前照式图像传感器及形成方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种前照式图像传感器及形成方法。


背景技术：

2.随着图像传感技术的发展，cmos图像传感器（cmos image sensor，cis）越来越多地取代ccd图像传感器应用于各类电子产品中。相对于ccd图像传感器，cmos图像传感器因为采用cmos标准制作工艺，因此具有更好的可集成度，可以与其他数模运算和控制电路集成在同一块芯片上，更适应未来的发展。
3.但是，随着工艺尺寸缩小至深亚微米，cmos图像传感器容易产生暗电流，暗电流是指cmos图像传感器在无光照的条件下所输出的信号值，是一种非理想因素，暗电流会积分成为暗电荷并被存储于像素电荷存储节点（无论是暗光条件还是光照条件时都存在）。
4.cmos图像传感器的暗电流是引起白点（white pixel,wp）缺陷的重要原因，当暗电流足够高时就会在局部区域产生一个可见发光的白点，而此时像素区的其他部分完全是黑暗的，白点的产生极大影响了cmos图像传感器成像质量。
5.因此，寻求一种制作简单，工艺兼容性强，并可有效改善白点缺陷的方法已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种前照式图像传感器及形成方法，于较薄的第一外延层内形成掺杂隔离层，避免衬底的金属离子或缺陷产生的电子进入像素区形成暗电流。
7.基于以上考虑，本发明提供一种前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：步骤s01：提供衬底；步骤s02：于所述衬底上形成第一外延层；步骤s03：于所述第一外延层内形成掺杂隔离层；步骤s04：于所述第一外延层上形成感光结构层。
8.优选的，采用离子注入工艺形成所述掺杂隔离层，所述离子注入工艺的注入离子包括碳离子、氮离子及氧离子的一种。
9.优选的，所述第一外延层为硅外延层，所述掺杂离子为氧离子。
10.优选的，步骤s03之后，还包括：热处理所述掺杂隔离层，所述氧离子与硅离子反应形成二氧化硅层。
11.优选的，步骤s04之前，热处理所述掺杂隔离层。
12.优选的，所述掺杂隔离层的厚度包括0.1μm~0.2μm，掺杂浓度包括5e17atom/cm3~2e18atom/cm3。
13.优选的，所述感光结构层包括第二外延层及设于所述第二外延层内的若干感光单元。
14.优选的，所述衬底、所述第一外延层及所述第二外延层均具有第一导电类型，所述感光单元具有第二导电类型。
15.优选的，所述第一外延层的掺杂浓度大于所述第二外延层的掺杂浓度至少2个数
量级。
16.优选的，所述第一外延层的掺杂浓度至少为1e17atom/cm3，所述第二外延层的掺杂浓度至多为5e15atom/cm3。
17.本发明的另一方面提供一种前照式图像传感器，采用上述形成方法而形成。
18.本发明通过所述掺杂隔离层掺杂有氧离子，形成所述第二外延层之前或之后，所述掺杂隔离层经过热处理，所述氧离子与硅离子反应形成内设于所述第一外延层内的氧化硅层，所述氧化硅层隔离所述衬底及所述第二外延层，避免衬底的金属离子或缺陷产生的电子进入至所述第二外延层形成暗电流，从而确保前照式图像传感器的图像显示效果。
19.进一步的，通过热处理形成氧化硅层，所述热处理工艺可以兼容常规的sti工艺，节省工艺步骤，降低制造成本。
20.进一步的，所述掺杂隔离层形成于所述第一外延层内，所述第一外延层对掺杂隔离层起到一定的钉扎作用，避免掺杂隔离层与第一外延层界面处的缺陷所产生的电子进入至所述第二外延层形成暗电流。
21.进一步的，所述第一外延层的掺杂浓度高于所述第二外延层，感光单元形成于所述第二外延层内，高掺杂浓度的所述第一外延层可以起到所述感光单元四周接地的作用。
附图说明
22.通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
23.图1～图5示出本发明实施例的一种前照式图像传感器的形成方法的各步骤对应的剖面结构示意图。
24.在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
25.为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
26.需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
27.在制备前照式图像传感器时，受衬底的金属粒子及形貌缺陷的影响，会导致在没有光线照射到像素单元上时，像素点自身也会产生电荷，随着电荷不断增多并聚集在一起，就形成了暗电流。
28.为解决上述现有技术中的问题，本发明于衬底上依次形成第一外延层及位于所述第一外延层内的掺杂隔离层，然后，于所述第一外延层上形成感光结构层，所述掺杂隔离层用于阻隔所述衬底及所述感光结构层。
29.以下通过具体实施方式并结合附图，对本发明的一种图像传感器的形成方法进行详细说明。
30.如图1所示，提供衬底100，并于所述衬底100上形成第一外延层101。
31.本实施例中，所述衬底100的材料为硅，在其他实施例中，所述衬底100的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。根据前照式图像传感器的感光单元的导电类型，所述衬底100还可以掺入不同类型的杂质离子。
32.后续形成的感光单元的导电类型为n型时，所述衬底100掺杂有p型杂质离子，所述p型杂质离子为硼离子、镓离子或铟离子中的一种或几种，或，所述感光单元的类型为p型时，所述衬底100掺杂有n型杂质离子，所述n型杂质离子为磷离子。作为一个非限制性的例子，所述衬底100的掺杂浓度至少为5e18atom/cm3。
33.所述第一外延层101和所述衬底100的导电类型相同，如所述衬底100及所述第一外延层101均为第一导电类型；或，所述衬底100及所述第一外延层101均为第二导电类型。
34.其次， 如图2所示，于所述第一外延层101内形成掺杂隔离层102。
35.通过离子注入工艺，于所述第一外延层101内形成所述掺杂隔离层102。所述离子注入工艺的注入离子包括碳离子、氮离子及氧离子的一种。
36.所述掺杂隔离层102覆盖所述衬底100，不仅工艺简单，而且无需额外的光罩，进一步降低了生产成本。
37.本实施例中，所述掺杂隔离层的厚度包括0.1μm~0.2μm，掺杂浓度包括5e17atom/cm3~2e18atom/cm3。
38.然后，如图3所示，本实施例中，所述衬底100为硅衬底，所述第一外延层101为包括有硅离子的硅外延层，所述掺杂隔离层102掺杂有氧离子。热处理所述掺杂隔离层102，所述氧离子与硅离子反应形成二氧化硅层103。
39.所述热处理可包括快速热退火工艺（rapid thermal process，rtp）、炉管退火工艺（furnace annealing process）、激光尖峰退火工艺（laser spike annealing process，lsa）、其他适当的热处理工艺或上述的组合。
40.在一些实施例中，所述热处理工艺为快速热退火工艺，其热处理温度可为850℃~1200℃，且所对应的热处理时间（duration）可在100sec~300min的范围内选择。
41.接着，于所述第一外延层101上形成感光结构层。
42.请结合参考图4及图5，所述感光结构层包括第二外延层110及位于所述第二外延层110内的感光单元。所述第二外延层110的导电类型相同于所述衬底100、所述第一外延层101。
43.本实施例中，所述第一外延层101及所述第二外延层110均具有第一导电类型，且所述第一外延层101的掺杂浓度大于所述第二外延层110的掺杂浓度。比如，所述第一外延层101的掺杂浓度大于所述第二外延层110的掺杂浓度至少2个数量级。
44.所述掺杂隔离层102设于所述第一外延层101内，所述第一外延层的掺杂浓度至少可以为1e17atom/cm3，所述第二外延层的掺杂浓度至多可以为5e15atom/cm3。位于所述掺杂隔离层102上的所述第一外延层101的掺杂浓度高于是第二外延层110，高掺杂浓度的所述第一外延层101可以对掺杂隔离层102起到一定的钉扎作用，避免掺杂隔离层102与第一外延层101界面处的缺陷所产生的电子进入至所述第二外延层110形成暗电流，并起到感光单元四周接地的作用。
45.需要指出的是，本发明通过热处理所述掺杂隔离层102形成所述二氧化硅层103。
比如，所述热处理还可以于形成所述第二外延层110之后，热处理所述掺杂隔离层102，所述氧离子与硅离子反应形成二氧化硅层103；或者，所述热处理可以与常规浅沟槽隔离结构（shallow trench isolation，sti）的热处理工艺相兼容，本发明对所述热处理的工艺顺序不做限定，可以兼容常规的sti工艺，节省工艺步骤，降低制造成本。
46.接着，于所述第二外延层内形成若干感光单元。
47.如图5所示，第二隔离区112自所述第二外延层110的表面延伸至所述第二外延层110内，第一隔离区111相连所述第二隔离区112的底部并向所述第一外延层101延伸，第一隔离区111及所述第二隔离区112隔离相邻的感光单元，避免信号串扰。
48.所述感光单元包括上下叠设的深掺杂区113及浅掺杂区114，并设于所述第一隔离区111及所述第二隔离区112所围绕的所述第二外延层110内。
49.本实施例中，对所述第二外延层110进行离子注入，以在所述第二外延层110内依次形成所述深掺杂区113及浅掺杂区114。
50.所述深掺杂区113及所述浅掺杂区114的掺杂类型相同，且均与所述第二外延层110的掺杂类型相反。本实施例中，所述第二外延层具有第一导电类型，所述深掺杂区113及所述浅掺杂区114均具有第二导电类型。
51.如图5所示，浮置扩散区117设于感光单元一侧的第二隔离结构112内，所述浮置扩散区117的掺杂类型与所述第二外延层110的掺杂类型不同。感光单元产生的光电荷流向所述浮置扩散区117并且被读出。
52.传输栅结构115设于所述第二外延层110上，包括栅极介质层（未图示）以及位于栅极介质层上的栅极（未图示），除此之外，所述第二外延层110中还形成源极（未图示）以及漏极（未图示），出于简洁的目的，图中未示出所述源极以及漏极。所述传输栅结构115作为光电荷传输沟道上的开关，用于控制所述光电荷从所述感光单元到浮动扩散区的移动。
53.钉扎层116设于所述第二外延层110内，并至少一部分覆盖所述感光单元，且远离所述浮置扩散区117。所述钉扎层116与所述感光单元的掺杂类型相反，即与所述第二外延层110的掺杂类型相同。
54.形成所述传输栅结构115、钉扎层116及浮置扩散区117的工艺为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
55.本发明于所述第一外延层上形成第二外延层，所述掺杂隔离层可以掺杂有氧离子，形成所述第二外延层之前，所述掺杂隔离层经过热处理，所述氧离子与硅离子反应形成内设于所述第一外延层内的氧化硅层，所述氧化硅层隔离所述衬底及所述第二外延层，避免衬底的金属离子或缺陷影响前照式图像传感器的显示效果。
56.进一步的，所述掺杂隔离层形成于所述第一外延层内，所述第一外延层对掺杂隔离层起到一定的钉扎作用，避免掺杂隔离层与第一外延层界面处的缺陷所产生的电子进入至所述第二外延层形成暗电流。
57.进一步的，所述第一外延层的掺杂浓度高于第二外延层，高掺杂浓度的所述第一外延层可以起到所述感光单元四周接地的作用。
58.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不
排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。