防止图像弥散的图像传感器及其制作方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104134677 A (43)申请公布日 2014.11.05 CN 104134677 A (21)申请号 201410404748.8 (22)申请日 2014.08.15 H01L 27/146(2006.01) (71)申请人 北京思比科微电子技术股份有限公 司 地址 100085 北京市海淀区上地五街 7 号昊 海大厦二层 201 室 (72)发明人 郭同辉 旷章曲 (74)专利代理机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 11260 代理人 郑立明 赵镇勇 (54) 发明名称 防止图像弥散的图像传感器及其制作方法 (57) 摘要 本发明公开了一种图像质量高。

2、的防止图像弥 散的图像传感器及其制作方法， 包括感光像素阵 列， 感光像素阵列中的每个像素包含置于半导体 基体中的 N 型光电二极管， 感光像素阵列区域设 置N型导电层， N型导电层位于所述光电二极管的 下方， 感光像素阵列周围设置有抽取电荷 N 型区， 抽取电荷 N 型区与所述 N 型导电层相互连接。光 电二极管饱和时的外溢电荷被光电二极管底部的 导电层吸收， 进而通过抽取电荷 N 型区被抽离感 光像素区域， 外溢电荷不会串扰到临近像素的光 电二极管中， 可防止图像弥散现象的发生， 提高图 像的质量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 6 页 (19)中华人民。

3、共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104134677 A CN 104134677 A 1/1 页 2 1. 一种防止图像弥散的图像传感器， 包括感光像素阵列， 所述感光像素阵列中的每个 像素包含置于半导体基体中的 N 型光电二极管， 其特征在于， 所述感光像素阵列区域设置 N 型导电层， 所述 N 型导电层位于所述光电二极管的下方， 所述感光像素阵列周围设置有抽 取电荷 N 型区， 所述抽取电荷 N 型区与所述 N 型导电层相互连接。 2. 根据权利要求 1 所述的防止图像弥散的图像传感器， 其特征在于， 所述 N 型。

4、导电层 与所述 N 型光电二极管隔开， 所述 N 型导电层与所述 N 型光电二极管的间隔距离为至少为 0.1um。 3.根据权利要求2所述的防止图像弥散的图像传感器， 其特征在于， 所述N型导电层在 半导体基体中的垂直宽度为 0.1um 0.5um、 深度至少为 1um。 4.根据权利要求3所述的防止图像弥散的图像传感器， 其特征在于， 所述N型导电层的 N 型离子浓度至少为 1.5E+15Atom/cm3。 5.根据权利要求4所述的防止图像弥散的图像传感器， 其特征在于， 所述抽取电荷N型 区在半导体基体中的水平宽度至少为 0.3um。 6.根据权利要求5所述的防止图像弥散的图像传感器， 其。

5、特征在于， 所述抽取电荷N型 区的 N 型离子浓度至少为 7E+16Atom/cm3。 7. 根据权利要求 6 所述的图像传感器， 其特征在于， 所述抽取电荷 N 型区外接电势， 所 述外接电势的范围为 0.1V 0.5V。 8. 一种权利要求 1 至 7 任一项所述的防止图像弥散的图像传感器的制作方法， 其特征 在于， 所述制作方法在多晶硅工艺之前， 包括如下步骤 ： A、 在氧气环境下， 高温加热， 在裸露的硅表面生成牺牲氧化层， 此氧化层厚度为 10nm 15nm ； B、 第一次旋涂光刻胶并显影， 在预定区域开口 ； C、 第一次 N 型离子注入， 在半导体基体内部形成电荷导电层， 电。

6、荷导电层在半导体基 体中的垂直宽度为 0.1um 0.5um， 深度至少为 1um， N 型离子浓度至少为 1.5E+15Atom/ cm3； D、 第一次清洗光刻胶， 将硅表面上的光刻胶全部去掉 ； E、 第二次旋涂光刻胶并显影， 在预定区域开口 ； F、 第二次 N 型离子注入， 形成抽取电荷 N 型区， 抽取电荷 N 型区的 N 型离子浓度至少 7E+16Atom/cm3。 G、 第二次清洗光刻胶， 将硅表面上的光刻胶全部去掉 ； H、 干法离子刻蚀， 将硅表面上的牺牲氧化层去掉。 9.根据权利要求8所述的防止图像弥散的图像传感器的制作方法， 其特征在于， 所述N 型离子注入可以是磷离子。

7、注入， 也可以是砷离子注入。 权 利 要 求 书 CN 104134677 A 2 1/5 页 3 防止图像弥散的图像传感器及其制作方法 技术领域 0001 本发明涉及一种图像传感器， 尤其涉及一种防止图像弥散的图像传感器及其制作 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 现有技术中的图像传感器芯片， 所采集到图像中的亮点或亮线区域会大于实际物 象尺寸。例如， 所拍照的相片中含有发光。

8、强烈的太阳、 汽车头灯、 白炽灯或反光强烈的亮光 物象时， 这些物象会大于实际尺寸， 太阳和灯光等亮光区域变得比实际尺寸大的多， 这种现 象在图像领域被称为图像弥散。 0004 现有技术中的图像传感器， 其像素部分的切面示意图如图 1 所示， 101 为光电二极 管， 102 和 103 为相邻的光电二极管， 光电二极管置于半导体 P 型半导体基体中， 104 为隔离 光电二极管作用的 P 型阱区， STI 为浅槽隔离区。 0005 上述技术方案存在的缺陷是 ： 0006 当光电二极管 101 受到强光照射， 101 阱内因电荷太满而溢出到 P 型半导体基体 中， 溢出的过多电荷会绕过 P 型。

9、阱 104 区， 进而漂移到临近的光电二极管 102 和 103 阱内， 即 102 和 103 受到了 101 的电荷串扰 ； 当 102 或 103 因为 101 的电荷串扰而饱和后， 102 左 侧的光电二极管或 103 右侧的光电二极管也会受到 102 或 103 的电荷串扰， 进而弥散开来。 这将使受到串扰的像素信号不能反映真实光照， 引起饱和像素数量比实际增多， 并且会造 成图像颜色失真， 此现象称为图像弥散现象。所以， 存在图像弥散现象的图像传感器， 不能 正确采集到强光物体临近的物体信息， 因此降低了图像的质量。 发明内容 0007 本发明的目的是提供一种图像质量高的防止图像弥。

10、散的图像传感器及其制作方 法。 0008 本发明的目的是通过以下技术方案实现的 ： 0009 本发明的防止图像弥散的图像传感器， 包括感光像素阵列， 所述感光像素阵列中 的每个像素包含置于半导体基体中的 N 型光电二极管， 所述感光像素阵列区域设置 N 型导 电层， 所述 N 型导电层位于所述光电二极管的下方， 所述感光像素阵列周围设置有抽取电 荷 N 型区， 所述抽取电荷 N 型区与所述 N 型导电层相互连接。 0010 本发明的上述的防止图像弥散的图像传感器的制作方法， 所述制作方法在多晶硅 工艺之前， 包括如下步骤 ： 0011 A、 在氧气环境下， 高温加热， 在裸露的硅表面生成牺牲氧。

11、化层， 此氧化层厚度为 10nm 15nm ； 说 明 书 CN 104134677 A 3 2/5 页 4 0012 B、 第一次旋涂光刻胶并显影， 在预定区域开口 ； 0013 C、 第一次 N 型离子注入， 在半导体基体内部形成电荷导电层， 电荷导电层在 半导体基体中的垂直宽度为 0.1um 0.5um， 深度至少为 1um， N 型离子浓度至少为 1.5E+15Atom/cm3； 0014 D、 第一次清洗光刻胶， 将硅表面上的光刻胶全部去掉 ； 0015 E、 第二次旋涂光刻胶并显影， 在预定区域开口 ； 0016 F、 第二次 N 型离子注入， 形成抽取电荷 N 型区， 抽取电荷 。

12、N 型区的 N 型离子浓度至 少 7E+16Atom/cm3。 0017 G、 第二次清洗光刻胶， 将硅表面上的光刻胶全部去掉 ； 0018 H、 干法离子刻蚀， 将硅表面上的牺牲氧化层去掉。 0019 由上述本发明提供的技术方案可以看出， 本发明实施例提供的防止图像弥散的图 像传感器及其制作方法， 由于所述图像传感器感光像素阵列中设置了 N 型导电层， 像素阵 列周围设置了抽取电荷 N 型区， 光电二极管饱和时的外溢电荷被光电二极管底部的导电层 吸收， 进而通过抽取电荷 N 型区被抽离感光像素区域， 所以外溢电荷不会串扰到临近像素 的光电二极管中。因此， 通过采用本发明的图像传感器， 可防止。

13、图像弥散现象的发生， 提高 图像的质量。 附图说明 0020 图 1 为现有技术中的图像传感器像素阵列中的光电二极管及其周围的切面示意 图 ； 0021 图2中a区为本发明实施例中的图像传感器像素阵列中的光电二极管及其周围的 切面示意图 ； 0022 图 2 中 b 区为本发明实施例中的图像传感器像素阵列周围的切面示意图 ； 0023 图 3 为本发明实施例中的图像传感器像素阵列及其周围的平面示意图 ； 0024 图 4 为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的高温氧化步骤示意图 ； 0025 图 5 为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第一次旋涂光刻胶并显影步 骤的示意图 ； 0026 。

14、图6为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第一次N型离子注入步骤示意 图 ； 0027 图 7 为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第一次清洗光刻胶步骤示意 图 ； 0028 图 8 为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第二次旋涂光刻胶并显影步 骤的示意图 ； 0029 图9为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第二次N型离子注入步骤示意 图 ； 0030 图 10 为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的第二次清洗光刻胶步骤示意 图 ； 0031 图 11 为本发明实施例中的图像传感器制作工艺中的干法离子刻蚀步骤示意图 ； 0032 图 12 为本发明实施例中的图像传感器制作工艺。

15、完毕后的切面示意图。 说 明 书 CN 104134677 A 4 3/5 页 5 具体实施方式 0033 下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。 0034 本发明的防止图像弥散的图像传感器， 其较佳的具体实施方式是 ： 0035 包括感光像素阵列， 所述感光像素阵列中的每个像素包含置于半导体基体中的 N 型光电二极管， 其特征在于， 所述感光像素阵列区域设置 N 型导电层， 所述 N 型导电层位于 所述光电二极管的下方， 所述感光像素阵列周围设置有抽取电荷N型区， 所述抽取电荷N型 区与所述 N 型导电层相互连接。 0036 所述 N 型导电层与所述 N 型光电二极管隔开， 所述 N 型导。

16、电层与所述 N 型光电二 极管的间隔距离为至少为 0.1um。 0037 所述 N 型导电层在半导体基体中的垂直宽度为 0.1um 0.5um、 深度至少为 1um。 0038 所述 N 型导电层的 N 型离子浓度至少为 1.5E+15Atom/cm3。 0039 所述抽取电荷 N 型区在半导体基体中的水平宽度至少为 0.3um。 0040 所述抽取电荷 N 型区的 N 型离子浓度至少为 7E+16Atom/cm3。 0041 所述抽取电荷 N 型区外接电势， 所述外接电势的范围为 0.1V 0.5V。 0042 本发明的上述的防止图像弥散的图像传感器的制作方法， 其较佳的具体实施方式 是 ：。

17、 0043 所述制作方法在多晶硅工艺之前， 包括如下步骤 ： 0044 A、 在氧气环境下， 高温加热， 在裸露的硅表面生成牺牲氧化层， 此氧化层厚度为 10nm 15nm ； 0045 B、 第一次旋涂光刻胶并显影， 在预定区域开口 ； 0046 C、 第一次 N 型离子注入， 在半导体基体内部形成电荷导电层， 电荷导电层在 半导体基体中的垂直宽度为 0.1um 0.5um， 深度至少为 1um， N 型离子浓度至少为 1.5E+15Atom/cm3； 0047 D、 第一次清洗光刻胶， 将硅表面上的光刻胶全部去掉 ； 0048 E、 第二次旋涂光刻胶并显影， 在预定区域开口 ； 0049 。

18、F、 第二次 N 型离子注入， 形成抽取电荷 N 型区， 抽取电荷 N 型区的 N 型离子浓度至 少 7E+16Atom/cm3。 0050 G、 第二次清洗光刻胶， 将硅表面上的光刻胶全部去掉 ； 0051 H、 干法离子刻蚀， 将硅表面上的牺牲氧化层去掉。 0052 所述 N 型离子注入可以是磷离子注入， 也可以是砷离子注入。 0053 本发明的防止图像弥散的图像传感器及其制作方法， 设置有溢出电荷导流通道， 进而防止采集的图像产生弥散现象， 同时消除强光图像的周围像素颜色失真的问题。 0054 本发明在现有技术的基础上， 从改善图像传感器工艺结构着手， 在感光像素阵列 区域设置有 N 型。

19、导电层， 用来吸收因光电二级饱和而溢出的过多电荷 ； 通过设置在感光像 素阵列周围的抽取电荷 N 型区， 将 N 型导电层中的电荷抽离感光像素区域。因此， 本发明的 结构可有效解决感光像素阵列中的电荷串扰问题。 0055 由于所述图像传感器感光像素阵列中设置了 N 型导电层， 像素阵列周围设置了抽 取电荷 N 型区 ； 光电二极管饱和时的外溢电荷被光电二极管底部的导电层吸收， 进而通过 说 明 书 CN 104134677 A 5 4/5 页 6 抽取电荷 N 型区被抽离感光像素区域， 所以外溢电荷不会串扰到临近像素的光电二极管 中。因此， 通过采用本发明的图像传感器， 可防止图像弥散现象的发。

20、生。 0056 本发明的图像传感器结构， 可用于 CMOS 图像传感器， 也可用 CCD 型图像传感器。 0057 具体实施例 ： 0058 实施例一 ： 0059 图 2 为本实施例提供的图像传感器结构切面示意图， 图 2 中 a 区为像素阵列中的 光电二极管部分切面示意图， 图 2 中 b 区为像素阵列周围的切面示意图。如图 2 所示， 201 为 N 型光电二极管， 202 和 203 为相邻的 N 型光电二极管， 204 为 P 型阱区， 205 为 N 型导电 层， 206 为抽取电荷 N 型区， STI 为浅槽隔离区。其中， 205 距离 201 至少 0.1um， 205 的垂直。

21、 宽度为 0.1um 0.5um， 205 在 P 型半导体基体中的深度至少为 1um， 205 的 N 型离子浓度 大于等于 1.5E+15Atom/cm3； 206 区的水平宽度大于等于 0.3um， 其 N 型离子浓度大于等于 7E+16Atom/cm3； Vct 为外接电势端 0.1V 0.5V， Vct 与 206 区相互连接。 0060 为了更清晰地表述本发明特征， 图 3 示出了本发明的图像传感器像素阵列及其周 围的平面示意图。图 3 中， a 区表征感光像素阵列区域， 此区域设置有 N 型导电层 305 ； b 区 表征感光像素阵列周围区域， 此区域设置有抽取电荷 N 型区 3。

22、06。图 3 中的 305 与图 2 中的 205 对应， 306 与图 2 中的 206 对应。 0061 从上述结合图 2 和图 3 对本发明实施例的阐述中可知， 从光电二极管 201 溢出的 电荷， 被附近电势较高的 N 型导电层吸取， 因此溢出电荷不会串扰到附近的光电二极管中。 位于 N 型导电层的电荷会向像素阵列外围移动， 最终被抽取电荷 N 型区抽取后， 通过 Vct 外 接电势端导出。 0062 由此可见， 通过采用本发明的图像传感器， 可防止图像弥散现象的发生。 0063 实施例二 ： 0064 本发明实施例提供一种防止图像弥散的图像传感器工艺方法， 所述制作方法在多 晶硅工艺。

23、之前， 具体的工艺步骤包括图 4 图 12 所示的步骤， 其中图 4 图 12 中的 a 区为 感光像素阵列区域， b 区为像素阵列外围的抽取电荷 N 型区域。 0065 1)、 在氧气环境下， 高温加热， 在裸露的硅表面生成牺牲氧化层， 此氧化层厚度为 10nm 15nm， 如图 4 所示， 其中 407 为氧化层。 0066 2)、 第一次旋涂光刻胶并显影， 在预定区域开口， 如图 5 所示。 0067 3)、 第一次 N 型离子注入， 在半导体基体内部形成电荷导电层， 电荷导电层 在半导体基体中的垂直宽度为 0.1um 0.5um， 深度至少为 1um， N 型离子浓度至少为 1.5E+。

24、15Atom/cm3， 如图 6 所示， 其中 605 为 N 型导电层 ； 所述 N 型离子可以磷离子也可以是 砷离子。 0068 4)、 第一次清洗光刻胶， 将硅表面上的光刻胶全部去掉， 如图 7 所示。 0069 5)、 第二次旋涂光刻胶并显影， 在预定区域开口， 如图 8 所示。 0070 6)、 第二次 N 型离子注入， 形成抽取电荷 N 型区， 抽取电荷 N 型区的 N 型离子浓度 至少 7E+16Atom/cm3， 水平宽度至少为 0.3um， 如图 9 所示， 其中 906 为抽取电荷 N 型区 ； 所 述 N 型离子可以是磷离子， 也可以是砷离子。 0071 7)、 第二次清。

25、洗光刻胶， 将硅表面上的光刻胶全部去掉， 如图 10 所示。 0072 8)、 干法离子刻蚀， 将硅表面上的牺牲氧化层去掉， 如图 11 所示。 说 明 书 CN 104134677 A 6 5/5 页 7 0073 9)、 本发明的N型导电层和抽取电荷N型区工艺制作完毕， 制作完毕后的切面示意 图如图 12 所示。 0074 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。 说 明 书 CN 104134677 A 7 1/6 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104134677 A 8 2/6 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104134677 A 9 3/6 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104134677 A 10 4/6 页 11 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 104134677 A 11 5/6 页 12 图 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 104134677 A 12 6/6 页 13 图 11 图 12 说 明 书 附 图 CN 104134677 A 13 。