一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，包括硅襯底及在硅襯底上構(gòu)造的像素單元陣列，相鄰的像素單元之間設(shè)有隔離區(qū)域，隔離區(qū)域中設(shè)有溢出電子收集區(qū)，溢出電子收集區(qū)由被P型區(qū)域包圍的N型注入?yún)^(qū)域構(gòu)成；溢出電子收集區(qū)設(shè)有與電壓連接的接觸孔。利用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)能夠減少圖像傳感器的在光信號強(qiáng)的區(qū)域周圍，產(chǎn)生的漏光和花屏現(xiàn)象。
【專利說明】
一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體固態(tài)成像器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]互補(bǔ)金屬氧化物圖像傳感器因其制造工藝與信號處理芯片等制造工藝相兼容，易于集成片上系統(tǒng)，同時(shí)功耗相較于電荷耦合器件類傳感器有較大優(yōu)勢，圖像處理降噪算法可以提高信噪比，因此已在圖像傳感器應(yīng)用領(lǐng)域占有優(yōu)勢地位。
[0003]圖像傳感器的像素在光照較強(qiáng)的區(qū)域，產(chǎn)生足夠的光生電子和電子空穴對，使得光電二極管飽和。這時(shí)光電二極管無耗盡區(qū)電場，后續(xù)入射的光信號產(chǎn)生的電子空穴對，部分會復(fù)合，而部分電子會通過擴(kuò)散，從而到達(dá)該像素區(qū)域范圍以外，形成溢出電子。從而反映在最終的圖像上，在光信號強(qiáng)的區(qū)域周圍出現(xiàn)漏光和花屏現(xiàn)象。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，能夠減少圖像傳感器的在光信號強(qiáng)的區(qū)域周圍，產(chǎn)生的漏光和花屏現(xiàn)象。
[0005]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，包括硅襯底及在硅襯底上構(gòu)造的像素單元陣列，其特征在于:相鄰的像素單元之間設(shè)有隔離區(qū)域，隔離區(qū)域中設(shè)有溢出電子收集區(qū)，溢出電子收集區(qū)由被P型區(qū)域包圍的N型注入?yún)^(qū)域構(gòu)成;溢出電子收集區(qū)設(shè)有與電壓連接的接觸孔。
[0006]按上述方案，所述的隔離區(qū)域?yàn)闇\溝道槽隔離區(qū)域，深度為1000-5000埃，每個(gè)像素單元中設(shè)有光電二極管，P型區(qū)域位于N型注入?yún)^(qū)域與相鄰的像素單元的光電二極管之間。
[0007]按上述方案，所述的隔離區(qū)域?yàn)镻型離子注入隔離區(qū)域，每個(gè)像素單元中設(shè)有光電二極管或晶體管，P型區(qū)域位于N型注入?yún)^(qū)域與相鄰的像素單元的光電二極管或晶體管之間。
[0008]按上述方案，所述的P型區(qū)域的深度為500-10000埃。
[0009]按上述方案，所述的電壓為0.1-1.5V。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果為:通過在隔離區(qū)域加入額外的溢出電子收集區(qū)域，通過接觸孔連接電壓，使得該區(qū)域連接到合適的電位，此結(jié)構(gòu)使得在對滿阱電子性能影響不大的情況下，只在光過強(qiáng)的區(qū)域，多余的電子能夠被收集到，而在未飽和的像素區(qū)域，因?yàn)楣怆姸O管或晶體管電勢未達(dá)到零電位，從而在光電二極管或晶體管和溢出電子收集區(qū)域之間存在較大的勢皇，而阻止了有效的信號光電子被溢出電子收集區(qū)域收集到；因此，利用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)能夠減少圖像傳感器的在光信號強(qiáng)的區(qū)域周圍，產(chǎn)生的漏光和花屏現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型又一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為是本實(shí)用新型一實(shí)施例的像素單元的電勢圖。
[0014]圖中:1-硅襯底，2-P阱，3-P型區(qū)域，4-N型注入?yún)^(qū)域，5_淺溝道槽隔離區(qū)域，6_接觸孔，7-P型離子注入隔離區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0016]本實(shí)用新型提供了一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)，能夠減少圖像傳感器的在光信號強(qiáng)的區(qū)域周圍的漏光和花屏現(xiàn)象。以下分別進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]本實(shí)用新型提供的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)為在有效的像素陣列中，通過在光電二極管之間加入額外的溢出電子收集區(qū)域，該溢出電子收集區(qū)域可以通過有源區(qū)來實(shí)現(xiàn)，也可以通過淺溝道槽隔離區(qū)域底部來實(shí)現(xiàn)。對于信號電荷為電子的情況，此區(qū)域?yàn)镹型摻雜，周圍被P型摻雜包圍。通過接觸孔連接，使得該區(qū)域連接到合適的電位，形成反型的P/N結(jié)。
[0018]一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，如圖1所示，包括硅襯底I及在硅襯底I上構(gòu)造的像素單元陣列，包括:光電二極管，復(fù)位晶體管，傳輸晶體管，源極跟隨器晶體管等；相鄰的像素單元之間設(shè)有隔離區(qū)域，隔離區(qū)域中設(shè)有溢出電子收集區(qū)，溢出電子收集區(qū)由被P型區(qū)域3包圍的N型注入?yún)^(qū)域4構(gòu)成;溢出電子收集區(qū)設(shè)有與電壓連接的接觸孔6。
[0019]如圖1所示，所述的隔離區(qū)域?yàn)闇\溝道槽隔離區(qū)域(ST1:Shallow TrenchIsolat1n)5，深度為1000-5000埃，每個(gè)像素單元中設(shè)有光電二極管，P型區(qū)域3位于N型注入?yún)^(qū)域4與相鄰的像素單元的光電二極管之間。
[0020]在有的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器中，相鄰像素間不存在淺溝道隔離(STI:Shallow Trench Isolat1n)，采用的是純的離子注入方式，形成勢皇隔離；同時(shí)這種勢皇隔離也可以作為像素內(nèi)光電二極管和晶體管之間的隔離，如圖2所示，所述的隔離區(qū)域?yàn)镻型離子注入隔離區(qū)域7，每個(gè)像素單元中設(shè)有光電二極管或晶體管，P型區(qū)域3位于N型注入?yún)^(qū)域4與相鄰的像素單元的光電二極管或晶體管之間。
[0021]優(yōu)選的，所述的P型區(qū)域的深度為500-10000埃。
[0022]優(yōu)選的，所述的電壓為0.1-1.5V。
[0023]本實(shí)用新型一實(shí)施例的像素單元的電勢圖如圖3所示，此結(jié)構(gòu)使得在對像素單元滿阱電子數(shù)性能影響不大的情況下，只在光照飽和的區(qū)域，多余的溢出電子能夠被收集到。而在未飽和的像素區(qū)域，因?yàn)楣怆姸O管電勢未達(dá)到零電位，從而在光電二極管和溢出電子收集區(qū)域之間存在較大的勢皇，而阻止了有效的信號光電子被溢出電子收集區(qū)域收集至IJ。溢出電子收集區(qū)的電位可以根據(jù)N型和P型摻雜的濃度，以及整個(gè)工藝的熱預(yù)算來考慮，范圍通常在0.1?1.5v.過大的偏壓可能降低溢出電子收集區(qū)和光電二極管區(qū)的電子勢皇，從而影響到周圍像素的量子效率和滿阱電子量。
[0024]其中一可選的制造方法包括:在硅襯底上先做淺溝道槽隔離區(qū)域刻蝕，然后在像素區(qū)域的淺溝道槽隔離區(qū)域內(nèi)注入P型離子，如硼、氟化硼等，形成P阱2。再在淺溝道槽隔離區(qū)域內(nèi)通過光刻形成溢出電子收集區(qū)，然后以離子注入的方式，同時(shí)摻雜N型離子，如砷，磷等元素。然后填充淺溝道槽隔離區(qū)域，再進(jìn)行平坦化。接著是在襯底中做有源器件和無源器件，包括像素單元所需的光電二極管及操作像素所需的各晶體管。接下來的是接觸孔刻蝕的阻擋層沉積，通常為氮化硅，氮氧化硅或者兩者的混合層。然后是金屬前介質(zhì)層的沉積和平坦化。溢出電子收集區(qū)域的接觸孔可以通過單獨(dú)的光刻蝕刻過程實(shí)現(xiàn)。
[0025]上述可選的制造方法只是一種選擇，在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方案本意下，可以在半導(dǎo)體制造工藝的合適步驟進(jìn)行N型和P型的離子注入。同時(shí)在溢出電子收集區(qū)域的接觸孔的形成上，也可以采取先將金屬前介質(zhì)層沉積前的阻擋層先打開，然后做金屬前介質(zhì)層的沉積和平坦化，這樣借助優(yōu)化的接觸孔干法蝕刻的高選擇比，溢出電子收集區(qū)域的接觸孔可以和通常的接觸孔采用相同步驟的光刻蝕刻過程實(shí)現(xiàn)。
[0026]從技術(shù)方案可以看出，在溢出電子收集區(qū)和光電二極管的離子摻雜分別是N型、P型、N型。光電二極管的收集光信號電子的過程，就是光電二極管的電勢從耗盡電勢Vpin到零電勢的過程。如在溢出電子收集區(qū)給一定的正電勢，在溢出電子收集區(qū)和光電二極管區(qū)域之間，就存在一定的電子勢皇。當(dāng)光電二極管區(qū)域未飽和時(shí)，電勢為正，電子電勢能較周圍低，電子仍然被光電二極管收集;當(dāng)光電二極管區(qū)域飽和時(shí)，溢出電子收集區(qū)和光電二極管區(qū)域之間電子勢皇消失或接近于零。多余電子溢出，并被溢出電子收集區(qū)所收集，從而減少電子擴(kuò)散，而被周圍像素捕獲到，從而形成漏光或者花屏。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，包括硅襯底及在硅襯底上構(gòu)造的像素單元陣列，其特征在于:相鄰的像素單元之間設(shè)有隔離區(qū)域，隔離區(qū)域中設(shè)有溢出電子收集區(qū)，溢出電子收集區(qū)由被P型區(qū)域包圍的N型注入?yún)^(qū)域構(gòu)成;溢出電子收集區(qū)設(shè)有與電壓連接的接觸孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其特征在于:所述的隔離區(qū)域?yàn)闇\溝道槽隔離區(qū)域，深度為1000-5000埃，每個(gè)像素單元中設(shè)有光電二極管，P型區(qū)域位于N型注入?yún)^(qū)域與相鄰的像素單元的光電二極管之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其特征在于:所述的隔離區(qū)域?yàn)镻型離子注入隔離區(qū)域，每個(gè)像素單元中設(shè)有光電二極管或晶體管，P型區(qū)域位于N型注入?yún)^(qū)域與相鄰的像素單元的光電二極管或晶體管之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其特征在于:所述的P型區(qū)域的深度為500-10000埃。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其特征在于:所述的電壓為0.1-1.5V。
【文檔編號】H04N5/335GK205542785SQ201620095682
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】李瀟
【申請人】啟芯瑞華科技（武漢）有限公司