[發明專利]在SOI襯底上具有減小的暗電流的前側成像器

有效

• 申請號: 201510601251.X
• 申請日: 2015-09-18
• 公開（公告）號: CN105552092B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: D·迪塔特
• 申請（專利權）人: 意法半導體有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;呂世磊

本發明涉及一種在SOI襯底上具有減小的暗電流的前側圖像傳感器，包括在半導體材料中的襯底(22?1)；在半導體材料中的有源層(10)；形成在有源層中的光電二極管(14，18)的陣列；以及在襯底(22?1)和有源層(10)之間的絕緣層(22?2)。

技術領域

本公開涉及在CMOS技術中制造的所謂的“前側”圖像傳感器陣列。

背景技術

圖1是前側CMOS圖像傳感器的像素的剖視圖。在該附圖和下文中，示出了不同像素元件具有選擇用于使得附圖可理解并且并未按照比例繪制的尺寸。P型導電區域的摻雜水平采用灰色陰影示出，灰色陰影在摻雜水平高時更深。

圖像傳感器形成在有源層10中，通常為P型導電類型，具有標為P-的摻雜水平。層10形成在通常為P型導電類型的襯底12上。層10可以具有在3和6微米之間的厚度，而襯底可以具有780微米的厚度。

靠近層10上表面的、N型導電類型的埋設層14與層10形成了光電二極管。如所示，層10在區域14之上的部分可以具有比層10更高的摻雜水平以提供對頂界面的鈍化。層10的上表面承載了用于控制像素的各種元件，尤其是傳輸門TG。這些元件和其他金屬跡線嵌入在鈍化層16中。

像素可以由溝槽隔離體18與其相鄰像素橫向隔離，溝槽隔離體18通常包括半導體氧化物，其貫穿有源層10的整個厚度延伸。備選地，可以通過相對于層10的過摻雜(P型)而實現像素之間的絕緣，但是該絕緣已知從電學和光學觀點看均不太有效。溝槽隔離體18之間的間距限定了像素的尺寸。

在顏色傳感器的情形中，彩色濾光器19與像素一致形成在層16上。濾光器19通常承載了單個準直透鏡20。

在工作中，在集成階段期間，在有源層、也即光電二極管的區域10中所吸收的光子產生了存儲在光電二極管區域14中的電子。在集成階段結束時，存儲的電荷正比于在整個集成階段的歷時期間由光電二極管接收的光量。在集成階段之后，存儲的電荷通過傳輸門TG傳輸至控制元件。

該像素結構的循環問題是不存在光時在光電二極管中載流子的產生，引起了所謂的暗電流。暗電流對于所有像素、或者在相同像素的兩個集成階段之間并不相同。該現象在所捕獲的圖像中產生了可視的噪聲，這在低光照條件下特別顯著。

暗電流的起源并非已知。識別的來源是在半導體以及有源層區域10和圍繞其的絕緣材料之間的各種界面中存在缺陷或雜質。半導體材料和絕緣材料結構上并不相等，導致在界面處的“結構”缺陷。所有這些缺陷均是電活性的。

界面缺陷可以通過退化硅-絕緣體界面的半導體一側而中和。該退化可以通過過摻雜半導體側面而產生，以使其具有與金屬相同的特性，其中自然地平衡了產生-復合現象。難以實現完美的退化，由此仍存在缺陷，但是數量較小。

在P型有源區域10的情形中，由界面缺陷產生的電子擴散至存儲區域，也即區域14。這些電子參與構成了光電二極管的暗電流。為了限制該現象，中和了可以存在不良表面態的界面，諸如溝槽隔離體18與層10之間的界面。如所示，具有比有源層10更高摻雜水平的P型層可以為溝槽隔離體18加襯。摻雜水平可以與襯底相同均為P+。因此，所產生的可以擴散至區域14的電子數目較少。

盡管采取了這些措施，在前側圖像傳感器中仍然存在暗電流。

發明內容

在實施例中，前側圖像傳感器包括在半導體材料中的襯底；在半導體材料中的有源層；形成在有源層中的光電二極管的陣列；以及在襯底與有源層之間的絕緣層。

絕緣層可以是具有被選擇為在可見范圍內反射光子的厚度的氧化硅層。

傳感器可以進一步包括在絕緣層和有源層之間的與有源層相同導電類型的中間層，具有比有源層更高的摻雜水平。

在工作中，襯底可以偏置在比有源層更低的電壓處。