(yù)備區(qū)；對N型摻雜預(yù)備區(qū)的內(nèi)部進(jìn)行摻雜，形成第一 P型摻雜區(qū)；對襯底的上表面進(jìn)行二次摻雜，以在第一P型摻雜區(qū)的上方形成第二P型摻雜 區(qū)，并形成與第二P型摻雜區(qū)下表面相連的N型摻雜區(qū)。
[0012] 進(jìn)一步地，在本申請上述的光電二極管的制作方法中，形成N型摻雜預(yù)備區(qū)的步 驟中，摻雜離子的濃度為1.0E+17~1.0E+21atoms/cm3,摻雜離子的注入能量為100~ 400Kev〇
[0013] 進(jìn)一步地，在本申請上述的光電二極管的制作方法中，形成第一P型摻雜區(qū)的步 驟中，對N型摻雜預(yù)備區(qū)的內(nèi)部進(jìn)行摻雜，形成與N型摻雜區(qū)的體積之比< 0. 2的第一P型 慘雜區(qū)。
[0014] 進(jìn)一步地，在本申請上述的光電二極管的制作方法中，形成第一P型摻雜區(qū)的步 驟中，摻雜離子的濃度為1. 05E+17~1. 2E+21atoms/cm3,摻雜離子的注入能量為300~ 600Kev〇
[0015] 進(jìn)一步地，在本申請上述的光電二極管的制作方法中，形成第二P型摻雜區(qū)和N 型摻雜區(qū)的步驟中，對襯底的上表面進(jìn)行二次摻雜，形成厚度為N型摻雜區(qū)的厚度1/10~ 1/20的第二P型摻雜區(qū)。
[0016] 本申請還提供了一種圖像傳感器件，包括設(shè)置于襯底上的光電二極管，其中光電 二極管為本申請所提供的光電二極管。
[0017] 應(yīng)用本申請的技術(shù)方案一種光電二極管、其制作方法及圖像傳感器件，在光電二 極管的N型摻雜區(qū)形成第一P型摻雜區(qū)。該第一P型摻雜區(qū)會(huì)在N型摻雜區(qū)中形成PN結(jié) 耗盡層，進(jìn)而提高光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0018] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示 意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0019] 圖1示出了現(xiàn)有圖像傳感器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2示出了根據(jù)本申請所提供的光電二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3示出了根據(jù)本申請所提供的光電二極管的制作方法流程示意圖；
[0022] 圖4示出了本申請實(shí)施方式所提供的光電二極管的制作方法中，對襯底的上表面 進(jìn)行摻雜形成N型摻雜預(yù)備區(qū)后的基體剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖5示出了對圖4所示N型摻雜預(yù)備區(qū)的內(nèi)部進(jìn)行摻雜，形成第一P型摻雜區(qū)后 的基體剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖6示出了對圖5所示襯底的上表面進(jìn)行二次摻雜，以在第一P型摻雜區(qū)的上方 形成第二P型摻雜區(qū)，并形成與第二P型摻雜區(qū)下表面相連的N型摻雜區(qū)后的基體剖面結(jié) 構(gòu)示意圖；以及
[0025] 圖7示出了根據(jù)本申請實(shí)施例所提供的圖像傳感器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請。
[0027] 需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述【具體實(shí)施方式】，而非意圖限制根 據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式 也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用屬于"包含"和/或"包 括"時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0028] 為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特 征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為"在其他器 件或構(gòu)造上方"或"在其他器件或構(gòu)造之上"的器件之后將被定位為"在其他器件或構(gòu)造下 方"或"在其他器件或構(gòu)造之下"。因而，示例性術(shù)語"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)， 并且對這里所使用的空間相對描述作出相應(yīng)解釋。
[0029] 正如【背景技術(shù)】中所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率較低的問 題。本申請的申請人針對上述問題進(jìn)行研究，提出了一種光電二極管。如圖2所示，該光電 二極管20包括：N型摻雜區(qū)21，形成在襯底10的內(nèi)部；第一P型摻雜區(qū)22,形成在N型摻 雜區(qū)21的內(nèi)部；第二P型摻雜區(qū)23,形成在襯底10中，位于N型摻雜區(qū)21上方，且下表面 (部分）與N型摻雜區(qū)21的上表面相連。
[0030] 在上述的光電二極管中，在光電二極管的N型摻雜區(qū)21的內(nèi)部形成第一P型摻雜 區(qū)22。該第一P型摻雜區(qū)22會(huì)在N型摻雜區(qū)21中形成PN結(jié)耗盡層，即在N型摻雜區(qū)21 中形成光電復(fù)合中心，從而增加N型摻雜區(qū)21中的光生載流子的數(shù)量，進(jìn)而提高光電二極 管的光吸收能力，最終提高光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0031] 在上述的光電二極管中，第一P型摻雜區(qū)22的體積越小，光電二極管的光吸收能 力越強(qiáng)，進(jìn)而使得光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率越高。在本申請的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，第一 P型摻雜區(qū)22的體積與N型摻雜區(qū)21的體積之比< 0. 2。將第一P型摻雜區(qū)22的體積設(shè) 置在上述范圍內(nèi)，可以在不影響光電二極管的勢阱容量的同時(shí)，提高光電二極管的性能。
[0032] 在上述的光電二極管中，第一P型摻雜區(qū)22中P型離子的摻雜量需要大于N型摻 雜區(qū)21中摻雜離子的摻雜量，以在N型摻雜區(qū)21中形成P型摻雜區(qū)。在本申請的一種優(yōu) 選實(shí)施方式中，第一P型摻雜區(qū)22中P型離子的摻雜量與N型摻雜區(qū)中N型離子的摻雜量 之比為1. 05~1. 2。將兩者的摻雜量之比設(shè)置在上述范圍內(nèi)，能夠在不影響N型摻雜區(qū)21 效果的情況下，提高位于N型摻雜區(qū)21中的第一P型摻雜區(qū)2