Cmos影像传感器及其形成方法

专利名称：Cmos影像传感器及其形成方法
技术领域：
本发明涉及影像传感器技术领域，特别涉及一种CMOS影像传感器及其形成方法。
背景技术：
影像传感器是在光电技术基础上发展起来的，所谓影像传感器，就是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。影像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到人们暂时无法到达处发生的事情，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程，等等。可见影像传感器在人们的文化、体育、生产、生活和科学研究中起到非常重要的作用。可以说，现代人类活动已经无法离开影像传感器了。影像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷稱合装置(Charge-CoupledDevice)影像传感器(亦即俗称CCD影像传感器)以及CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor)影像传感器，其中CMOS影像传感器即基于互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术而制造。由于CMOS影像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将影像传感器以及其所需要的外围电路加以整合，从而使得CMOS影像传感器具有更广的应用前景。请参考图1，其为现有的一种CMOS影像传感器的结构示意图。如图I所示，通常的，CMOS影像传感器I包括娃衬底10,形成于所述娃衬底10中的多个光电二极管(Photoelectric Diode, PD) 11，及位于相邻两个光电二极管11之间的浅槽隔离(ShallowTrench Isolation, STI) 12，其中，所述浅槽隔离12起到了隔离相邻两个光电二极管11的作用。在这样的CMOS影像传感器I中，由于光电二极管11与浅槽隔离12紧密贴合，浅槽隔离12结构中的(缺陷)电子移动往往容易传递到光电二极管11中，从而造成光电二极管11检测到非光照产生的电流(即暗电流)，降低了光电二极管11的可靠性，从而降低了 CMOS影像传感器的可靠性。为此，现有技术提出了一种解决方案。请参考图2，其为现有的另一种CMOS影像传感器的结构示意图。如图2所示，现有的另一种CMOS影像传感器2包括硅衬底20，形成于所述硅衬底20中的多个光电二极管21，及位于相邻两个光电二极管21之间的浅槽隔离24，其中，所述浅槽隔离24与其相邻的光电二极管21之间通过离子注入层23相隔离。具体的，所述离子注入层23通过离子注入工艺22形成，通过所述离子注入层23能够避免浅槽隔离24结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管21中，从而避免了光电二极管21出现暗电流的问题。但是，通过离子注入工艺形成离子注入层，以隔绝浅槽隔离与光电二极管的方案存在如下问题此种方案的工艺要求非常严格，需要精确控制离子注入的角度，同时对于形成浅槽隔离之前的浅槽深度具有严格要求，若浅槽深度过深或者离子注入角度不够精确，都将造成离子注入无法进入浅槽底部，即无法在浅槽隔离和光电二极管之间形成有效地隔离层，从而不能起到避免光电二极管出现暗电流的问题。因此，如何有效避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管中，进而防止光电二极管检测到非光照产生的电流(即暗电流)仍是本领域中的一大难题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种CMOS影像传感器及其形成方法，以解决现有的CMOS影像传感器不能有效避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管中，进而防止光电二极管检测到非光照产生的电流(即暗电流)的问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种CMOS影像传感器，包括硅衬底，形成于所述硅衬底中的多个光电二极管，及位于相邻两个光电二极管之间的浅槽隔离，其中，所述浅槽隔离与相邻的光电二极管之间形成有高K介质层。可选的，在所述的CMOS影像传感器中，所述高K介质层的介电常数大于等于4。可选的，在所述的CMOS影像传感器中，所述高K介质层的厚度为10埃 70埃。可选的，在所述的CMOS影像传感器中，所述高K介质层的材料为氧化铪、氧化铝、氧化钽和氧化锆中的一种或多种。可选的，在所述的CMOS影像传感器中，所述高K介质层通过化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺形成。可选的，在所述的CMOS影像传感器中，所述高K介质层与相邻的光电二极管之间形成有离子注入层。本发明还提供一种CMOS影像传感器的形成方法，包括提供硅衬底，所述硅衬底中形成有多个光电二极管；在相邻两个光电二极管之间形成浅槽；在所述浅槽中形成高K介质层；在所述高K介质层中形成浅槽隔离。可选的，在所述的CMOS影像传感器的形成方法中，所述高K介质层的介电常数大于等于4。可选的，在所述的CMOS影像传感器的形成方法中，所述高K介质层的厚度为10埃
70埃。可选的，在所述的CMOS影像传感器的形成方法中，所述高K介质层的材料为氧化铪、氧化铝、氧化钽和氧化锆中的一种或多种。可选的，在所述的CMOS影像传感器的形成方法中，所述高K介质层通过化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺形成。可选的，在所述的CMOS影像传感器的形成方法中，在相邻两个光电二极管之间形成浅槽之后，在所述浅槽中形成高K介质层之前，还包括对所述浅槽执行离子注入工艺，以在所述浅槽中形成离子注入层。在本发明提供的CMOS影像传感器及其形成方法中，通过浅槽隔离与其相邻的光电二极管之间形成有高K介质层，从而有效避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管中，进而防止光电二极管检测到非光照产生的电流(即暗电流)。特别的，所述高K介质层通过化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺即可形成，其工艺实现方法简单，膜层质量可靠，从而能够很好地避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管中，保证CMOS影像传感器的质量。


图I是现有的一种CMOS影像传感器的结构示意图；图2是现有的另一种CMOS影像传感器的结构不意图；图3是本发明实施例一的CMOS影像传感器的结构示意图；图4是本发明实施例的CMOS影像传感器中电子移动需要克服的能量与现有技术的CMOS影像传感器中电子移动需要克服的能量的对比图；图5是本发明实施例二的CMOS影像传感器的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的CMOS影像传感器及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。实施例一请参考图3，其为本发明实施例一的CMOS影像传感器的结构示意图。如图3所示，所述CMOS影像传感器3包括硅衬底30，形成于所述硅衬底30中的多个光电二极管31，及位于相邻两个光电二极管31之间的浅槽隔离33，其中，所述浅槽隔离33与相邻的光电二极管31之间形成有高K介质层32。在此，通过所述浅槽隔离33与其相邻的光电二极管31之间形成有高K介质层32，从而有效避免浅槽隔离33结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管31中，进而防止光电二极管31检测到非光照产生的电流(即暗电流)。在本实施例提供的CMOS影像传感器3中，所述高K介质层32除了能够在物理上隔离浅槽隔离33与相邻的光电二极管31，从而有效避免浅槽隔离33结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管31之外，其还从电学上隔离浅槽隔离33与相邻的光电二极管31，进一步有效地避免了浅槽隔离33结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管31中。即相对于现有技术中通过离子注入层(可相应参考图2)隔离浅槽隔离与相邻的光电二极管，本实施例提供的CMOS影像传感器3能够更好地隔离浅槽隔离与相邻的光电二极管，避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管。具体的，请参考图4，其为本发明实施例的CMOS影像传感器中电子移动需要克服的能量与现有技术的CMOS影像传感器中电子移动需要克服的能量的对比图。如图4所示，其中，曲线LI表示现有技术的CMOS影像传感器中浅槽隔离中的电子移动到光电二极管中需要克服的电子能量；曲线L2表示本发明实施例的CMOS影像传感器中浅槽隔离中的电子移动到光电二极管中需要克服的电子能量，可见，本发明实施例的CMOS影像传感器中浅槽隔离中的电子移动到光电二极管中需要克服的电子能量明显高于现有技术的CMOS影像传感器中浅槽隔离中的电子移动到光电二极管中需要克服的电子能量。
由此可知，本发明实施例提供的CMOS影像传感器3能够更好地隔离浅槽隔离与相邻的光电二极管，避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管。在此，发明人通过选取高K介质层32，利用高K介质层32具有较高的介电常数，从而提高了 CMOS影像传感器中浅槽隔离中的电子移动到光电二极管中需要克服的电子能量，达到了更好地隔离浅槽隔离与相邻的光电二极管，避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管的效果。优选的，所述高K介质层32的介电常数大于等于4，通过选取介电常数较高的材料形成高K介质层32，能够极大地提高高K介质层32对于浅槽隔离33与光电二极管31的隔离，从而提高CMOS影像传感器3的可靠性。当然，在本发明的其他实施例中，所述高K介质层32也可以选取介电常数小于4的材料，只是其取得的隔离效果略差。具体的，所述高K介质层32的材料可以为氧化铪、氧化铝、氧化钽和氧化锆中的一种或多种，或者其他具体的材料。优选的，所述高K介质层32的厚度为10埃 70埃，例如，所述高K介质层32的厚度为15埃、20埃、30埃、40埃、50埃或者60埃等，通过将高K介质层32的厚度设定为10埃 70埃，即能够实现对于浅槽隔离33与光电二极管31的有效隔离，又能够避免对于CMOS影像传感器有源区的过多占用，即取得最大化的有益效果。在本实施例中，所述CMOS影像传感器3通过如下方法形成(可相应参考图3)提供硅衬底30，所述硅衬底30中形成有多个光电二极管31 ；在相邻两个光电二极管31之间形成浅槽(图3中未示出)；在所述浅槽中形成高K介质层32 ；在所述高K介质层32中形成浅槽隔离33。优选的，所述高K介质层32通过化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺形成。其中，化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺都是现有技术中非常成熟可靠的工艺，且其工艺实现方法简单，由此形成的高K介质层32膜层质量可靠，从而能够很好地避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管中，保证CMOS影像传感器3的质量。实施例二请参考图5，其为本发明实施例二的CMOS影像传感器的结构示意图。如图5所示，在本实施例中，所述CMOS影像传感器4包括 硅衬底40，形成于所述硅衬底40中的多个光电二极管41，及位于相邻两个光电二极管41之间的浅槽隔离44，其中，所述浅槽隔离44与相邻的光电二极管41之间形成有高K介质层43，所述高K介质层43与相邻的光电二极管41之间形成有离子注入层42。即所述浅槽隔离44与相邻的光电二极管41之间依次间隔有高K介质层43及离子注入层42，其中，高K介质层43靠近浅槽隔离44，离子注入层42靠近光电二极管41。在本实施例中，通过在所述高K介质层43与相邻的光电二极管41之间形成高K介质层43及离子注入层42，进一步提高对于浅槽隔离44与相邻的光电二极管41的隔离，从而更为有效避免浅槽隔离44结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管41中，进而防止光电二极管41检测到非光照产生的电流(即暗电流)。在本实施例中，所述CMOS影像传感器4通过如下方法形成(可相应参考图5)
提供硅衬底40，所述硅衬底40中形成有多个光电二极管41 ；在相邻两个光电二极管41之间形成浅槽(图5中未示出)；对所述浅槽执行离子注入工艺，以在所述浅槽中形成离子注入层42 ；在所述浅槽中形成高K介质层43，具体的，在所述离子注入层42中形成高K介质层43 ；在所述高K介质层43中形成浅槽隔离44。同样的，所述高K介质层43优选通过化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺形成。从而，由此形成的高K介质层43膜层质量可靠，能够很好地避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管中，保证CMOS影像传感器4的质量。上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
权利要求
1.一种CMOS影像传感器,其特征在于,包括娃衬底,形成于所述娃衬底中的多个光电二极管，及位于相邻两个光电二极管之间的浅槽隔离，其中，所述浅槽隔离与相邻的光电二极管之间形成有高K介质层。
2.如权利要求I所述的CMOS影像传感器，其特征在于，所述高K介质层的介电常数大于等于4。
3.如权利要求I所述的CMOS影像传感器，其特征在于，所述高K介质层的厚度为10埃 70埃。
4.如权利要求I至3中的任一项所述的CMOS影像传感器，其特征在于，所述高K介质层的材料为氧化铪、氧化铝、氧化钽和氧化锆中的一种或多种。
5.如权利要求I至3中的任一项所述的CMOS影像传感器，其特征在于，所述高K介质层通过化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺形成。
6.如权利要求I至3中的任一项所述的CMOS影像传感器，其特征在于，所述高K介质层与相邻的光电二极管之间形成有离子注入层。
7.—种CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，包括提供娃衬底，所述娃衬底中形成有多个光电二极管；在相邻两个光电二极管之间形成浅槽；在所述浅槽中形成高K介质层；在所述高K介质层中形成浅槽隔离。
8.如权利要求7所述的CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，所述高K介质层的介电常数大于等于4。
9.如权利要求7所述的CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，所述高K介质层的厚度为10埃 70埃。
10.如权利要求7至9中的任一项所述的CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，所述高K介质层的材料为氧化铪、氧化铝、氧化钽和氧化锆中的一种或多种。
11.如权利要求7至9中的任一项所述的CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，所述高K介质层通过化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺形成。
12.如权利要求7至9中的任一项所述的CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，在相邻两个光电二极管之间形成浅槽之后，在所述浅槽中形成高K介质层之前，还包括对所述浅槽执行离子注入工艺，以在所述浅槽中形成离子注入层。
全文摘要
本发明提供了一种CMOS影像传感器及其形成方法，通过浅槽隔离与其相邻的光电二极管之间形成有高K介质层，从而有效避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管中，进而防止光电二极管检测到非光照产生的电流(即暗电流)。特别的，所述高K介质层通过化学气相沉积工艺、炉管工艺或者原子层淀积工艺即可形成，其工艺实现方法简单，膜层质量可靠，从而能够很好地避免浅槽隔离结构中的(缺陷)电子移动传递到光电二极管中，保证CMOS影像传感器的质量。
文档编号H01L27/146GK102916027SQ20121045176
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者费孝爱, 余兴 申请人:豪威科技(上海)有限公司