图像传感器及其形成方法技术

一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；位于相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构；位于所述浅沟槽隔离结构内的应力层，所述应力层对两侧的光电二极管施加压应力。所述图像传感器的暗电流减小。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及图像传感器及其形成方法。
技术介绍
图像传感器是将光学图像信号转换为电信号的半导体器件。以图像传感器作为关键零部件的产品成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为电荷耦合图像传感器(Charge-coupledDeviceimagesensor，简称CCD图像传感器)、互补型金属氧化物图像传感器(ComplementaryMetalOxideSemiconductorimagesensor，简称CMOS传感器)。CMOS图像传感器是一种快速发展的固态图像传感器，由于CMOS图像传感器中的图像传感器部分和控制电路部分集成于同一芯片中，因此CMOS图像传感器的体积小、功耗低、价格低廉，相较于传统的CCD(电荷耦合)图像传感器更具优势，也更易普及。请参考图1，图1是现有的4T结构的CMOS图像传感器的电路结构示意图，包括：传输晶体管M1、复位晶体管M2、源跟随晶体管M3、行选通晶体管M4。所述4T结构CMOS图像传感器的工作原理为：传输晶体管M1用来将感光二极管PD的光生电荷传输到浮置扩散区FD，复位晶体管M2用来对浮置扩散区FD复位，源跟随晶体管M3用来将浮置扩散区FD的电信号放大输出。其工作过程包括：由复位信号R控制复位晶体管M2开启，将浮置扩散区FD置为高电位；然后关断复位晶体管M2，并由传输信号T控制打开传输晶体管M1，将感光二极管PD中的光生电荷传输到浮置扩散区FD，使浮置扩散区FD产生压降，这个压降通过源跟随晶体管M3在行选通晶体管M4的输出端out输出，该输出的压降即为输出信号。现有的图像传感器中存在较大的暗电流，暗电流是指器件在反向偏压的条件下，没有入射光时产生的反相直流电流，暗电流在图像传感器工作时，会掺入信号电流中，造成信号干扰，导致图像传感器性能下降。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种图像传感器及其形成方法，减少图像传感器的暗电流。为解决上述问题，本专利技术提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；位于相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构；位于所述浅沟槽隔离结构内的应力层，所述应力层对两侧的光电二极管施加压应力。可选的，所述半导体衬底内包括若干像素单元，所述每一像素单元分别包含有光电二极管，所述浅沟槽隔离结构隔离不同像素单元的光电二极管。可选的，所述半导体衬底材料为硅，所述应力层的晶格常数大于硅的晶格常数。可选的，所述应力层的平均原子量大于浅沟槽隔离结构的原子量。可选的，所述应力层的材料为SiGe、Ge或SiN。可选的，所述应力层的侧壁、底部与半导体衬底之间还具有部分浅沟槽隔离结构。可选的，所述应力层的侧壁与浅沟槽隔离结构侧壁的半导体衬底之间的距离为可选的，所述应力层位于同一行的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内或者所述应力层位于同一列的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内。可选的，所述应力层位于同一行的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内，以及位于同一列的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内。为解决上述问题，本专利技术的技术方案还提供一种上述图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成浅沟槽隔离结构以及位于浅沟槽隔离结构两侧的光电二极管；在所述相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内形成凹槽；在所述凹槽内形成应力层，所述应力层对两侧的光电二极管施加压应力。可选的，在形成所述应力层之后，再形成所述位于浅沟槽隔离结构两侧的光电二极管。可选的，所述半导体衬底材料为硅，所述应力层的晶格常数大于硅的晶格常数。可选的，所述应力层的平均原子量大于浅沟槽隔离结构的原子量。可选的，所述应力层的材料为SiGe、Ge或SiN。可选的，采用外延工艺形成所述应力层。可选的，所述凹槽的形成方法包括：在所述半导体衬底、光电二极管和浅沟槽隔离结构表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层暴露出相邻光电二极管之间的部分浅沟槽隔离结构的表面；以所述图形化掩膜层为掩膜，刻蚀所述沟槽隔离结构，形成凹槽。可选的，所述凹槽的侧壁和底部具有部分浅沟槽隔离结构。可选的，所述应力层的侧壁与浅沟槽隔离结构侧壁的半导体衬底之间的距离为可选的，所述凹槽位于同一列的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内或所述应力层位于同一列的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内。可选的，所述应力层位于同一行的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内，以及位于同一列的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的技术方案提出的一种图像传感器，所述图像传感器包括若干分立光电二极管，相邻光电二极管之间具有浅沟槽隔离结构；在所述浅沟槽隔离结构内具有应力层，对光电二极管施加压应力，使得光电二极管的禁带宽度增大，提高了光电二极管内的电子发生自发跃迁的难度，从而可以减少图像传感器的暗电流，提高图像传感器的性能。并且，所述应力层位于浅沟槽隔离结构内，不需要占据额外的半导体衬底的面积，从而不会影响图像传感器的面积。进一步的，所述应力层的材料晶格常数大于硅的晶格常数，从而由于晶格不匹配，能够对光电二极管施加压应力；所述应力层的材料的平均原子量大于浅沟槽隔离结构的原子量，从而由于重力作用，也会对光电二极管施加压应力作用，进一步提高图像传感器的性能。本专利技术的技术方案还提供一种上述图像传感器的形成方法，在半导体衬底内形成光电二极管和位于相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构之后，在所述浅沟槽隔离结构内形成凹槽，再在所述凹槽内形成应力层。所述凹槽形成与浅沟槽隔离结构内，不会对半导体衬底上的其他区域造成影响，并且在所述凹槽内形成的应力层也不会额外占据半导体衬底的面积。附图说明图1是本专利技术的现有技术的图像传感器的电路结构示意图；图2至图7是本专利技术的一个实施例的图像传感器及其形成过程的结构示意图；图8至图12是本专利技术的另一个实施例的图像传感器及其形成过程的结构示意图；图13至图15是本专利技术的另一个实施例的图像传感器的封装结构和封装方法的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
中所述，现有技术的图像传感器的暗电流较大，影响图像传感器的性能。研究发现，图像传感器的暗电流通常是由很多不同的因素导致，主要包括光电二极管内的缺陷、光电二极管材料的禁带宽度等。对于光电二极管内的缺陷通常是由离子注入工艺造成，通常是无法完全消除的。而光电二极管材料的禁带宽度决定了光电二极管内的电子发生自发跃迁的难度，禁带宽度越大，电子从价带自发跃迁到导带的难度越大，从而产生暗电流的难度也较大。进一步研究发现，光电二极管的材料在受到压应力时，禁带宽度会增大，从而能够有效减小暗电流。基于上述发现，本专利技术的实施例中，通过对光电二极管施加压应力，提高所述光电二极管的禁带宽度，进而提高图像传感器的性能。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。请参考图2，为本专利技术的一个实施例的图像传感器的剖面结构示意图。所述图像传感器包括：半导体衬底100；位于所述半导体衬底内的若干分离的光电二极管101，所述光电二极管101按矩阵排列；位于相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；位于相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构；位于所述浅沟槽隔离结构内的应力层，所述应力层对两侧的光电二极管施加压应力。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底内的若干分立的光电二极管，所述光电二极管按矩阵排列；位于相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构；位于所述浅沟槽隔离结构内的两个应力层，所述应力层对两侧的光电二极管施加压应力，所述应力层的一侧侧壁与所述半导体衬底直接接触，两个所述应力层之间仍具有部分宽度的所述浅沟槽隔离结构，所述应力层位于所述浅沟槽隔离结构顶部，所述应力层下方还具有部分厚度的所述浅沟槽隔离结构。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体衬底内包括若干像素单元，所述每一像素单元分别包含有光电二极管，所述浅沟槽隔离结构隔离不同像素单元的光电二极管。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体衬底材料为硅，所述应力层的晶格常数大于硅的晶格常数。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述应力层的平均原子量大于浅沟槽隔离结构的分子量。5.根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述应力层的材料为SiGe、Ge或SiN。6.根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述应力层的侧壁、底部与半导体衬底之间还具有部分浅沟槽隔离结构。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述应力层的侧壁与浅沟槽隔离结构侧壁的半导体衬底之间的距离为8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述应力层位于同一行的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内或者所述应力层位于同一列的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述应力层位于同一行的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内，以及位于同一列的相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内。10.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成浅沟槽隔离结构以及位于浅沟槽隔离结构两侧的光电二极管；在所述相邻光电二极管之间的浅沟槽隔离结构内形成两个凹槽，所述凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，李文强，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31