光電二極管、其制作方法及包括其的圖像傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路制作領域，具體而言，涉及一種光電二極管、其制作方法及包括其的圖像傳感器。
【背景技術】
[0002]光電二極管作為光電轉換器件，可應用于CMOS圖像傳感器中。CMOS圖像傳感器的基本單元稱為像素，其由I個光電二極管和3個或4個MOS晶體管構成，簡稱為3T類型或4T類型。其中，光電二極管用于將光信號轉換成相應的電流信號，而MOS晶體管用于讀取光電二極管轉換的電流信號。
[0003]圖1為現有技術中一種4T類型的CMOS圖像傳感器的結構示意圖。如圖1所示，這種CMOS圖形傳感器包括:襯底110'和依次形成在該襯底110'上的光電二極管100'、轉移晶體管300'和勢阱200'。其中光電二極管100'包括朝向遠離襯底110’的方向依次形成的第一摻雜區120'和第二摻雜區130';在勢阱200'上形成有復位晶體管220'、源跟隨器晶體管210'、選擇晶體管230'和淺溝槽隔離結構240'。轉移晶體管300'位于光電二極管100'和勢阱200'之間，且轉移晶體管300'的源區與光電二極管100'相連接，轉移晶體管300'的漏區與源跟隨器晶體管210'相連接。
[0004]在圖像傳感器中光電二極管的有效感光面積與單像素總面積的比值稱為填充因子，這種填充因子的數值越高，則像素性能越好。其中光電二極管的有效感光面積是指光電二極管中位于襯底表面的第二摻雜區的感光面積。如圖1中結構所示，在現有的圖像傳感器的制作過程中，單像素總面積發生變化的同時，其中所包含的光電二極管的感光表面積也會相應發生變化，在這種情況下，難以改變光電二極管的有效感光面積與單像素總面積的比值，進而難以增加填充因子的數值。目前，本領域技術人員嘗試在單像素總面積不變的情況下，擴大單像素的光電二極管中第二摻雜區在襯底上所占區域的橫截面積，以改變光電二極管的有效感光面積與單像素總面積的比值，進而增加填充因子的數值。然而，這種方法會導致光電二極管和與其相鄰的晶體管(比如圖1所示的轉移晶體管)的柵極之間的間隔減少，使得器件的可靠性及良率降低。

【發明內容】

[0005]本發明旨在提供一種光電二極管、其制作方法及包括其的圖像傳感器，以提高圖像傳感器的填充因子。
[0006]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種光電二極管，包括摻雜在襯底上表面上的第一摻雜區，以及摻雜在第一摻雜區上表面上的第二摻雜區，第一摻雜區和第二摻雜區的導電類型不同，其中，第一摻雜區的上表面上具有一個或多個向外凸起或向內凹陷的表面變化部，第二摻雜區設置在第一摻雜區的上表面上，具有與表面變化部形狀相符的結構變化部。
[0007]進一步地，上述光電二極管中，表面變化部為向外突起或向內凹陷的類四棱錐結構。
[0008]進一步地，上述光電二極管中，第一摻雜區的上表面上具有多個類四棱錐結構，且各類四棱錐結構在第一摻雜區的上表面連續排布。
[0009]進一步地，上述光電二極管中，類四棱錐結構的高度為第一摻雜區厚度的1/8?1/4，第二摻雜區的厚度為類四棱錐結構的高度的1/10?1/5。
[0010]根據本發明的另一方面，提供了一種光電二極管的制作方法，包括在襯底的上表面上形成第一摻雜區，在第一摻雜區的上表面上形成導電類型不同于第一摻雜區的第二摻雜區，其中，在形成第二摻雜區的步驟之前，在第一摻雜區的表面形成具有一個或多個向外凸起或向內凹陷的表面變化部；在形成第二摻雜區的步驟中，在第一摻雜區的上表面上形成與表面變化部形狀相符的結構變化部。
[0011]進一步地，上述制作方法中，形成表面變化部的步驟包括:通過外延生長的方式在第一摻雜區的表面上形成向外凸起的表面變化部；或者通過濕法刻蝕的方式在第一摻雜區的表面上形成向內凹陷的表面變化部，優選地，表面變化部為向外突起的類四棱錐結構。
[0012]進一步地，上述制作方法中，形成多個表面變化部時，形成表面變化部的步驟包括:在第一摻雜區的表面上形成圖案化的掩膜層；通過濕法刻蝕或外延生長的方式在第一摻雜區的裸露表面上形成多個表面變化部。
[0013]進一步地，上述制作方法中，在襯底上表面形成第一摻雜區的步驟包括:對襯底的上表面進行離子注入，形成第一預備摻雜區；以及對第一預備摻雜區進行退火，形成第一摻雜區。
[0014]進一步地，上述制作方法中，形成第二摻雜區的步驟包括:對第一摻雜區具有表面變化部的上表面進行離子注入，形成第二預備摻雜區；以及對第二預備摻雜區進行退火，形成具有與表面變化部形狀相符的結構變化部的第二摻雜區。
[0015]本申請還提供了一種圖像傳感器，包括設置于襯底上的光電二極管，其特征在于，光電二極管為本申請提供的光電二極管。
[0016]應用本發明的技術方案，通過在第一摻雜區的上表面上形成一個或多個向外凸起或向內凹陷的表面變化部，從而在光電二極管中第二摻雜區在襯底上所占區域的橫截面積不變的情況下，增加了第二摻雜區的表面積，進而增加了光電二極管的有效感光面積及填充因子。同時，通過改變該表面變化部與襯底平面之間的角度還能降低光的反射，從而提高光電二極管的有效光電轉換效率。
【附圖說明】
[0017]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0018]圖1示出了現有圖像傳感器的結構示意圖；
[0019]圖2 (a)示出了根據本申請一種優選實施方式所提供的光電二極管的結構示意圖；
[0020]圖2 (b)示出了根據本申請另一種優選實施方式所提供的光電二極管的結構示意圖；
[0021]圖3示出了本申請實施例提供的光電二極管的制作方法的流程示意圖；
[0022]圖4示出了本申請實施例提供的光電二極管的制作方法中，在襯底上形成第一摻雜區后的基體的剖面結構示意圖；
[0023]圖5 (a)示出了在圖4所示的第一摻雜區的表面形成向內凹陷的表面變化部后的基體的剖面結構示意圖；
[0024]圖5 (b)示出了在圖4所示的第一摻雜區的表面形成向外凸起的表面變化部后的基體的剖面結構示意圖；
[0025]圖6 (a)示出了在圖5 (a)所示的第一摻雜區的上表面上形成第二摻雜區后的基體的剖面結構示意圖；
[0026]圖6 (b)示出了在圖5 (b)所示的第一摻雜區的上表面上形成第二摻雜區后的基體的剖面結構示意圖；以及
[0027]圖7示出了本申請實施例提供的圖像傳感器的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0029]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0030]為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構造上方”或“在其他