光电二极管、其制作方法及图像传感器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及半导体集成电路制作技术领域，具体而言，涉及一种光电二极管、其制 作方法及图像传感器件。
【背景技术】
[0002] 光电二极管作为光电转换器件，可应用于CMOS图像传感器中。CMOS图像传感器 的基本单元称为像素，其由1个光电二极管和3个或4个M0S晶体管构成，简称为3T类型 或4T类型。其中，光电二极管用于将光信号转换成相应的电流信号，而M0S晶体管用于读 取光电二极管转换的电流信号。
[0003] 图1为现有技术中一种4T类型的CMOS图像传感器的结构示意图。如图1所示，这 种CMOS图形传感器包括：衬底10'和依次形成在该衬底10'上的光电二极管20'、转移 晶体管30'和势阱40'，其中光电二极管20'包括朝向远离衬底10'的方向依次形成的 N型掺杂区21'和P型掺杂区23';在势阱40'上形成有源跟随器晶体管50'、复位晶体 管60'、选择晶体管70'和浅沟槽隔离结构80'。转移晶体管30'位于光电二极管20' 和势阱40'之间，且转移晶体管30'的源区与光电二极管20'相连接，转移晶体管30'的 漏区与源跟随器晶体管50'相连接。
[0004] 图像传感器的性能（比如灵敏度、光谱响应等）与光电二极管的光电转换效率相 关。然而，现有光电二极管的光电转换效率较低，导致光电二极管中的光电流较小，进而影 响图像传感器的性能。技术人员尝试通过增加感光表面的粗糙度等方法来增加光电二极管 的有效感光面积，但是该方法并不能解决光电二极管的光电转换效率较低的问题。
【发明内容】
[0005]本申请旨在提供一种光电二极管、其制作方法及图像传感器件，以解决现有技术 中光电二极管的光电转换效率较低的问题。
[0006] 为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种光电二极管，该光电二极 管包括：N型掺杂区，形成在衬底的内部；第一P型掺杂区，形成在N型掺杂区的内部；第二 P型掺杂区，形成在衬底中，位于N型掺杂区上方，且下表面与N型掺杂区相连。
[0007]进一步地，在本申请上述的光电二极管中，光电二极管中包括一个或多个第一P型掺杂区，且第一P型掺杂区的总体积与N型掺杂区的体积之比< 0. 2。
[0008]进一步地，在本申请上述的光电二极管中，第一P型掺杂区中P型离子的掺杂量与N型掺杂区中N型离子的掺杂量之比为1. 05~1. 2。
[0009]进一步地，在本申请上述的光电二极管中，光电二极管包括一个第一P型掺杂区 时，第一P型掺杂区位于垂直于衬底表面的N型掺杂区的中心线上；包括多个第一P型掺杂 区时，多个第一P型掺杂区对称地设置在垂直于衬底表面的N型掺杂区的中心线的两侧。
[0010] 进一步地，在本申请上述的光电二极管中，第二P型掺杂区的厚度为N型掺杂区厚 度的1/10~1/20。
[0011] 根据本申请的另一方面，提供了一种光电二极管的制作方法，该制作方法包括：对 衬底的上表面进行掺杂形成N型掺杂预备区；对N型掺杂预备区的内部进行掺杂，形成第一 P型掺杂区；对衬底的上表面进行二次掺杂，以在第一P型掺杂区的上方形成第二P型掺杂 区，并形成与第二P型掺杂区下表面相连的N型掺杂区。
[0012] 进一步地，在本申请上述的光电二极管的制作方法中，形成N型掺杂预备区的步 骤中，掺杂离子的浓度为1.0E+17~1.0E+21atoms/cm3,掺杂离子的注入能量为100~ 400Kev〇
[0013] 进一步地，在本申请上述的光电二极管的制作方法中，形成第一P型掺杂区的步 骤中，对N型掺杂预备区的内部进行掺杂，形成与N型掺杂区的体积之比< 0. 2的第一P型 惨杂区。
[0014] 进一步地，在本申请上述的光电二极管的制作方法中，形成第一P型掺杂区的步 骤中，掺杂离子的浓度为1. 05E+17~1. 2E+21atoms/cm3,掺杂离子的注入能量为300~ 600Kev〇
[0015] 进一步地，在本申请上述的光电二极管的制作方法中，形成第二P型掺杂区和N 型掺杂区的步骤中，对衬底的上表面进行二次掺杂，形成厚度为N型掺杂区的厚度1/10~ 1/20的第二P型掺杂区。
[0016] 本申请还提供了一种图像传感器件，包括设置于衬底上的光电二极管，其中光电 二极管为本申请所提供的光电二极管。
[0017] 应用本申请的技术方案一种光电二极管、其制作方法及图像传感器件，在光电二 极管的N型掺杂区形成第一P型掺杂区。该第一P型掺杂区会在N型掺杂区中形成PN结 耗尽层，进而提高光电二极管的光电转换效率。
【附图说明】
[0018] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0019] 图1示出了现有图像传感器件的剖面结构示意图；
[0020] 图2示出了根据本申请所提供的光电二极管的剖面结构示意图；
[0021] 图3示出了根据本申请所提供的光电二极管的制作方法流程示意图；
[0022] 图4示出了本申请实施方式所提供的光电二极管的制作方法中，对衬底的上表面 进行掺杂形成N型掺杂预备区后的基体剖面结构示意图；
[0023] 图5示出了对图4所示N型掺杂预备区的内部进行掺杂，形成第一P型掺杂区后 的基体剖面结构示意图；
[0024] 图6示出了对图5所示衬底的上表面进行二次掺杂，以在第一P型掺杂区的上方 形成第二P型掺杂区，并形成与第二P型掺杂区下表面相连的N型掺杂区后的基体剖面结 构示意图；以及
[0025] 图7示出了根据本申请实施例所提供的图像传感器件的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0027] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0028] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特 征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为"在其他器 件或构造上方"或"在其他器件或构造之上"的器件之后将被定位为"在其他器件或构造下 方"或"在其他器件或构造之下"。因而，示例性术语"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)， 并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0029] 正如【背景技术】中所介绍的，现有技术中存在光电二极管的光电转换效率较低的问 题。本申请的申请人针对上述问题进行研究，提出了一种光电二极管。如图2所示，该光电 二极管20包括：N型掺杂区21，形成在衬底10的内部；第一P型掺杂区22,形成在N型掺 杂区21的内部；第二P型掺杂区23,形成在衬底10中，位于N型掺杂区21上方，且下表面 (部分）与N型掺杂区21的上表面相连。
[0030] 在上述的光电二极管中，在光电二极管的N型掺杂区21的内部形成第一P型掺杂 区22。该第一P型掺杂区22会在N型掺杂区21中形成PN结耗尽层，即在N型掺杂区21 中形成光电复合中心，从而增加N型掺杂区21中的光生载流子的数量，进而提高光电二极 管的光吸收能力，最终提高光电二极管的光电转换效率。
[0031] 在上述的光电二极管中，第一P型掺杂区22的体积越小，光电二极管的光吸收能 力越强，进而使得光电二极管的光电转换效率越高。在本申请的一种优选实施方式中，第一 P型掺杂区22的体积与N型掺杂区21的体积之比< 0. 2。将第一P型掺杂区22的体积设 置在上述范围内，可以在不影响光电二极管的势阱容量的同时，提高光电二极管的性能。
[0032] 在上述的光电二极管中，第一P型掺杂区22中P型离子的掺杂量需要大于N型掺 杂区21中掺杂离子的掺杂量，以在N型掺杂区21中形成P型掺杂区。在本申请的一种优 选实施方式中，第一P型掺杂区22中P型离子的掺杂量与N型掺杂区中N型离子的掺杂量 之比为1. 05~1. 2。将两者的掺杂量之比设置在上述范围内，能够在不影响N型掺杂区21 效果的情况下，提高位于N型掺杂区21中的第一P型掺杂区2