[发明专利]背照式图像传感器及制备方法

说明书

本发明提供一种背照式图像传感器，隔离环环绕所述光电二极管和所述第二导电类型沟道区，且贯穿所述半导体衬底和所述第二导电类型外延层；第一导电类型源区，沿所述隔离环内壁，自所述第二导电类型沟道区表面延伸至所述第二导电类型沟道区内，且环绕所述第一导电类型电荷积累区，所述第二导电类型沟道区隔离所述第一导电类型源区和所述第一导电类型电荷积累区。所述背照式图像传感器的隔离环与现在的常规CMOS工艺流程完全兼容，在隔离环内采用多次注入形成垂直分布的光电二极管与第一导电类型源区，减小电荷传输管的寄生电容，提升电荷传输管传输速率，提高图像传感器芯片的图像帧率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种背照式图像传感器及制备方法。

背景技术

随着自动驾驶和人工智能的对图像识别发展，CMOS APS(CMOS active pixelsensor，CMOS有源像素传感器)以其集成度高、体积小、功耗低等优点，已经成为图像识别中的重要元器件。

与常用的电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)相比，传统的CMOS APS的动态范围、灵敏度及噪声指标较差，主要体现在光强变化剧烈时，相邻像素出现串扰，从而严重限制了CMOS APS在高质量成像上的使用。图1示出了传统的背照式像元结构示意图，传统的背照式图像传感器包括感光光电二极管(Pinned Photo Diode， PPD)、电荷传输管和电荷存储的浮置扩散区(Floating Diffusion， FD)。如图1所示，PPD与FD采用平行平面结构，导致像素面积增大，寄生电容增加，从而导致电荷传输速率下降，进而限制图像传感器芯片的工作频率。

此外，在自动驾驶的应用上，通过采用CMOS APS进行远红外光遥感观测的记录，可有效减轻浓雾、低照度等环境影响。但是，采用传统的背面减薄的背照式(backsideillumination，BSI)图像传感器，即使采用了背面减薄，感光层厚度达3μm左右。当采用小尺寸像素时，长波长光线的能量较低，例如红光，一半的远红光都没有被图像传感器吸收，导致对红外的感光灵敏度很低，从而产生满阱电荷明显不足，成像质量很差的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种背照式图像传感器及其制备。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，具有第一导电类型，所述半导体衬底具有第一面和与所述第一面相对的第二面；

第二导电类型外延层，覆盖所述半导体衬底的第一面；

光电二极管，位于第二导电类型外延层内；

第一导电类型电荷积累区和第二导电类型沟道区，分别位于所述光电二极管表面，且所述第二导电类型沟道区环绕所述第一导电类型电荷积累区；

隔离环，环绕所述光电二极管和所述第二导电类型沟道区，且贯穿所述半导体衬底和所述第二导电类型外延层；

第一导电类型源区，沿所述隔离环内壁，自所述第二导电类型沟道区表面延伸至所述第二导电类型沟道区内，且环绕所述第一导电类型电荷积累区，所述第二导电类型沟道区隔离所述第一导电类型源区和所述第一导电类型电荷积累区；

栅极，覆盖所述第一导电类型电荷积累区表面，且沿第一方向延伸越过所述第二导电类型沟道区表面，直至所述第一导电类型源区的表面；其中，

所述光电二极管包括第二导电类型感光区和第一导电类型感光区，所述第一导电类型感光区位于所述第二导电类型感光区上，且覆盖所述第二导电类型感光区表面。

优选地，还包括：感光器件和遮光层，分别位于所述半导体衬底的第二面，其中，所述感光器件对应覆盖所述光电二极管，所述遮光层环绕所述感光器件，且对应覆盖所述隔离环。