[发明专利]带有绝缘埋层的图像传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种带有绝缘埋层的图像传感器及其制作方法，特别涉及一种具有抗高能粒子辐射能力的带有绝缘埋层的图像传感器及其制作方法。

背景技术

图像传感器是一种广泛应用于数码成像、航空航天以及医疗影像领域的电子元器件。电荷耦合器件(charge coupled device, CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)图像传感器是常见的两种图像传感器。CCD具有低的读出噪音和暗电流噪音，同时具有高光子转换效率，所以既提高了信噪比，又提高了灵敏度，很低光照强度的入射光也能被侦测到，其信号不会被掩盖。另外，CCD还具有高动态范围，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象，但其的功耗比较大，供给电压不一致，与传统的CMOS工艺不匹配，集成度不高，所以成本偏高。与CCD相比，CMOS图像传感器对光线的灵敏度、信噪比都相对较差，导致它在成像质量上难以与CCD抗衡，所以以前主要用于成像质量要求不是很高的中低端市场。但是，随着CMOS技术不断改进，CMOS图像传感器在成像质量方面也越来越具有与CCD相抗衡的实力。CMOS最明显的优势是集成度高、功耗小，具有高度系统整合的条件，CMOS芯片几乎可以将所有图像传感器所需的功能集成到一块芯片上，例如垂直位移、水平位移寄存器、时序控制和模拟数字转换等，甚至可以将图像处理芯片、快闪记忆体等整合成单晶片，大大减小了系统复杂性，降低了成本。目前的趋势就是CMOS图像传感器逐步取代CCD。

附图1A所示是现有技术中一种典型的图像传感器结构示意图，所示为一个像素单元，包括驱动电路区域I和光学传感区域II，其中驱动电路区域I是典型的4T型驱动电路，包括转移晶体管T1、复位晶体管T2、源跟随晶体管T3以及行选通开关晶体管T4，光学传感区域II包括一个光敏二极管D1。上述各个晶体管以及与光敏二极管D1之间的连接关系、各个端口的外接信号以及工作原理请详细参考附图1所示电路结构以及现有技术中对图像传感器的介绍，此处不再赘述。

附图1B所示是附图1A所示的图像传感器的器件结构示意图，本示意图意在表示驱动电路区域I和光学传感区域II相互之间的位置关系，故其中除衬底100之外，仅在光学传感区域II之中进一步示出了光敏二极管D1的第一掺杂区域111和第二掺杂区域112，而驱动电路区域I仅以转移晶体管T1表示，包括栅极121、源极掺杂区域122、漏极掺杂区域123。在上述驱动电路区域I和光学传感区域II两个区域之间包括介质隔离结构130。对于衬底100表面的金属连接线等与本发明无特别关系的结构均已省略。

继续参考附图1B，第一掺杂区域111、源极掺杂区域122和漏极掺杂区域123应当具有相同的导电类型，且与衬底100的导电类型相反，而第二掺杂区域112应当与衬底的导电类型相同，例如对于N型的衬底100而言，第一掺杂区域111、源极掺杂区域122和漏极掺杂区域123应当是P型的，而第二掺杂区域112应当是N型的。

为了使图像传感器能够稳定地应用在航空航天以及其他极端环境中，需要上述传感器进一步具有抵抗高能粒子辐射的能力。一种有效的方法是将附图1B所示的结构制作在SOI衬底上。SOI（silicon/semiconductor-on-insulator）指的是绝缘层上的硅/半导体，它是由“顶层半导体层/绝缘埋层/支撑衬底”三层构成。最上面的顶层半导体层用来做CMOS等半导体器件，中间的绝缘埋层用来隔离器件和支撑衬底。设置在顶层半导体层和支撑衬底之间的绝缘埋层能够抵抗一部分来自于外部空间的高能粒子辐射。

附图1C所示是现有技术中一种带有绝缘埋层的图像传感器结构，同时参考附图1B，所述带有绝缘埋层的图像传感器结构的衬底进一步包括支撑衬底101、绝缘埋层102以及顶层半导体层103，其余结构均与附图1B类似。由于光敏二极管D1所接受的光是来自于衬底表面的，故第一掺杂区域111和第二掺杂区域112需要一定的深度来吸收入射光，故晶体管的源极掺杂区域122和漏极掺杂区域123必然与绝缘埋层102之间具有一距离，即驱动电路区域I只能制作成部分耗尽结构。显然这种部分耗尽结构并未实现驱动电路区域I和光学传感区域II之间的介质隔离，一旦有高能粒子穿越驱动电路区域I和光学传感区域II，仍然可以使图像传感器发生电学失效。