光电传感器及其形成方法技术

一种光电传感器及其形成方法，光电传感器包括：衬底，包括相对的第一面和第二面，衬底具有第一掺杂浓度，包括器件区

【技术实现步骤摘要】
光电传感器及其形成方法


[0001]本专利技术实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光电传感器及其形成方法
。

技术介绍

[0002]在半导体领域中，相邻的器件区通常通过深槽隔离
(Deep Trench Isolation
，
DTI)
结构进行隔离，
DTI
结构中填充用于隔离的材料，但是，
DTI
结构和相邻接的器件区中的膜层的接触面容易产生一些缺陷
。
尤其，在光电传感器的结构中尤为突显
。
[0003]光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件
。
其工作原理基于光电效应，光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而产生自由载流子对，在电场作用下产生电流，从而将光信号转化为电学信号的效应
。
光电传感器都具有一定面积的像素
(pixel)
区，用来接收光学信号并完成光电转换
。
[0004]在单光子雪崩二极管
(Single Photon Avalanche Diode
，
SPAD)
传感器中，通常像素区为阵列排布的多个像素单元，每个像素单元中都具有一个
SPAD
器件，相邻
SPAD
器件通过
DTI
结构进行隔离，
DTI
结构中填充用于光学与电学隔离的材料，然而，
DTI
结构与像素单元接触面容易产生一些缺陷，影响
SPAD
的光学和电学性能
。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例解决的问题是提供一种光电传感器及其形成方法，提高光电传感器的工作性能
。
[0006]为解决上述问题，本专利技术实施例提供一种光电传感器，包括：衬底，包括相对的第一面和第二面，所述衬底具有第一掺杂浓度，所述衬底包括器件区
、
以及位于所述器件区两侧并与所述器件区邻接的隔离区；核心掺杂区，位于所述器件区中第一面的衬底中，所述核心掺杂区用于形成所述光电传感器的核心功能器件；保护掺杂区，包括位于所述器件区中第二面的衬底中的横向掺杂区
、
以及贯穿所述横向掺杂区两侧隔离区中衬底的纵向掺杂区，所述横向掺杂区与所述纵向掺杂区相连接，所述保护掺杂区具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；深槽隔离结构，贯穿所述纵向掺杂区，且所述深槽隔离结构的侧壁被所述纵向掺杂区覆盖
。
[0007]相应的，本专利技术实施例还提供一种光电传感器的形成方法，包括：提供衬底，包括相对的第一面和第二面，所述衬底具有掺杂离子，所述衬底包括器件区
、
以及位于所述器件区两侧并与所述器件区邻接的隔离区；通过所述第二面分别对所述器件区和隔离区的衬底进行第一离子注入和第二离子注入，以对应形成横向掺杂区和第一纵向掺杂区，所述第一纵向掺杂区的深度大于所述横向掺杂区的深度，且所述横向掺杂区和第一纵向掺杂区的掺杂浓度均大于所述衬底的掺杂浓度；通过所述第一面对所述隔离区的衬底进行第三离子注入，形成与所述第二纵向掺杂区连通的第二纵向掺杂区，所述第二纵向掺杂区与第一纵向掺杂区构成贯穿所述衬底的纵向掺杂区，所述第二纵向掺杂区的掺杂浓度大于所述衬底的掺杂浓度；通过所述第一面对所述器件区的衬底进行第四离子注入，形成核心掺杂区，所述
核心掺杂区用于形成所述光电传感器的核心功能器件；在所述隔离区形成贯穿所述纵向掺杂区的深槽隔离结构，所述深槽隔离结构的侧壁被所述纵向掺杂区覆盖
。
[0008]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下优点：
[0009]本专利技术实施例提供的光电传感器中，保护掺杂区包括位于所述器件区中第二面的衬底中的横向掺杂区
、
以及贯穿所述横向掺杂区两侧隔离区中衬底的纵向掺杂区，所述横向掺杂区与所述纵向掺杂区相连接，所述保护掺杂区具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度，深槽隔离结构贯穿所述纵向掺杂区，且所述深槽隔离结构的侧壁被所述纵向掺杂区覆盖；在光电传感器中，不同材料之间的异质界面在工艺过程中通常会产生缺陷，异质界面的缺陷容易诱导载流子的产生，本专利技术实施例中，采用纵向掺杂区覆盖深槽隔离结构的侧壁，且保护掺杂区的掺杂浓度较大，则在深槽隔离结构与纵向掺杂区的界面处，有利于使得纵向掺杂区中的电荷对载流子的复合过程较快，从而减小载流子对核心掺杂区的影响，进而保障核心掺杂区的工作性能，相应的，横向掺杂区在第二面的衬底中，有利于减小衬底的第二面在工艺过程中作为异质界面时，产生的载流子对核心掺杂区的影响，从而保障核心掺杂区的工作性能，综上皆有利于提高光电传感器的工作性能
。
[0010]本专利技术实施例提供的光电传感器的形成方法中，所述第一纵向掺杂区与所述第二纵向掺杂区连通，构成贯穿所述衬底的纵向掺杂区，所述第二纵向掺杂区的掺杂浓度大于所述衬底的掺杂浓度，在所述隔离区形成贯穿所述纵向掺杂区的深槽隔离结构，所述深槽隔离结构的侧壁被所述纵向掺杂区覆盖；在光电传感器中，不同材料之间的异质界面在工艺过程中通常会产生缺陷，异质界面的缺陷容易诱导载流子的产生，本专利技术实施例中，纵向掺杂区覆盖深槽隔离结构的侧壁，且纵向掺杂区的掺杂浓度较大，则在深槽隔离结构与纵向掺杂区的界面处，有利于使得纵向掺杂区中的电荷对载流子的复合过程较快，从而减小载流子对核心掺杂区的影响，进而保障核心掺杂区的工作性能，相应的，横向掺杂区在第二面的衬底中，有利于减小衬底的第二面在工艺过程中作为异质界面时，产生的载流子对核心掺杂区的影响，从而保障核心掺杂区的工作性能，综上皆有利于提高光电传感器的工作性能
。
附图说明
[0011]图1是一种光电传感器的结构示意图；
[0012]图2是本专利技术光电传感器一实施例的结构示意图；
[0013]图3至图7是本专利技术光电传感器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图
。
具体实施方式
[0014]由
技术介绍
可知，目前形成的光电传感器的工作性能较差
。
[0015]现结合一种光电传感器，分析目前形成的光电传感器的工作性能较差的原因
。
[0016]图1是一种光电传感器的结构示意图
。
[0017]参考图1，光电传感器包括：衬底
10
，包括相对的第一面
14
和第二面
13
，衬底
10
具有第一掺杂浓度，衬底
10
包括器件区
10a、
以及位于器件区
10a
两侧并与器件区
10a
邻接的隔离区
10b
，其中，第二面
13
为衬底
10
的背面；核心掺杂区
40
，位于器件区
10a
中第一面
14
的衬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光电传感器，其特征在于，包括：衬底，包括相对的第一面和第二面，所述衬底具有第一掺杂浓度，所述衬底包括器件区
、
以及位于所述器件区两侧并与所述器件区邻接的隔离区；核心掺杂区，位于所述器件区中第一面的衬底中，所述核心掺杂区用于形成所述光电传感器的核心功能器件；保护掺杂区，包括位于所述器件区中第二面的衬底中的横向掺杂区
、
以及贯穿所述横向掺杂区两侧隔离区中衬底的纵向掺杂区，所述横向掺杂区与所述纵向掺杂区相连接，所述保护掺杂区具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；深槽隔离结构，贯穿所述纵向掺杂区，且所述深槽隔离结构的侧壁被所述纵向掺杂区覆盖
。2.
如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述保护掺杂区的掺杂离子与所述衬底的掺杂离子的导电类型相同
。3.
如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述第二掺杂浓度为
1E10atoms/cm2至
1E16atoms/cm2。4.
如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，沿垂直于所述深槽隔离结构侧壁的方向，位于所述深槽隔离结构侧壁的所述纵向掺杂区的宽度为
0.1
μ
m
至
100
μ
m。5.
如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括：介质层，覆盖所述衬底的第二面
。6.
如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括：互连结构层，覆盖所述衬底的第一面，所述互连结构层与所述核心掺杂区电连接
。7.
如权利要求6所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括：逻辑基底，键合于所述互连结构层上，且位于所述互连结构层背向所述第一面的一侧
。8.
如权利要求1～7任一项所述的光电传感器，其特征在于，所述衬底的材料包括硅
、
锗
、
锗化硅
、
碳化硅
、
砷化镓和镓化铟中的一种或多种
。9.
如权利要求1～7任一项所述的光电传感器，其特征在于，所述深槽隔离结构包括导电层
、
以及位于所述导电层侧壁和所述衬底之间的绝缘层
。10.
如权利要求9任一项所述的光电传感器，其特征在于，所述导电层的材料包括
W、Al、Cu、
过渡金属
、
以及过渡金属的氮化物中的一种或多；所述绝缘层的材料包括位于所述深槽隔离结构侧壁的高
K
材料，其中，高
K
材料为
K
值大于或等于
SiO2的
K
值的材料
。11.
一种光电传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，包括相对的第一面和第二面，所述衬底具有掺杂离子，所述衬底包括器件区
、
以及位于所述器件区两侧并与所述器件区邻接的隔离区；通过所述第二面分别对所述器件区和隔离区的衬底进行第一离子注入和第二离子注入，以对应形成横向掺杂区和第一纵向掺杂区，所述第一纵向掺杂区的深度大于所述横向掺杂区的深度，且所述横向掺杂区和第一纵向掺杂区的掺杂浓度均大于所述衬底的掺杂浓度；通过所述第一面对所述隔离区的衬底进行第三离子注入，形成与...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎大勇，王丙泉，张斯日古楞，王志高，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：