[go: up one dir, main page]

CN108573986A - 一种背照式宽动态范围cmos图像传感器的制作方法 - Google Patents

一种背照式宽动态范围cmos图像传感器的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108573986A
CN108573986A CN201710149265.1A CN201710149265A CN108573986A CN 108573986 A CN108573986 A CN 108573986A CN 201710149265 A CN201710149265 A CN 201710149265A CN 108573986 A CN108573986 A CN 108573986A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image sensor
cmos image
illuminated
dynamic range
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710149265.1A
Other languages
English (en)
Inventor
董长春
其他发明人请求不公开姓名
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SINOSEMI ELECTRONICS Inc
Original Assignee
SINOSEMI ELECTRONICS Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SINOSEMI ELECTRONICS Inc filed Critical SINOSEMI ELECTRONICS Inc
Priority to CN201710149265.1A priority Critical patent/CN108573986A/zh
Publication of CN108573986A publication Critical patent/CN108573986A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/014—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of CMOS image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/199—Back-illuminated image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/807—Pixel isolation structures

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及了CMOS图像传感器领域，尤其是涉及了一种背照式款动态范围图像传感器的制作方法。本发明通过在背面制作深槽隔离和P阱注入，减小了器件间像素单元的电光学串扰，增大了器件的满井容量，同时在背面进行离子注入减小背面照光后扩散电子引起的电学串扰。而CMOS像素单元结构采用5T有源像素结构作为单元结构，五管有源像素由于采用全并行曝光模式，像素势阱很快被填满，提高了图像传感器的动态范围。

Description

一种背照式宽动态范围CMOS图像传感器的制作方法
技术领域
本发明涉及CMOS图像传感器领域，特别是涉及一种减小背照式CMOS图像传感器串扰的制作方法。
背景技术
眼睛是人的视觉图像来源，而人类通过视觉系统获得的信息量约占总获取信息量的80%以上。而图像传感器（Image Sensor）就是视频采集设备的图像接受装置，类似人类的眼睛。图像传感器在如今电子数码产品中屡见不鲜，发挥着重要的作用。CMOS图像传感器可应用于PC终端摄像头、数码相机、手机及平板电脑监控摄像头、工业摄像机、可视门铃、汽车尾视、汽车防盗、机器视觉、安防监控等领域。在纵横交错的信息世界里，图像传感器作为图像信息采集系统的“视网膜”，因其能实现图像信息的实时采集、数字形式多层次呈现，在信息时代发挥着不可替代的作用。
半导体图像传感器包括电荷耦合器件图像传感器（Charge CoupledDevice,CCD）和互补金属氧化物半导体图像传感器（CMOS Image Sensor,CIS）。其中CMOS 图像传感器是指基于 CMOS 工艺制造的图像传感器，是将模拟光信号转化为数字电信号的器件单元。先，外界光源通过光学器件，将图像汇聚到 CMOS图像传感器感光区域像素阵列上。像素阵列将接收到的光信号转化为模拟电信号，并经过放大、去噪送到模数转换器（Analog-to-DigitalConverter, ADC）中数字化。最后，数字化的信号经过图像处理芯片运算得到一幅清晰真实的图像。
背照式（Back-Side illuminated sensor,BSI）CMOS 图像传感器的发展受到了诸多因素的限制，如因像素尺寸缩减而造成的满阱容量的过小、背照式技术下严重的短波串扰等问题。这对小尺寸背照式图像传感器，尤其是像素部分的设计提出了更苛刻的要求。因此，改善小尺寸像素的满阱容量与BSI 像素的电学串扰是本发明需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种减小背照式CMOS图像传感器串扰的制作方法。本发明的特点是通过改进传统光电二极管PPD结构来实现满阱容量(FWC)扩展的和正面浅沟槽隔离STI技术、背面沟槽隔离的BTI防串扰的方法。
本发明提供一种减小背照式CMOS图像传感器串扰的制作方法，包括：
提供了一种P型外延片，在P型外延片上制作T4型像素单元结构；
所述的半导体外延层上的每个像素单元内具有一个T5型像素单元结构；
所述的T5型像素单元结构包括光电二极管（PPD）和5个MOS管构成；
所述的四个MOS管分别指传输管 TX、复位管 RST、源极跟随器 SF、行选管SEL和信号开关选择管PR；
所述P型半导体外延层制作浅槽，所述浅槽位于相邻像素单元之间，称为正面浅沟槽隔离STI技术；
所述P半导体衬底制作深沟槽，所述深沟槽位于相邻像素单元感光面之间，称为背面沟槽隔离的BTI；
所述半导体外延层上制作T5型有源像素APS光电二极管；
进一步在半导体像素器件正面淀积绝缘层，在绝缘层内形成接触孔，为多晶硅与金属层提供电学连接；
最后在背面形成感光层，完成背照式像素结构的制作方法。
附图说明
图1为一实施例中的传统T4型有源像素APS结构；
图2为本发明为背照式CMOS图像传感器完成背面保护结构；
图3为本发明为背照式CMOS图像传感器完成标记定位；
图4为本发明为背照式CMOS图像传感器完成背面沟槽隔离的BTI结构及槽内填充；
图5为本发明为背照式CMOS图像传感器完成抗反射层淀积；
图6为本发明为背照式CMOS图像传感器完成背面沟槽（BPW）结构；
图7为本发明为背照式CMOS图像传感器完成晶圆进行绑定及正面减薄；
图8为本发明为背照式CMOS图像传感器完成正面的浅沟槽隔STI 结构；
图9为本发明为背照式CMOS图像传感器完成正面PPD的PN结和浮空所散区FD；
图10为本发明为背照式CMOS图像传感器完成正面PN结隔离区P+和浅沟槽隔STI的P阱；
图11为本发明为背照式CMOS图像传感器完成正面多晶硅栅型传输管TCK管；
图12为本发明为背照式CMOS图像传感器完成CMOS器件的复位管 RST、源极跟随器 SF和行选管 SEL、开关信号管、及电容C1、C2电路结构；
图13为本发明为背照式CMOS图像传感器工作时序图；
具体实施方法
本发明提供一种减小背照式CMOS图像传感器串扰的制作方法。下面结合附图进行具体的说明，通过对传统的T5型有源像素APS结构进行结构优化和像素单元工之间进行工艺处理，使背照式CMOS图像传感串扰最小、提高像素满阱容量，提高传感器的探测效率。
本发明提供一种减小背照式CMOS图像传感器串扰的制作方法共分为两部分：器件背面结构和器件正面结构。
CMOS图像传感器件背面结构具体步骤如下：
首先，在器件P型硅片背面和正面进行场氧化SiO2和化学气相淀积方法淀积一层Si3N4，目的是保护作为器件制作对齐标记和衬底的保护层，如图2；
进一步制作器件正反对齐标志，改对齐标志深度为最终器件厚度，作为器件后续制作掩膜版对准标记，如图3；
进一步制作背面沟槽隔离的BTI。沟槽深度为器件总厚度的60%～75%，深度过低会对器件串扰其不到隔离作用；宽度一般为2um，宽度过款会影响器件的填充因子和光响应。
进一步对沟槽利用高密度等离子体淀积法积SiO2，并使用快速热退火（RTA）消除因轰击造成的缺陷，如图4；
进一步对背面进行化学平坦化处理后，对背面进行淀积氧化层与氮化层作为抗反射层，这两层薄膜将有助于改善量子效率，如图5；
进一步在器件背面一侧，注入一层高浓度的 P+薄层，该注入层会因形成的浓度梯度产生内建电场，可以提高光生电子的收集效率；
进一步利用背面 P+阱掩膜版从背面注入杂质 Boron 将背面沟槽完全包埋（BPW），P阱可以利用高势垒阻挡光生电子的横向电学串扰，如图6；
进一步背面器件将做好的晶圆与另一个晶圆进行绑定（Carrier Wafer），对器件晶圆正面进行减薄到器件层最终的厚度，在整个减薄过程中，Carrier Wafer 作为临时载体为BSI 硅片提供了高强度的机械支撑，如图7。
以上就是背照式CMOS图像传感器背面结构。
CMOS图像传感器件正面结构具体步骤如下：
首先，如图,8所示，正面生成的浅沟槽隔STI 结构与背面生成的沟槽隔离坐标位置相同，主要用于器件层正面有源区的隔离；
进一步进行N+注入，注入杂质为砷，形成器件正面的N阱，目的是实现PPD管的PN结结构和器件的浮空所散区FD，如图9；
进一步进行P+的注入，注入杂质为硼，在 N+区中注入 P+层对其下的 PN 结实现隔离，光生电荷的收集远离周期性结构受到破坏、容易产生暗电流的半导体表面，从而极大地减小了暗电流，同时形成P 阱可以利用高势垒阻挡光生电子的横向电学串扰,如图10；
进一步进行图像传感器的栅极的制作，即在器件层正面淀积一层新的栅氧层，然后在该栅氧层上淀积一层多晶硅。随后经过栅掩膜版对特定区域进行定向刻蚀，形成多晶硅栅型传输管TCK，如图11;
进一步生成CMOS器件的复位管 RST、源极跟随器 SF和行选管 SEL、开关信号管、及电容C1、C2，最好取得背面晶圆绑定，如图12。
如图13所示，像素操作采用全并行曝光方式（global shutter），首先全局置位信号 PR为高电平，清空所有像素的光敏感节点PD，随后 PR 置为低电平曝光过程开始。当曝光结束后，TCK 信号置为高电平，将积分得到的光强信号传输到 FD 节点，TCK 变为低电平标志着完成了一次积分。

Claims (7)

1.一种背照式宽动态范围CMOS图像传感器的制作方法，所述背照式CMOS图像传感器采用5T有源像素结构和背面深槽、正面浅槽隔离技术，太高满井容量和减小像素间电、光学串扰。
2.根据权利要求1所述的一种背照式宽动态范围CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述的背照式是采用背面照光的一种探测方式。
3.根据权利要求1所述的一种背照式宽动态范围CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，背面采用深槽隔离BTI和P阱隔离BPW技术,减小背面电、光学串扰。
4.根据权利要求1所述的一种背照式宽动态范围CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，晶圆进行绑定（Carrier Wafer）技术，对器件晶圆正面进行减薄到器件层最终的厚度，提供了高强度的机械支撑。
5.根据权利要求1所述的一种背照式宽动态范围CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，正面采用浅槽隔离STI和P阱隔离BPW技术，减小正面电、光学串扰。
6.根据权利要求1所述的一种背照式宽动态范围CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，采用P+扩散对其下的 PN 结实现隔离，从而极大地减小了暗电流。
7.根据权利要求1所述的一种背照式宽动态范围CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，采用5T有源像素结构作为背照式CMOS图像传感器单元结构，并采用全并行曝光模式，曝光操作和像素读出操作可以并行，能够达到很高的帧频，满足监控系统的高速要求。
CN201710149265.1A 2017-03-14 2017-03-14 一种背照式宽动态范围cmos图像传感器的制作方法 Pending CN108573986A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710149265.1A CN108573986A (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种背照式宽动态范围cmos图像传感器的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710149265.1A CN108573986A (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种背照式宽动态范围cmos图像传感器的制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108573986A true CN108573986A (zh) 2018-09-25

Family

ID=63577321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710149265.1A Pending CN108573986A (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种背照式宽动态范围cmos图像传感器的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108573986A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110400815A (zh) * 2019-08-07 2019-11-01 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1832187A (zh) * 2005-02-14 2006-09-13 豪威科技有限公司 采用深沟槽隔离的图像传感器
CN1921131A (zh) * 2005-08-22 2007-02-28 东部电子有限公司 Cmos图像传感器及其制造方法
CN102237382A (zh) * 2010-04-27 2011-11-09 台湾积体电路制造股份有限公司 有源像素单元及在基板上形成有源像素单元的方法
CN102709304A (zh) * 2012-06-26 2012-10-03 天津大学 提高图像传感器满阱容量与量子效率光电二极管及方法
CN103094290A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 台湾积体电路制造股份有限公司 采用共形掺杂的图像传感器沟槽隔离
CN203661181U (zh) * 2012-11-07 2014-06-18 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器
CN104580952A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 上海集成电路研发中心有限公司 一种全局像元cmos图像传感器系统架构及其信号传输方法
CN105428379A (zh) * 2015-12-09 2016-03-23 格科微电子（上海）有限公司 提高背照式红外图像传感器性能的方法
CN105681695A (zh) * 2014-11-17 2016-06-15 北京计算机技术及应用研究所 一种cmos图像传感器像素电路及其控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1832187A (zh) * 2005-02-14 2006-09-13 豪威科技有限公司 采用深沟槽隔离的图像传感器
CN1921131A (zh) * 2005-08-22 2007-02-28 东部电子有限公司 Cmos图像传感器及其制造方法
CN102237382A (zh) * 2010-04-27 2011-11-09 台湾积体电路制造股份有限公司 有源像素单元及在基板上形成有源像素单元的方法
CN103094290A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 台湾积体电路制造股份有限公司 采用共形掺杂的图像传感器沟槽隔离
CN102709304A (zh) * 2012-06-26 2012-10-03 天津大学 提高图像传感器满阱容量与量子效率光电二极管及方法
CN203661181U (zh) * 2012-11-07 2014-06-18 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器
CN105681695A (zh) * 2014-11-17 2016-06-15 北京计算机技术及应用研究所 一种cmos图像传感器像素电路及其控制方法
CN104580952A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 上海集成电路研发中心有限公司 一种全局像元cmos图像传感器系统架构及其信号传输方法
CN105428379A (zh) * 2015-12-09 2016-03-23 格科微电子（上海）有限公司 提高背照式红外图像传感器性能的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙权: "CMOS图像传感器像素与处理电路优化研究", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科学辑》 *
孙羽: "小尺寸背照式CMOS图像传感器像素结构研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科学辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110400815A (zh) * 2019-08-07 2019-11-01 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ahn et al. 7.1 A 1/4-inch 8Mpixel CMOS image sensor with 3D backside-illuminated 1.12 μm pixel with front-side deep-trench isolation and vertical transfer gate
KR101897433B1 (ko) 후면 조사 센서에 대한 방법 및 장치
US9105546B2 (en) Imaging systems with backside illuminated near infrared imaging pixels
US9202839B2 (en) Solid-state imaging device, method for manufacturing the same, and electronic apparatus to form high-concentration impurity region in semiconductor substrate
US9373657B2 (en) System and method for fabricating a 3D image sensor structure
TWI425632B (zh) 高光學效能互補金氧半影像感測器
US10868063B2 (en) Surface treatment for BSI image sensors
US10854660B2 (en) Solid-state image capturing element to suppress dark current, manufacturing method thereof, and electronic device
CN101752394A (zh) 具有改进背侧表面处理的cmos图像传感器
TW201112412A (en) Image sensors having frontside and backside photodetectors
CN101388360A (zh) 图像传感器及其制造方法
US20240186357A1 (en) Imaging element and imaging device
KR101476035B1 (ko) 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 고체 촬상 장치
TWI548074B (zh) 影像感測元件及其形成方法
CN105810696A (zh) 采用背面深沟槽隔离的背照式图像传感器的制作方法
KR20150118635A (ko) 이미지센서 및 그의 제조 방법
CN108573986A (zh) 一种背照式宽动态范围cmos图像传感器的制作方法
CN105870004A (zh) 消除cmos图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法
KR100997329B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
US12262563B2 (en) Pixel cell having anti-blooming structure and image sensor
CN110034145A (zh) 图像传感器及其形成方法
US20230307484A1 (en) Pixel Cell Having Anti-Blooming Structure and Image Sensor
CN104282697B (zh) 图像传感器的形成方法
CN116666406A (zh) 前照式图像传感器及其形成方法
JP2012129552A (ja) 固体撮像素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180925

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication