一种减少电荷残留的背照式图像传感器结构及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种减少电荷残留的背照式图像传感器及其制造方法。所述图像传感器至少包括置于半导体基体中的光电二极管、与所述光电二极管连接的电荷传输晶体管、与所述电荷传输晶体管连接的漂浮有源区、填充在相邻像素的光电二极管之间的浅槽隔离区，其中，所述电荷传输晶体管中预定长度的栅极多晶硅置于所述浅槽隔离区内。通过采用本发明公开的图像传感器及其制造方法，可以提高光电二极管内电荷的转移速度，进而解决电荷残留问题。
【专利说明】一种减少电荷残留的背照式图像传感器结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，尤其涉及一种减少电荷残留的背照式图像传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造CMOS (互补型金属氧化物半导体)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。
[0003]在现有技术中，从结构上来区分，CMOS图像传感器一般有两种:前照式结构和背照式结构，背照式结构更适用于小尺寸像素，例如1.4um像素。与前照式结构相比较，背照式结构中的微透镜和彩色滤光片设置于芯片背面，没有金属阻挡入射光线，光电二极管能够接受到更多的光，进而提高了图像传感器的光学灵敏度。
[0004]如图1所示，是一种现有技术的背照式CMOS图像传感器的4T像素结构示意图，包括光电二极管101，相邻像素的光电二极管101’，电荷传输晶体管102，漂浮有源区103，相邻像素的光电二极管103’，像素中的浅槽隔离区104 ;还包括电路示意图，复位晶体管105，源跟随晶体管106，行选择晶体管107，以及列位线108。在实际应用时，光电二极管101探测到光信号并产生光电电荷，并通过打开电荷传输晶体管102，将光电电荷传输致漂浮有源区103，进而源跟随晶体管106探测到了电荷传输前后103电势的变化，此电势的变化量即为光电信号值。
[0005]如图2所示，是图1所示切线位置的切面示意图，其中包括光电二极管201，电荷传输晶体管202，浅槽隔离区204，彩色滤光片区205，微透镜206，以及相邻像素中的光电二极管 201，。
[0006]上述现有技术存在的缺陷为:背照式光电二极管201的深度通常略小于硅基体厚度，而由于生产工艺限制硅基体厚度通常较厚，大于3um;处于较深位置A处(如图2所示)的电荷远离电荷传输晶体管202的沟道，因此A处电荷不易被转移出去，进而产生电荷残留问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种减少电荷残留的背照式图像传感器及其制造方法，提高光电二极管内电荷的转移速度，进而解决电荷残留问题。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0009]一种减少电荷残留的背照式图像传感器，至少包括置于半导体基体中的光电二极管、与所述光电二极管连接的电荷传输晶体管、与所述电荷传输晶体管连接的漂浮有源区、填充在相邻像素的光电二极管之间的浅槽隔离区；其中，所述电荷传输晶体管中预定长度的栅极多晶硅置于所述浅槽隔离区内。
[0010]一种减少电荷残留的背照式图像传感器的制造方法，该方法包括:[0011]在芯片正面涂覆一定厚度的氮化硅保护层，且在与浅槽隔离区重叠部分设置开Π ；
[0012]利用高能离子蚀刻技术从所述开口处蚀刻所述浅槽隔离区；
[0013]去除所述氮化硅保护层，并向蚀刻出的沟槽中淀积多晶硅，形成电荷传输晶体管栅极多晶硅。
[0014]由上述本发明提供的技术方案可以看出，在转移光电二极管内电荷的操作时，通过置于所述浅槽隔离区内的栅极多晶硅有利于转移光电二极管深处的电荷，从而提高了转移电荷的速度，同时也减少了光电二极管内电荷的残留数量，进而提高了背照式图像传感器的成像品质。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0016]图1为本发明【背景技术】提供的现有技术的背照式CMOS图像传感器的四晶体管(4T)有源像素的平面及电路示意图；
[0017]图2为现有技术的背照式CMOS图像传感器的光电二极管和电荷传输晶体管及其周围的切面不意图；
[0018]图3为本发明实施例一提供的背照式CMOS图像传感器结构切面示意图；
[0019]图4为本发明实施例二提供的背照式CMOS图像传感器制造方法时显影步骤的示意图；
[0020]图5为本发明实施例二提供的背照式CMOS图像传感器制造方法高能离子刻蚀步骤的示意图；
[0021]图6为本发明实施例二提供的背照式CMOS图像传感器制造方法去除氮化硅保护层步骤的示意图；
[0022]图7为本发明实施例二提供的背照式CMOS图像传感器制造方法淀积多晶硅步骤的不意图；
[0023]图8为本发明实施例二提供的背照式CMOS图像传感器制造方法形成晶体管栅极多晶娃步骤的不意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0025]实施例一
[0026]本发明实施例提供一种减少电荷残留的背照式图像传感器，至少包括置于半导体基体中的光电二极管、与所述光电二极管连接的电荷传输晶体管、与所述电荷传输晶体管连接的漂浮有源区、填充在相邻像素的光电二极管之间的浅槽隔离区，其中，所述电荷传输晶体管中预定长度的栅极多晶硅置于所述浅槽隔离区内。
[0027]进一步的，所述浅槽隔离区内预定长度的栅极多晶硅的深度小于所述浅槽隔离区的深度。
[0028]另外，所述浅槽隔离区的深度通常为0.4um?0.5um。
[0029]为了便于说明，下面结合附图3做详细介绍。图3为本实施例提供的背照式CMOS图像传感器结构切面示意图，其切面为图1所示切线位置的切面。如图3所示，301为光电二极管，用于感光并生成光电电荷，其上、下范围分别接近娃基体表面；302为电荷传输晶体管，用于转移光电二极管301内的电荷至漂浮有源区；301’为相邻像素的光电二极管；304为301和301’两个光电二极管之间的浅槽隔离区，填充材料是硅磷玻璃，深度为0.4um?
0.5um ；305为彩色滤光片区，306微透镜区；B点表征301较深处的电荷，B点距离芯片硅基体正表面通常大于2.Sum。其中，电荷传输晶体管302与浅槽隔离区304设置于芯片正面；彩色滤光片区305和微透镜区306设置于芯片背面。
[0030]图3所示电荷传输晶体管302的栅极多晶硅延伸致浅槽隔离区内，缩短了 B区电荷与电荷传输晶体管302栅极的距离。在开启电荷传输晶体管302转移光电二极管301内电荷的操作时，B区电荷很容易被吸附到电荷传输晶体管302沟道内，从而缩短了光电二极管301内电荷转移致漂浮有源区的时间，提高了图像传感器的工作速度；并且，本发明的电荷传输晶体管结构减小甚至消除了 301内电荷的残留问题，进一步提升了图像传感器的图像质量。
[0031]实施例二
[0032]本发明实施例提供一种减少电荷残留的背照式图像传感器的制造方法，包括附图4-附图8所示的步骤，具体的:
[0033]I)如图4所示，在芯片正面涂覆一定厚度的氮化硅保护层，且在与浅槽隔离区重叠部分设置开口。该步骤属于背照式图像传感器制造方法中的显影部分。其中，401为氮化硅保护层，氮化硅的厚度通常为150nm?200nm ；304为浅槽隔离区，其深度为0.4um?
0.5um，其填充物为绝缘物质硅磷玻璃。
[0034]2)如图5所示，利用高能离子蚀刻技术蚀刻浅槽隔离区，高能离子一般采用惰性元素，例如氦；浅槽隔离区被刻蚀的深度接近但小于浅槽隔离区填充物硅磷玻璃的深度。
[0035]3)如图6所示，去除氮化硅保护层。在去除氮化硅后，在裸露的硅表面产生一层栅氧层，此栅氧层的制作工艺与传统逻辑工艺相同，在此不做赘述。
[0036]4)如图7所示，向蚀刻出的沟槽淀积多晶硅。其中701为晶体管栅极及其连线所用到的多晶硅，此多晶硅的厚度与传统工艺相同。此多晶硅在形成前需要化学机械研磨工艺操作，目的是将多晶硅磨平，厚度均匀；并且多晶硅填满了浅槽隔离区304被刻蚀的部分。
[0037]5)如图8所示，形成晶体管栅极多晶硅302，该晶体管栅极多晶硅为电荷转移晶体管。在本步骤中形成晶体管栅极多晶硅工艺与传统工艺操作相同。
[0038]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种减少电荷残留的背照式图像传感器，至少包括置于半导体基体中的光电二极管、与所述光电二极管连接的电荷传输晶体管、与所述电荷传输晶体管连接的漂浮有源区、填充在相邻像素间的光电二极管之间的浅槽隔离区，其特征在于，所述电荷传输晶体管中预定长度的栅极多晶硅置于所述浅槽隔离区内。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述浅槽隔离区内预定长度的栅极多晶硅的深度小于所述浅槽隔离区的深度。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述浅槽隔离区的深度为0.4um ?0.5um。
4.一种减少电荷残留的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，该方法包括: 在芯片正面涂覆一定厚度的氮化硅保护层，且在与浅槽隔离区重叠部分设置开口 ； 利用高能离子蚀刻技术从所述开口处蚀刻所述浅槽隔离区； 去除所述氮化硅保护层，并向蚀刻出的沟槽中淀积多晶硅，形成电荷传输晶体管栅极多晶娃。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述蚀刻出的沟槽的深度小于所述浅槽隔离区的深度。
6.根据权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，所述浅槽隔离区的深度为0.4um ?0.5um。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述氮化硅保护层的厚度为150nm?200nm。
8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述高能离子包括:惰性元素；所述惰性元素包括:氦元素。
9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述向蚀刻出的沟槽中淀积多晶硅之后，利用化学机械研磨工艺进行处理。
【文档编号】H01L27/146GK103646955SQ201310700061
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】郭同辉, 陈杰, 刘志碧, 唐冕, 旷章曲 申请人:北京思比科微电子技术股份有限公司