隔离结构和包含该隔离结构的图像传感器的制作方法

本实用新型涉及一种隔离结构以及包含该隔离结构的图像传感器。更详细地，本实用新型涉及一种用于使电荷累积区彼此电隔离的隔离结构以及包含该隔离结构的图像传感器。

背景技术：

一般来说，图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体装置且可被分成或分类成电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。

CMOS图像传感器包括单位像素，每个单位像素包括光电二极管和MOS晶体管。CMOS图像传感器使用切换方法顺序地检测单位像素的电信号，从而形成图像。

CMOS图像传感器是通过在半导体基板中或上形成光电二极管，形成被连接至半导体基板上的光电二极管的晶体管，形成用作被连接至晶体管的信号线的布线层并在布线层上或上方形成滤色器层和微透镜而制成的。

特别地，CMOS图像传感器包括多个按行和列布置的像素区且在每个像素区中或上形成光电二极管、转移栅、浮动扩散区等。例如，光电二极管包括p型表面层和n型电荷累积区，且当入射光到达光电二极管的表面时，在光电二极管的p-n结的耗尽区中产生电子(光电荷)。电子在n型电荷累积区中进行累积且随后通过转移栅移动到浮动扩散区。

近来，随着CMOS图像传感器的集成度的提高，逐渐减小了光电二极管的面积，且可以因此使CMOS图像传感器的灵敏度和动态范围退化。此外，可以增加CMOS图像传感器的光学噪声，诸如串扰。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种具有相对小的区域的隔离结构，以增加光电二极管和具有隔离结构的图像传感器的区域。

根据本实用新型的一个方面，一种隔离结构可以包括设置在第二导电类型的基板中的第一导电类型的深阱区以及设置在用于累积光电荷的电荷累积区之间以使电荷累积区彼此电隔离的隔离区。特别地，电荷累积区可以被设置在深阱区上且具有第二导电类型，且隔离区可以与深阱区相连接且具有第一导电类型。

根据本实用新型的一些示例性实施例，隔离区可以具有比深阱区的杂质浓度更高的杂质浓度。

根据本实用新型的一些示例性实施例，隔离结构还可以包括绝缘层，其被设置在隔离区上；以及电极，其被设置在绝缘层上且在隔离区中形成电场以在隔离区中累积第二光电荷。

根据本实用新型的一些示例性实施例，可以向深阱区施加第一电压，可以向电极施加第二电压，且第二电压可以等于或高于第一电压。

根据本实用新型的一些示例性实施例，可以向深阱区施加第一电压，可以向电极施加第二电压，且第二电压可以等于或低于第一电压。

根据本实用新型的一些示例性实施例，隔离区可以是通过离子注入工艺形成的离子注入区。

根据本实用新型的另一个方面，一种图像传感器可以包括设置在第二导电类型的基板中的第一导电类型的深阱区、设置在深阱区上并累积光电荷的第二导电类型的电荷累积区以及设置在电荷累积区之间以使电荷累积区彼此电隔离且与深阱区相连接的第一导电类型的隔离区。

根据本实用新型的一些示例性实施例，图像传感器还可以包括第一导电类型的钉扎层，其每一个均被设置在电荷累积区上。

根据本实用新型的一些示例性实施例，隔离区可以具有与钉扎层的杂质浓度相等的杂质浓度。

根据本实用新型的一些示例性实施例，隔离区可以具有比深阱区的杂质浓度更高的杂质浓度。

根据本实用新型的一些示例性实施例，图像传感器还可以包括绝缘层，其被设置在隔离区上；以及电极，其被设置在绝缘层上且在隔离区中形成电场以在隔离区中累积第二光电荷。

根据本实用新型的一些示例性实施例，可以向深阱区施加第一电压，可以向电极施加第二电压，且第二电压可以等于或高于第一电压。

根据本实用新型的一些示例性实施例，可以向深阱区施加第一电压，可以向电极施加第二电压，且第二电压可以等于或低于第一电压。

根据本实用新型的一些示例性实施例，基板可以包括外延层，且深阱区和隔离区可以被设置在外延层中。

根据本实用新型的一些示例性实施例，图像传感器还可以包括第二导电类型的低浓度杂质区，其每一个被设置在电荷累积区和深阱区之间，且低浓度杂质区可以具有比电荷累积区的杂质浓度更低的杂质浓度。

根据本实用新型的另一个方面，一种图像传感器可以包括设置在第二导电类型的基板中的第一导电类型的深阱区、设置在深阱区上并累积光电荷的第二导电类型的电荷累积区、设置在电荷累积区的一侧上以使电荷累积区与相邻的电荷累积区电隔离且与深阱区相连接的第一导电类型的隔离区、设置成与电荷累积区的另一侧间隔开的浮动扩散区以及设置在电荷累积区和浮动扩散区之间的基板上的转移栅。

根据本实用新型的一些示例性实施例，电荷累积区可以是用于累积空穴的p型杂质区，且隔离区可以是n型高浓度杂质区。

根据本实用新型的一些示例性实施例，图像传感器还可以包括绝缘层，其被设置在隔离区上；以及电极，其被设置在绝缘层上且在隔离区中形成电场以在隔离区中累积电子。

根据本实用新型的一些示例性实施例，可以向深阱区施加第一电压，可以向电极施加第二电压，且第二电压可以等于或高于第一电压。

根据本实用新型的一些示例性实施例，图像传感器还可以包括设置在电荷累积区的另一侧上的第一导电类型的第二阱区，且转移栅和浮动扩散区可以被设置在第二阱区上。

上面的概述并不旨在描述其主题的每个所阐明的实施例或每个实施方式。下面的附图及具体实施方式更具体地举例说明了各种实施例。

附图说明

根据结合附图的下列说明，将更详细地理解示例性实施例，其中：

图1为示出根据本实用新型的一个示例性实施例的隔离结构和具有隔离结构的图像传感器的横截面视图；

图2为示出图1的图像传感器的平面图，其中在线1-1处指出图1的横截面视图；

图3为示出图2的转移栅和浮动扩散区的横截面视图；

图4为示出与图1的图像传感器相连的电源的方框图；以及

图5至7为示出制造图1的图像传感器的方法的横截面视图。

虽然各种实施例可被修正成各种修改和替代形式，但是其细节已在附图中以示例方式示出并将进行详细描述。然而，应理解的是本实用新型并不旨在将所要求保护的实用新型限制为所述的特定实施例。相反地，本实用新型旨在涵盖落在如通过权利要求限定的主题的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更详细地描述本实用新型的实施例。然而，本实用新型并不限于下面所述的实施例且按各种其他形式进行实施。下面的实施例并不是为了全面完成本实用新型而提供的，而是为了向本领域的技术人员全面传达本实用新型的范围而提供的。

在本说明书中，当一个组件被称为在另一个组件或层上或被连接至另一个组件或层时，其可直接在另一个组件或层上或被连接至另一个组件或层，或也可存在有中间组件或层。与此不同，将理解当一个组件被称为直接在另一个组件或层上或直接被连接至另一个组件或层时，其表示不存在有中间组件。另外，虽然术语，如第一、第二和第三用于描述在本实用新型的各种实施例中的各种区域和层，但区域和层却不仅限于此。

以下使用的术语仅用于描述特定实施例，但却不用于限制本实用新型。额外地，除非本文另有限定外，包括技术和科学术语的所有术语可具有与本领域的技术人员通常所理解的相同的含义。

参考理想实施例的示意图描述本实用新型的实施例。因此，可根据附图的形式预期在制造方法中的变化和/或可允许的误差。因此，本实用新型的实施例被描述成仅限于附图中的特定形式或区域且包括该形式的偏差。该区域可以是完全示意性的且其形式可能不描述或描绘在任何给定区域中的准确形式或结构且并不旨在限制本实用新型的范围。

图1为示出根据本实用新型的一个示例性实施例的隔离结构和具有隔离结构的图像传感器的横截面视图，图2为示出如图1所示的图像传感器的平面图，且图3为示出如图2所示的转移栅和浮动扩散区的横截面视图。图2的线1-1示出沿其截取图1的横截面，而线3-3则示出沿其截取图3的横截面。

参考图1至3，根据本实用新型的一个示例性实施例，一种图像传感器100可以包括用于累积由入射光子产生的光电荷的光电二极管110。在光电二极管110中累积的光电荷可以通过转移栅150的操作移动到浮动扩散区160(图2、3)中。浮动扩散区160可以与源跟随器晶体管170(图2)的栅极电连接且可以由重置晶体管180(图2)重置到参考电压。此外，源跟随器晶体管170可以与选择晶体管190(图2)相连接。

例如，图1的图像传感器100可以包括多个图像像素。图像传感器100可以包括在基板102中形成的电荷累积区112。电荷累积区112可以用作图像像素的光电二极管110且可以通过隔离结构120而彼此电隔离。

隔离结构120可以包括在基板102中形成的深阱区以及在电荷累积区112之间形成的隔离区124。深阱区122和隔离区124可以具有第一导电类型，且电荷累积区112可以具有第二导电类型。例如，如在图1中所示，深阱区122可以是深n型阱(DNW)区，且隔离区124可以是高浓度n型杂质区，其具有比深阱区122的杂质浓度更高的杂质浓度。电荷累积区112可以是p型杂质区。特别地，隔离区124可以形成在深阱区122上且可以与深阱区122相连接，如在图1中所示。

例如，隔离区124可以是通过离子注入工艺形成的离子注入区且可以具有与传统的浅沟槽隔离区相比为相对较小的宽度。其结果是，可以增加电荷累积区112的区域且可以因此显著改善图像传感器100的动态范围和灵敏度。此外，可以去除由于传统的浅沟槽隔离区的陷阱位置引起的暗电流。

具有第一导电类型的钉扎层114可以形成在电荷累积区112上。例如，可以在电荷累积区112上形成能够用作钉扎层114的高浓度n型杂质区。钉扎层114可以具有与隔离区124的杂质浓度相等的杂质浓度且可以电子地连接到隔离区124的上部。

基板102可以具有第二导电类型。例如，p型基板可以用作基板102，如在图1的实施例中所示的。可替代地或额外地，基板102可以包括具有第二导电类型的外延层104。例如，基板102可以包括p型外延层104，且可以在p型外延层104中形成深阱区122和隔离区124。

可以在电荷累积区112和深阱区122之间形成具有第二导电类型的低浓度杂质区116。低浓度杂质区116可以具有比电荷累积区112的杂质浓度更低的杂质浓度。例如，低浓度杂质区116可以是未注入区。即，低浓度杂质区可以是p型外延层104的部分。

图像传感器100可以包括与电荷累积区112相邻的第一导电类型的第二阱区106(图3)。例如，第二阱区106可以是通过离子注入工艺形成的n型阱(NW)区。第二阱区106可以具有比隔离区124的杂质浓度更低的杂质浓度。此外，第二阱区106可以具有比深阱区122的杂质浓度更低的杂质浓度。

转移栅150和浮动扩散区160可以形成在第二阱区106上。栅绝缘层152可以被设置在第二阱区106和转移栅150之间，且可以在转移栅150的侧表面上形成栅间隔物154。

此外，现在参考图2，可以在第二阱区106上形成重置晶体管180、源跟随器晶体管170和选择晶体管190。浮动扩散区160和重置晶体管180的源/漏区、源跟随器晶体管170和选择晶体管190可以是高浓度p型杂质区。重置晶体管180和源跟随器晶体管170可以共同使用源/漏区。共同的源/漏区可以与电源140相连接(见图4)以供给驱动电压(Vdd)。

由入射光子在基板102中产生的光电荷，例如空穴可以在电荷累积区112中进行累积，且第二光电荷，例如电子可以在深阱区122和/或隔离区124中进行累积。特别地，可以向深阱区122施加第一电压，例如约为3.3V的驱动电压(Vdd)以从图像像素移除电子。例如，深阱区122可以与电源140相连接。

根据本实用新型的一个示例性实施例，图像传感器100可以包括被设置在隔离区124上的电极130。电极130可以用于在隔离区124中形成电场，以将第二光电荷，例如电子累积至隔离区124中。绝缘层132可以被设置在隔离区124和电极130之间，且可以在电极130的侧表面上设置间隔物134。特别地，可以向电极130施加第二电压，其可以等于或高于第一电压。

图4为示出与如图1中所示的图像传感器相连的电源的方框图。

参考图4，图像传感器100可以包括与电源140相连接的多个电荷泵。例如，图像传感器100可以包括与转移栅150相连接的转移栅泵156、与重置栅182相连接的重置栅泵184以及与选择栅192相连接的选择栅泵194。此外，图像传感器100可以包括与电极130相连接的第四电荷泵136，且第四电荷泵136可以向电极130施加高于驱动电压(Vdd)的第二电压，例如，约4V。

可替代地，当电荷累积区112具有第一导电类型且深阱区122和隔离区124具有第二导电类型，即，当使用n型光电二极管、p型隔离区和深p型阱(DPW)区时，电子可以在n型光电二极管中进行累积，且空穴可以在p型隔离区和深p型阱区中进行累积。特别地，可以向深p型阱区施加约为-1V的第一电压，且可以向电极130施加例如，约为-2V的等于或低于第一电压的第二电压。

此外，当使用n型光电二极管时，用于供给第一电压的第一负电荷泵可以与深p型阱区相连接，且用于供给第二电压的第二负电荷泵可以与电极130相连接。

如上所述，可以向电极130施加第二电压以累积第二电荷，且可以因此显著地改善图像传感器的光电转换效率。因此，可以显著地改善图像传感器100的动态范围和灵敏度。

同时，隔离区124和电极130可以被配置成围绕除了与转移栅150相邻的光电二极管110的一个侧表面的剩余侧表面，如在图2中所示。此外，隔离区124可以与深阱区122相连接，且源于光电二极管110的漏电流可以因此通过深阱区122和隔离区124显著地减少。而且，可以充分地减少图像传感器100的串扰。

图5至7为示出制造如图1中所示的图像传感器的方法的横截面视图。

参考图5，可以在第二导电类型的基板102中形成第一导电类型的深阱区122。例如，深阱区122可以是n型杂质区且可以通过离子注入工艺形成。基板102可以是p型基板且可以包括p型外延层104。在这种情况下，可以在p型外延层104中形成深阱区122。

参考图6，可以在基板102中形成第一导电类型的隔离区124。隔离区124可以是高浓度n型杂质区且可以通过离子注入工艺形成。隔离区124可以从基板102的上表面，即p型外延层104的上表面延伸，且可以被连接到深阱区122。

在形成隔离区124之后，可以在基板102中形成第二阱区106，如在图3中所示。第二阱区106可以是n型杂质区且可以通过离子注入工艺形成。

在形成第二阱区106之后，可以在基板102上形成转移栅150、重置栅182、源跟随器栅、选择栅192和电极130，如在图2和3中所示。例如，转移栅150、重置栅180、源跟随器栅和选择栅192可以由掺杂有p型杂质的多晶硅制成，且电极130可以由掺杂有n型杂质的多晶硅制成。

可以在基板102上形成栅绝缘层，且可以在栅绝缘层上设置转移栅150、重置栅180、源跟随器栅和选择栅192。可以在基板102上形成绝缘层132，且可以在绝缘层132上设置电极130。栅绝缘层和绝缘层132可以由氧化硅制成。

例如，可以在基板102上形成氧化硅层，且可以在氧化硅层上形成多晶硅层。随后，与转移栅150、重置栅180、源跟随器栅和选择栅192相应的多晶硅层的部分可以掺杂有p型杂质，且与电极130相应的多晶硅层的一部分可以掺杂有n型杂质。转移栅150、重置栅180、源跟随器栅、选择栅192、栅绝缘层、电极130和绝缘层132可以通过使多晶硅层和氧化硅层图案化来获得。

参考图7，可以在隔离区124的内部形成电荷累积区电荷累积区112。电荷累积区112可以是p型杂质区且可以通过离子注入工艺形成。随后，可以在电荷累积区112上形成钉扎层114中的每一个。钉扎层114可以是高浓度n型杂质区且可以通过离子注入工艺形成。

可以在基板102中形成浮动扩散区160，如在图3中所示。浮动扩散区160可以是高浓度p型杂质区且可以通过离子注入工艺形成。浮动扩散区160可以与源跟随器晶体管170和选择晶体管190的源/漏区同时形成。

根据如上所述的本实用新型的示例性实施例，图像传感器100的隔离结构120可以包括在基板102中形成的深阱区122以及在用于累积光电荷的电荷累积区112之间形成的隔离区124。当电荷累积区112具有第二导电类型时，深阱区122和隔离区124可以具有第一导电类型。隔离区124可以是通过离子注入工艺形成的离子注入区，且可以在隔离区124上形成电极130。电极130可以用于在隔离区124中形成电场，以在隔离区124中累积第二光电荷。

隔离区124可以具有与传统的浅沟槽隔离区相比为相对较小的宽度，且可以增加电荷累积区112的区域。因此，可以显著地改善图像传感器100的动态范围和灵敏度。此外，可以去除由于传统的浅沟槽隔离区的陷阱位置引起的暗电流。

更进一步地，隔离区124可以与深阱区122相连接，且可以显著地减少源于电荷累积区122的漏电流。因此，可以显著地减少图像传感器100的串扰。

虽然已经参考具体实施例描述了图像传感器100及其制造方法，但其并不仅限于此。因此，本领域的技术人员将很容易地理解在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下对其进行各种修改和变化。