[发明专利]在SOI衬底上具有减小的暗电流的前侧成像器

说明书

本发明涉及一种在SOI衬底上具有减小的暗电流的前侧图像传感器，包括在半导体材料中的衬底(22‑1)；在半导体材料中的有源层(10)；形成在有源层中的光电二极管(14，18)的阵列；以及在衬底(22‑1)和有源层(10)之间的绝缘层(22‑2)。

技术领域

本公开涉及在CMOS技术中制造的所谓的“前侧”图像传感器阵列。

背景技术

图1是前侧CMOS图像传感器的像素的剖视图。在该附图和下文中，示出了不同像素元件具有选择用于使得附图可理解并且并未按照比例绘制的尺寸。P型导电区域的掺杂水平采用灰色阴影示出，灰色阴影在掺杂水平高时更深。

图像传感器形成在有源层10中，通常为P型导电类型，具有标为P-的掺杂水平。层10形成在通常为P型导电类型的衬底12上。层10可以具有在3和6微米之间的厚度，而衬底可以具有780微米的厚度。

靠近层10上表面的、N型导电类型的埋设层14与层10形成了光电二极管。如所示，层10在区域14之上的部分可以具有比层10更高的掺杂水平以提供对顶界面的钝化。层10的上表面承载了用于控制像素的各种元件，尤其是传输门TG。这些元件和其他金属迹线嵌入在钝化层16中。

像素可以由沟槽隔离体18与其相邻像素横向隔离，沟槽隔离体18通常包括半导体氧化物，其贯穿有源层10的整个厚度延伸。备选地，可以通过相对于层10的过掺杂(P型)而实现像素之间的绝缘，但是该绝缘已知从电学和光学观点看均不太有效。沟槽隔离体18之间的间距限定了像素的尺寸。

在颜色传感器的情形中，彩色滤光器19与像素一致形成在层16上。滤光器19通常承载了单个准直透镜20。

在工作中，在集成阶段期间，在有源层、也即光电二极管的区域10中所吸收的光子产生了存储在光电二极管区域14中的电子。在集成阶段结束时，存储的电荷正比于在整个集成阶段的历时期间由光电二极管接收的光量。在集成阶段之后，存储的电荷通过传输门TG传输至控制元件。

该像素结构的循环问题是不存在光时在光电二极管中载流子的产生，引起了所谓的暗电流。暗电流对于所有像素、或者在相同像素的两个集成阶段之间并不相同。该现象在所捕获的图像中产生了可视的噪声，这在低光照条件下特别显著。

暗电流的起源并非已知。识别的来源是在半导体以及有源层区域10和围绕其的绝缘材料之间的各种界面中存在缺陷或杂质。半导体材料和绝缘材料结构上并不相等，导致在界面处的“结构”缺陷。所有这些缺陷均是电活性的。

界面缺陷可以通过退化硅-绝缘体界面的半导体一侧而中和。该退化可以通过过掺杂半导体侧面而产生，以使其具有与金属相同的特性，其中自然地平衡了产生-复合现象。难以实现完美的退化，由此仍存在缺陷，但是数量较小。

在P型有源区域10的情形中，由界面缺陷产生的电子扩散至存储区域，也即区域14。这些电子参与构成了光电二极管的暗电流。为了限制该现象，中和了可以存在不良表面态的界面，诸如沟槽隔离体18与层10之间的界面。如所示，具有比有源层10更高掺杂水平的P型层可以为沟槽隔离体18加衬。掺杂水平可以与衬底相同均为P+。因此，所产生的可以扩散至区域14的电子数目较少。

尽管采取了这些措施，在前侧图像传感器中仍然存在暗电流。

发明内容

在实施例中，前侧图像传感器包括在半导体材料中的衬底；在半导体材料中的有源层；形成在有源层中的光电二极管的阵列；以及在衬底与有源层之间的绝缘层。

绝缘层可以是具有被选择为在可见范围内反射光子的厚度的氧化硅层。

传感器可以进一步包括在绝缘层和有源层之间的与有源层相同导电类型的中间层，具有比有源层更高的掺杂水平。

在工作中，衬底可以偏置在比有源层更低的电压处。