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帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201210214532.6

申請日:

2012.06.26

公開號:

CN102723349B

公開日:

2015.01.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||專利申請權的轉移IPC(主分類):H01L 27/146變更事項:申請人變更前權利人:上海中科高等研究院變更后權利人:中國科學院上海高等研究院變更事項:地址變更前權利人:201210 上海市浦東新區海科路99號變更后權利人:201210 上海市浦東新區海科路99號登記生效日:20131014|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 27/146申請日:20120626|||公開
IPC分類號: H01L27/146 主分類號: H01L27/146
申請人: 中國科學院上海高等研究院
發明人: 苗田樂; 方娜; 田犁; 汪輝; 陳杰
地址: 201210 上海市浦東新區海科路99號
優先權:
專利代理機構: 上海光華專利事務所 31219 代理人: 李儀萍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210214532.6

授權公告號:

102723349B|||||||||

法律狀態公告日:

2015.01.21|||2013.11.06|||2012.12.05|||2012.10.10

法律狀態類型:

授權|||專利申請權、專利權的轉移|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法,一方面,位于自所述半導體襯底上表面的預設深度以下的半導體襯底中增加隔離層,且隔離層與其對應的所述像素單元相隔離,隔離層的摻雜濃度高于半導體襯底的摻雜濃度,既能有效復合高能粒子及輻射產生的多余載流子,使圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力有所提高,同時,又能有效復合像素單元中預濾除光的光生載流子,進一步保證像素單元的感光器件對光進行選擇性的吸收;另一方面,通過控制感光器件的耗盡層深度,使感光器件對光進行選擇性的吸收,從而有效的減少濾光片所帶來的串擾效應。

權利要求書

權利要求書
1.  一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,其特征在于,所述制作方法至少包
括:
1)提供一半導體襯底,在所述半導體襯底中定義出預制作的像素單元的區域;
2)自所述半導體襯底上表面的預設深度以下的半導體襯底中,摻雜形成與所述預制作的像素單元相對應的隔離層,且所述隔離層的摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度;
3)在所述預制作的像素單元的區域中形成至少包括感光器件和用以將所述感光器件產生的電信號讀出的像素讀出電路的像素單元,并使所述像素單元與其對應的隔離層相隔離,以提高所述圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。

2.  根據權利要求1所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,其特征在于:所述像素單元至少包括用于吸收藍光的藍光像素單元、用于吸收綠光的綠光像素單元、及用于吸收紅光的紅光像素單元;
所述步驟1)為提供一半導體襯底,在所述半導體襯底中定義出預制作的藍光像素單元的區域、預制作的綠光像素單元的區域、及預制作的紅光像素單元的區域;
所述步驟2)為自所述半導體襯底上表面的第一預設深度以下的半導體襯底中,形成與所述預制作的藍光像素單元相對應的藍光隔離層;自所述半導體襯底上表面的第二預設深度以下的半導體襯底中,形成與所述預制作的綠光像素單元相對應的綠光隔離層;自所述半導體襯底上表面的第三預設深度以下的半導體襯底中,形成與所述預制作的紅光像素單元相對應的紅光隔離層;且各該隔離層的摻雜濃度均高于所述半導體襯底的摻雜濃度;
所述步驟3)為在所述預制作的各該像素單元的區域中形成至少包括感光器件和用以將所述感光器件產生的電信號讀出的像素讀出電路的各該像素單元,并使各該像素單元與其對應的隔離層相隔離,以提高所述預制作的圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。

3.  根據權利要求2所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,其特征在于:所述的第一預設深度范圍、第二預設深度范圍、及第三預設深度范圍均是0.2~2μm。

4.  根據權利要求3所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,其特征在于:所述第一預設深度為0.6~0.7μm,所述第二預設深度為0.7~0.9μm,所述第三預設深度為

1.  3~1.5μm。

5.  根據權利要求2帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,其特征在于:在所述半導體襯底中,所述的藍光像素單元感光器件的耗盡層深度小于綠光像素單元感光器件的耗盡層深度,且所述的綠光像素單元感光器件的耗盡層深度小于紅光像素單元感光器件的耗盡層深度,以使各該像素單元吸收不同波段的光。

6.  根據權利要求1或2所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,其特征在于:所述制作方法還包括步驟4),自所述半導體襯底的上表面制作連接所述隔離層的通孔,并通過所述通孔使所述隔離層連接至外部正電壓。

7.  根據權利要求1或2所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,其特征在于:所述半導體襯底為第一導電類型,所述隔離層為第一導電類型的重摻雜阱區、或PN結、或多個縱向串聯的PN結。

8.  根據權利要求7所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,其特征在于:所述PN結中包括第一導電類型區域和第二導電類型區域,且所述的第一導電類型區域位于第二導電類型區域的上方。

9.  一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,其特征在于,所述圖像傳感器至少包括:半導體襯底;
像素單元,位于所述半導體襯底中,至少包括:感光器件,將光信號轉換成電信號;像素讀出電路,與所述感光器件相對應,以將所述感光器件產生的電信號讀出;隔離層,位于自所述半導體襯底上表面的預設深度以下的半導體襯底中,且與其對應
的所述像素單元相隔離,其中,所述隔離層為一摻雜區,且其摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度,以提高所述圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。

10.  根據權利要求9所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,其特征在于:所述像素單元至少包括用于吸收藍光的藍光像素單元、用于吸收綠光的綠光像素單元、及用于吸收紅光的紅光像素單元;與所述藍光像素單元相對應的隔離層為藍光隔離層,所述藍光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第一預設深度范圍是0.2~2μm;與所述綠光像素單元相對應的隔離層為綠光隔離層,所述綠光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第二預設深度范圍是0.2~2μm;與所述紅光像素單元相對應的隔離層為紅光隔離層,所述紅光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第三預設深度范圍是0.2~2μm。

11.  根據權利要求10所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,其特征在于:所述藍光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第一預設深度為0.6~0.7μm,所述綠光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第二預設深度為0.7~0.9μm,所述紅光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第三預設深度為1.3~1.5μm。

12.  根據權利要求10所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,其特征在于:在所述半導體襯底中,所述的藍光像素單元感光器件的耗盡層深度小于綠光像素單元感光器件的耗盡層深度,且所述的綠光像素單元感光器件的耗盡層深度小于紅光像素單元感光器件的耗盡層深度,以使各該像素單元吸收不同波段的光。

13.  根據權利要求9或10所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,其特征在于:所述圖像傳感器還包括用于連接所述隔離層和外部正電壓的自所述半導體襯底上表面連接至所述隔離層的通孔。

14.  根據權利要求9或10所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,其特征在于:所述半導體襯底為第一導電類型,所述隔離層為第一導電類型的重摻雜阱區、或PN結、或多個縱向串聯的PN結。

15.  根據權利要求14所述的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,其特征在于:所述PN結中包括第一導電類型區域和第二導電類型區域,且所述的第一導電類型區域位于第二導電類型區域的上方。

說明書

說明書帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法
技術領域
[0001] 本發明屬于半導體技術領域,本發明涉及一種CMOS圖像傳感器及其制作方法,特別是涉及一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法。
背景技術
[0002]圖像傳感器是一種能將光學圖像轉換成電信號的半導體器件,廣泛應用于數碼成像、航空航天以及醫療影像領域,其中,電荷耦合器件(ChargeCoupledDevice,CCD)圖像傳感器和互補金屬氧化物半導體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS)圖像傳感器是常見的兩種圖像傳感器。
[0003] CCD圖像傳感器具有低讀出噪音、低暗電流噪音、及高光子轉換效率,所以既提高了信噪比,又提高了靈敏度,即很低光照強度的入射光也能被偵測到,其信號不會被掩蓋。另外,CCD圖像傳感器還具有高動態范圍,提高系統環境的使用范圍,不因亮度差異大而造成信號反差現象。但是,CCD圖像傳感器的功耗比較大,供給電壓不一致,與傳統的CMOS工藝不匹配,集成度不高,所以成本偏高。
[0004] CMOS圖像傳感器,與CCD圖像傳感器相比,其對光線的靈敏度、信噪比都相對較差,導致它在成像質量上難以與CCD抗衡,所以CMOS圖像傳感器以前主要用于成像質量要求不是很高的中低端市場。但是,隨著新的CMOS技術不斷改進,其在成像質量方面也越來越具有與CCD圖像傳感器相抗衡的實力,而且其固有的諸如:像元內放大(即可在像素內對讀出信號進行放大)、列并行結構、及深亞微米CMOS處理等獨特的優點,更是CCD圖像傳感器所無法比擬的。進一步,相較于CCD圖像傳感器,CMOS圖像傳感器技術門檻低、設計簡單,同時具有高集成度、單電源和低電壓供電、低功耗、及低成本等優點,使CMOS圖像傳感器有逐步取代CCD圖像傳感器的趨勢。
[0005] CMOS圖像傳感器一般由感光元件和CMOS信號處理電路構成。目前常見的CMOS圖像傳感器是有源像素型圖像傳感器(APS),根據其包括的晶體管的數目主要劃分為包括復位晶體管(ResetTransistor,RST)、源跟隨晶體管(SourceFollowerTransistor,SF)和行選擇晶體管(RowSelect,RS)的三管圖像傳感器(3T型)和包括復位晶體管(RST)、源跟隨晶體管(SF)、行選擇晶體管(RS)和轉移晶體管(TransferTransistor,TX)的四管圖像傳感器(4T型)兩大類。
[0006] 如圖1所示,為一種傳統的4T型結構的CMOS圖像傳感器的像素單元電路的等效電路結構圖,感光器件D1(光電二極管)包括P型區和N型區,其中,所述P型區接地,所述N型區通過轉移晶體管(TX)M4連接至感應節點N1,又稱為浮動擴散區(FloatingDiffusion,FD);所述復位晶體管M1中,柵極接復位信號Reset,源極通過感應節點N1接所述感光器件D1(光電二極管)的N型區,漏極接電源Vdd,所述電源Vdd為一正電源;所述源跟隨晶體管M2中,柵極通過感應節點N1接所述感光器件D1(光電二極管)的N型區,漏極接所述電源Vdd,源極為輸出端;所述行選擇晶體管M3中,柵極接行選擇信號Rs,源極接所述源跟隨晶體管M2的源極,漏極為輸出端。
[0007] 所述四管像素讀出電路(4T)工作原理為:先用像素讀出電路中的復位晶體管M1將浮動擴散區(FD,即電荷儲存區域)內的電子全部吸入電源,使其電位變高;曝光開始后,光照射到感光器件D1(光電二極管)的有效感光區,并于其內生成電子和空穴對,把光信號轉換成電信號;曝光結束后,轉移晶體管M4上加高電平,將感光器件D1(光電二極管)的有效感光區中的光生載流子轉移到浮動擴散區(FD),使其電位降低;最后通過像素讀出電路中的源跟隨晶體管M2和行選擇晶體管M3將光生電壓信號輸出。相關三管像素讀出電路
(3T)的工作原理與四管像素讀出電路(4T)工作原理類似,故不再一一贅述。
[0008]目前,CMOS圖像傳感器在宇宙射線的輻射下或高能粒子影響下,會產生大量的多余空穴電子對(即多余載流子)。傳統的CMOS圖像傳感器,由于其體硅襯底與感光區以及外圍電路(包含像素讀出電路)直接接觸,因此所述輻射或高能粒子產生的多余載流子會轉移到外圍電路和感光區中,進而會導致CMOS圖像傳感器直接失效或者成像質量急劇下降。為了使CMOS圖像傳感器能夠穩定地應用在航空航天以及其他極端環境中,需要CMOS圖像傳感器進一步具有抗高能粒子及抗輻射的能力。
[0009]同時,傳統的圖像傳感器一般都采用紅、綠、藍三種顏色的彩色濾光片來獲得彩色的圖像。但隨著工藝的改進和器件的進一步縮小的需求,采用濾光片,一方面,不僅將導致圖像傳感器面積較大,而且將使圖像傳感器的敏感性下降,不可避免的會導致圖像質量變差,同時,由于要使用濾光片,成本上也有所增加;另一方面,隨著光電轉換區域面積的減小,采用濾光片技術將導致串擾效應越來越明顯。
發明內容
[0010]鑒于以上所述現有技術的缺點,本發明的目的在于提供一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法,用于解決現有技術中CMOS圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射能力低、存在串擾效應的問題。
[0011]為實現上述目的及其他相關目的,本發明提供一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,所述制作方法至少包括:
[0012] 1)提供一半導體襯底,在所述半導體襯底中定義出預制作的像素單元的區域;[0013] 2)自所述半導體襯底上表面的預設深度以下的半導體襯底中,摻雜形成與所述預制作的像素單元相對應的隔離層,且所述隔離層的摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度;
[0014]3)在所述預制作的像素單元的區域中形成至少包括感光器件和用以將所述感光器件產生的電信號讀出的像素讀出電路的像素單元,并使所述像素單元與其對應的隔離層相隔離,以提高所述圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。
[0015]可選地,所述像素單元至少包括用于吸收藍光的藍光像素單元、用于吸收綠光的綠光像素單元、及用于吸收紅光的紅光像素單元;可選地,所述步驟1)為提供一半導體襯底,在所述半導體襯底中定義出預制作的藍光像素單元的區域、預制作的綠光像素單元的區域、及預制作的紅光像素單元的區域;所述步驟2)為自所述半導體襯底上表面的第一預設深度以下的半導體襯底中,形成與所述預制作的藍光像素單元相對應的藍光隔離層;自所述半導體襯底上表面的第二預設深度以下的半導體襯底中,形成與所述預制作的綠光像素單元相對應的綠光隔離層;自所述半導體襯底上表面的第三預設深度以下的半導體襯底
中,形成與所述預制作的紅光像素單元相對應的紅光隔離層;且各該隔離層的摻雜濃度均高于所述半導體襯底的摻雜濃度;所述步驟3)為在所述預制作的各該像素單元的區域中形成至少包括感光器件和用以將所述感光器件產生的電信號讀出的像素讀出電路的各該像素單元,并使各該像素單元與其對應的隔離層相隔離,以提高所述預制作的圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。
[0016]可選地,所述的第一預設深度范圍、第二預設深度范圍、及第三預設深度范圍均是
0.2~2μm。
[0017]可選地,所述第一預設深度為0.6~0.7μm,所述第二預設深度為0.7~0.9μm,所述第三預設深度為1.3~1.5μm。
[0018]可選地,在所述半導體襯底中,所述的藍光像素單元感光器件的耗盡層深度小于綠光像素單元感光器件的耗盡層深度,且所述的綠光像素單元感光器件的耗盡層深度小于紅光像素單元感光器件的耗盡層深度,以使各該像素單元吸收不同波段的光。
[0019]可選地,所述制作方法還包括步驟4),自所述半導體襯底的上表面制作連接所述隔離層的通孔,并通過所述通孔使所述隔離層連接至外部正電壓。
[0020]可選地,所述半導體襯底為第一導電類型,所述隔離層為第一導電類型的重摻雜阱區、或PN結、或多個縱向串聯的PN結。
[0021]可選地,所述PN結中包括第一導電類型區域和第二導電類型區域,且所述的第一導電類型區域位于第二導電類型區域的上方。
[0022]本發明還提供一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,所述圖像傳感器至少包括:
[0023]半導體襯底;
[0024]像素單元,位于所述半導體襯底中,至少包括:
[0025]感光器件,將光信號轉換成電信號;
[0026] 像素讀出電路,與所述感光器件相對應,以將所述感光器件產生的電信號讀出;[0027] 隔離層,位于自所述半導體襯底上表面的預設深度以下的半導體襯底中,且與其對應的所述像素單元相隔離,其中,所述隔離層為一摻雜區,且其摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度,以提高所述圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。
[0028]可選地,所述像素單元至少包括用于吸收藍光的藍光像素單元、用于吸收綠光的綠光像素單元、及用于吸收紅光的紅光像素單元;與所述藍光像素單元相對應的隔離層為藍光隔離層,所述藍光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第一預設深度范圍是
0.2~2μm;與所述綠光像素單元相對應的隔離層為綠光隔離層,所述綠光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第二預設深度范圍是0.2~2μm;與所述紅光像素單元相對應的隔離層為紅光隔離層,所述紅光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第三預設深度范圍是0.2~2μm。
[0029]可選地,所述藍光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第一預設深度為0.6~0.7μm,所述綠光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第二預設深度為0.7~0.9μm,所述紅光隔離層對應的自所述半導體襯底上表面的第三預設深度為
1.3~1.5μm。
[0030]可選地,在所述半導體襯底中,所述的藍光像素單元感光器件的耗盡層深度小于綠光像素單元感光器件的耗盡層深度,且所述的綠光像素單元感光器件的耗盡層深度小于
紅光像素單元感光器件的耗盡層深度,以使各該像素單元吸收不同波段的光。
[0031] 可選地,所述圖像傳感器還包括用于連接所述隔離層和外部正電壓的自所述半導體襯底上表面連接至所述隔離層的通孔。
[0032] 可選地,所述半導體襯底為第一導電類型,所述隔離層為第一導電類型的重摻雜阱區、或PN結、或多個縱向串聯的PN結。
[0033] 可選地,所述PN結中包括第一導電類型區域和第二導電類型區域,且所述的第一導電類型區域位于第二導電類型區域的上方。
[0034] 如上所述,本發明的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法,具有以下有益效果:
[0035]1)通過在像素單元正下方增加隔離層,有效復合高能粒子及輻射產生的多余載流子,進而能夠更好地避免多余載流子從襯底進入像素單元中的電路區域和感光器件區域而導致的圖像傳感器的性能降低或失效,使圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力有所提高;
[0036]2)位于像素單元正下方的隔離層,將圖像傳感器中相應像素單元中預濾除光的光生載流子有效復合,隔離其預濾除光的光生載流子,進一步保證像素單元的感光器件對光進行選擇性的吸收;
[0037]3)基于不同顏色光的在半導體襯底中的吸收深度不同的原理,通過控制像素單元中感光器件的耗盡層在半導體襯底中的位置,使感光器件對光能夠進行選擇性的吸收,有效減少串擾效應。
附圖說明
[0038] 圖1顯示為現有技術中的CMOS圖像傳感器的像素單元電路的等效電路結構示意圖。
[0039] 圖2A至2I顯示為本發明的帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法在實施例一及實施例二中的示意圖。
[0040]元件標號說明
[0041]1半導體襯底
[0042]21預制作的藍光像素單元的區域[0043]22預制作的綠光像素單元的區域[0044]23預制作的紅光像素單元的區域[0045]31藍光隔離層
[0046] 32綠光隔離層[0047] 33紅光隔離層[0048] 41藍光像素單元[0049] 411藍光感光器件
[0050]412藍光像素讀出電路
[0051] 42綠光像素單元[0052] 421綠光感光器件[0053] 422綠光像素讀出電路
[0054] 43紅光像素單元[0055] 431紅光感光器件[0056] 432紅光像素讀出電路[0057] 4111、4211、4311P區[0058] 4112、4212、4312N區
[0059] 4121、4221、4321、M4轉移晶體管[0060] 4122、4222、4322浮動擴散區[0061] 4113、4213、4313耗盡層
[0062] M1復位晶體管[0063] M2源跟隨晶體管[0064] M3選擇晶體管[0065] D1感光器件[0066] N1感應節點
具體實施方式
[0067]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式,本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用,本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用,在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0068] 請參閱圖2A至2I。需要說明的是,以下具體實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想,遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制,其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變,且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0069]本發明提供一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法,所述制作方法至少包括以下步驟:1)提供一半導體襯底,在所述半導體襯底中定義出預制作的像素單元的區域;2)自所述半導體襯底上表面的預設深度以下的半導體襯底中,摻雜形成與所述預制作的像素單元相對應的隔離層,且所述隔離層的摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度;3)在所述預制作的像素單元的區域中形成至少包括感光器件和用以將所述感光器件產生的電信號讀出的像素讀出電路的像素單元,并使所述像素單元與其對應的隔離層相隔離,以提高圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。
[0070] 當所述像素單元至少包括用于吸收藍光的藍光像素單元、用于吸收綠光的綠光像素單元、及用于吸收紅光的紅光像素單元時,所述制作方法請參閱實施例一。
[0071] 實施例一
[0072] 如圖2A至圖2I所示,本發明提供一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法,所述制作方法至少包括:
[0073]如圖2A所示,首先執行步驟1)提供一第一導電類型半導體襯底1,在所述半導體襯底1中定義出預制作的藍光像素單元的區域21、預制作的綠光像素單元的區域22、及預制作的紅光像素單元的區域23。
[0074] 需要指出的是,所述半導體襯底1至少包括硅、鍺硅、碳化硅、及應變硅中的任意
一種,所述半導體襯底的濃度為1e13~1e14/cm2。在本實施例一中,所述半導體襯底1為硅材料,所述第一導電類型為P型,即所述半導體襯底1為P型硅襯底。
[0075]需要說明的是,在所述半導體襯底1中,各該預制作的像素單元的區域(預制作的藍光像素單元的區域21、預制作的綠光像素單元的區域22、及預制作的紅光像素單元的區域23)由左至右的分布排列方式并非局限在圖2A所示的情況,即各該預制作的像素單元的區域由左至右分布的相對位置關系并非局限為:預制作的藍光像素單元的區域21、預制作的綠光像素單元的區域22、及預制作的紅光像素單元的區域23,各該預制作的像素單元的區域的由左至右分布的相對位置關系還存在預制作的綠光像素單元的區域22、預制作的紅光像素單元的區域23、及預制作的藍光像素單元的區域21等情況,即各該預制作的像素單元的區域由左至右分布的相對位置關系并未作具體限制。
[0076]需要進一步說明的是,定義的各該預制作的像素單元的區域21、22、及23的深度
(各該預制作的像素單元的區域底部至所述半導體襯底1上表面的距離)取決于預制作的像素單元的區域中的感光器件的所需深度,容后詳述。接著執行步驟2)。
[0077]在步驟2)中,如圖2B所示,自所述半導體襯底1上表面的第一預設深度以下的半導體襯底1中,采用離子注入或擴散摻雜方法,形成與所述預制作的藍光像素單元相對應的藍光隔離層31;自所述半導體襯底上表面的第二預設深度以下的半導體襯底中,采用離子注入或擴散摻雜方法,形成與所述預制作的綠光像素單元相對應的綠光隔離層32;自所述半導體襯底上表面的第三預設深度以下的半導體襯底中,采用離子注入或擴散摻雜方法,形成與所述預制作的紅光像素單元相對應的紅光隔離層33。
[0078]其中,所述的第一預設深度范圍、第二預設深度范圍、及第三預設深度范圍均是
0.2~2μm;各該隔離層(藍光隔離層31、綠光隔離層32、及紅光隔離層33)的摻雜濃度均高于所述半導體襯底1的摻雜濃度;各該隔離層31、32、及33為第一導電類型的阱區、或PN結、或多個縱向串聯的PN結,所述PN結中包括第一導電類型區域和第二導電類型區域,且所述的第一導電類型區域位于第二導電類型區域的上方;各該隔離層31、32、及33底面的最深位置是所述半導體襯底1的下表面,各該隔離層31、32、及33的厚度(即隔離層的底面至頂面的距離)均至少大于0.1μm,且其厚度存在相等或不相等的情況。
[0079]具體地,在本實施例一中,如圖2B所示,采用離子注入的方法形成各該隔離層31、
32、及33;所述第一預設深度為0.6~0.7μm,所述第二預設深度為0.7~0.9μm,所述第三預設深度為1.3~1.5μm,優選地,所述第一預設深度為0.6μm、0.65μm或0.7μm,所述第二預設深度為0.7μm、0.8μm或0.9μm,所述第三預設深度為1.3μm、1.4μm或1.5μm;各該隔離層31、32、及33的摻雜濃度均為1e15~1e20/cm2,即各該隔離層31、32、及33的摻雜濃度均高于所述半導體襯底1的摻雜濃度(1e13~1e14/cm2);各該隔離層31、32、及33為第一導電類型的阱區,即P+型阱區;各該隔離層31、32、及33的厚度不相等,但各該隔離層
31、32、及33的底面在所述半導體襯底1中位于同一深度,具體地,各該隔離層31、32、及33
的底面與所述半導體襯底1的上表面的距離(深度)均為2μm。
[0080]需要指出的是,所述第一預設深度、第二預設深度、及第三預設深度均大于其對應的各該預制作的像素單元的區域21、22、及23的深度(各該預制作的像素單元的區域底部與所述半導體襯底1上表面的距離),以保證后續預制作的像素單元與其對應的各該隔離層
31、32、及33互不相連,即相隔離。與預制作的像素單元的區域21、22、及23相隔離的各該隔
離層31、32、及33的作用是:相對于所述半導體襯底1摻雜濃度較高的所述隔離層31、32、及33,一方面,保證有效復合高能粒子及輻射產生的多余載流子,以避免多余載流子從襯底處穿越各該預制作的像素單元的區域21、22、及23而造成預制作的圖像傳感器的失效,提高預制作的圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力;另一方面,在各該隔離層31、32及
33內有效復合預濾除光的光生載流子,避免所述光生載流子進入各該預制作的像素單元,進一步使各該預制作的像素單元對光能夠進行選擇性的吸收(即吸收特定波段的光),以提高預制作的圖像傳感器的濾光作用、及有效減少采用濾光片濾光產生的串擾效應。
[0081]需要說明的是,根據第一預設深度、第二預設深度、第三預設深度、及各該隔離層
31、32、及33的厚度的不同選擇,各該隔離層31、32、及33兩兩之間或三者之間存在相連接和不連接的情況。為了更有效地發揮相對于所述半導體襯底1摻雜濃度較高的各該隔離層
31、32、及33的作用,在本實施例一中,各該隔離層31、32、及33為三者均相連的情況,避免高能粒子及輻射產生的多余載流子、和預濾除光產生的光生載流子從各該隔離層31、32、及
33之間未相連接的縫隙流入各該預制作的像素單元中,更好地提高預制作的圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力、濾光作用、及有效減少采用濾光片濾光產生的串擾效應。在另一實施例中,各該隔離層31、32、及33存在不相連的情況,在此不作一一贅述。
[0082]需要進一步說明的是,本實施例一中,如圖2B所示,各該隔離層31、32、及33為三者均相連,具體地,各該隔離層31、32、及33的底面在所述半導體襯底1中位于同一深度,且各該隔離層31、32及33的頂面呈階梯型(由于本實施例一中,優選地,所述第一預設深度為
0.6μm、0.65μm或0.7μm,所述第二預設深度為0.7μm、0.8μm或0.9μm,所述第三預設深度為1.3μm、1.4μm或1.5μm),但各階梯高度差并不相等,原因在于:所述第一預設深度、第二預設深度、及第三預設深度均要保證大于其對應的各該預制作的像素單元的區域
21、22、及23的深度,且各該預制作的像素單元的區域的深度取決于位于其中的各該預制作的感光器件的所需深度,由于各該預制作的感光器件的所需深度取決于各該預制作的感光器件吸收特定波長的光的范圍,因此,為了更有效地發揮各該隔離層31、32及33在其內有效復合預濾除光的光生載流子的作用,則需要各該隔離層31、32及33頂面所在深度(即所述第一預設深度、第二預設深度、及第三預設深度)大于與其對應的各該預制作的像素單元的區域21、22、及23的深度,且各該隔離層31、32及33頂面所在深度接近與其對應的各該預制作的像素單元的區域21、22、及23的深度,以使各該隔離層31、32及33與其對應的各該預制作的像素單元的區域21、22、及23相隔離的同時,又保證各該隔離層31、32及33有效復合預濾除光的光生載流子的作用。
[0083]需要指出的是,相互連接的各該隔離層31、32、及33并不局限于圖2B所示的頂面呈階梯高度差不相等的階梯型的情況,在其他實施例中,還存在各該隔離層31、32、及33頂面呈階梯高度差相等的階梯型情況(請參閱圖2C),或存在各該隔離層31、32、及33底面與頂面同時呈階梯型(其底面在所述半導體襯底1中位于不同深度,且階梯高度差存在相等或不相等的情況,請參閱圖2D和2E),或其底面或頂面均不存在階梯型的情況(各該隔離層
31、32及33的底面和頂面在所述半導體襯底1中位于同一深度,請參閱圖2F),具體由第一預設深度、第二預設深度、第三預設深度、及各該隔離層31、32、及33的厚度的不同選擇而定,在此不作一一贅述。接著執行步驟3)。
[0084]在步驟3)中,如圖2G所示,在本實施例一中,在預制作的藍光像素單元的區域21
中,形成至少包括藍光感光器件411和用以將所述藍光感光器件411產生的電信號讀出的藍光像素讀出電路412的藍光像素單元41,并使所述藍光像素單元41與其對應的藍光隔離層31相隔離;在預制作的綠光像素單元的區域22中,形成至少包括綠光感光器件421和用以將所述綠光感光器件421產生的電信號讀出的綠光像素讀出電路422的綠光像素單元
42,并使所述綠光像素單元42與其對應的綠光隔離層32相隔離;在預制作的紅光像素單元的區域23中,形成至少包括紅光感光器件431和用以將所述紅光感光器件431產生的電信號讀出的紅光像素讀出電路432的紅光像素單元43,并使所述紅光像素單元43與其對應的紅光隔離層33相隔離,以提高圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。
[0085] 其中,各該感光器件(藍光感光器件411、綠光感光器件421、及紅光感光器件431)為光電二極管(包括PN結光電二極管或PIN結光電二極管)或光電門;各該像素讀出電路
(藍光像素讀出電路412、綠光像素讀出電路422、及紅光像素讀出電路432)為四管像素讀出電路(4T,至少包括轉移晶體管、復位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管)、三管像素讀出電路(3T,至少包括復位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管)、或為其他由MOS晶體管組成的像素讀出電路。
[0086]具體地,在本實施例一中,如圖2G所示,各該感光器件411、421、及431均為PN結光電二極管,且各該第一導電類型區均位于各該第二導電類型區之上,其中,所述第一導電類型區為P區,所述第二導電類型區為N區;各該像素讀出電路412、422、及432均為四管像素讀出電路(4T),圖2G中未畫出具體電路結構,僅以轉移晶體管和與其對應的浮動擴散區圖示各該像素讀出電路,以藍光像素讀出電路412為例,僅以轉移晶體管4121和與其對應的浮動擴散區(電荷儲存區域)4122圖示藍光像素讀出電路,綠光像素讀出電路422和紅光像素讀出電路432與此類似,不再一一贅述。
[0087] 需要說明的是,由于不同波段光的在所述半導體襯底1中的吸收深度是不同的,因此可以通過控制各該像素單元(藍光像素單元41、綠光像素單元42、及紅光像素單元43)的各該感光器件411、421、及431的耗盡層在所述半導體襯底中的所在位置(即各該耗盡層具有互不相同深度范圍),來對不同波段光進行選擇性的吸收,換言之,在所述半導體襯底1中,所述的藍光像素單元41感光器件411的耗盡層深度(即耗盡層的頂面距半導體襯底1上表面的距離,以下相同,不再一一贅述)小于綠光像素單元42感光器件421的耗盡層深度,且所述的綠光像素單元42感光器件421的耗盡層深度小于紅光像素單元43感光器件
431的耗盡層深度,以使各該像素單元41、42及43選擇性吸收不同波段的光。具體地,在本實施例一中,各該感光器件411、421、及431均為PN結光電二極管,因此通過控制各該PN結光電二極管411、421、及431的PN結深,即可實現各該感光器件411、421、及431對不同波段光進行選擇性的吸收。
[0088]需要進一步說明的是,在本實施例一中,對各該像素單元41、42、及43的各該感光器件411、421、及431而言,如圖2G所示,所述半導體襯底1是濃度為1e13~1e14/cm2的P型硅襯底;各該隔離層31、32、及33為P+型阱區,其摻雜濃度均為1e15~1e20/cm2;各該PN結光電二極管(即各該感光器件)411、421、及431中,各該P區4111、4211、及4311均位于其對應的各該N區4112、4212、及4312之上,且各該P區4111、4211、及4311濃度范圍均為
1e16~1e18/cm2,各該N區4112、4212、及4312濃度范圍均為1e13~1e15/cm2。
[0089]為保證各該像素單元41、42、及43對不同波段光進行選擇性的吸收,則各該感光
器件411、421、及431中PN結光電二極管的PN結深(即耗盡層的頂面距半導體襯底1上表面的距離)各不相同,換言之,在所述半導體襯底1中,感光器件411的PN結深小于感光器件421的PN結深,且感光器件421的PN結深小于感光器件431的PN結深,以使各該像素單元41、42、及43選擇性吸收不同波段的光,具體地,在本實施例一中:
[0090]對藍光像素單元41的藍光感光器件411而言,所述P區4111深度(P區底面與所述半導體襯底1上表面的距離,以下相同,不再一一贅述)范圍為0.01~0.05μm,所述N區
4112深度范圍為0.05~1μm,本實施例一中,優選的P區4111深度為0.05μm,優選的N區
4112深度為0.5μm,所述藍光感光器件411的耗盡層(PN結)4113如圖2G所示;
[0091]對綠光像素單元42的綠光感光器件421而言,所述P區4211深度范圍為0.
1~0.5μm,所述N區4212深度范圍為0.5~1μm,本實施例一中,優選的P區4211深度為
0.5μm,優選的N區4212深度為0.6μm,所述綠光感光器件421的耗盡層(PN結)4213如圖2G所示;
[0092]對紅光像素單元43的紅光感光器件431而言,所述P區4311深度范圍為
0.1~0.6μm,所述N區4312深度范圍為0.6~1μm,本實施例一中,優選的P區4311深度為
0.6μm,優選的N區4312深度為0.7μm,所述紅光感光器件431的耗盡層(PN結)4313如圖2G所示。
[0093]各該像素單元41、42、及43對不同波段光進行選擇性的吸收的具體工作原理,及各該隔離層31、32、及33的作用具體如下:
[0094]藍光像素單元41中,短波長的藍光在光電二極管的耗盡層(PN結)4113被吸收,藍光產生的光生載流子,并通過轉移晶體管4121轉移到浮動擴散區(電荷儲存區域)4122,而綠光和紅光為藍光像素單元41預濾除的光,且由于綠光和紅光波長較長,主要在耗盡層
(PN結)4113下方產生光生載流子,由于P+型阱區藍光隔離層31的存在,所以綠光和紅光
(藍光像素單元41中預濾除的光)產生的光生載流子都被所述隔離層31有效復合;
[0095]綠光像素單元42中,短波長的藍光為預濾除的光,其產生的光生載流子在所述
P區4211中被有效復合,而不會通過轉移晶體管4221轉移到浮動擴散區(電荷儲存區域)
4222,中波長的綠光在耗盡層(PN結)4213被吸收,綠光產生的光生載流子通過轉移晶體管
4221轉移浮動擴散區(電荷儲存區域)4222,而紅光(綠光像素單元42中預濾除的光)由于波長較長,主要在耗盡層(PN結)4213下方產生光生載流子,由于P+型阱區綠光隔離層32的存在,所以紅光(綠光像素單元42中預濾除的光)產生的光生載流子都被所述隔離層32有效復合;
[0096]紅光像素單元43中,較短波長的藍光和綠光為預濾除的光,且藍光和綠光產生的光生載流子在所述P區4311中被有效復合,而不會通過轉移晶體管4321轉移到浮動擴散區(電荷儲存區域)4322,長波長的紅光在耗盡層(PN結)4313被吸收,紅光產生的光生載流子通過轉移晶體管4321轉移到浮動擴散區(電荷儲存區域)4322;
[0097]另外,由于在各該P+型隔離層31、32、及33中,還可以有效復合高能粒子及輻射產生的多余載流子,以避免多余載流子從襯底處穿越各該像素單元41、42、及43而造成圖像傳感器的失效,提高圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力,消除由高能粒子及輻射產生的載流子對器件的影響。因此,采用各該隔離層31、32、及33可以提高圖像傳感器的抗高能粒子及輻射的能力、濾光作用、及有效減少采用濾光片濾光產生的串擾效應。
[0098]如圖2H所示,所述步驟3)中在形成各該感光器件411、421、及431和各該像素讀出電路412、422、及432之后,還包括采用淺溝道隔離或絕緣介質隔離形成各該像素單元
41、42、及43中各相鄰器件之間的隔離結構5,具體地,在本實施例一中,為采用硅島隔離,屬于絕緣介質隔離的一種。
[0099]如圖2I所示,所述制作方法還包括步驟4),自所述半導體襯底1的上表面制作連接各該隔離層31、32、及33的通孔6,并通過所述通孔6使各該隔離層31、32、及33連接至外部正電壓,以利于提高各該隔離層31、32、及33的電勢,增加各該隔離層31、32、及33收集及有效復合高能粒子及輻射產生的多余載流子、和預濾除光的光生載流子的能力。在本實施例一中,各該隔離層31、32、及33相互連接,因此只做一個通孔6即可達到提高各該隔離層31、32、及33的電勢的目的,出于制作簡單成本低角度考慮,所述通孔6與距離所述半導體襯底1上表面最近的所述藍光隔離層31相連。
[0100]實施例一提供的一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器的制作方法,通過在像素單元正下方增加隔離層,一方面有效復合高能粒子及輻射產生的多余載流子,使圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力有所提高;另一方面,有效復合像素單元中預濾除光的光生載流子,進一步保證像素單元的感光器件對光能夠進行選擇性的吸收。同時,本發明的制作方法中,通過控制像素單元中感光器件的耗盡層在半導體襯底中的位置,使感光器件對光能夠進行選擇性的吸收,從而有效的減少濾光片所帶來的串擾效應。
[0101]同時,本發明還提供一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,所述圖像傳感器至少包括:半導體襯底、位于所述半導體襯底中的像素單元、及位于自所述半導體襯底上表面的預設深度以下的半導體襯底中且與其對應的所述像素單元相隔離的隔離層。其中,所述像素單元至少包括:將光信號轉換成電信號的感光器件、及與所述感光器件相對應并將所述感光器件產生的電信號讀出的像素讀出電路;所述隔離層為一摻雜區,且其摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度,以提高所述圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力。
[0102]當所述像素單元至少包括用于吸收藍光的藍光像素單元、用于吸收綠光的綠光像素單元、及用于吸收紅光的紅光像素單元時,所述圖像傳感器請參閱實施例二。
[0103]實施例二
[0104] 如圖2G至2I所示,本發明還提供一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器,所述圖像傳感器至少包括:半導體襯底1,用于吸收藍光的藍光像素單元41、用于吸收綠光的綠光像素單元42、及用于吸收紅光的紅光像素單元43,藍光感光器件411、綠光感光器件421、及紅光感光器件431,藍光像素讀出電路412、綠光像素讀出電路422、及紅光像素讀出電路432,藍光隔離層31、綠光隔離層32、及紅光隔離層33。
[0105]所述半導體襯底1為第一導電類型,至少包括硅、鍺硅、碳化硅、及應變硅中的任意一種,所述半導體襯底的濃度為1e13~1e14/cm2。在本實施例二中,所述半導體襯底1為硅材料,所述第一導電類型為P型,即所述半導體襯底1為P型硅襯底。
[0106]所述的用于吸收藍光的藍光像素單元41、用于吸收綠光的綠光像素單元42、及用于吸收紅光的紅光像素單元43均位于所述半導體襯底1中。其中,所述藍光像素單元41至少包括將光信號轉換成電信號的藍光感光器件411、及與所述藍光感光器件411相對應并將所述藍光感光器件411產生的電信號讀出的藍光像素讀出電路412;所述綠光像素單元
42至少包括將光信號轉換成電信號的綠光感光器件421、及與所述綠光感光器件421相對
應并將所述綠光感光器件421產生的電信號讀出的綠光像素讀出電路422;所述紅光像素單元43至少包括將光信號轉換成電信號的紅光感光器件431、及與所述紅光感光器件431相對應并將所述紅光感光器件431產生的電信號讀出的紅光像素讀出電路432。
[0107] 其中,各該感光器件(藍光感光器件411、綠光感光器件421、及紅光感光器件431)為光電二極管(包括PN結光電二極管或PIN結光電二極管)或光電門;各該像素讀出電路
(藍光像素讀出電路412、綠光像素讀出電路422、及紅光像素讀出電路432)為四管像素讀出電路(4T,至少包括轉移晶體管、復位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管)、三管像素讀出電路(3T,至少包括復位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管)、或為其他由MOS晶體管組成的像素讀出電路。
[0108]具體地,在本實施例二中,如圖2G所示,各該感光器件411、421、及431均為PN結光電二極管,且各該第一導電類型區均位于各該第二導電類型區之上,其中,所述第一導電類型區為P區,所述第二導電類型區為N區;各該像素讀出電路412、422、及432均為四管像素讀出電路(4T),圖2G中未畫出具體電路結構,僅以轉移晶體管和與其對應的浮動擴散區圖示各該像素讀出電路,以藍光像素讀出電路412為例,僅以轉移晶體管4121和與其對應的浮動擴散區4122圖示藍光像素讀出電路,綠光像素讀出電路422和紅光像素讀出電路
432與此類似,不再一一贅述。
[0109]需要指出的是,在所述半導體襯底1中,各該像素單元(藍光像素單元41、綠光像素單元42、及紅光像素單元43)由左至右的分布排列方式并非局限在本實施例二中圖2G所示的情況,即各該像素單元41、42、及43在半導體襯底1中由左至右并非局限為:藍光像素單元41、綠光像素單元42、及紅光像素單元43,在其他實施例中,各該像素單元41、42、及43在半導體襯底1中由左至右的位置還存在:綠光像素單元42、紅光像素單元43、及藍光像素單元41等情況,即各該像素單元41、42、及43在半導體襯底1中由左至右分布的相對位置關系并未作具體限制。
[0110] 需要說明的是,由于不同波段光的在所述半導體襯底1中的吸收深度是不同的,因此可以通過控制各該像素單元41、42、及43的各該感光器件411、421、及431的耗盡層在所述半導體襯底1中的所在位置(即各該耗盡層具有互不相同深度范圍),來對不同波段光進行選擇性的吸收,換言之,在所述半導體襯底1中,所述的藍光像素單元41感光器件411的耗盡層深度(即耗盡層的頂面距半導體襯底1上表面的距離,以下相同,不再一一贅述)小于綠光像素單元42感光器件421的耗盡層深度,且所述的綠光像素單元42感光器件421的耗盡層深度小于紅光像素單元43感光器件431的耗盡層深度,以使各該像素單元41、42及43選擇性吸收不同波段的光。具體地,在本實施例二中,各該感光器件411、421、及431均為PN結光電二極管,因此通過控制各該PN結光電二極管411、421、及431的PN結深,即可實現各該感光器件411、421、及431對不同波段光進行選擇性的吸收。
[0111] 需要進一步說明的是,在本實施例二中,對各該像素單元41、42、及43的各該感光器件411、421、及431而言,如圖2G所示,所述半導體襯底1是濃度為1e13~1e14/cm2的P型硅襯底;各該PN結光電二極管(即各該感光器件)411、421、及431中,各該P區4111、4211、及4311均位于其對應的各該N區4112、4212、及4312之上,且各該P區4111、4211、及4311濃度范圍均為1e16~1e18/cm2,各該N區4112、4212、及4312濃度范圍均為1e13~1e15/cm2。[0112] 為保證各該像素單元41、42、及43對不同波段光進行選擇性的吸收,則各該感光
器件411、421、及431中PN結光電二極管的PN結深(即耗盡層的頂面距半導體襯底1上表面的距離)各不相同,換言之,在所述半導體襯底1中,感光器件411的PN結深小于感光器件421的PN結深,且感光器件421的PN結深小于感光器件431的PN結深,以使各該像素單元41、42、及43選擇性吸收不同波段的光,具體地,在本實施例二中:
[0113]對藍光像素單元41的藍光感光器件411而言,所述P區4111深度(P區底面與所述半導體襯底1上表面的距離,以下相同,不再一一贅述)范圍為0.01~0.05μm,所述N區
4112深度范圍為0.05~1μm,本實施例二中,優選的P區4111深度為0.05μm,優選的N區
4112深度為0.5μm,所述藍光感光器件411的耗盡層(PN結)4113如圖2G所示;
[0114]對綠光像素單元42的綠光感光器件421而言,所述P區4211深度范圍為0.
1~0.5μm,所述N區4212深度范圍為0.5~1μm,本實施例二中,優選的P區4211深度為
0.5μm,優選的N區4212深度為0.6μm,所述綠光感光器件421的耗盡層(PN結)4213如圖2G所示;
[0115]對紅光像素單元43的紅光感光器件431而言,所述P區4311深度范圍為
0.1~0.6μm,所述N區4312深度范圍為0.6~1μm,本實施例二中,優選的P區4311深度為
0.6μm,優選的N區4312深度為0.7μm,所述紅光感光器件431的耗盡層(PN結)4313如圖2G所示。
[0116]如圖2G所示,與所述用于吸收藍光的藍光像素單元41相對應的隔離層為藍光隔離層31,與所述用于吸收綠光的綠光像素單元42相對應的隔離層為綠光隔離層32,與所述用于吸收紅光的紅光像素單元43相對應的隔離層為紅光隔離層33。
[0117]其中,各該隔離層(藍光隔離層31、綠光隔離層32、及紅光隔離層33)各自位于自所述半導體襯底1上表面的第一預設深度以下、第二預設深度以下、及第三預設深度以下的半導體襯底1中,且所述藍光隔離層31對應的第一預設深度范圍、所述綠光隔離層32對應的第二預設深度范圍、及所述紅光隔離層33對應的第三預設深度范圍均是0.2~2μm;各該隔離層31、32、及33與其對應的各該像素單元41、42及43相隔離;各該隔離層31、32、及
33均為摻雜區,且其各自的摻雜濃度均高于所述半導體襯底1的摻雜濃度,以提高所述圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力;各該隔離層31、32、及33為第一導電類型的阱區、或PN結、或多個縱向串聯的PN結,所述PN結中包括第一導電類型區域和第二導電類型區域,且所述的第一導電類型區域位于第二導電類型區域的上方;各該隔離層31、32、及33底面的最深位置是所述半導體襯底1的下表面,各該隔離層31、32、及33的厚度(即隔離層的底面至頂面的距離)均至少大于0.1μm,且其厚度存在相等或不相等的情況。
[0118]具體地,本實施例二中,如圖2G所示,所述藍光隔離層31對應的自所述半導體襯底1上表面的第一預設深度為0.6~0.7μm,所述綠光隔離層32對應的自所述半導體襯底1上表面的第二預設深度為0.7~0.9μm,所述紅光隔離層33對應的自所述半導體襯底1上表面的第三預設深度為1.3~1.5μm,優選地,所述第一預設深度為0.6μm、0.65μm或0.7μm,所述第二預設深度為0.7μm、0.8μm或0.9μm,所述第三預設深度為1.3μm、
1.4μm或1.5μm;各該隔離層31、32、及33均為摻雜區,且其各自的摻雜濃度均為1e15
~1e20/cm2,即各該隔離層31、32、及33的摻雜濃度均高于所述半導體襯底1的摻雜濃度
(1e13~1e14/cm2);各該隔離層31、32、及33為第一導電類型的阱區,即P+型阱區;各該隔離層31、32、及33的厚度不相等,但各該隔離層31、32、及33的底面在所述半導體襯底1中
位于同一深度,具體地,各該隔離層31、32、及33的底面與所述半導體襯底1的上表面的距離(深度)均為2μm。
[0119]需要指出的是,所述第一預設深度、第二預設深度、及第三預設深度均大于其對應的各該像素單元41、42、及43的深度,以保證各該像素單元41、42、及43與其對應的各該隔離層31、32、及33互不相連,即相隔離,其中,各該像素單元41、42、及43的深度取決于其對應的各該感光器件411、421、及431的深度。
[0120] 需要特別指出的是,相對于所述半導體襯底1摻雜濃度較高的所述隔離層31、32、及33,一方面,保證有效復合高能粒子及輻射產生的多余載流子,以避免多余載流子從襯底處穿越各該像素單元41、42、及43而造成圖像傳感器的失效,提高圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力;另一方面,在各該隔離層31、32及33內有效復合預濾除光的光生載流子,避免所述光生載流子進入各該像素單元41、42、及43,進一步保障各該像素單元41、42、及43中的各該感光器件411、421、及431對光能夠進行選擇性的吸收(即吸收特定波段的光),以提高圖像傳感器的濾光作用、及有效減少采用濾光片濾光產生的串擾效應。
[0121]需要說明的是,根據第一預設深度、第二預設深度、第三預設深度、及各該隔離層
31、32、及33的厚度的不同選擇,各該隔離層31、32、及33兩兩之間或三者之間存在相連接和不連接的情況。為了更有效地發揮各該隔離層31、32、及33的作用,在本實施例二中,如圖2G所示,各該隔離層31、32、及33為三者均相連的情況,避免高能粒子及輻射產生的多余載流子、和預濾除光產生的光生載流子從各該隔離層31、32、及33之間未相連接的縫隙流入像素單元中,更好地提高圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力、濾光作用、及有效減少采用濾光片濾光產生的串擾效應。
[0122]需要進一步說明的是,本實施例二中,如圖2G所示,各該隔離層31、32、及33為三者均相連,且所述三者的底面在所述半導體襯底1中位于同一深度,且各該隔離層31、32及
33的頂面呈階梯型,但各階梯高度差并不相等,目的在于更有效地發揮各該隔離層31、32及33在其內有效復合預濾除光的光生載流子的作用,因此需要各該隔離層31、32及33頂面所在深度(即所述第一預設深度、第二預設深度、及第三預設深度)大于與其對應的各該像素單元41、42及43的深度,且各該隔離層31、32及33頂面所在深度接近與其對應的各該像素單元41、42及43的深度,以使各該隔離層31、32及33與其對應的各該像素單元41、
42及43相隔離的同時,又保證各該隔離層31、32及33有效復合預濾除光的光生載流子的作用。
[0123]更進一步,根據第一預設深度、第二預設深度、第三預設深度、及各該隔離層31、
32、及33的厚度的不同選擇,相互連接的各該隔離層31、32、及33所呈現的情況也存在差別,具體請參見實施例一,在此不作一一贅述。
[0124]同時,各該像素單元41、42、及43對不同波段光進行選擇性的吸收的具體工作原理,及各該隔離層31、32、及33的作用也請參見實施例一的相關內容。
[0125]如圖2H所示,所述圖像傳感器還包括位于各該像素單元41、42、及43中各相鄰器件之間的隔離結構5。
[0126]如圖2I所示,所述圖像傳感器還包括用于連接各該隔離層31、32、及33和外部正電壓的自所述半導體襯底1上表面連接至各該隔離層31、32、及33的通孔6,以利于提高各該隔離層31、32、及33的電勢,增加各該隔離層31、32、及33收集及有效復合高能粒子及輻
射產生的多余載流子、和預濾除光的光生載流子的能力。在本實施例二中,各該隔離層31、
32、及33相互連接,因此只做一個通孔6即可達到提高各該隔離層31、32、及33的電勢的目的,出于制作簡單成本低角度考慮,所述通孔6與距離所述半導體襯底1上表面最近的所述藍光隔離層31相連。
[0127] 綜上所述,本發明一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法,一方面,增加位于像素單元正下方并與其對應的隔離層,既能有效復合高能粒子及輻射產生的多余載流子,使圖像傳感器的抗高能粒子及抗輻射的能力有所提高,同時,又能有效復合像素單元中預濾除光的光生載流子,進一步保證像素單元的感光器件對光能夠進行選擇性的吸收;另一方面,本發明的像素單元中的感光器件具有不同耗盡層深度,使其對光能夠進行選擇性的吸收,從而有效的減少濾光片所帶來的串擾效應。所以,本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0128]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效,而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下,對上述實施例進行修飾或改變。因此,舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變,仍應由本發明的權利要求所涵蓋。

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帶有 隔離 CMOS 圖像傳感器 及其 制作方法
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