适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素及其制造方法技术

本发明专利技术的适用于ＣＭＯＳ图像传感器的低暗电流有源像素的结构在Ｎ衬底上生长一层Ｐ＋型外延层，在Ｐ＋型外延层上生长一层Ｐ型外延层，在Ｐ外延层区内注入一层Ｎ＋区，并在Ｎ＋区浅注入一层Ｐ区，从而形成两个ＰＮ结，可以吸收不同波长的注入光。本发明专利技术提出的是一种基于Ｎ衬底和光电二极管的有源像素结构，这种有源像素结构不仅有效的降低了暗电流、提高了量子效率，而且改进了在蓝光区域的量子效应。由于减少了光产生的电子－空穴对的复合，因此可以产生相应的效果。利用Ｎ衬底可以有效的防止像素之间的光电荷的扩散，防止弥散现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子学的集成电路设计
，尤其涉及一种适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素及其制造方法。
技术介绍
虽然有源像素与CCD(Charge Coupled Device，中文电荷耦合器件)出现的时间几乎相同，但由于CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，中文互补从属氧化物半导体)制造工艺不成熟，使得CCD的性能一直优于有源像素的性能，如CCD的固定图形噪声低、像素面积小、分辨率高、图像质量好等。因此接下来将近10多年在有源像素方面的研究很少。现代有源像素的发展得益于CMOS工艺的改进，如降低了器件与器件之间不匹配、降低了制造成本、功耗大大降低等。与无源像素相比，有源像素尽管由于MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，中文金属-氧化物半导体场效应晶体管)占了很大的面积，降低了填充系数，但能获得低的输出噪声、高的响应速度和大的输出摆幅，因此有源像素结构现在已成为CMOS图像传感器的设计主流。目前，CMOS图像传感器中的光电检测器主要采用光电二极管和光栅晶体管，光电二极管具有较低的噪声、良好的均匀性和简单的版图结构，已广泛的使用；光栅晶体管具有与CCD工作类似的结构、很高的增益和宽的频谱响应范围，已引起国外研究者的兴趣。然而，应用标准CMOS工艺制造的光电二极管存在PN结漏电流引起的噪声大、灵敏度低等问题；光栅晶体管因为栅极的吸收系数和反射系数较大引起光敏响应灵敏度较低等缺点。另外，随着CMOS工艺的发展，大量研究表明当工艺下降到0.25um时，光电二极管的暗电流噪声增加、量子效应下降、漏电流增加。为了解决这些问题，1995年JPL/Kodak课题组提出基于PinnedPhotodiode(光电二极管)的有源像素，其基本结构包含一个PinnedPhotodiode、一个复位晶体管、一个源跟随晶体管、一个行选择晶体管以及各一传输晶体管。像素的工作原理与光栅有源像素相似，浮置扩散输出端被复位；传输晶体管用来传输信号电荷到节点，光电二极管本身通过复位晶体管和传输晶体管复位。这种结构能够降低暗电流，提高量子效率，但是基于标准的CMOS工艺的P型衬底，仍未能根本改变衬底暗电流的问题。
技术实现思路
鉴于上述现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素及其制造方法，不仅有效的降低了暗电流、提高了量子效率，而且因为能吸收更长波长的光改进了在蓝光区域的量子效应。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素，主体包括N型衬底、P+外延层与P型外延层；P+外延层生长于N衬底上，P型外延层生长于P+外延层上；所述的P型外延层还设有N+区，形成一个PN结；在N+区上还设有P区，形成另一个PN结。所述的P型外延层上还设有深P+区，深P+区与N+区接触；并且在深P+区上设有表面电极，并在表面电极上加有偏置电压。所述的P型外延层上还设有P-阱，在P-阱上生长有栅氧层，在栅氧层上还生长有一层多晶硅层；在P-阱上还设有源漏区。所述的P型外延层上设有窄沟道隔离区，P区设于窄沟道隔离区下。一种基于上述适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素的制造方法，包括A、在N型衬底上外延生长P+型外延层；B、在P+型外延层上面外延生长P型外延层；C、在P型外延层一热生长一层二氧化硅SiO2，注入磷离子，激活磷离子同时将其趋入形成N-阱，作为N+区；D、将硼离子注入到N-阱中，经过高温退火，激活硼离子同时将其趋入，形成深P+区；E、生成读出电路的晶体管；F、在N-阱的表面生长一层二氧化硅SiO2，注入离子注入BF2+，形成表面P区。所述的步骤C还包括生长的二氧化硅SiO2层厚度控制在100埃～150埃。所述的步骤D还包括在引线时将深P+区接地。所述的步骤E还包括E1、在P型外延层中形成P-阱；E2、在P-阱上生长栅氧层；E3、在栅氧层上长一层多晶硅层层；E4、在P-阱上注入磷离子形成源漏区。所述的步骤F还包括F1、在P型外延层上做出窄沟道隔离区； F2、在窄沟道隔离区下方的N-阱的表面生长一层二氧化硅SiO2，注入离子注入BF2+，形成表面P区。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素的结构在N衬底上生长一层P+型外延层，在P+型外延层上生长一层P型外延层，在P外延层区内注入一层N+区，并在N+区浅注入一层P区，从而形成两个PN结，可以吸收不同波长的注入光。本专利技术提出的是一种基于N衬底和光电二极管的有源像素结构，这种有源像素结构不仅有效的降低了暗电流、提高了量子效率，而且改进了在蓝光区域的量子效应。由于减少了光产生的电子-空穴对的复合，因此可以产生相应的效果。附图说明图1为本专利技术所述的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素结构示意图一；图2为本专利技术所述的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素结构示意图二；图3为本专利技术所述的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素制造过程示意图一；图4为本专利技术所述的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素制造过程示意图二；图5为本专利技术所述的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素制造过程示意图三；图6为本专利技术所述的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素制造过程示意图四；图7为本专利技术所述的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素制造过程示意图五。具体实施例方式本专利技术提出一种基于N衬底和Pinned Photodiode的有源像素结构，这种适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素结构不仅有效的降低了暗电流、提高了量子效率，而且改进了在蓝光区域的量子效应。之所以可以产生相应的效果是由于减少了光产生的电子-空穴对的复合的结果。本专利技术的适用于CMOS图像传感器的低暗电流有源像素的结构的具体实施方式一如图1所示，具体为在N衬底1上生长一层P+型外延层2，在P+型外延层2上生长一层P型外延层3，在P外延层区3内注入一层N+区4，并在N+区4浅注入一层P区6，从而形成两个PN结，可以吸收不同波长的注入光。在所述的P型外延层3上还设有深P+区5，深P+区5与N+区4接触。在两个结PN处将光量子转变为光电荷，其中电子积累在N+区4，产生的空穴电荷积累在P区6靠近PN结的一边，很快被设于深P+区5上的偏置电压11吸走。在所述的P型外延层3上还设有P-阱10，在P-阱上生长有栅氧层8，在栅氧层上还生长有一层多晶硅层9；在P-阱10上还设有源漏区分别为源极7与漏极13。所述的多晶硅层9上设有传输栅12与栅极14，将电子电荷运走；当传输栅12上加一高电平，在栅氧化层8下形成一反型层，形成低的势垒，从而将电荷读出到NMOS(N-channel metal oxide semiconductor，中文N通道金属氧化半导体)管的源极7。NMOS管制造在P型阱内，NMOS管的漏极是13，一般接在高电平上，当栅极14加一高电平将NMOS管置位，源极7置位为高电平，当传输栅12为低电平时，光电荷读出，在NMOS管源极7将电荷积分转变为电压读出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于ＣＭＯＳ图像传感器的低暗电流有源像素，其特征在于，主体包括Ｎ型衬底、Ｐ＋外延层与Ｐ型外延层；Ｐ＋外延层生长于Ｎ衬底上，Ｐ型外延层生长于Ｐ＋外延层上；所述的Ｐ型外延层还设有Ｎ＋区，形成一个ＰＮ结；在Ｎ＋区上还设有Ｐ区，形成另一个ＰＮ结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金湘亮，
申请(专利权)人：北京思比科微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]