[发明专利]IToF图像传感器的像素结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种IToF图像传感器的像素结构及其制备方法。IToF图像传感器的像素结构包括：衬底；外延层，形成于衬底表面；掩埋层，形成于外延层内靠近衬底的一侧；光电二极管，形成于外延层内、并位于掩埋层远离衬底的一侧，靠近掩埋层一侧的外延层作为光电二极管的外延层器件区、还包括第一阱区、钳位层；第一、第二浮空扩散节点，分别形成于外延层器件区内远离掩埋层的两侧；第一、第二传输晶体管，分别形成于光电二极管远离衬底的两侧；掩埋层与外延层的导电类型相同，且掩埋层的掺杂浓度大于外延层，以在垂直于衬底方向上为光电二极管中所产生的光生电子转移提供电势梯度，加速光生电子转移，提高解调对比度进而提高测距精度。

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种IToF图像传感器的像素结构及其制备方法。

背景技术

间接飞行时间(Indirect Time-of-Flight Sensor，简称IToF)图像传感器通过其像素接收发射光经由物体后的反射光，并通过计算发射光和反射光之间的相位差测量物体深度。随着IToF图像传感器的发展和消费者的需求，高精度(Precision)和高分辨率(Resolution)的IToF图像传感器已成为众多厂商和消费者追求的目标。高分辨率就意味像素尺寸的缩小，这会造成像素之间串扰(Crosstalk，简称CTK)的增大，产生对象边缘模糊(Flying Pixels)。

请参阅图1，其为现有技术中IToF图像传感器像素结构的结构示意图。如图1所示，所述IToF图像传感器像素结构为对称结构，包括钳位光电二极管(Pinning Photodiode，简称PPD)12，传输晶体管(Transmission Gate，简称TG)131、132，以及浮空扩散节点(Floating Diffusion，简称FD)141、142。所述钳位光电二极管12形成于衬底11上，用于感光，并进一步包括钳位层(Pinning Layer)121、N阱区122、以及P外延层123。所述钳位层把光吸收区域更深地推进到硅片内部，远离受干扰的表面。两个所述传输晶体管131、132对称设置于钳位光电二极管12上，用于电荷转移。所述P外延层123的两侧对称形成有两P阱区151、152，用于隔离像素的感光区域和非感光区域。两个所述浮空扩散节点141、142对称设置于相应的的P阱区151、152中，用于进行电荷-电压转换。所述IToF图像传感器像素结构的所述P外延层123的两侧还对称形成有两深P阱区16，所述深P阱区16位于相应P阱区与衬底11之间，用于相邻像素之间的隔离。

当两个所述传输晶体管131、132交替开启时，占空比为50％的发射光也以相同的频率发出。当发射光的反射光进入像素，会在像素内部产生光生电子。例如，当所述传输晶体管131开启时，所述N阱区122以及所述P外延层123中的光生电子转移至所述浮空扩散节点141。所述N阱区122的光生电子可以在电场的作用下快速转移至所述浮空扩散节点141，相应的光生电子运动路径如图中标号191所示；而所述P外延层123中的光生电子只能依靠速度较慢的扩散运动进入所述N阱区122，再依靠电场的作用进入所述浮空扩散节点141，相应的光生电子运动路径如图中标号192所示。在总信号不变的情况下，转移速度越慢，解调对比度(Demodulation Contrast，简称DC)越小，测距精度越低。

请参阅图2，其为现有技术中IToF图像传感器相邻像素间串扰示意图。由于所述P外延层123的掺杂浓度较低，其内的少数载流子寿命较长，光生电子会在像素之间产生扩散，有一定概率进入相邻的像素，相应的光生电子运动路径如图中标号29所示。这些扩散电子携带的深度信息与相邻像素本身的深度信息叠加，就会使相邻像素的深度信息产生偏差，特别是当被拍照物体的边缘落在这些像素上，会产生严重的对象边缘模糊(FlyingPixels)问题。在立体角中，单个像素产生自不同距离的对象，就会产生所谓的对象边缘模糊。这种情况一般发生在对象边缘位置。