图像传感器及其形成方法与流程

本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及图像传感器及其形成方法。

背景技术：

图像传感器是能够对辐射(例如，光辐射，包括但不限于可见光、红外线、紫外线等)进行感测并由此生成相应的电信号的功能器件。图像传感器被广泛地应用于各种需要对辐射进行感测的电子产品中。

图像传感器可以包括多个像素单元，其中每个像素单元都具有光电感测部件，例如光电二极管。在某些应用场景下，需要具有深光电二极管(deepphotodiode)的图像传感器。例如，图像传感器可以对于不同波长的光具有不同的吸收系数，一般地，波长较短的光可以在图像传感器内离入射面较近的位置被吸收，而波长较长的光可以在图像传感器内离入射面较远的位置被吸收。然而，使用传统图像传感器加工步骤制造的图像传感器的光电二极管的位置通常较浅(pn结界面离入射面较近)，因此其吸收的波长较长的光所产生的载流子需要传输很长的距离才能到达光电二极管区域，这就导致像素串扰加剧、图像传感器的量子效率降低等问题。为了捕获穿透进入图像传感器深处的波长较长的光，图像传感器需要深光电二极管。但是，深光电二极管的形成通常依赖于高能离子注入技术，但使用该技术既难以有效控制深光电二极管中的掺杂区域的杂质分布，又需要花费昂贵的成本。

因此，存在对于改进的具有深光电二极管的图像传感器和改进的用于形成具有深光电二极管的图像传感器的方法的需求。

技术实现要素：

本公开的一个目的是提供一种新颖的用于形成图像传感器的方法以及通过该方法形成的图像传感器。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于形成图像传感器的方法，该方法包括：提供衬底，所述衬底包括具有第一掺杂类型的有源区；以及在所述有源区之上形成至少一个光电二极管，每个光电二极管包括具有第一掺杂类型的第一区域和具有第二掺杂类型的第二区域，所述第二区域包括多个外延掺杂层，并且所述第一区域围绕所述第二区域，其中，形成每个光电二极管包括通过外延生长在所述衬底上依次形成具有第一掺杂类型的多个外延层，每个外延层都包括用于形成光电二极管的第二区域的第二部分和围绕其第二部分的第一部分，其中，在形成每个外延层之后，通过离子注入将该外延层的第二部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个。

根据本公开的另一方面，提供了一种根据上述方法形成的图像传感器。

通过根据本公开的实施例的用于形成图像传感器的方法以及通过该方法形成的图像传感器，能够在不使用高能离子注入从而避免高能离子注入的负面效应和昂贵成本的前提下，实现高性能的具有大深度的光电二极管(其pn结界面能够分布到图像传感器深处)的图像传感器。具体来说，根据本公开的用于形成图像传感器的方法不仅能够确保精确控制光电二极管的掺杂分布，还适于制造小尺寸的图像传感器的光电二极管区域，此外还能够改善串扰和暗电流等问题，并且实现对较长波长辐射(例如，近红外辐射)的灵敏响应。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据以下详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示意性地示出了根据本公开的实施例的图像传感器的形成方法的流程图；

图2示意性地示出了根据本公开的实施例的图像传感器的示例形成方法的流程图；

图3至图16示意性地示出了与图2所示的方法的部分步骤对应的图像传感器的示意性剖视图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。

另外，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

下面结合图1描述根据本公开的实施例的图像传感器的形成方法10。

图1示意性地示出了根据本公开的实施例的图像传感器的形成方法10的流程图。

如图1所示，方法10可以包括步骤s11和步骤s12。其中，在步骤s11处，提供衬底，该衬底可以包括具有第一掺杂类型的有源区。

衬底包括但不限于半导体衬底，在一些实施例中，衬底可以包括适于形成图像传感器的任何半导体材料，例如一元半导体材料(诸如，硅或锗等)、化合物半导体材料(诸如碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合。在一些实施例中，衬底的部分或全部还可以掺杂有一定浓度的杂质元素，例如，可以掺杂有n型或者p型的杂质。在下文中，使用“第一掺杂类型”和“第二掺杂类型”来区分不同的掺杂类型。在一些实施例中，第一掺杂类型为n型，第二掺杂类型为p型。在另一些实施例中，第一掺杂类型为p型，第二掺杂类型为n型。本领域技术人员均理解，衬底不受任何限制，而是可以根据实际应用进行选择。

在步骤s12处，在有源区之上形成至少一个光电二极管，每个光电二极管可以包括具有第一掺杂类型的第一区域和具有第二掺杂类型的第二区域。第二区域可以包括多个外延掺杂层，并且第一区域围绕第二区域。

步骤s12可以包括步骤s121和步骤s122。具体而言，在步骤s12中，形成至少一个光电二极管中的每个光电二极管可以包括：在步骤s121处，通过外延生长在衬底上依次形成具有第一掺杂类型的多个外延层，每个外延层都包括用于形成光电二极管的第二区域的第二部分和围绕其第二部分的第一部分。

外延生长工艺可以利用晶体界面上的二维结构相似性成核的原理，在单晶衬底上沿着其原来的晶向再生长一层晶格完整并且可以具有不同的杂质掺杂情况和厚度的单晶层。通过外延生长得到的单晶层称为外延层，其可以和原单晶衬底具有相同或者不同的导电类型。外延包括同质外延和异质外延，同质外延生长得到的外延层可以与衬底的材料相同(诸如在硅衬底上外延硅等)，异质外延生长得到的外延层可以与衬底的材料不同(诸如在硅衬底上外延砷化镓等)。外延生长工艺可以包括气相外延、液相外延和分子束外延等。

在一些实施例中，可以采用同质外延，即外延层的材料与衬底的材料相同。在另一些实施例中，可以采用异质外延，即外延层的材料与衬底的材料不同。此外，在一些实施例中，外延层可以与衬底具有相同的掺杂类型。在另一些实施例中，外延层可以与衬底具有不同的掺杂类型。在优选的实施例中，外延层与衬底的有源区可以具有相同的材料和掺杂类型。

在步骤s12中，形成至少一个光电二极管中的每个光电二极管还可以包括：在步骤s122处，在形成每个外延层之后，通过离子注入将该外延层的第二部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个。由于每个外延层的厚度小于第二区域的总深度，因此分别对每个外延层的第二部分进行第二掺杂类型的掺杂可以采用能量较低的离子注入，并且可以精确地控制每个外延层内的杂质分布，进而实现对光电二极管的整个第二区域内的掺杂情况的精确控制，避免了形成较深的光电二极管通常需要的高能离子注入。特别地，对于比较重的杂质元素(例如，用于n型掺杂的砷元素等)，其往往因为质量较大而扩散困难，即使采用高能离子注入也难以在深度较大的待掺杂区域内实现期望分布。相比之下，根据本公开的实施例的形成方法可以有利地避免这个缺陷。而且，步骤s122中进行第二掺杂类型的掺杂所使用的杂质元素优选地具有较大的质量，从而能够不易受到后续外延生长工艺温度的影响。本领域技术人员将理解，本文中所述的杂质元素的质量包括但不限于该杂质元素的原子质量。

此外，在一些实施例中，方法10还可以包括：通过外延生长在步骤s121中形成的多个外延层上形成具有第一掺杂类型的附加的外延层，通过离子注入调整所述多个外延层的第一部分和附加的外延层的与所述多个外延层的第一部分相邻的部分以形成第一区域，并且在第一区域中形成沟槽隔离结构，该沟槽隔离结构从附加的外延层的表面起朝着衬底延伸。

在一些实施方式中，所述多个外延层的第一部分和附加的外延层的与所述多个外延层的第一部分相邻的部分可以通过一次离子注入而被同时进行第一掺杂类型的掺杂。前述一次离子注入例如可以采用质量较轻的杂质元素(例如，用于p型掺杂的硼元素等)进行掺杂，较轻的质量允许不使用较高能量的离子注入就能在深度较大的掺杂区域内实现期望分布。另外，对所述多个外延层的第一部分和附加的外延层的与所述多个外延层的第一部分相邻的部分同时进行一次离子注入可以发生在所有外延生长步骤之后，这就避免了外延生长工艺温度可能对质量较轻的杂质元素的扩散产生的不利影响。

除了通过一次离子注入对所述多个外延层的第一部分和附加的外延层的与所述多个外延层的第一部分相邻的部分同时进行第一掺杂类型的掺杂以外，各个外延层的第一部分和附加的外延层的与所述多个外延层的第一部分相邻的部分也可以分别进行第一掺杂类型的掺杂。

例如，在一些实施例中，方法10还可以包括在对每个外延层的第二部分进行离子注入(即步骤s122)之前或者之后，通过离子注入调整该外延层的第一部分以形成第一区域的一部分。换言之，可以在形成每个外延层之后，分别对其第一部分进行第一掺杂类型的掺杂以及对其第二部分进行第二掺杂类型的掺杂以分别形成光电二极管的第一区域的一部分和第二区域的一部分。在这种实施例中，使用质量较大的第一掺杂类型的掺杂元素可以是更优选的。例如，在第一掺杂类型为p型而第二掺杂类型为n型的情况下，铟元素相比于硼元素是更优选的，因为铟元素比硼元素的质量大，从而相对地更不易受到后续外延生长工艺温度的影响。

在每个光电二极管中，具有第一掺杂类型的第一区域和具有第二掺杂类型的第二区域会形成pn结。通常希望所形成的pn结的耗尽区集中在n型区域中，这是因为，如果耗尽区集中在p型区域中，那么因感测辐射而产生的电子空穴对中的电子在移动至n型区域时会被空穴复合，而在图像传感器中，主要考虑的是电子传输，而不考虑空穴的复合，图像传感器的感光效率会因此而降低。

以根据本公开的实施例的图像传感器为例，当第一掺杂类型为p型且第二掺杂类型为n型时，期望使每个外延层的第一部分与第二部分之间形成的pn结的耗尽区可以集中在该外延层的第二部分(即n型区域)中，这样的话，n型的第二部分内的少数载流子(空穴)都能够在pn结的空间电荷区的内建电场的作用下迁移到p型的第一部分中，确保第二部分内的空穴数量较少，从而避免了光生电子在移动至第二部分时被空穴复合而导致感光效率降低。即，通过使得光电二极管的n型的第二区域处于全耗尽状态，能够有效减少载流子复合，提高光生电子的收集效率，从而优化图像传感器的感光效率等。

因此，在根据本公开的一些实施例中，第一掺杂类型为p型，第二掺杂类型为n型，每个外延掺杂层都处于全耗尽状态。这可以通过使得每个外延层的第一部分的离子注入浓度大于其第二部分的离子注入浓度来实现。例如，每个外延层的第一部分的离子注入浓度可以是其第二部分的离子注入浓度的两倍至五倍。

下面结合图2至图16进一步描述根据本公开的实施例的图像传感器的示例形成方法20。

图2示意性地示出了根据本公开的实施例的图像传感器的示例形成方法20的流程图。图3至图16示意性地示出了与图2所示的方法20的部分步骤对应的图像传感器的示意性剖视图。

根据本公开的实施例的用于形成图像传感器的方法20可以作为方法10的一个具体示例，其中方法10的步骤s121中形成的多个外延层可以包括方法20中形成的第一外延层和第二外延层，并且方法10中形成的附加的外延层可以包括方法20中形成的第三外延层。

方法20包括：提供衬底，该衬底包括具有第一掺杂类型的有源区；以及在有源区之上形成至少一个光电二极管，每个光电二极管包括具有第一掺杂类型的第一区域和具有第二掺杂类型的第二区域，第二区域包括多个外延掺杂层，并且第一区域围绕所述第二区域。以下通过结合参考图2与图3至图16，详细描述方法20中用于形成光电二极管的具体步骤。

方法20中用于形成光电二极管的具体步骤可以包括步骤s21至s28。在步骤s21处，结合参考图3，在衬底100上外延生长第一外延层101。

如之前所讨论的，衬底100包括但不限于半导体衬底，在一些实施例中，衬底100可以包括适于形成图像传感器的任何半导体材料，例如一元半导体材料(诸如，硅或锗等)、化合物半导体材料(诸如碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合。在一些实施例中，第一外延层101可以由与衬底100相同的材料形成。在一些实施例中，第一外延层101可以具有与衬底100相同的掺杂类型。例如，在步骤s21处外延生长得到的第一外延层101可以与衬底100材料相同并且具有第一掺杂类型。此外，根据本公开的实施例对第一外延层101的厚度没有特别限制，可以视具体情况而定。

之后，可以通过离子注入将第一外延层101的第二部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个。

例如，在方法20的步骤s22处，结合参考图4和图5，通过一次或多次离子注入将第一外延层101的第二部分1012调整为具有第二掺杂类型，以在其第二部分1012内形成第一外延掺杂层1012a和第二外延掺杂层1012b，从而用于形成光电二极管的第二区域的一部分。其中，第二外延掺杂层1012b位于第一外延掺杂层1012a上。

具体地，通过离子注入将第一外延层101的第二部分1012调整为具有第二掺杂类型可以包括以下步骤：参考图4，在第一外延层101上形成第一牺牲氧化物层111；在第一牺牲氧化物层111上形成第一光刻胶图案201，其中第一光刻胶图案201暴露第一外延层101的第二部分1012并且遮挡第一外延层101的第一部分1011；通过两次离子注入对第一外延层101的第二部分1012进行第二掺杂类型的掺杂，从而在其中形成第一外延掺杂层1012a和第二外延掺杂层1012b(如图5所示)；以及通过氧化物剥离处理移除第一牺牲氧化物层111和第一光刻胶图案201。

本领域技术人员应当理解，虽然图4和图5示出了第一外延层101的第二部分1012在进行两次离子注入后包括两个外延掺杂层(第一外延掺杂层1012a和第二外延掺杂层1012b)，但是第一外延层101的第二部分1012也可以通过一次、三次或者更多次离子注入而因此分别包括一个、三个或者更多个外延掺杂层。

另外，本公开对第一外延掺杂层1012a和第二外延掺杂层1012b各自的厚度没有具体限制，一般视具体情况而定。在一些示例中，第一外延掺杂层1012a和第二外延掺杂层1012b可以具有相同的掺杂浓度。在另一些示例中，第一外延掺杂层1012a和第二外延掺杂层1012b可以具有不同的掺杂浓度。

在步骤s23处，结合参考图6，在第一外延层101上外延生长第二外延层102。同样地，在步骤s23处外延生长得到的第二外延层102可以与第一外延层101材料相同并且具有第一掺杂类型。以上关于第一外延层101与衬底100的关系的讨论同样适用于第二外延层102与第一外延层101。此外，本公开对第二外延层102的厚度没有特别限制，一般视具体情况而定。因此，第二外延层102的厚度与第一外延层101的厚度可以相同或不同。

之后，可以通过离子注入将第二外延层102的第二部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个。

例如，在方法20的步骤s24处，结合参考图7和图8，通过离子注入将第二外延层102的第二部分1022调整为具有第二掺杂类型，以在其第二部分1022内形成第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b，从而用于形成光电二极管的第二区域的一部分。其中，第四外延掺杂层1022b位于第三外延掺杂层1022a上。

具体地，通过离子注入将第二外延层102的第二部分1022调整为具有第二掺杂类型可以包括以下步骤：参考图7，在第二外延层102上形成第二牺牲氧化物层112；在第二牺牲氧化物层112上形成第一光刻胶图案201，其中第一光刻胶图案201暴露第二外延层102的第二部分1022并且遮挡第二外延层102的第一部分1021；通过两次离子注入对第二外延层102的第二部分1022进行第二掺杂类型的掺杂，从而在其中形成第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b(如图8所示)；以及通过氧化物剥离处理移除第二牺牲氧化物层112和第一光刻胶图案201。

本领域技术人员应当理解，虽然图7和图8示出了第二外延层102的第二部分1022在进行两次离子注入后包括两个外延掺杂层(第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b)，但是第二外延层102的第二部分1022也可以通过一次、三次或者更多次离子注入而因此分别包括一个、三个或者更多个外延掺杂层。另外，第二外延层102的第二部分1022包括的外延掺杂层的数量不一定与第一外延层101的第二部分1012包括的外延掺杂层的数量相同，而是可以根据实际情况具体设置。

另外，本公开对第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b各自的厚度没有具体限制，一般视具体情况而定。在一些示例中，第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b可以具有相同的掺杂浓度。在另一些示例中，第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b可以具有不同的掺杂浓度。另外，在一些示例中，第一外延掺杂层1012a、第二外延掺杂层1012b、第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b可以具有相同的掺杂浓度。在另一些示例中，第一外延掺杂层1012a、第二外延掺杂层1012b、第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b中的至少两个可以具有不同的掺杂浓度。

此外，在一些实施例中，方法20还可以包括在步骤s25处，参考图9，在第二外延层102上外延生长第三外延层103。同样地，在步骤s25处外延生长得到的第三外延层102可以与第一外延层101、第二外延层102材料相同并且具有第一掺杂类型。以上关于第一外延层101与衬底100的关系的讨论同样适用于第三外延层103与第二外延层102的关系。此外，本公开对第三外延层103的厚度没有特别限制，一般视具体情况而定。因此，第三外延层103的厚度可以与第一外延层101和/或第二外延层102的厚度相同或不同。

之后，可选地，可以通过离子注入将第三外延层103的与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分的下半部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个。

例如，可选地，在方法20的步骤s26处，结合参考图10和图11，通过离子注入将第三外延层103的与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分1032的下半部分调整为具有第二掺杂类型，以在该下半部分内形成第五外延掺杂层1032a，从而用于形成光电二极管的第二区域的一部分。其中，第五外延掺杂层1032a邻接第四外延掺杂层1022b。

具体地，通过离子注入将第三外延层103的与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分1032的下半部分调整为具有第二掺杂类型可以包括以下步骤：参考图10，在第三外延层103上形成第三牺牲氧化物层113；在第三牺牲氧化物层113上形成第一光刻胶图案201，其中第一光刻胶图案201暴露第三外延层103的与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分1032并且遮挡第三外延层103的与第二外延层102的第一部分1021相邻的部分1031；通过一次离子注入对第三外延层103的与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分1032的下半部分进行第二掺杂类型的掺杂，从而在其中形成第五外延掺杂层1032a(如图11所示)；以及通过氧化物剥离处理移除第三牺牲氧化物层113和第一光刻胶图案201。同时，第三外延层103的与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分1032的上半部分(即图11中具有附图标记1032的部分)仍可以具有第一掺杂类型。

本领域技术人员应当理解，虽然图10和图11示出了第三外延层103的与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分1032的下半部分在进行一次离子注入后包括一个外延掺杂层(第五外延掺杂层1032a)，但是该下半部分也可以通过两次或者更多次离子注入而因此包括两个或更多个外延掺杂层。另外，该下半部分包括的外延掺杂层的数量不一定与第一外延层101的第二部分1012和/或第二外延层102的第二部分1022包括的外延掺杂层的数量不同，而是可以根据实际情况具体设置。

另外，本公开对第五外延掺杂层1032a的厚度没有具体限制，一般视具体情况而定。在一些示例中，第五外延掺杂层1032a可以具有与第一外延掺杂层1012a、第二外延掺杂层1012b、第三外延掺杂层1022a和第四外延掺杂层1022b相同的掺杂浓度。在另一些示例中，第一外延掺杂层1012a、第二外延掺杂层1012b、第三外延掺杂层1022a、第四外延掺杂层1022b和第五外延掺杂层1032a中的至少两个可以具有不同的掺杂浓度。

以上将五个外延掺杂层分布在三个外延层内的方式仅仅是说明性的和示例性的，并不旨在限制本公开。例如，在一些实施方式中，第一外延层可以通过两次离子注入对其第二部分进行第二掺杂类型的掺杂而在其中形成两个外延掺杂层，第二外延层可以通过三次离子注入对其第二部分进行第二掺杂类型的掺杂而在其中形成三个外延掺杂层，而第三外延层则可以不进行第二掺杂类型的离子注入。或者，在一些实施方式中，第一外延层也可以通过一次离子注入对其第二部分进行第二掺杂类型的掺杂而在其中形成一个外延掺杂层，第二外延层也可以通过两次离子注入对其第二部分进行第二掺杂类型的掺杂而在其中形成两个外延掺杂层，而第三外延层也可以通过两次离子注入对其与第二外延层的第二部分相邻的部分的下半部分进行第二掺杂类型的掺杂而在其中形成两个外延掺杂层。

另外，在前述方法中，五个外延掺杂层1012a、1012b、1022a、1022b和1032a都使用第一光刻胶图案201形成，但这并不意图构成限制，在另一些实施例中，这五个外延掺杂层1012a、1012b、1022a、1022b和1032a可以使用不同的光刻胶图案形成，从而具有不同的大小和形状。

此外，在一些实施例中，方法20还可以包括在步骤s27处，参考图12和图13，通过离子注入对第一外延层101的第一部分1011、第二外延层102的第一部分1021以及第三外延层103的与第二外延层102的第一部分1021相邻的部分1031进行第一掺杂类型的掺杂以形成光电二极管的第一区域。

具体地，通过离子注入对第一外延层101的第一部分1011、第二外延层102的第一部分1021以及第三外延层103的与第二外延层102的第一部分1021相邻的部分1031进行第一掺杂类型的掺杂以形成第一区域可以包括以下步骤：参考图12，在第三外延层103上形成第四牺牲氧化物层114；在第四牺牲氧化物层114上形成第二光刻胶图案202，其中第二光刻胶图案202遮挡第三外延层103的与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分1032并且暴露第三外延层103的与第二外延层102的第一部分1021相邻的部分1031；通过一次离子注入对第一外延层101的第一部分1011、第二外延层102的第一部分1021以及第三外延层103的与第二外延层102的第一部分1021相邻的部分1031同时进行第一掺杂类型的掺杂，以形成第一区域301(如图13所示)；以及通过氧化物剥离处理移除第四牺牲氧化物层114和第二光刻胶图案202。

在一些实施例中，第一光刻胶图案201和第二光刻胶图案202可以是互补的，在这种情况下，可以通过使用同一掩模板和相反类型的光刻胶(例如正型光刻胶和负型光刻胶)来分别形成第一光刻胶图案和第二光刻胶图案，从而有效降低图像传感器的制造成本。

除了通过一次离子注入对第一外延层101的第一部分1011、第二外延层102的第一部分1021以及第三外延层103的与第二外延层102的第一部分1021相邻的部分1031同时进行第一掺杂类型的掺杂以外，第一外延层的第一部分、第二外延层的第一部分和第三外延层的与第二外延层的第一部分相邻的部分也可以分别进行第一掺杂类型的掺杂。

例如，在形成第一外延层101后，分别对其第一部分1011进行第一掺杂类型的掺杂并对其第二部分1012进行第二掺杂类型的掺杂；在形成第二外延层102后，分别对其第一部分1021进行第一掺杂类型的掺杂并对其第二部分1022进行第二掺杂类型的掺杂；在形成第三外延层103后，分别对其与第二外延层102的第一部分1021相邻的部分1031进行第一掺杂类型的掺杂并对其与第二外延层102的第二部分1022相邻的部分1032的下半部分进行第二掺杂类型的掺杂。

在一些实施例中，第一掺杂类型可以是p型，而第二掺杂类型可以是n型。在第一掺杂类型是p型而第二掺杂类型是n型的情况下，第一掺杂类型的掺杂可以采用硼元素或者铟元素，第二掺杂类型的掺杂可以采用砷元素。在另一些实施例中，第一掺杂类型可以是n型，而第二掺杂类型可以是p型。

在一些实施例中，第一掺杂类型为p型，第二掺杂类型为n型，并且每个外延掺杂层处于全耗尽状态。这可以通过使得每个外延层的第一部分的离子注入浓度大于其第二部分的离子注入浓度来实现。例如，每个外延层的第一部分的离子注入浓度可以是其第二部分的离子注入浓度的两倍至五倍。

在一个具体实施例中，第一掺杂类型为n型，第二掺杂类型为p型，第一外延层101、第二外延层102和第三外延层103的总厚度可以为大约2.5μm，五个外延掺杂层1012a、1012b、1022a、1022b和1032a可以通过五次使用砷元素的离子注入来形成，每次离子注入的注入剂量可以为大约1*10¹⁴cm^-3至1*10¹⁷cm^-3(在优选实施例中为1*10¹⁵cm^-3至1*10¹⁶cm^-3)，每次注入的能量可以在1mev至5mev的范围内。相应地，光电二极管的第一区域通过使用硼元素的离子注入来形成，该次离子注入的注入剂量可以为大约1*10¹⁴cm^-3至1*10¹⁷cm^-3(在优选实施例中为1*10¹⁵cm^-3至1*10¹⁶cm^-3)，每次注入的能量可以在450kev至1.5mev的范围内。在根据本公开的实施例中，对离子注入的注入深度和注入剂量并没有特别的限制，但期望确保由五个外延掺杂层形成的光电二极管的n型的第二区域处于全耗尽状态。

此外，在一些实施例中，方法20还可以包括在步骤s28处，参考图14至图16，在第一区域301中形成从第三外延层103的表面起朝着衬底100延伸的沟槽隔离结构501。

沟槽隔离结构可以采用本领域常规工艺形成。在一些实施例中，首先，例如参考图14，在第三外延层103上形成第三光刻胶图案203，第三光刻胶图案203暴露第一区域301的一部分并且遮挡第一区域301的其余部分以及第三外延层103的部分1032。然后，参考图15，通过刻蚀处理在第一区域301中未被第三光刻胶图案203遮挡的位置处形成从第三外延层103的表面起朝着衬底100延伸的沟槽401，之后移除第三光刻胶图案203。最后，参考图16，在沟槽401内形成沟槽隔离结构501。沟槽隔离结构501优选地包括氧化硅(sio2)和/或氮化硅(sin)。在沟槽隔离结构501和沟槽401之间还可以形成有高k电介质层。

应当注意的是，图中示出的沟槽形状及沟槽隔离结构形状仅仅是说明性的和示例性的，并不旨在限制本公开。

本公开的实施例还提供了根据本公开描述的任一方法形成的图像传感器，例如图16中所示的图像传感器。参考图16，图像传感器包括至少一个光电二极管，每个光电二极管包括具有第一掺杂类型的第一区域301和具有第二掺杂类型的第二区域，第二区域包括多个外延掺杂层(例如，图16中的第一外延掺杂层1012a、第二外延掺杂层1012b、第三外延掺杂层1022a、第四外延掺杂层1022b和第五外延掺杂层1032a)，第一区域301围绕第二区域。其中，第一区域和第二区域内的掺杂分布都能够得到精确控制，在确保光电二极管具有较大深度的同时实现期望的掺杂分布。

根据本公开的实施例的图像传感器及其形成方法，通过有利地结合外延生长工艺和离子注入工艺，能够避免使用高能离子注入，在精确控制光电二极管内掺杂分布的同时易于实现具有大深度的光电二极管的图像传感器结构，并且适用于制造小尺寸的图像传感器的光电二极管区域，此外还能够改善串扰和暗电流等问题，对于其能感测的辐射具有更灵敏的光谱响应，例如甚至对较长波长辐射(例如，近红外)也能灵敏响应。

另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：

1、一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：提供衬底，所述衬底包括具有第一掺杂类型的有源区；以及在所述有源区之上形成至少一个光电二极管，每个光电二极管包括具有第一掺杂类型的第一区域和具有第二掺杂类型的第二区域，所述第二区域包括多个外延掺杂层，并且所述第一区域围绕所述第二区域，其中，形成每个光电二极管包括：通过外延生长在所述衬底上依次形成具有第一掺杂类型的多个外延层，每个外延层都包括用于形成光电二极管的第二区域的第二部分和围绕其第二部分的第一部分，其中，在形成每个外延层之后，通过离子注入将该外延层的第二部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个。

2、根据1所述的方法，所述方法还包括：通过外延生长在所述多个外延层上形成具有第一掺杂类型的附加的外延层；通过离子注入调整所述多个外延层的第一部分和所述附加的外延层的与所述多个外延层的第一部分相邻的部分以形成第一区域；以及在所述第一区域中形成沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构从所述附加的外延层的表面起朝着所述衬底延伸。

3、根据1所述的方法，所述方法还包括：在通过离子注入将每个外延层的第二部分调整为具有第二掺杂类型之前或者之后，通过离子注入调整该外延层的第一部分以形成第一区域的一部分。

4、根据2所述的方法，所述多个外延层包括第一外延层和第二外延层，并且所述附加的外延层包括第三外延层，所述方法包括：在所述衬底上外延生长所述第一外延层；通过离子注入将所述第一外延层的第二部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个；在所述第一外延层上外延生长所述第二外延层；通过离子注入将所述第二外延层的第二部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个；以及在所述第二外延层上外延生长所述第三外延层。

5、根据4所述的方法，所述方法还包括：通过离子注入将所述第三外延层的与所述第二外延层的第二部分相邻的部分的下半部分调整为具有第二掺杂类型，以形成第二区域的多个外延掺杂层中的一个或多个。

6、根据5所述的方法，所述第一外延层的第二部分包括第一外延掺杂层和位于所述第一外延层上的第二外延掺杂层，所述第二外延层的第二部分包括第三外延掺杂层和位于所述第三外延层上的第四外延掺杂层。

7、根据6所述的方法，通过离子注入将所述第一外延层的第二部分调整为具有第二掺杂类型包括：在所述第一外延层上形成第一牺牲氧化物层；在所述第一牺牲氧化物层上形成第一光刻胶图案，所述第一光刻胶图案暴露所述第一外延层的第二部分并且遮挡所述第一外延层的第一部分；通过两次离子注入对所述第一外延层的第二部分进行第二掺杂类型的掺杂，从而在其中形成所述第一外延掺杂层和所述第二外延掺杂层；以及通过氧化物剥离处理移除所述第一牺牲氧化物层和所述第一光刻胶图案。

8、根据7所述的方法，通过离子注入调整所述多个外延层的第一部分和所述附加的外延层的与所述多个外延层的第一部分相邻的部分以形成第一区域包括：在所述第三外延层上形成第二牺牲氧化物层；在所述第二牺牲氧化物层上形成第二光刻胶图案，所述第二光刻胶图案遮挡所述第三外延层的与所述第二外延层的第二部分相邻的部分并且暴露所述第三外延层的与所述第二外延层的第一部分相邻的部分；通过一次离子注入对所述第一外延层与所述第二外延层的第一部分以及所述第三外延层的与所述第二外延层的第一部分相邻的部分同时进行第一掺杂类型的掺杂；以及通过氧化物剥离处理移除所述第二牺牲氧化物层和所述第二光刻胶图案。

9、根据前述中任一项所述的方法，第一掺杂类型为p型，第二掺杂类型为n型。

10、根据9所述的方法，第一掺杂类型的掺杂采用硼元素或铟元素，并且第二掺杂类型的掺杂采用砷元素。

11、根据9所述的方法，每个外延掺杂层处于全耗尽状态。

12、根据9所述的方法，每个外延层的第一部分的离子注入浓度大于其第二部分的离子注入浓度。

13、根据12所述的方法，每个外延层的第一部分的离子注入浓度是其第二部分的离子注入浓度的两倍至五倍。

14、一种根据1至13中任一项所述的方法形成的图像传感器。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其它取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，本文的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其它各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。