[发明专利]图像传感器及其形成方法

说明书

本发明提供了一种图像传感器的形成方法，通过将光电二极管布线与二极管结构连接，通过外部电路控制二极管结构将光电二极管内的光生载流子及时导出，解决图像拖尾问题。该图像传感器的形成方法包括以下步骤：提供三个或三个以上垂直堆叠的光电二极管；形成与其中一个光电二极管耦合的二极管结构，二极管结构包括沿垂直方向邻接设置的第一掺杂区域和具有与第一掺杂区域相反掺杂类型的第二掺杂区域，其中，光电二极管耦合至第一掺杂区域；形成与第二掺杂区域耦合的金属互连结构。

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，更详细地说，本发明涉及一种图像传感器及形成方法。

背景技术

在图像传感器中，当光线投射入感光元件后，部分光子会被半导体材料反射，剩余光子被所述感光元件中的感光层吸收并激发电子-空穴对，产生光生载流子，从而完成光电转换的过程。不同颜色光的波长不同，其光子被感光层吸收的几率不同，吸收深度也就不同：蓝光波长较短，蓝光光子被感光层吸收的几率较高，入射深度较浅；红光波长较长，红光光子被感光层吸收的几率较低，入射深度较深。

利用不同波长光的吸收深度不同，光生载流子产生的位置不同，对相应光生载流子进行信号采集，从而可以省去滤色镜的结构，达到减少工艺步骤、简化器件结构的目的。

然而，上述具有叠层结构的光检测器在一帧信号输出后，容易存在部分电荷残留，造成图像拖尾(Image Lag)问题。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种图像传感器的形成方法，通过将光电二极管布线与二极管结构连接，通过外部电路控制二极管结构将光电二极管内的光生载流子及时导出，解决图像拖尾问题。

该图像传感器的形成方法包括以下步骤：提供三个或三个以上垂直堆叠的光电二极管；形成与其中一个光电二极管耦合的二极管结构，二极管结构包括沿垂直方向邻接设置的第一掺杂区域和具有与第一掺杂区域相反掺杂类型的第二掺杂区域，其中，光电二极管耦合至第一掺杂区域；形成与第二掺杂区域耦合的金属互连结构。在本发明的一些实施例中，以上步骤按描述的先后，顺序发生，该图像传感器的形成方法特别适用于背照式图像传感器，器件结构只需自下而上逐层制作即可，无需多次翻转晶圆，制备过程简单高效，有效解决了图像拖尾问题。

在本发明的较优技术方案中，每个光电二极管通过在第一半导体材料层上外延生长与第一半导体材料层具有相反导电类型的第二半导体材料层来形成。外延生长方式所形成材料的质量较高，工艺控制精度较高，能够形成具有精确膜厚的各光电二极管的掺杂层，从而保证光生载流子产生位置的精确控制。

进一步地，在本发明的较优技术方案中，在提供三个或三个以上垂直堆叠的光电二极管的步骤中，各相邻光电二极管之间还形成有电隔离层。电隔离层能够有效隔绝各相邻光电二极管之间的电学串扰，同时可与深沟槽隔离结构配合，将各光电二极管完全包埋，隔离效果更加优异。

更进一步地，在本发明的较优技术方案中，电隔离层的形成过程包括以下步骤：形成三个或三个以上垂直堆叠的光电二极管以及两层或两层以上位于各相邻光电二极管之间的过渡层；形成与各过渡层接触的刻蚀沟槽；采用各向同性刻蚀方法，选择性地去除至少一部分过渡层；在原过渡层的位置填充介电材料，形成电隔离层。

在本发明的较优技术方案中，形成与其中一个光电二极管耦合的二极管结构的过程包括以下步骤：在三个或三个以上垂直堆叠的光电二极管上形成器件层衬底；形成贯穿器件层衬底并与其中一个光电二极管耦合的连接结构，连接结构沿垂直方向延伸，且其外壁包覆有绝缘层；形成与连接结构电连接的二极管结构。绝缘膜层可以有效保证各光电二极管不会因连接件连通而产生短路现象，防止各光电二极管之间的电学串扰。