太阳城集团

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带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201210214532.6

申请日:

2012.06.26

公开号:

CN102723349B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):H01L 27/146变更事项:申请人变更前权利人:上海中科高等研究院变更后权利人:中国科学院上海高等研究院变更事项:地址变更前权利人:201210 上海市浦东新区海科路99号变更后权利人:201210 上海市浦东新区海科路99号登记生效日:20131014|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 27/146申请日:20120626|||公开
IPC分类号: H01L27/146 主分类号: H01L27/146
申请人: 中国科学院上海高等研究院
发明人: 苗田乐; 方娜; 田犁; 汪辉; 陈杰
地址: 201210 上海市浦东新区海科路99号
优先权:
专利代理机构: 上海光华专利事务所 31219 代理人: 李仪萍
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210214532.6

授权太阳城集团号:

太阳城集团102723349B|||||||||

法律状态太阳城集团日:

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

法律状态类型:

太阳城集团授权|||专利申请权、专利权的转移|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法,一方面,位于自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中增加隔离层,且隔离层与其对应的所述像素单元相隔离,隔离层的掺杂浓度高于半导体衬底的掺杂浓度,既能有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子,使图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力有所提高,同时,又能有效复合像素单元中预滤除光的光生载流子,进一步保证像素单元的感光器件对光进行选择性的吸收;另一方面,通过控制感光器件的耗尽层深度,使感光器件对光进行选择性的吸收,从而有效的减少滤光片所带来的串扰效应。

权利要求书

权利要求书
1.  一种带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于,所述制作方法至少包
括:
1)提供一半导体衬底,在所述半导体衬底中定义出预制作的像素单元的区域;
2)自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中,掺杂形成与所述预制作的像素单元相对应的隔离层,且所述隔离层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度;
3)在所述预制作的像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的像素单元,并使所述像素单元与其对应的隔离层相隔离,以提高所述图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。

2.  根据权利要求1所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述像素单元至少包括用于吸收蓝光的蓝光像素单元、用于吸收绿光的绿光像素单元、及用于吸收红光的红光像素单元;
所述步骤1)为提供一半导体衬底,在所述半导体衬底中定义出预制作的蓝光像素单元的区域、预制作的绿光像素单元的区域、及预制作的红光像素单元的区域;
所述步骤2)为自所述半导体衬底上表面的第一预设深度以下的半导体衬底中,形成与所述预制作的蓝光像素单元相对应的蓝光隔离层;自所述半导体衬底上表面的第二预设深度以下的半导体衬底中,形成与所述预制作的绿光像素单元相对应的绿光隔离层;自所述半导体衬底上表面的第三预设深度以下的半导体衬底中,形成与所述预制作的红光像素单元相对应的红光隔离层;且各该隔离层的掺杂浓度均高于所述半导体衬底的掺杂浓度;
所述步骤3)为在所述预制作的各该像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的各该像素单元,并使各该像素单元与其对应的隔离层相隔离,以提高所述预制作的图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。

3.  根据权利要求2所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述的第一预设深度范围、第二预设深度范围、及第三预设深度范围均是0.2~2μm。

4.  根据权利要求3所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述第一预设深度为0.6~0.7μm,所述第二预设深度为0.7~0.9μm,所述第三预设深度为

1.  3~1.5μm。

5.  根据权利要求2带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:在所述半导体衬底中,所述的蓝光像素单元感光器件的耗尽层深度小于绿光像素单元感光器件的耗尽层深度,且所述的绿光像素单元感光器件的耗尽层深度小于红光像素单元感光器件的耗尽层深度,以使各该像素单元吸收不同波段的光。

6.  根据权利要求1或2所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述制作方法还包括步骤4),自所述半导体衬底的上表面制作连接所述隔离层的通孔,并通过所述通孔使所述隔离层连接至外部正电压。

7.  根据权利要求1或2所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述半导体衬底为第一导电类型,所述隔离层为第一导电类型的重掺杂阱区、或PN结、或多个纵向串联的PN结。

8.  根据权利要求7所述的带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,其特征在于:所述PN结中包括第一导电类型区域和第二导电类型区域,且所述的第一导电类型区域位于第二导电类型区域的上方。

9.  一种带有隔离层的CMOS图像传感器,其特征在于,所述图像传感器至少包括:半导体衬底;
像素单元,位于所述半导体衬底中,至少包括:感光器件,将光信号转换成电信号;像素读出电路,与所述感光器件相对应,以将所述感光器件产生的电信号读出;隔离层,位于自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中,且与其对应
的所述像素单元相隔离,其中,所述隔离层为一掺杂区,且其掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度,以提高所述图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。

10.  根据权利要求9所述的带有隔离层的CMOS图像传感器,其特征在于:所述像素单元至少包括用于吸收蓝光的蓝光像素单元、用于吸收绿光的绿光像素单元、及用于吸收红光的红光像素单元;与所述蓝光像素单元相对应的隔离层为蓝光隔离层,所述蓝光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第一预设深度范围是0.2~2μm;与所述绿光像素单元相对应的隔离层为绿光隔离层,所述绿光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第二预设深度范围是0.2~2μm;与所述红光像素单元相对应的隔离层为红光隔离层,所述红光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第三预设深度范围是0.2~2μm。

11.  根据权利要求10所述的带有隔离层的CMOS图像传感器,其特征在于:所述蓝光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第一预设深度为0.6~0.7μm,所述绿光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第二预设深度为0.7~0.9μm,所述红光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第三预设深度为1.3~1.5μm。

12.  根据权利要求10所述的带有隔离层的CMOS图像传感器,其特征在于:在所述半导体衬底中,所述的蓝光像素单元感光器件的耗尽层深度小于绿光像素单元感光器件的耗尽层深度,且所述的绿光像素单元感光器件的耗尽层深度小于红光像素单元感光器件的耗尽层深度,以使各该像素单元吸收不同波段的光。

13.  根据权利要求9或10所述的带有隔离层的CMOS图像传感器,其特征在于:所述图像传感器还包括用于连接所述隔离层和外部正电压的自所述半导体衬底上表面连接至所述隔离层的通孔。

14.  根据权利要求9或10所述的带有隔离层的CMOS图像传感器,其特征在于:所述半导体衬底为第一导电类型,所述隔离层为第一导电类型的重掺杂阱区、或PN结、或多个纵向串联的PN结。

太阳城集团15.  根据权利要求14所述的带有隔离层的CMOS图像传感器,其特征在于:所述PN结中包括第一导电类型区域和第二导电类型区域,且所述的第一导电类型区域位于第二导电类型区域的上方。

说明书

说明书带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明属于半导体技术领域,本发明涉及一种CMOS图像传感器及其制作方法,特别是涉及一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法。
背景技术
[0002]图像传感器是一种能将光学图像转换成电信号的半导体器件,广泛应用于数码成像、航空航天以及医疗影像领域,其中,电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice,CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS)图像传感器是常见的两种图像传感器。
[0003] CCD图像传感器具有低读出噪音、低暗电流噪音、及高光子转换效率,所以既提高了信噪比,又提高了灵敏度,即很低光照强度的入射光也能被侦测到,其信号不会被掩盖。另外,CCD图像传感器还具有高动态范围,提高系统环境的使用范围,不因亮度差异大而造成信号反差现象。但是,CCD图像传感器的功耗比较大,供给电压不一致,与传统的CMOS工艺不匹配,集成度不高,所以成本偏高。
[0004] CMOS图像传感器,与CCD图像传感器相比,其对光线的灵敏度、信噪比都相对较差,导致它在成像质量上难以与CCD抗衡,所以CMOS图像传感器以前主要用于成像质量要求不是很高的中低端市场。但是,随着新的CMOS技术不断改进,其在成像质量方面也越来越具有与CCD图像传感器相抗衡的实力,而且其固有的诸如:像元内放大(即可在像素内对读出信号进行放大)、列并行结构、及深亚微米CMOS处理等独特的优点,更是CCD图像传感器所无法比拟的。进一步,相较于CCD图像传感器,CMOS图像传感器技术门槛低、设计简单,同时具有高集成度、单电源和低电压供电、低功耗、及低成本等优点,使CMOS图像传感器有逐步取代CCD图像传感器的趋势。
[0005] CMOS图像传感器一般由感光元件和CMOS信号处理电路构成。目前常见的CMOS图像传感器是有源像素型图像传感器(APS),根据其包括的晶体管的数目主要划分为包括复位晶体管(ResetTransistor,RST)、源跟随晶体管(SourceFollowerTransistor,SF)和行选择晶体管(RowSelect,RS)的三管图像传感器(3T型)和包括复位晶体管(RST)、源跟随晶体管(SF)、行选择晶体管(RS)和转移晶体管(TransferTransistor,TX)的四管图像传感器(4T型)两大类。
[0006] 如图1所示,为一种传统的4T型结构的CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路结构图,感光器件D1(光电二极管)包括P型区和N型区,其中,所述P型区接地,所述N型区通过转移晶体管(TX)M4连接至感应节点N1,又称为浮动扩散区(FloatingDiffusion,FD);所述复位晶体管M1中,栅极接复位信号Reset,源极通过感应节点N1接所述感光器件D1(光电二极管)的N型区,漏极接电源Vdd,所述电源Vdd为一正电源;所述源跟随晶体管M2中,栅极通过感应节点N1接所述感光器件D1(光电二极管)的N型区,漏极接所述电源Vdd,源极为输出端;所述行选择晶体管M3中,栅极接行选择信号Rs,源极接所述源跟随晶体管M2的源极,漏极为输出端。
[0007] 所述四管像素读出电路(4T)工作原理为:先用像素读出电路中的复位晶体管M1将浮动扩散区(FD,即电荷储存区域)内的电子全部吸入电源,使其电位变高;曝光开始后,光照射到感光器件D1(光电二极管)的有效感光区,并于其内生成电子和空穴对,把光信号转换成电信号;曝光结束后,转移晶体管M4上加高电平,将感光器件D1(光电二极管)的有效感光区中的光生载流子转移到浮动扩散区(FD),使其电位降低;最后通过像素读出电路中的源跟随晶体管M2和行选择晶体管M3将光生电压信号输出。相关三管像素读出电路
(3T)的工作原理与四管像素读出电路(4T)工作原理类似,故不再一一赘述。
[0008]目前,CMOS图像传感器在宇宙射线的辐射下或高能粒子影响下,会产生大量的多余空穴电子对(即多余载流子)。传统的CMOS图像传感器,由于其体硅衬底与感光区以及外围电路(包含像素读出电路)直接接触,因此所述辐射或高能粒子产生的多余载流子会转移到外围电路和感光区中,进而会导致CMOS图像传感器直接失效或者成像质量急剧下降。为了使CMOS图像传感器能够稳定地应用在航空航天以及其他极端环境中,需要CMOS图像传感器进一步具有抗高能粒子及抗辐射的能力。
[0009]同时,传统的图像传感器一般都采用红、绿、蓝三种颜色的彩色滤光片来获得彩色的图像。但随着工艺的改进和器件的进一步缩小的需求,采用滤光片,一方面,不仅将导致图像传感器面积较大,而且将使图像传感器的敏感性下降,不可避免的会导致图像质量变差,同时,由于要使用滤光片,成本上也有所增加;另一方面,随着光电转换区域面积的减小,采用滤光片技术将导致串扰效应越来越明显。
发明内容
[0010]鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法,用于解决现有技术中CMOS图像传感器的抗高能粒子及抗辐射能力低、存在串扰效应的问题。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,所述制作方法至少包括:
[0012] 1)提供一半导体衬底,在所述半导体衬底中定义出预制作的像素单元的区域;[0013] 2)自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中,掺杂形成与所述预制作的像素单元相对应的隔离层,且所述隔离层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度;
[0014]3)在所述预制作的像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的像素单元,并使所述像素单元与其对应的隔离层相隔离,以提高所述图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。
[0015]可选地,所述像素单元至少包括用于吸收蓝光的蓝光像素单元、用于吸收绿光的绿光像素单元、及用于吸收红光的红光像素单元;可选地,所述步骤1)为提供一半导体衬底,在所述半导体衬底中定义出预制作的蓝光像素单元的区域、预制作的绿光像素单元的区域、及预制作的红光像素单元的区域;所述步骤2)为自所述半导体衬底上表面的第一预设深度以下的半导体衬底中,形成与所述预制作的蓝光像素单元相对应的蓝光隔离层;自所述半导体衬底上表面的第二预设深度以下的半导体衬底中,形成与所述预制作的绿光像素单元相对应的绿光隔离层;自所述半导体衬底上表面的第三预设深度以下的半导体衬底
中,形成与所述预制作的红光像素单元相对应的红光隔离层;且各该隔离层的掺杂浓度均高于所述半导体衬底的掺杂浓度;所述步骤3)为在所述预制作的各该像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的各该像素单元,并使各该像素单元与其对应的隔离层相隔离,以提高所述预制作的图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。
[0016]可选地,所述的第一预设深度范围、第二预设深度范围、及第三预设深度范围均是
0.2~2μm。
[0017]可选地,所述第一预设深度为0.6~0.7μm,所述第二预设深度为0.7~0.9μm,所述第三预设深度为1.3~1.5μm。
[0018]可选地,在所述半导体衬底中,所述的蓝光像素单元感光器件的耗尽层深度小于绿光像素单元感光器件的耗尽层深度,且所述的绿光像素单元感光器件的耗尽层深度小于红光像素单元感光器件的耗尽层深度,以使各该像素单元吸收不同波段的光。
[0019]可选地,所述制作方法还包括步骤4),自所述半导体衬底的上表面制作连接所述隔离层的通孔,并通过所述通孔使所述隔离层连接至外部正电压。
[0020]可选地,所述半导体衬底为第一导电类型,所述隔离层为第一导电类型的重掺杂阱区、或PN结、或多个纵向串联的PN结。
[0021]可选地,所述PN结中包括第一导电类型区域和第二导电类型区域,且所述的第一导电类型区域位于第二导电类型区域的上方。
[0022]本发明还提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器,所述图像传感器至少包括:
[0023]半导体衬底;
[0024]像素单元,位于所述半导体衬底中,至少包括:
[0025]感光器件,将光信号转换成电信号;
[0026] 像素读出电路,与所述感光器件相对应,以将所述感光器件产生的电信号读出;[0027] 隔离层,位于自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中,且与其对应的所述像素单元相隔离,其中,所述隔离层为一掺杂区,且其掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度,以提高所述图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。
[0028]可选地,所述像素单元至少包括用于吸收蓝光的蓝光像素单元、用于吸收绿光的绿光像素单元、及用于吸收红光的红光像素单元;与所述蓝光像素单元相对应的隔离层为蓝光隔离层,所述蓝光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第一预设深度范围是
0.2~2μm;与所述绿光像素单元相对应的隔离层为绿光隔离层,所述绿光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第二预设深度范围是0.2~2μm;与所述红光像素单元相对应的隔离层为红光隔离层,所述红光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第三预设深度范围是0.2~2μm。
[0029]可选地,所述蓝光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第一预设深度为0.6~0.7μm,所述绿光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第二预设深度为0.7~0.9μm,所述红光隔离层对应的自所述半导体衬底上表面的第三预设深度为
1.3~1.5μm。
[0030]可选地,在所述半导体衬底中,所述的蓝光像素单元感光器件的耗尽层深度小于绿光像素单元感光器件的耗尽层深度,且所述的绿光像素单元感光器件的耗尽层深度小于
红光像素单元感光器件的耗尽层深度,以使各该像素单元吸收不同波段的光。
[0031] 可选地,所述图像传感器还包括用于连接所述隔离层和外部正电压的自所述半导体衬底上表面连接至所述隔离层的通孔。
[0032] 可选地,所述半导体衬底为第一导电类型,所述隔离层为第一导电类型的重掺杂阱区、或PN结、或多个纵向串联的PN结。
[0033] 可选地,所述PN结中包括第一导电类型区域和第二导电类型区域,且所述的第一导电类型区域位于第二导电类型区域的上方。
[0034] 如上所述,本发明的带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法,具有以下有益效果:
[0035]1)通过在像素单元正下方增加隔离层,有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子,进而能够更好地避免多余载流子从衬底进入像素单元中的电路区域和感光器件区域而导致的图像传感器的性能降低或失效,使图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力有所提高;
[0036]2)位于像素单元正下方的隔离层,将图像传感器中相应像素单元中预滤除光的光生载流子有效复合,隔离其预滤除光的光生载流子,进一步保证像素单元的感光器件对光进行选择性的吸收;
[0037]3)基于不同颜色光的在半导体衬底中的吸收深度不同的原理,通过控制像素单元中感光器件的耗尽层在半导体衬底中的位置,使感光器件对光能够进行选择性的吸收,有效减少串扰效应。
附图说明
[0038] 图1显示为现有技术中的CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路结构示意图。
[0039] 图2A至2I显示为本发明的带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法在实施例一及实施例二中的示意图。
[0040]元件标号说明
[0041]1半导体衬底
[0042]21预制作的蓝光像素单元的区域[0043]22预制作的绿光像素单元的区域[0044]23预制作的红光像素单元的区域[0045]31蓝光隔离层
[0046] 32绿光隔离层[0047] 33红光隔离层[0048] 41蓝光像素单元[0049] 411蓝光感光器件
[0050]412蓝光像素读出电路
[0051] 42绿光像素单元[0052] 421绿光感光器件[0053] 422绿光像素读出电路
[0054] 43红光像素单元[0055] 431红光感光器件[0056] 432红光像素读出电路[0057] 4111、4211、4311P区[0058] 4112、4212、4312N区
[0059] 4121、4221、4321、M4转移晶体管[0060] 4122、4222、4322浮动扩散区[0061] 4113、4213、4313耗尽层
[0062] M1复位晶体管[0063] M2源跟随晶体管[0064] M3选择晶体管[0065] D1感光器件[0066] N1感应节点
具体实施方式
[0067]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0068] 请参阅图2A至2I。需要说明的是,以下具体实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0069]本发明提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法,所述制作方法至少包括以下步骤:1)提供一半导体衬底,在所述半导体衬底中定义出预制作的像素单元的区域;2)自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中,掺杂形成与所述预制作的像素单元相对应的隔离层,且所述隔离层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度;3)在所述预制作的像素单元的区域中形成至少包括感光器件和用以将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路的像素单元,并使所述像素单元与其对应的隔离层相隔离,以提高图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。
[0070] 当所述像素单元至少包括用于吸收蓝光的蓝光像素单元、用于吸收绿光的绿光像素单元、及用于吸收红光的红光像素单元时,所述制作方法请参阅实施例一。
[0071] 实施例一
[0072] 如图2A至图2I所示,本发明提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法,所述制作方法至少包括:
[0073]如图2A所示,首先执行步骤1)提供一第一导电类型半导体衬底1,在所述半导体衬底1中定义出预制作的蓝光像素单元的区域21、预制作的绿光像素单元的区域22、及预制作的红光像素单元的区域23。
[0074] 需要指出的是,所述半导体衬底1至少包括硅、锗硅、碳化硅、及应变硅中的任意
一种,所述半导体衬底的浓度为1e13~1e14/cm2。在本实施例一中,所述半导体衬底1为硅材料,所述第一导电类型为P型,即所述半导体衬底1为P型硅衬底。
[0075]需要说明的是,在所述半导体衬底1中,各该预制作的像素单元的区域(预制作的蓝光像素单元的区域21、预制作的绿光像素单元的区域22、及预制作的红光像素单元的区域23)由左至右的分布排列方式并非局限在图2A所示的情况,即各该预制作的像素单元的区域由左至右分布的相对位置关系并非局限为:预制作的蓝光像素单元的区域21、预制作的绿光像素单元的区域22、及预制作的红光像素单元的区域23,各该预制作的像素单元的区域的由左至右分布的相对位置关系还存在预制作的绿光像素单元的区域22、预制作的红光像素单元的区域23、及预制作的蓝光像素单元的区域21等情况,即各该预制作的像素单元的区域由左至右分布的相对位置关系并未作具体限制。
[0076]需要进一步说明的是,定义的各该预制作的像素单元的区域21、22、及23的深度
(各该预制作的像素单元的区域底部至所述半导体衬底1上表面的距离)取决于预制作的像素单元的区域中的感光器件的所需深度,容后详述。接着执行步骤2)。
[0077]在步骤2)中,如图2B所示,自所述半导体衬底1上表面的第一预设深度以下的半导体衬底1中,采用离子注入或扩散掺杂方法,形成与所述预制作的蓝光像素单元相对应的蓝光隔离层31;自所述半导体衬底上表面的第二预设深度以下的半导体衬底中,采用离子注入或扩散掺杂方法,形成与所述预制作的绿光像素单元相对应的绿光隔离层32;自所述半导体衬底上表面的第三预设深度以下的半导体衬底中,采用离子注入或扩散掺杂方法,形成与所述预制作的红光像素单元相对应的红光隔离层33。
[0078]其中,所述的第一预设深度范围、第二预设深度范围、及第三预设深度范围均是
0.2~2μm;各该隔离层(蓝光隔离层31、绿光隔离层32、及红光隔离层33)的掺杂浓度均高于所述半导体衬底1的掺杂浓度;各该隔离层31、32、及33为第一导电类型的阱区、或PN结、或多个纵向串联的PN结,所述PN结中包括第一导电类型区域和第二导电类型区域,且所述的第一导电类型区域位于第二导电类型区域的上方;各该隔离层31、32、及33底面的最深位置是所述半导体衬底1的下表面,各该隔离层31、32、及33的厚度(即隔离层的底面至顶面的距离)均至少大于0.1μm,且其厚度存在相等或不相等的情况。
[0079]具体地,在本实施例一中,如图2B所示,采用离子注入的方法形成各该隔离层31、
32、及33;所述第一预设深度为0.6~0.7μm,所述第二预设深度为0.7~0.9μm,所述第三预设深度为1.3~1.5μm,优选地,所述第一预设深度为0.6μm、0.65μm或0.7μm,所述第二预设深度为0.7μm、0.8μm或0.9μm,所述第三预设深度为1.3μm、1.4μm或1.5μm;各该隔离层31、32、及33的掺杂浓度均为1e15~1e20/cm2,即各该隔离层31、32、及33的掺杂浓度均高于所述半导体衬底1的掺杂浓度(1e13~1e14/cm2);各该隔离层31、32、及33为第一导电类型的阱区,即P+型阱区;各该隔离层31、32、及33的厚度不相等,但各该隔离层
31、32、及33的底面在所述半导体衬底1中位于同一深度,具体地,各该隔离层31、32、及33
的底面与所述半导体衬底1的上表面的距离(深度)均为2μm。
[0080]需要指出的是,所述第一预设深度、第二预设深度、及第三预设深度均大于其对应的各该预制作的像素单元的区域21、22、及23的深度(各该预制作的像素单元的区域底部与所述半导体衬底1上表面的距离),以保证后续预制作的像素单元与其对应的各该隔离层
31、32、及33互不相连,即相隔离。与预制作的像素单元的区域21、22、及23相隔离的各该隔
离层31、32、及33的作用是:相对于所述半导体衬底1掺杂浓度较高的所述隔离层31、32、及33,一方面,保证有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子,以避免多余载流子从衬底处穿越各该预制作的像素单元的区域21、22、及23而造成预制作的图像传感器的失效,提高预制作的图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力;另一方面,在各该隔离层31、32及
33内有效复合预滤除光的光生载流子,避免所述光生载流子进入各该预制作的像素单元,进一步使各该预制作的像素单元对光能够进行选择性的吸收(即吸收特定波段的光),以提高预制作的图像传感器的滤光作用、及有效减少采用滤光片滤光产生的串扰效应。
[0081]需要说明的是,根据第一预设深度、第二预设深度、第三预设深度、及各该隔离层
31、32、及33的厚度的不同选择,各该隔离层31、32、及33两两之间或三者之间存在相连接和不连接的情况。为了更有效地发挥相对于所述半导体衬底1掺杂浓度较高的各该隔离层
31、32、及33的作用,在本实施例一中,各该隔离层31、32、及33为三者均相连的情况,避免高能粒子及辐射产生的多余载流子、和预滤除光产生的光生载流子从各该隔离层31、32、及
33之间未相连接的缝隙流入各该预制作的像素单元中,更好地提高预制作的图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力、滤光作用、及有效减少采用滤光片滤光产生的串扰效应。在另一实施例中,各该隔离层31、32、及33存在不相连的情况,在此不作一一赘述。
[0082]需要进一步说明的是,本实施例一中,如图2B所示,各该隔离层31、32、及33为三者均相连,具体地,各该隔离层31、32、及33的底面在所述半导体衬底1中位于同一深度,且各该隔离层31、32及33的顶面呈阶梯型(由于本实施例一中,优选地,所述第一预设深度为
0.6μm、0.65μm或0.7μm,所述第二预设深度为0.7μm、0.8μm或0.9μm,所述第三预设深度为1.3μm、1.4μm或1.5μm),但各阶梯高度差并不相等,原因在于:所述第一预设深度、第二预设深度、及第三预设深度均要保证大于其对应的各该预制作的像素单元的区域
21、22、及23的深度,且各该预制作的像素单元的区域的深度取决于位于其中的各该预制作的感光器件的所需深度,由于各该预制作的感光器件的所需深度取决于各该预制作的感光器件吸收特定波长的光的范围,因此,为了更有效地发挥各该隔离层31、32及33在其内有效复合预滤除光的光生载流子的作用,则需要各该隔离层31、32及33顶面所在深度(即所述第一预设深度、第二预设深度、及第三预设深度)大于与其对应的各该预制作的像素单元的区域21、22、及23的深度,且各该隔离层31、32及33顶面所在深度接近与其对应的各该预制作的像素单元的区域21、22、及23的深度,以使各该隔离层31、32及33与其对应的各该预制作的像素单元的区域21、22、及23相隔离的同时,又保证各该隔离层31、32及33有效复合预滤除光的光生载流子的作用。
[0083]需要指出的是,相互连接的各该隔离层31、32、及33并不局限于图2B所示的顶面呈阶梯高度差不相等的阶梯型的情况,在其他实施例中,还存在各该隔离层31、32、及33顶面呈阶梯高度差相等的阶梯型情况(请参阅图2C),或存在各该隔离层31、32、及33底面与顶面同时呈阶梯型(其底面在所述半导体衬底1中位于不同深度,且阶梯高度差存在相等或不相等的情况,请参阅图2D和2E),或其底面或顶面均不存在阶梯型的情况(各该隔离层
31、32及33的底面和顶面在所述半导体衬底1中位于同一深度,请参阅图2F),具体由第一预设深度、第二预设深度、第三预设深度、及各该隔离层31、32、及33的厚度的不同选择而定,在此不作一一赘述。接着执行步骤3)。
[0084]在步骤3)中,如图2G所示,在本实施例一中,在预制作的蓝光像素单元的区域21
中,形成至少包括蓝光感光器件411和用以将所述蓝光感光器件411产生的电信号读出的蓝光像素读出电路412的蓝光像素单元41,并使所述蓝光像素单元41与其对应的蓝光隔离层31相隔离;在预制作的绿光像素单元的区域22中,形成至少包括绿光感光器件421和用以将所述绿光感光器件421产生的电信号读出的绿光像素读出电路422的绿光像素单元
42,并使所述绿光像素单元42与其对应的绿光隔离层32相隔离;在预制作的红光像素单元的区域23中,形成至少包括红光感光器件431和用以将所述红光感光器件431产生的电信号读出的红光像素读出电路432的红光像素单元43,并使所述红光像素单元43与其对应的红光隔离层33相隔离,以提高图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。
[0085] 其中,各该感光器件(蓝光感光器件411、绿光感光器件421、及红光感光器件431)为光电二极管(包括PN结光电二极管或PIN结光电二极管)或光电门;各该像素读出电路
(蓝光像素读出电路412、绿光像素读出电路422、及红光像素读出电路432)为四管像素读出电路(4T,至少包括转移晶体管、复位晶体管、放大晶体管和行选择晶体管)、三管像素读出电路(3T,至少包括复位晶体管、放大晶体管和行选择晶体管)、或为其他由MOS晶体管组成的像素读出电路。
[0086]具体地,在本实施例一中,如图2G所示,各该感光器件411、421、及431均为PN结光电二极管,且各该第一导电类型区均位于各该第二导电类型区之上,其中,所述第一导电类型区为P区,所述第二导电类型区为N区;各该像素读出电路412、422、及432均为四管像素读出电路(4T),图2G中未画出具体电路结构,仅以转移晶体管和与其对应的浮动扩散区图示各该像素读出电路,以蓝光像素读出电路412为例,仅以转移晶体管4121和与其对应的浮动扩散区(电荷储存区域)4122图示蓝光像素读出电路,绿光像素读出电路422和红光像素读出电路432与此类似,不再一一赘述。
[0087] 需要说明的是,由于不同波段光的在所述半导体衬底1中的吸收深度是不同的,因此可以通过控制各该像素单元(蓝光像素单元41、绿光像素单元42、及红光像素单元43)的各该感光器件411、421、及431的耗尽层在所述半导体衬底中的所在位置(即各该耗尽层具有互不相同深度范围),来对不同波段光进行选择性的吸收,换言之,在所述半导体衬底1中,所述的蓝光像素单元41感光器件411的耗尽层深度(即耗尽层的顶面距半导体衬底1上表面的距离,以下相同,不再一一赘述)小于绿光像素单元42感光器件421的耗尽层深度,且所述的绿光像素单元42感光器件421的耗尽层深度小于红光像素单元43感光器件
431的耗尽层深度,以使各该像素单元41、42及43选择性吸收不同波段的光。具体地,在本实施例一中,各该感光器件411、421、及431均为PN结光电二极管,因此通过控制各该PN结光电二极管411、421、及431的PN结深,即可实现各该感光器件411、421、及431对不同波段光进行选择性的吸收。
[0088]需要进一步说明的是,在本实施例一中,对各该像素单元41、42、及43的各该感光器件411、421、及431而言,如图2G所示,所述半导体衬底1是浓度为1e13~1e14/cm2的P型硅衬底;各该隔离层31、32、及33为P+型阱区,其掺杂浓度均为1e15~1e20/cm2;各该PN结光电二极管(即各该感光器件)411、421、及431中,各该P区4111、4211、及4311均位于其对应的各该N区4112、4212、及4312之上,且各该P区4111、4211、及4311浓度范围均为
1e16~1e18/cm2,各该N区4112、4212、及4312浓度范围均为1e13~1e15/cm2。
[0089]为保证各该像素单元41、42、及43对不同波段光进行选择性的吸收,则各该感光
器件411、421、及431中PN结光电二极管的PN结深(即耗尽层的顶面距半导体衬底1上表面的距离)各不相同,换言之,在所述半导体衬底1中,感光器件411的PN结深小于感光器件421的PN结深,且感光器件421的PN结深小于感光器件431的PN结深,以使各该像素单元41、42、及43选择性吸收不同波段的光,具体地,在本实施例一中:
[0090]对蓝光像素单元41的蓝光感光器件411而言,所述P区4111深度(P区底面与所述半导体衬底1上表面的距离,以下相同,不再一一赘述)范围为0.01~0.05μm,所述N区
4112深度范围为0.05~1μm,本实施例一中,优选的P区4111深度为0.05μm,优选的N区
4112深度为0.5μm,所述蓝光感光器件411的耗尽层(PN结)4113如图2G所示;
[0091]对绿光像素单元42的绿光感光器件421而言,所述P区4211深度范围为0.
1~0.5μm,所述N区4212深度范围为0.5~1μm,本实施例一中,优选的P区4211深度为
0.5μm,优选的N区4212深度为0.6μm,所述绿光感光器件421的耗尽层(PN结)4213如图2G所示;
[0092]对红光像素单元43的红光感光器件431而言,所述P区4311深度范围为
0.1~0.6μm,所述N区4312深度范围为0.6~1μm,本实施例一中,优选的P区4311深度为
0.6μm,优选的N区4312深度为0.7μm,所述红光感光器件431的耗尽层(PN结)4313如图2G所示。
[0093]各该像素单元41、42、及43对不同波段光进行选择性的吸收的具体工作原理,及各该隔离层31、32、及33的作用具体如下:
[0094]蓝光像素单元41中,短波长的蓝光在光电二极管的耗尽层(PN结)4113被吸收,蓝光产生的光生载流子,并通过转移晶体管4121转移到浮动扩散区(电荷储存区域)4122,而绿光和红光为蓝光像素单元41预滤除的光,且由于绿光和红光波长较长,主要在耗尽层
(PN结)4113下方产生光生载流子,由于P+型阱区蓝光隔离层31的存在,所以绿光和红光
(蓝光像素单元41中预滤除的光)产生的光生载流子都被所述隔离层31有效复合;
[0095]绿光像素单元42中,短波长的蓝光为预滤除的光,其产生的光生载流子在所述
P区4211中被有效复合,而不会通过转移晶体管4221转移到浮动扩散区(电荷储存区域)
4222,中波长的绿光在耗尽层(PN结)4213被吸收,绿光产生的光生载流子通过转移晶体管
4221转移浮动扩散区(电荷储存区域)4222,而红光(绿光像素单元42中预滤除的光)由于波长较长,主要在耗尽层(PN结)4213下方产生光生载流子,由于P+型阱区绿光隔离层32的存在,所以红光(绿光像素单元42中预滤除的光)产生的光生载流子都被所述隔离层32有效复合;
[0096]红光像素单元43中,较短波长的蓝光和绿光为预滤除的光,且蓝光和绿光产生的光生载流子在所述P区4311中被有效复合,而不会通过转移晶体管4321转移到浮动扩散区(电荷储存区域)4322,长波长的红光在耗尽层(PN结)4313被吸收,红光产生的光生载流子通过转移晶体管4321转移到浮动扩散区(电荷储存区域)4322;
[0097]另外,由于在各该P+型隔离层31、32、及33中,还可以有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子,以避免多余载流子从衬底处穿越各该像素单元41、42、及43而造成图像传感器的失效,提高图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力,消除由高能粒子及辐射产生的载流子对器件的影响。因此,采用各该隔离层31、32、及33可以提高图像传感器的抗高能粒子及辐射的能力、滤光作用、及有效减少采用滤光片滤光产生的串扰效应。
[0098]如图2H所示,所述步骤3)中在形成各该感光器件411、421、及431和各该像素读出电路412、422、及432之后,还包括采用浅沟道隔离或绝缘介质隔离形成各该像素单元
41、42、及43中各相邻器件之间的隔离结构5,具体地,在本实施例一中,为采用硅岛隔离,属于绝缘介质隔离的一种。
[0099]如图2I所示,所述制作方法还包括步骤4),自所述半导体衬底1的上表面制作连接各该隔离层31、32、及33的通孔6,并通过所述通孔6使各该隔离层31、32、及33连接至外部正电压,以利于提高各该隔离层31、32、及33的电势,增加各该隔离层31、32、及33收集及有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子、和预滤除光的光生载流子的能力。在本实施例一中,各该隔离层31、32、及33相互连接,因此只做一个通孔6即可达到提高各该隔离层31、32、及33的电势的目的,出于制作简单成本低角度考虑,所述通孔6与距离所述半导体衬底1上表面最近的所述蓝光隔离层31相连。
[0100]实施例一提供的一种带有隔离层的CMOS图像传感器的制作方法,通过在像素单元正下方增加隔离层,一方面有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子,使图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力有所提高;另一方面,有效复合像素单元中预滤除光的光生载流子,进一步保证像素单元的感光器件对光能够进行选择性的吸收。同时,本发明的制作方法中,通过控制像素单元中感光器件的耗尽层在半导体衬底中的位置,使感光器件对光能够进行选择性的吸收,从而有效的减少滤光片所带来的串扰效应。
[0101]同时,本发明还提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器,所述图像传感器至少包括:半导体衬底、位于所述半导体衬底中的像素单元、及位于自所述半导体衬底上表面的预设深度以下的半导体衬底中且与其对应的所述像素单元相隔离的隔离层。其中,所述像素单元至少包括:将光信号转换成电信号的感光器件、及与所述感光器件相对应并将所述感光器件产生的电信号读出的像素读出电路;所述隔离层为一掺杂区,且其掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度,以提高所述图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力。
[0102]当所述像素单元至少包括用于吸收蓝光的蓝光像素单元、用于吸收绿光的绿光像素单元、及用于吸收红光的红光像素单元时,所述图像传感器请参阅实施例二。
[0103]实施例二
[0104] 如图2G至2I所示,本发明还提供一种带有隔离层的CMOS图像传感器,所述图像传感器至少包括:半导体衬底1,用于吸收蓝光的蓝光像素单元41、用于吸收绿光的绿光像素单元42、及用于吸收红光的红光像素单元43,蓝光感光器件411、绿光感光器件421、及红光感光器件431,蓝光像素读出电路412、绿光像素读出电路422、及红光像素读出电路432,蓝光隔离层31、绿光隔离层32、及红光隔离层33。
[0105]所述半导体衬底1为第一导电类型,至少包括硅、锗硅、碳化硅、及应变硅中的任意一种,所述半导体衬底的浓度为1e13~1e14/cm2。在本实施例二中,所述半导体衬底1为硅材料,所述第一导电类型为P型,即所述半导体衬底1为P型硅衬底。
[0106]所述的用于吸收蓝光的蓝光像素单元41、用于吸收绿光的绿光像素单元42、及用于吸收红光的红光像素单元43均位于所述半导体衬底1中。其中,所述蓝光像素单元41至少包括将光信号转换成电信号的蓝光感光器件411、及与所述蓝光感光器件411相对应并将所述蓝光感光器件411产生的电信号读出的蓝光像素读出电路412;所述绿光像素单元
42至少包括将光信号转换成电信号的绿光感光器件421、及与所述绿光感光器件421相对
应并将所述绿光感光器件421产生的电信号读出的绿光像素读出电路422;所述红光像素单元43至少包括将光信号转换成电信号的红光感光器件431、及与所述红光感光器件431相对应并将所述红光感光器件431产生的电信号读出的红光像素读出电路432。
[0107] 其中,各该感光器件(蓝光感光器件411、绿光感光器件421、及红光感光器件431)为光电二极管(包括PN结光电二极管或PIN结光电二极管)或光电门;各该像素读出电路
(蓝光像素读出电路412、绿光像素读出电路422、及红光像素读出电路432)为四管像素读出电路(4T,至少包括转移晶体管、复位晶体管、放大晶体管和行选择晶体管)、三管像素读出电路(3T,至少包括复位晶体管、放大晶体管和行选择晶体管)、或为其他由MOS晶体管组成的像素读出电路。
[0108]具体地,在本实施例二中,如图2G所示,各该感光器件411、421、及431均为PN结光电二极管,且各该第一导电类型区均位于各该第二导电类型区之上,其中,所述第一导电类型区为P区,所述第二导电类型区为N区;各该像素读出电路412、422、及432均为四管像素读出电路(4T),图2G中未画出具体电路结构,仅以转移晶体管和与其对应的浮动扩散区图示各该像素读出电路,以蓝光像素读出电路412为例,仅以转移晶体管4121和与其对应的浮动扩散区4122图示蓝光像素读出电路,绿光像素读出电路422和红光像素读出电路
432与此类似,不再一一赘述。
[0109]需要指出的是,在所述半导体衬底1中,各该像素单元(蓝光像素单元41、绿光像素单元42、及红光像素单元43)由左至右的分布排列方式并非局限在本实施例二中图2G所示的情况,即各该像素单元41、42、及43在半导体衬底1中由左至右并非局限为:蓝光像素单元41、绿光像素单元42、及红光像素单元43,在其他实施例中,各该像素单元41、42、及43在半导体衬底1中由左至右的位置还存在:绿光像素单元42、红光像素单元43、及蓝光像素单元41等情况,即各该像素单元41、42、及43在半导体衬底1中由左至右分布的相对位置关系并未作具体限制。
[0110] 需要说明的是,由于不同波段光的在所述半导体衬底1中的吸收深度是不同的,因此可以通过控制各该像素单元41、42、及43的各该感光器件411、421、及431的耗尽层在所述半导体衬底1中的所在位置(即各该耗尽层具有互不相同深度范围),来对不同波段光进行选择性的吸收,换言之,在所述半导体衬底1中,所述的蓝光像素单元41感光器件411的耗尽层深度(即耗尽层的顶面距半导体衬底1上表面的距离,以下相同,不再一一赘述)小于绿光像素单元42感光器件421的耗尽层深度,且所述的绿光像素单元42感光器件421的耗尽层深度小于红光像素单元43感光器件431的耗尽层深度,以使各该像素单元41、42及43选择性吸收不同波段的光。具体地,在本实施例二中,各该感光器件411、421、及431均为PN结光电二极管,因此通过控制各该PN结光电二极管411、421、及431的PN结深,即可实现各该感光器件411、421、及431对不同波段光进行选择性的吸收。
[0111] 需要进一步说明的是,在本实施例二中,对各该像素单元41、42、及43的各该感光器件411、421、及431而言,如图2G所示,所述半导体衬底1是浓度为1e13~1e14/cm2的P型硅衬底;各该PN结光电二极管(即各该感光器件)411、421、及431中,各该P区4111、4211、及4311均位于其对应的各该N区4112、4212、及4312之上,且各该P区4111、4211、及4311浓度范围均为1e16~1e18/cm2,各该N区4112、4212、及4312浓度范围均为1e13~1e15/cm2。[0112] 为保证各该像素单元41、42、及43对不同波段光进行选择性的吸收,则各该感光
器件411、421、及431中PN结光电二极管的PN结深(即耗尽层的顶面距半导体衬底1上表面的距离)各不相同,换言之,在所述半导体衬底1中,感光器件411的PN结深小于感光器件421的PN结深,且感光器件421的PN结深小于感光器件431的PN结深,以使各该像素单元41、42、及43选择性吸收不同波段的光,具体地,在本实施例二中:
[0113]对蓝光像素单元41的蓝光感光器件411而言,所述P区4111深度(P区底面与所述半导体衬底1上表面的距离,以下相同,不再一一赘述)范围为0.01~0.05μm,所述N区
4112深度范围为0.05~1μm,本实施例二中,优选的P区4111深度为0.05μm,优选的N区
4112深度为0.5μm,所述蓝光感光器件411的耗尽层(PN结)4113如图2G所示;
[0114]对绿光像素单元42的绿光感光器件421而言,所述P区4211深度范围为0.
1~0.5μm,所述N区4212深度范围为0.5~1μm,本实施例二中,优选的P区4211深度为
0.5μm,优选的N区4212深度为0.6μm,所述绿光感光器件421的耗尽层(PN结)4213如图2G所示;
[0115]对红光像素单元43的红光感光器件431而言,所述P区4311深度范围为
0.1~0.6μm,所述N区4312深度范围为0.6~1μm,本实施例二中,优选的P区4311深度为
0.6μm,优选的N区4312深度为0.7μm,所述红光感光器件431的耗尽层(PN结)4313如图2G所示。
[0116]如图2G所示,与所述用于吸收蓝光的蓝光像素单元41相对应的隔离层为蓝光隔离层31,与所述用于吸收绿光的绿光像素单元42相对应的隔离层为绿光隔离层32,与所述用于吸收红光的红光像素单元43相对应的隔离层为红光隔离层33。
[0117]其中,各该隔离层(蓝光隔离层31、绿光隔离层32、及红光隔离层33)各自位于自所述半导体衬底1上表面的第一预设深度以下、第二预设深度以下、及第三预设深度以下的半导体衬底1中,且所述蓝光隔离层31对应的第一预设深度范围、所述绿光隔离层32对应的第二预设深度范围、及所述红光隔离层33对应的第三预设深度范围均是0.2~2μm;各该隔离层31、32、及33与其对应的各该像素单元41、42及43相隔离;各该隔离层31、32、及
33均为掺杂区,且其各自的掺杂浓度均高于所述半导体衬底1的掺杂浓度,以提高所述图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力;各该隔离层31、32、及33为第一导电类型的阱区、或PN结、或多个纵向串联的PN结,所述PN结中包括第一导电类型区域和第二导电类型区域,且所述的第一导电类型区域位于第二导电类型区域的上方;各该隔离层31、32、及33底面的最深位置是所述半导体衬底1的下表面,各该隔离层31、32、及33的厚度(即隔离层的底面至顶面的距离)均至少大于0.1μm,且其厚度存在相等或不相等的情况。
[0118]具体地,本实施例二中,如图2G所示,所述蓝光隔离层31对应的自所述半导体衬底1上表面的第一预设深度为0.6~0.7μm,所述绿光隔离层32对应的自所述半导体衬底1上表面的第二预设深度为0.7~0.9μm,所述红光隔离层33对应的自所述半导体衬底1上表面的第三预设深度为1.3~1.5μm,优选地,所述第一预设深度为0.6μm、0.65μm或0.7μm,所述第二预设深度为0.7μm、0.8μm或0.9μm,所述第三预设深度为1.3μm、
1.4μm或1.5μm;各该隔离层31、32、及33均为掺杂区,且其各自的掺杂浓度均为1e15
~1e20/cm2,即各该隔离层31、32、及33的掺杂浓度均高于所述半导体衬底1的掺杂浓度
(1e13~1e14/cm2);各该隔离层31、32、及33为第一导电类型的阱区,即P+型阱区;各该隔离层31、32、及33的厚度不相等,但各该隔离层31、32、及33的底面在所述半导体衬底1中
位于同一深度,具体地,各该隔离层31、32、及33的底面与所述半导体衬底1的上表面的距离(深度)均为2μm。
[0119]需要指出的是,所述第一预设深度、第二预设深度、及第三预设深度均大于其对应的各该像素单元41、42、及43的深度,以保证各该像素单元41、42、及43与其对应的各该隔离层31、32、及33互不相连,即相隔离,其中,各该像素单元41、42、及43的深度取决于其对应的各该感光器件411、421、及431的深度。
[0120] 需要特别指出的是,相对于所述半导体衬底1掺杂浓度较高的所述隔离层31、32、及33,一方面,保证有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子,以避免多余载流子从衬底处穿越各该像素单元41、42、及43而造成图像传感器的失效,提高图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力;另一方面,在各该隔离层31、32及33内有效复合预滤除光的光生载流子,避免所述光生载流子进入各该像素单元41、42、及43,进一步保障各该像素单元41、42、及43中的各该感光器件411、421、及431对光能够进行选择性的吸收(即吸收特定波段的光),以提高图像传感器的滤光作用、及有效减少采用滤光片滤光产生的串扰效应。
[0121]需要说明的是,根据第一预设深度、第二预设深度、第三预设深度、及各该隔离层
31、32、及33的厚度的不同选择,各该隔离层31、32、及33两两之间或三者之间存在相连接和不连接的情况。为了更有效地发挥各该隔离层31、32、及33的作用,在本实施例二中,如图2G所示,各该隔离层31、32、及33为三者均相连的情况,避免高能粒子及辐射产生的多余载流子、和预滤除光产生的光生载流子从各该隔离层31、32、及33之间未相连接的缝隙流入像素单元中,更好地提高图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力、滤光作用、及有效减少采用滤光片滤光产生的串扰效应。
[0122]需要进一步说明的是,本实施例二中,如图2G所示,各该隔离层31、32、及33为三者均相连,且所述三者的底面在所述半导体衬底1中位于同一深度,且各该隔离层31、32及
33的顶面呈阶梯型,但各阶梯高度差并不相等,目的在于更有效地发挥各该隔离层31、32及33在其内有效复合预滤除光的光生载流子的作用,因此需要各该隔离层31、32及33顶面所在深度(即所述第一预设深度、第二预设深度、及第三预设深度)大于与其对应的各该像素单元41、42及43的深度,且各该隔离层31、32及33顶面所在深度接近与其对应的各该像素单元41、42及43的深度,以使各该隔离层31、32及33与其对应的各该像素单元41、
42及43相隔离的同时,又保证各该隔离层31、32及33有效复合预滤除光的光生载流子的作用。
[0123]更进一步,根据第一预设深度、第二预设深度、第三预设深度、及各该隔离层31、
32、及33的厚度的不同选择,相互连接的各该隔离层31、32、及33所呈现的情况也存在差别,具体请参见实施例一,在此不作一一赘述。
[0124]同时,各该像素单元41、42、及43对不同波段光进行选择性的吸收的具体工作原理,及各该隔离层31、32、及33的作用也请参见实施例一的相关内容。
[0125]如图2H所示,所述图像传感器还包括位于各该像素单元41、42、及43中各相邻器件之间的隔离结构5。
[0126]如图2I所示,所述图像传感器还包括用于连接各该隔离层31、32、及33和外部正电压的自所述半导体衬底1上表面连接至各该隔离层31、32、及33的通孔6,以利于提高各该隔离层31、32、及33的电势,增加各该隔离层31、32、及33收集及有效复合高能粒子及辐
射产生的多余载流子、和预滤除光的光生载流子的能力。在本实施例二中,各该隔离层31、
32、及33相互连接,因此只做一个通孔6即可达到提高各该隔离层31、32、及33的电势的目的,出于制作简单成本低角度考虑,所述通孔6与距离所述半导体衬底1上表面最近的所述蓝光隔离层31相连。
[0127] 综上所述,本发明一种带有隔离层的CMOS图像传感器及其制作方法,一方面,增加位于像素单元正下方并与其对应的隔离层,既能有效复合高能粒子及辐射产生的多余载流子,使图像传感器的抗高能粒子及抗辐射的能力有所提高,同时,又能有效复合像素单元中预滤除光的光生载流子,进一步保证像素单元的感光器件对光能够进行选择性的吸收;另一方面,本发明的像素单元中的感光器件具有不同耗尽层深度,使其对光能够进行选择性的吸收,从而有效的减少滤光片所带来的串扰效应。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
太阳城集团[0128]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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带有 隔离 CMOS 图像传感器 及其 制作方法
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