包括多个像素的图像传感器和形成像素的方法技术

本发明专利技术提供了一种包括多个像素的图像传感器和形成像素的方法，所述图像传感器可包括多个像素，每个像素包括光电二极管。所述像素可包括用于近红外应用的深光电二极管。可通过在衬底中形成的沟槽中生长掺杂外延硅来形成所述光电二极管。所述掺杂外延硅可掺杂有磷或砷。所述像素可包括通过在所述衬底中注入离子而形成的另外的n阱。通过注入硼离子而形成的隔离区可隔离所述n阱和所述掺杂外延硅。所述掺杂外延硅可在500℃和550℃之间的温度下形成。在形成所述掺杂外延硅之后，可利用激光退火来激活所述离子。还可进行化学机械平坦化，以确保所述掺杂外延硅具有平坦的表面用于后续处理。

Image sensor comprising a plurality of pixels and method of forming pixels

The present invention provides an image sensor including a plurality of pixels and a method of forming a pixel, the image sensor may include a plurality of pixels, each of which includes a photodiode. The pixels may include deep photodiodes for near infrared applications. The photodiode can be formed by growing doped epitaxial silicon in a trench formed in the substrate. The doped epitaxial silicon can be doped with phosphorus or arsenic. The pixels may include an additional n trap formed by injecting ions into the substrate. An isolation region formed by injecting boron ions can isolate the N well and the doped epitaxial silicon. The doped epitaxial silicon can be formed at a temperature between 500 DEG C and 550 DEG C. After forming the doped epitaxial silicon, the ions can be activated by laser annealing. Chemical mechanical planarization can also be performed to ensure that the doped epitaxial silicon has a flat surface for subsequent processing.

【技术实现步骤摘要】
包括多个像素的图像传感器和形成像素的方法相关申请的交叉引用本申请要求提交于2015年11月9日、由DanielTekleab专利技术的名称为“PixelswithPhotodiodesFormedfromEpitaxialSilicon”(具有由外延硅形成的光电二极管的像素)的美国临时申请No.62/252775的优先权，该申请以引用方式并入本文，并且据此要求该申请的共同主题的优先权。
本专利技术涉及图像传感器，更具体地讲，涉及形成用于图像传感器的光电二极管。
技术介绍
数字照相机通常设置有数字图像传感器，例如CMOS图像传感器。数字照相机可以是独立的设备，也可包括在电子设备(例如移动电话或计算机)中。典型的CMOS图像传感器具有包括数千或数百万像素的图像传感器像素阵列。每个像素通常包括光传感器，诸如光电二极管，所述光传感器接收入射光子(入射光)并把光子转变为电信号。在某些情况下，图像传感器可用于捕获近红外光。近红外光可在被转换成电信号之前穿透深入光电二极管中。因此，为了确保精确感测近红外光，需要深光电二极管。通常情况下，光电二极管是通过在硅衬底中注入n型或p型离子而形成的。然而，就近红外应用而言，需要大量的能量将离子注入得足够深。这些高能量注入物可对硅衬底造成明显损坏，从而引起大量的热噪点和暗电流。这可能对图像传感器的性能造成不利影响。因此，期望能够提供用于在图像传感器中形成深光电二极管的改进方法。附图说明图1为根据本专利技术实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。图2是根据本专利技术实施方案的示例性图像传感器像素阵列的顶视图。图3是根据本专利技术实施方案的示例性图像传感器像素阵列的一部分的顶视图。图4是根据本专利技术实施方案的可用于图像传感器像素阵列中的示例性滤色器组件的顶视图。图5是根据本专利技术实施方案的示例性梯度衬底的横截面侧视图。图6是根据本专利技术实施方案的具有栅极氧化物和栅极多晶硅的图5的梯度衬底的横截面侧视图。图7是根据本专利技术实施方案的具有n阱和隔离区的图6的像素的横截面侧视图。图8是根据本专利技术实施方案的已将栅极多晶硅图案化并且已注入另外的n阱之后图7的像素的横截面侧视图。图9是根据本专利技术实施方案的已完成后段工艺并且已附接晶圆处理台之后图8的像素的横截面侧视图。图10是根据本专利技术实施方案的已将晶圆翻转并且将硅衬底减薄之后图9的像素的横截面侧视图。图11是根据本专利技术实施方案的已在衬底中蚀刻沟槽之后图10的像素的横截面侧视图。图12是根据本专利技术实施方案的已在沟槽中生长掺杂外延硅之后图11的像素的横截面侧视图。图13是根据本专利技术实施方案的已形成滤色器组件和微透镜之后图12的像素的横截面侧视图。图14是根据本专利技术实施方案的示出掺杂外延硅可如何生长形成用于像素的光电二极管的示例性步骤的列表。图15是根据本专利技术实施方案的示出掺杂外延硅可如何生长形成用于像素的光电二极管的示例性步骤的列表。图16是根据本专利技术实施方案的示例性梯度衬底的横截面侧视图。图17是根据本专利技术实施方案的已在衬底中形成沟槽之后图16的衬底的横截面侧视图。图18是根据本专利技术实施方案的已在沟槽中生长掺杂外延硅之后图17的像素的横截面侧视图。图19是根据本专利技术实施方案的示出另外的外延硅可如何任选地生长的图18的像素的横截面侧视图。图20是根据本专利技术实施方案的具有栅极氧化物、图案化栅极多晶硅、n阱和隔离区的图19的像素的横截面侧视图。图21是根据本专利技术实施方案的已完成后段工艺并且已附接晶圆处理台之后图20的像素的横截面侧视图。图22是根据本专利技术实施方案的示出掺杂外延硅可如何生长形成用于像素的光电二极管的示例性步骤的列表。具体实施方式数字图像传感器被广泛用于数字照相机和电子设备(例如移动电话、计算机和计算机配件)中。具有图像传感器12以及存储和处理电路14的示例性电子设备10示于图1中。电子设备10可以是数字照相机、计算机、计算机配件、移动电话或其他电子设备。图像传感器12可以是包括镜头的相机模块的一部分，也可设置在具有单独镜头的电子设备中。在操作期间，镜头将光聚焦到图像传感器12上。图像传感器可用于检测可见光或其他类型的光。图像传感器可例如检测近红外光。图像传感器12可具有图像传感器像素阵列，该图像传感器像素阵列包括将光转换成数字数据的光敏组件，例如光电二极管。图像传感器可具有任何数量(如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数百万的像素(如，百万像素)。可将来自图像传感器12的图像数据提供给存储和处理电路14。存储和处理电路14可处理传感器12所捕获的数字图像数据。经过处理的图像数据可保存在电路14中的存储装置内。也可将经过处理的图像数据提供给外部装置。存储和处理电路14可包括存储组件，例如存储器集成电路、构成其他集成电路(例如微处理器、数字信号处理器或专用集成电路)的一部分的存储器、硬盘存储装置、固态磁盘驱动器存储装置、可移动媒体或其他存储装置电路。存储和处理电路14中的处理电路可基于一个或多个集成电路，例如微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路、整合到相机模块中的图像处理器、其他基于硬件的图像处理电路、这些电路的组合等等。如果需要，图像传感器12和处理电路14可使用单个集成电路来实现或可使用不同的集成电路来实现。示例性图像传感器像素阵列12示于图2中。图2的图像传感器12具有图像像素16阵列。像素16通常按行和列排列。每个像素包括光敏组件(例如光电二极管)和对应的电子部件(例如，晶体管、电荷存储组件和用于路由电信号的互连线路)。图3是示出了图像传感器像素16阵列的一部分的示意图。在图3的例子中，每个像素16具有光电二极管18。光电二极管18可在衬底30中形成。光子可撞击光电二极管18并生成电荷。可通过暂时导通转移栅极20而将电荷转移到浮动扩散区22。像素16内的光电二极管18可被隔离区24分隔开。隔离区26可使光电二极管18与阵列晶体管分隔开，并使其与相邻像素分隔开。如果需要，每个像素16可包括单独的浮动扩散节点。在图3的例子中，四个像素16共享浮动扩散节点22，但这仅仅是示例性的。衬底30可以是硅衬底或硅锗衬底。衬底30可以例如是掺杂衬底，例如p型衬底或p+衬底。衬底30可具有外延层，例如p型或n型外延层。衬底30还可以是沿着衬底具有不同掺杂水平的梯度衬底。隔离区24和26可以是p阱区或n阱区。在某些实施方案中，入射光可在照射到图3的其中一个光电二极管18上之前穿过滤色器。图4是可为图3的像素16过滤光的示例性滤色器组件的顶视图。图4的滤色器图案具有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器组件52，并且有时称为Bayer图案。然而，图4的图案仅仅是示例性的。如果需要，可使用其他图案和/或其他滤色器组件(例如，具有不同光谱响应的滤色器组件)。例如，可使用透过红外光或近红外光的滤色器。每个滤波器组件可具有用于将光聚焦到底层感光区域的相应微透镜。在某些实施方案中，可期望图像传感器12能够检测近红外光(NIR)。有效地检测近红外光可需要深光电二极管。为了形成可在近红外光应用中使用的深光电二极管，可在如图5所示的步骤102处设置衬底，例如衬底130。衬底130可以是硅衬底或硅锗衬底。衬底130可以例如是掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成像素的方法，包括：在衬底中形成沟槽；在所述沟槽中生长掺杂外延硅；形成与所述掺杂外延硅重叠的n阱区；并且形成第一隔离区和第二隔离区，其中所述n阱区和所述掺杂外延硅插置在所述第一隔离区和所述第二隔离区之间。

【技术特征摘要】
2015.11.09 US 62/252,775;2016.04.19 US 15/133,1291.一种形成像素的方法，包括：在衬底中形成沟槽；在所述沟槽中生长掺杂外延硅；形成与所述掺杂外延硅重叠的n阱区；并且形成第一隔离区和第二隔离区，其中所述n阱区和所述掺杂外延硅插置在所述第一隔离区和所述第二隔离区之间。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述衬底中形成所述沟槽包括：蚀刻所述衬底以形成所述沟槽。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括p型掺杂衬底。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述p型掺杂衬底是具有第一区域和第二区域的梯度衬底，其中所述第一区域具有第一p型掺杂浓度，并且其中所述第二区域具有与所述第一p型掺杂浓度不同的第二p型掺杂浓度。5.根据权利要求3所述的方法，其中在所述沟槽中生长所述掺杂外延硅包括：在所述沟槽中生长n型掺杂外延硅。6.根据权利要求5所述的方法，其中形成所述第一隔离区和所述第二隔离区包括：将p型掺杂物注入到所述衬底中。7.根据权利要求5所述的方法，还包括：在所述沟槽中生长所述n型掺杂外延硅之后，在所述n型掺杂外延硅上生长p型掺杂外延硅。8.根据权利要求7所述的方法，其中形成所述n阱区包括在所述p型掺杂外延硅中注入n型掺杂物。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述沟槽中生长所述掺杂外延硅之后，对所述掺杂外延硅进行激光退火。10.根据权利要求9所述的方法，还包括：对所述掺杂外延硅进行激光退火之后，对所述掺杂外延硅进行化学机械平坦化。11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述沟槽中生长所述掺杂外延硅包括：在450℃和600℃之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·泰克莱布，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US