本實(shí)用新型涉及圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種背照式圖像傳感器。

背景技術(shù)：

CMOS（互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)手機(jī)、兒童玩具、醫(yī)療器械、汽車(chē)電子、安防及其航空航天等諸多領(lǐng)域。CMOS圖像傳感器的廣泛應(yīng)用驅(qū)使其尺寸向越來(lái)越小的方向發(fā)展。然而像素（Pixel）尺寸的縮小使得感光二極管（Photodiode）的靈敏度（Sensitivity）下降，導(dǎo)致圖像質(zhì)量在低照度下出現(xiàn)很大程度的惡化，為了提高小尺寸（pixel尺寸小于1.4um）圖像傳感器的感光靈敏度，現(xiàn)有CMOS圖像傳感器制造技術(shù)中出現(xiàn)了背照式像素結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于感光區(qū)以上由于沒(méi)有金屬布線的遮擋而使得感光靈敏度大幅度提高。

然而，現(xiàn)有背照式圖像傳感器也存在其不足之處，背照式傳感器的結(jié)構(gòu)參考圖1中所示，背照式傳感器包括位于襯底1中的載流子收集區(qū)2、圍繞載流子收集區(qū)2的隔離區(qū)3、浮置擴(kuò)散區(qū)4以及轉(zhuǎn)移晶體管柵極5，背照式傳感器的感光器件厚度一般為2μm～3μm，短波長(zhǎng)可見(jiàn)光，例如藍(lán)光可以被感光器件完全吸收，然而長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光，例如紅光需要在感光器件更深處至5μm~6μm才能夠被大部分吸收，造成大約有一半的紅光沒(méi)有被感光器件吸收，而引起長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光紅光浪費(fèi)的現(xiàn)象，因此紅色像素的感光靈敏度低。

為了增強(qiáng)長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光的吸收，現(xiàn)有技術(shù)中通常將襯底1的厚度增加，同時(shí)使得隔離區(qū)3的注入深度增大。但是，進(jìn)行較大深度的離子注入的工藝難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種背照式圖像傳感器，用于提高背照式圖像傳感器的靈敏度。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種背照式圖像傳感器，其特征在于，包括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底背面的空穴層；位于所述半導(dǎo)體襯底中，且靠近所述空穴層的耗盡區(qū)；位于所述耗盡區(qū)背離所述空穴層一側(cè)的N型的光生載流子收集區(qū)；包圍所述光生載流子收集區(qū)的P型的隔離區(qū)。

可選的，所述耗盡區(qū)為N型低濃度摻雜結(jié)構(gòu)或本征結(jié)構(gòu)。

可選的，所述半導(dǎo)體襯底的背面形成有硼離子注入?yún)^(qū)，并對(duì)所述硼離子注入?yún)^(qū)進(jìn)行激光退火工藝，所述硼離子注入?yún)^(qū)形成所述空穴層。

可選的，所述半導(dǎo)體襯底的背面沉積有一介質(zhì)層和一負(fù)電荷層，以在所述半導(dǎo)體襯底的背面形成所述空穴層。

可選的，還包括：位于所述光生載流子收集區(qū)和所述浮置擴(kuò)散區(qū)之間的溝道；位于所述隔離區(qū)背離所述光生載流子收集區(qū)一側(cè)的浮置擴(kuò)散區(qū)；及位于所述光生載流子收集區(qū)和所述浮置擴(kuò)散區(qū)之間的轉(zhuǎn)移晶體管的柵極, 光生載流子收集區(qū)作為轉(zhuǎn)移晶體管的源極, 浮置擴(kuò)散區(qū)作為轉(zhuǎn)移晶體管的漏極。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的背照式圖像傳感器具有以下有益效果：

本實(shí)用新型的背照式圖像傳感器包括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底背面的空穴層；位于所述半導(dǎo)體襯底中，且靠近所述空穴層的耗盡；位于所述耗盡區(qū)背離所述空穴層一側(cè)的N型的光生載流子收集區(qū)；包圍所述光生載流子收集區(qū)的P型的隔離區(qū)。其中，設(shè)置空穴層、隔離區(qū)和光生載流子收集區(qū)的電勢(shì)分別為第一電勢(shì)、第二電勢(shì)及第三電勢(shì)，使得耗盡區(qū)中的電子和空穴僅沿豎直方向遷移，不在水平方向遷移，使得半導(dǎo)體襯底厚度的增加不受隔離區(qū)注入深度的限制，從而能夠增加半導(dǎo)體襯底的厚度，且不必要增加隔離區(qū)的注入深度，降低工藝難度，提高圖像傳感器對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光的吸收，提高圖像傳感器的靈敏度。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中背照式圖像傳感器的剖面示意圖；

圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中背照式圖像傳感器的剖面示意圖；

圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例中背照式圖像傳感器的俯視圖；

圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例中載流子遷移的路徑圖。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。

其次，本實(shí)用新型利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

為了解決背景技術(shù)中的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種背照式圖像傳感器及其制備方法。

為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的背照式圖像傳感器進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型提供一種背照式圖像傳感器，參考圖2和圖3中所示，所述背照式圖像傳感器包括：半導(dǎo)體襯底10；位于所述半導(dǎo)體襯底10背面的空穴層11；位于所述半導(dǎo)體襯底10中，且靠近所述空穴層11的耗盡區(qū)12；位于所述耗盡區(qū)12背離所述空穴層11一側(cè)的N型的光生載流子收集區(qū)13；包圍所述光生載流子收集區(qū)13的P型的隔離區(qū)14；位于所述隔離區(qū)14背離所述光生載流子收集區(qū)13一側(cè)的浮置擴(kuò)散區(qū)15；位于所述光生載流子收集區(qū)14和所述浮置擴(kuò)散區(qū)15之間的N型的溝道17；以及位于所述光生載流子收集區(qū)13和所述浮置擴(kuò)散區(qū)15之間的轉(zhuǎn)移晶體管（Tx）的柵極16, 光生載流子收集區(qū)13作為轉(zhuǎn)移晶體管（Tx）的源極, 浮置擴(kuò)散區(qū)作為轉(zhuǎn)移晶體管（Tx）的漏極，其中，半導(dǎo)體襯底10的厚度為H，隔離區(qū)的注入深度為H’。

本實(shí)施例中，所述空穴層11的形成方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底10的背面進(jìn)行硼（B）離子注入，形成硼離子注入?yún)^(qū)，并對(duì)所述硼離子注入?yún)^(qū)進(jìn)行激光退火工藝，以激活注入的硼離子，從而形成所述空穴層11。此外，所述空穴層11的形成方法并不限于對(duì)半導(dǎo)體襯底10進(jìn)行硼離子注入，空穴層11的形成方法例如還可以為：依次在所述半導(dǎo)體襯底10的背面沉積一介質(zhì)層和一負(fù)電荷層，其中，所述介質(zhì)層可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等，所述負(fù)電荷層可以為氧化鉿（HfO₂），由于負(fù)電荷層的存在，所述半導(dǎo)體襯底10的背面感應(yīng)出一正電荷層，從而在所述半導(dǎo)體襯底10背面的表面上形成所述空穴層11。

所述空穴層11、所述隔離區(qū)14和所述光生載流子收集區(qū)13的電勢(shì)分別為第一電勢(shì)V1、第二電勢(shì)V2及第三電勢(shì)V3，并且，所述耗盡區(qū)12為N型低濃度摻雜結(jié)構(gòu)或本征結(jié)構(gòu)（不摻雜結(jié)構(gòu)），例如，所述耗盡區(qū)12中的摻雜濃度為10¹⁴原子個(gè)數(shù)/cm³~10¹⁶原子個(gè)數(shù)/cm³，或采用本征的半導(dǎo)體襯底作為耗盡區(qū)，使所述耗盡區(qū)12中的電子和空穴僅沿豎直方向遷移（圖2中箭頭所示方向），而不會(huì)沿水平方向遷移，電子聚集于所述光生載流子收集區(qū)13，空穴通過(guò)所述空穴層11導(dǎo)出，因而，圖像傳感器的半導(dǎo)體襯底10的厚度H能夠增加，例如增加至5μm~6μm，或更進(jìn)一步的增加至6μm~10μm，然而，不必要將隔離區(qū)14的注入深度H’增加，降低工藝難度，即圖像傳感器的厚度增加不受隔離區(qū)14的注入深度H’的限制，器件厚度的增加從而提高圖像傳感器對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光的吸收，提高圖像傳感器的靈敏度。其中，所述第一電勢(shì)、所述第二電勢(shì)及所述第三電勢(shì)依次升高，使得耗盡區(qū)12中的空穴向所述空穴層11遷移，電子向所述光生載流子收集區(qū)遷移。本實(shí)施例中，所述空穴層11上的第一電勢(shì)為-5V~0V，所述隔離區(qū)14上的第二電勢(shì)為-1.0V~0V，所述光生載流子收集區(qū)13上的第三電勢(shì)為1.0V~2.5V，例如，第一電勢(shì)為-2V，第二電勢(shì)為0V，第三電勢(shì)為3V。

此外，參考圖4中所示，在轉(zhuǎn)移晶體管的柵極關(guān)斷的情況下，載流子收集區(qū)13中的收集的電子存在a、b、c三條遷移路徑，路徑a為電子跨過(guò)隔離區(qū)12進(jìn)入相鄰像素單元的載流子收集區(qū)13’，路徑b為電子進(jìn)入耗盡區(qū)12，并在耗盡區(qū)12中擴(kuò)散，路徑c為電子進(jìn)入浮置擴(kuò)散區(qū)15。通過(guò)路徑a、b的電子遷移會(huì)引起圖像傳感器的Blooming現(xiàn)象，因此，需要調(diào)節(jié)浮置擴(kuò)散區(qū)15與載流子收集區(qū)13之間的電勢(shì)，使得電子只能沿路徑c遷移，提高圖像傳感器的性能。

繼續(xù)參考圖4所示，本實(shí)用新型中，所述浮置擴(kuò)散區(qū)15的電勢(shì)設(shè)置為第四電勢(shì)V4，例如，所述浮置擴(kuò)散區(qū)15的第四電勢(shì)V4可以設(shè)置為2V~5V。并且，所述浮置擴(kuò)散區(qū)15與所述載流子收集區(qū)13之間的區(qū)域具有一最低電勢(shì)，即路徑c上存在一最低電勢(shì)，該最低電勢(shì)高于所述隔離區(qū)14的第二電勢(shì)V2。更進(jìn)一步的，該最低電勢(shì)高于所述載流子收集區(qū)13與所述耗盡區(qū)12之間區(qū)域的電勢(shì)（或高于所述耗盡區(qū)的電勢(shì)），使得載流子只能由路徑c遷移至浮置擴(kuò)散區(qū)15。本實(shí)施例中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)浮置擴(kuò)散區(qū)與載流子收集區(qū)之間的摻雜濃度調(diào)節(jié)該最低電勢(shì)的大小，例如，在隔離區(qū)靠近表面的位置處采用低濃度的P型摻雜，或再進(jìn)行一N型摻雜，從而提高該最低電勢(shì)的值。此外，本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中還可以在轉(zhuǎn)移晶體管關(guān)斷的情形下，改變轉(zhuǎn)移晶體管柵極的電壓，用于調(diào)節(jié)襯底中位于轉(zhuǎn)移晶體管下面區(qū)域的電勢(shì)。

本實(shí)用新型雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。