[發(fā)明專利]圖像傳感器及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410494217.2
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104269419B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李杰;李文強
• 申請（專利權(quán)）人: 格科微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L21/822
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 應(yīng)戰(zhàn),駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圖像傳感器及其形成方法。

背景技術(shù)

圖像傳感器是將光學(xué)圖像信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件。以圖像傳感器作為關(guān)鍵零部件的產(chǎn)品成為當(dāng)前以及未來業(yè)界關(guān)注的對象，吸引著眾多廠商投入。以產(chǎn)品類別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)品主要分為電荷耦合圖像傳感器(Charge-coupled?Device?image?sensor，簡稱CCD圖像傳感器)、互補型金屬氧化物圖像傳感器(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor?image?sensor，簡稱CMOS傳感器)。CMOS圖像傳感器是一種快速發(fā)展的固態(tài)圖像傳感器，由于CMOS圖像傳感器中的圖像傳感器部分和控制電路部分集成于同一芯片中，因此CMOS圖像傳感器的體積小、功耗低、價格低廉，相較于傳統(tǒng)的CCD(電荷耦合)圖像傳感器更具優(yōu)勢，也更易普及。

請參考圖1，圖1是現(xiàn)有的4T結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖，包括：傳輸晶體管M1、復(fù)位晶體管M2、源跟隨晶體管M3、行選通晶體管M4。所述4T結(jié)構(gòu)CMOS圖像傳感器的工作原理為：傳輸晶體管M1用來將感光二極管PD的光生電荷傳輸?shù)礁≈脭U散區(qū)FD，復(fù)位晶體管M2用來對浮置擴散區(qū)FD復(fù)位，源跟隨晶體管M3用來將浮置擴散區(qū)FD的電信號放大輸出。其工作過程包括：由復(fù)位信號R控制復(fù)位晶體管M2開啟，將浮置擴散區(qū)FD置為高電位；然后關(guān)斷復(fù)位晶體管M2，并由傳輸信號T控制打開傳輸晶體管M1，將感光二極管PD中的光生電荷傳輸?shù)礁≈脭U散區(qū)FD，使浮置擴散區(qū)FD產(chǎn)生壓降，這個壓降通過源跟隨晶體管M3在行選通晶體管M4的輸出端out輸出，該輸出的壓降即為輸出信號。

現(xiàn)有圖像傳感器一般包括若干像素單元組成的像素陣列，像素陣列中的每個像素單元都包含一個光電二極管，光電二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后按行從陣列中的像素讀取這些電信號的值。現(xiàn)有圖像傳感器上會包括與感光像素所在的感光區(qū)相鄰的暗區(qū)，所述暗區(qū)被金屬層屏蔽，暗區(qū)內(nèi)的像素作為參考像素，實際圖像傳感器輸出的電信號是感光像素與參考像素信號值通過差分電路處理過后的信號，由于感光像素與參考像素在實際啟動過程中均會產(chǎn)生噪聲，通過差分電路處理后，輸出的電信號基本消除了噪聲，從而可以提高成像的準(zhǔn)確性。

現(xiàn)有的圖像傳感器在光強過大時，感光區(qū)像素的勢阱內(nèi)已填滿電子，而光強進一步增大時，過剩的電子會向外溢出，與暗區(qū)相鄰的感光區(qū)內(nèi)的像素電子溢出后會進入暗區(qū)內(nèi)，影響暗區(qū)的參考像素的輸出信號，從而影響最終圖像傳感器輸出信號的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重影響圖像傳感器的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種圖像傳感器及其形成方法，可以提高圖像傳感器的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種圖像傳感器，包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的光電二極管陣列，所述光電二極管陣列包括若干行平行排列的光電二極管，所述光電二極管包括N型摻雜層；所述光電二極管陣列包括暗區(qū)和感光區(qū)，所述暗區(qū)和感光區(qū)相鄰，所述暗區(qū)內(nèi)包括若干行光電二極管，且所述暗區(qū)表面覆蓋有金屬層；位于感光區(qū)內(nèi)的N型摻雜區(qū)，所述N型摻雜區(qū)至少位于最接近暗區(qū)邊緣處的一行光電二極管下方、且包圍該行的光電二極管的N型摻雜層，所述N型摻雜區(qū)與N型摻雜層連接。

可選的，所述圖像傳感器包括像素單元陣列，每一像素單元分別包含有光電二極管。

可選的，還包括：位于暗區(qū)內(nèi)、感光區(qū)邊緣處的至少一行的光電二極管下方的N型重?fù)诫s層，所述N型摻雜區(qū)包圍光電二極管的N型摻雜層。

可選的，暗區(qū)內(nèi)包括N行平行排列的光電二極管，從感光區(qū)指向暗區(qū)方向的所述暗區(qū)內(nèi)的N/2行內(nèi)的若干相鄰或間隔行的光電二極管下方具有N型摻雜區(qū)，所述N型摻雜區(qū)包圍光電二極管的N型摻雜層。

可選的，所述光電二極管的N型摻雜層的摻雜濃度為2E15atom/cm³～1E18atom/cm³，所述N型摻雜區(qū)的摻雜濃度為5E15atom/cm³～5E18atom/cm³。

可選的，所述N型摻雜區(qū)的摻雜深度為0.5μm～3μm。

可選的，還包括：位于光電二極管的N型摻雜層表面的P型釘扎層。

可選的，位于同一行的光電二極管下方的N型摻雜區(qū)為連續(xù)的摻雜區(qū)。

可選的，位于同一行的光電二極管下方的N型摻雜區(qū)為若干分立的摻雜區(qū)。

可選的，還包括：所述N型摻雜區(qū)表面具有金屬互連結(jié)構(gòu)。