[發明專利]帶有絕緣埋層的圖像傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201110229922.6
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102332463A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 施琛;陳杰;汪輝;尚巖峰;汪寧;田犁
• 申請（專利權）人: 上海中科高等研究院
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L21/265;H01L21/762
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 孫佳胤;翟羽

技術領域

本發明是關于一種帶有絕緣埋層的圖像傳感器及其制作方法，特別涉及一種具有抗高能粒子輻射能力的帶有絕緣埋層的圖像傳感器及其制作方法。

背景技術

圖像傳感器是一種廣泛應用于數碼成像、航空航天以及醫療影像領域的電子元器件。電荷耦合器件(charge?coupled?device,?CCD)圖像傳感器和互補金屬氧化物半導體(complementary?metal?oxide?semiconductor,?CMOS)圖像傳感器是常見的兩種圖像傳感器。CCD具有低的讀出噪音和暗電流噪音，同時具有高光子轉換效率，所以既提高了信噪比，又提高了靈敏度，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，但其的功耗比較大，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。與CCD相比，CMOS圖像傳感器對光線的靈敏度、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CMOS技術不斷改進，CMOS圖像傳感器在成像質量方面也越來越具有與CCD相抗衡的實力。CMOS最明顯的優勢是集成度高、功耗小，具有高度系統整合的條件，CMOS芯片幾乎可以將所有圖像傳感器所需的功能集成到一塊芯片上，例如垂直位移、水平位移寄存器、時序控制和模擬數字轉換等，甚至可以將圖像處理芯片、快閃記憶體等整合成單晶片，大大減小了系統復雜性，降低了成本。目前的趨勢就是CMOS圖像傳感器逐步取代CCD。

附圖1A所示是現有技術中一種典型的圖像傳感器結構示意圖，所示為一個像素單元，包括驅動電路區域I和光學傳感區域II，其中驅動電路區域I是典型的4T型驅動電路，包括轉移晶體管T1、復位晶體管T2、源跟隨晶體管T3以及行選通開關晶體管T4，光學傳感區域II包括一個光敏二極管D1。上述各個晶體管以及與光敏二極管D1之間的連接關系、各個端口的外接信號以及工作原理請詳細參考附圖1所示電路結構以及現有技術中對圖像傳感器的介紹，此處不再贅述。

附圖1B所示是附圖1A所示的圖像傳感器的器件結構示意圖，本示意圖意在表示驅動電路區域I和光學傳感區域II相互之間的位置關系，故其中除襯底100之外，僅在光學傳感區域II之中進一步示出了光敏二極管D1的第一摻雜區域111和第二摻雜區域112，而驅動電路區域I僅以轉移晶體管T1表示，包括柵極121、源極摻雜區域122、漏極摻雜區域123。在上述驅動電路區域I和光學傳感區域II兩個區域之間包括介質隔離結構130。對于襯底100表面的金屬連接線等與本發明無特別關系的結構均已省略。

繼續參考附圖1B，第一摻雜區域111、源極摻雜區域122和漏極摻雜區域123應當具有相同的導電類型，且與襯底100的導電類型相反，而第二摻雜區域112應當與襯底的導電類型相同，例如對于N型的襯底100而言，第一摻雜區域111、源極摻雜區域122和漏極摻雜區域123應當是P型的，而第二摻雜區域112應當是N型的。

為了使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，需要上述傳感器進一步具有抵抗高能粒子輻射的能力。一種有效的方法是將附圖1B所示的結構制作在SOI襯底上。SOI（silicon/semiconductor-on-insulator）指的是絕緣層上的硅/半導體，它是由“頂層半導體層/絕緣埋層/支撐襯底”三層構成。最上面的頂層半導體層用來做CMOS等半導體器件，中間的絕緣埋層用來隔離器件和支撐襯底。設置在頂層半導體層和支撐襯底之間的絕緣埋層能夠抵抗一部分來自于外部空間的高能粒子輻射。

附圖1C所示是現有技術中一種帶有絕緣埋層的圖像傳感器結構，同時參考附圖1B，所述帶有絕緣埋層的圖像傳感器結構的襯底進一步包括支撐襯底101、絕緣埋層102以及頂層半導體層103，其余結構均與附圖1B類似。由于光敏二極管D1所接受的光是來自于襯底表面的，故第一摻雜區域111和第二摻雜區域112需要一定的深度來吸收入射光，故晶體管的源極摻雜區域122和漏極摻雜區域123必然與絕緣埋層102之間具有一距離，即驅動電路區域I只能制作成部分耗盡結構。顯然這種部分耗盡結構并未實現驅動電路區域I和光學傳感區域II之間的介質隔離，一旦有高能粒子穿越驅動電路區域I和光學傳感區域II，仍然可以使圖像傳感器發生電學失效。