图像传感器及其形成方法技术

本发明专利技术技术方案公开了一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器包括：半导体基板；设置于所述半导体基板内的光电二极管和浮动扩散区；传输栅，位于所述半导体基板上，用于控制光电二极管中产生的光电子的读出；电荷传输通道，连接所述光电二极管和浮动扩散区，传输栅关闭时，用于将光电二极管中产生的饱和电流传输至浮动扩散区。所述图像传感器在所述光电二极管和浮动扩散区之间设置电荷传输通道，不仅能避免现有技术中饱和电流产生的技术缺陷，而且还相当于提高了光电二极管的全阱电容。

【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器件的制造领域，尤其涉及图像传感器及其形成方法。
技术介绍
图像传感器从物体接收光信号且将光信号转化为电信号，电信号可以被传输用于进一步的处理，诸如数字化，然后在诸如存储器、光盘或磁盘的存储器件中存储，或用于在显示器上显示、打印等。图像传感器通常用于诸如数字相机、摄像机、扫描仪、传真机等装置。现有技术中，图像传感器通常包括以二维矩阵的形状布置的多个像素。所述每个像素包含光电二极管，所述光电二极管响应于入射光而产生光电荷，且利用光电荷输出来输出像素信号。然而，当图像传感器暴露于强光时，光电二极管中会产生过量的光电荷，这些过量的光电荷可能会“溢出”或迁移到相邻的光电二极管中。这些过量“溢出”的光电荷被称为饱和电流(bloomingcurrent)。若通过光电荷输出将所述的可能会“溢出”或迁移的光电荷导出，则实际上降低了所述光电二极管的全阱电容。
技术实现思路
本专利技术技术方案要解决的技术问题是针对现有的图像传感器结构需要将光电二极管中过量产生的光电荷导出的缺陷，提供一种新的图像传感器结构，提高所述光电二极管的全阱电容并且提供更好的“溢出”性能。为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种图像传感器，包括：半导体基板；设置于所述半导体基板内的光电二极管和浮动扩散区；传输栅，位于所述半导体基板上，用于控制光电二极管中产生的光电子的读出；电荷传输通道，连接所述光电二极管和浮动扩散区，传输栅关闭时，用于将光电二极管中产生的饱和电流传输至浮动扩散区。可选的，所述的光电二极管、浮动扩散区和电荷传输通道的掺杂类型相同。可选的，所述的光电二极管、浮动扩散区和电荷传输通道的掺杂类型与半导体基板的掺杂类型相反。可选的，所述两个或者四个光电二极管共用一个浮动扩散区。可选的，共用一个浮动扩散区的两个或者四个光电二极管具有同样的像素。可选的，所述图像传感器还包括位于所述半导体基板的相对于传输栅的另一面的滤光层和微透镜。本专利技术技术方案还提供一种上述图像传感器的形成方法，包括：提供半导体基板；在所述半导体基板内形成光电二极管和浮动扩散区；在所述半导体基板内形成电荷传输通道，所述电荷传输通道连接所述光电二极管和浮动扩散区；在所述半导体基板上形成传输栅，所述传输栅用于控制光电二极管中产生的光电子的读出；在传输栅关闭时，所述电荷传输通道用于将光电二极管中产生的饱和电流传输至浮动扩散区。可选的，通过等离子体掺杂工艺形成所述电荷传输通道。可选的，所述方法还包括在所述半导体基板的相对于传输栅的另一面形成滤光层和微透镜的步骤。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术所述图像传感器在所述光电二极管和浮动扩散区之间设置电荷传输通道，所述的电荷传输通道为弱光电子传输通道，在所述传输栅处于关闭状态时，可用于将光电二极管中产生的饱和电流传输至浮动扩散区并被读出。不仅能避免现有技术中饱和电流产生的技术缺陷，而且还相当于提高了光电二极管的全阱电容。附图说明图1为本专利技术实施例所述的图像传感器结构的一个像素区域的平面图；图2为本专利技术实施例的图像传感器某一方向的截面结构示意图；图3(1)～图3(4)为本专利技术实施例所述图像传感器的一个像素的光电二极管和浮动扩散区在电荷传输通道和传输栅作用下的工作顺序示意图；图4(1)～图4(5)为本专利技术实施例两个光电二极管共用一个浮动扩散区时，一个像素的光电二极管和浮动扩散区在电荷传输通道和传输栅作用下的工作顺序示意图；图5(1)～图5(7)为本专利技术实施例四个光电二极管共用一个浮动扩散区时，一个像素的光电二极管和浮动扩散区在电荷传输通道和传输栅作用下的工作顺序示意图。具体实施方式本实施例针对现有的图像传感器结构需要将光电二极管中过量产生的光电荷导出，从而降低了所述光电二极管的全阱电容的缺陷，提供一种新的图像传感器结构，通过在所述的光电二极管和浮动扩散区之间设置电荷传输通道，即使在传输栅关闭的情况下，也可以将所述光电二极管中产生的过量的光电荷部分传输浮动扩散区，从而提高所述光电二极管的全阱电容并且提供更好的“溢出”性能。在本实施例中，附图仅仅示意性的对图像传感器的结构进行描述，并不对构成图像传感器的各部件的具体结构以及具体位置关系做严格的限定，并且，各部件示意图与实际部件的尺寸不一定按比例绘制，且在一些情况下，为了清楚地说明实施例的特征，比例可以被夸大。在本说明书中，使用了特定术语。术语用于描述本专利技术且不用于限定理解或限制本专利技术的范围。此外，在说明书中使用的“包括/包含”或“包括有/包含有”表示存在或添加一个或更多个部件、步骤、操作和元件。下面结合实施例和附图对本专利技术技术方案进行详细说明。参考图1，为本实施例所述图像传感器结构的一个像素区域的平面图。图像传感器的像素区域包括光电二极管110，传输栅140以及浮动扩散区120。所述的光电二极管可以包括一个或者一个以上，在垂直方向重叠地设置在半导体基板中。所述的光电二极管用于将接收到的光信号转换为电信号。传输栅设置在半导体基板的表面或者部分嵌入半导体基板内，所述的传输栅可以包括凹陷栅、鞍鳍栅或掩埋栅等。通过所述传输栅形成的传输晶体管的开或者关，来控制光电二极管中产生的光电荷的读出。虽然图1中仅仅表示出了一个像素单元，但是，为了提高图像传感器的集成度，在含有一个以上的像素单元时，所述的多个光电二极管可以共用一个传输栅。在本实施例中，所述的像素区域还包含有电荷传输通道(在图1所示的平面图中看不到)，在传输栅关闭时，所述的电荷传输通道可用于将光电二极管中产生的部分过量的光电荷传输至浮动扩散区。所述光电二极管中产生的光电子在浮动扩散区被读出。当光线照射图像传感器的光电二极管时，在光电二极管中产生光电荷，此时传输栅保持在关闭状态。利用本实施例所述的图像传感器的结构，光电二极管中产生的过量的光电荷可以通过电荷传输通道流入到所述的浮动扩散区，并在传输栅继续保持关闭状态的情况下，在浮动扩散区被读出。当所述传输栅被打开时，所述的光电二极管中产生的其他电荷通过传输栅流动至浮动扩散区并被读出。所述光电二极管中产生的过量的光电荷指光电二极管的饱和电流(bloomingcurrent)。参考图2，是本专利技术实施例的图像传感器某一方向的截面结构示意图，所述的图像传感器包括：半导体基板100；所述半导体基板100可以为硅衬底，还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，或者为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底，或者是生长有外延层的衬底。所述的半导体基板100中可能已经形成有一个以上的半导体器件以及互连线路，例如复位晶体管和处理电路等，本实施例的附图不再进行表示。本实施例所述的图像传感器还包括光电二极管110，所述光电二极管110为一个或者一个以上，在半导体基板100内以阵列形式排布。所述的半导体基板100中包含用于将接收到的光信号转换为电信号的一个或者一个以上的光电二极管。根据需要，所述的半导体基板100被划分设置为不同的像素区域，一个像素的光电二极管的位置与所述半导体基板中的一个像素区域相对应。本实施例中描述像素区域时，若没有特别指出，可以指任意一个像素区域。所述光电二极管可以通过在半导体基板100中的设定深度通过离子注入等掺杂工艺形成。可选的，当所述半导体基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体基板；设置于所述半导体基板内的光电二极管和浮动扩散区；传输栅，位于所述半导体基板上，用于控制光电二极管中产生的光电子的读出；电荷传输通道，连接所述光电二极管和浮动扩散区，在传输栅关闭时，用于将光电二极管中产生的饱和电流传输至浮动扩散区。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体基板；设置于所述半导体基板内的光电二极管和浮动扩散区；传输栅，位于所述半导体基板上，用于控制光电二极管中产生的光电子的读出；电荷传输通道，连接所述光电二极管和浮动扩散区，在传输栅关闭时，用于将光电二极管中产生的饱和电流传输至浮动扩散区。2.如权利要求1所述图像传感器，其特征在于，所述的光电二极管、浮动扩散区和电荷传输通道的掺杂类型相同。3.如权利要求1所述图像传感器，其特征在于，所述的光电二极管、浮动扩散区和电荷传输通道的掺杂类型与半导体基板的掺杂类型相反。4.如权利要求1所述图像传感器，其特征在于，包括一个以上的光电二极管，其中，两个或者四个光电二极管共用一个浮动扩散区。5.如权利要求4所述图像传感器，其特征在于，共用一个浮动扩散区的两个或者四个光电二极管具有同样的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：内藤達也，王亮，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32