光电二极管、其制作方法及包括其的图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制作领域，具体而言，涉及一种光电二极管、其制作方法及包括其的图像传感器。
【背景技术】
[0002]光电二极管作为光电转换器件，可应用于CMOS图像传感器中。CMOS图像传感器的基本单元称为像素，其由I个光电二极管和3个或4个MOS晶体管构成，简称为3T类型或4T类型。其中，光电二极管用于将光信号转换成相应的电流信号，而MOS晶体管用于读取光电二极管转换的电流信号。
[0003]图1为现有技术中一种4T类型的CMOS图像传感器的结构示意图。如图1所示，这种CMOS图形传感器包括:衬底110'和依次形成在该衬底110'上的光电二极管100'、转移晶体管300'和势阱200'。其中光电二极管100'包括朝向远离衬底110’的方向依次形成的第一掺杂区120'和第二掺杂区130';在势阱200'上形成有复位晶体管220'、源跟随器晶体管210'、选择晶体管230'和浅沟槽隔离结构240'。转移晶体管300'位于光电二极管100'和势阱200'之间，且转移晶体管300'的源区与光电二极管100'相连接，转移晶体管300'的漏区与源跟随器晶体管210'相连接。
[0004]在图像传感器中光电二极管的有效感光面积与单像素总面积的比值称为填充因子，这种填充因子的数值越高，则像素性能越好。其中光电二极管的有效感光面积是指光电二极管中位于衬底表面的第二掺杂区的感光面积。如图1中结构所示，在现有的图像传感器的制作过程中，单像素总面积发生变化的同时，其中所包含的光电二极管的感光表面积也会相应发生变化，在这种情况下，难以改变光电二极管的有效感光面积与单像素总面积的比值，进而难以增加填充因子的数值。目前，本领域技术人员尝试在单像素总面积不变的情况下，扩大单像素的光电二极管中第二掺杂区在衬底上所占区域的横截面积，以改变光电二极管的有效感光面积与单像素总面积的比值，进而增加填充因子的数值。然而，这种方法会导致光电二极管和与其相邻的晶体管(比如图1所示的转移晶体管)的栅极之间的间隔减少，使得器件的可靠性及良率降低。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种光电二极管、其制作方法及包括其的图像传感器，以提高图像传感器的填充因子。
[0006]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光电二极管，包括掺杂在衬底上表面上的第一掺杂区，以及掺杂在第一掺杂区上表面上的第二掺杂区，第一掺杂区和第二掺杂区的导电类型不同，其中，第一掺杂区的上表面上具有一个或多个向外凸起或向内凹陷的表面变化部，第二掺杂区设置在第一掺杂区的上表面上，具有与表面变化部形状相符的结构变化部。
[0007]进一步地，上述光电二极管中，表面变化部为向外突起或向内凹陷的类四棱锥结构。
[0008]进一步地，上述光电二极管中，第一掺杂区的上表面上具有多个类四棱锥结构，且各类四棱锥结构在第一掺杂区的上表面连续排布。
[0009]进一步地，上述光电二极管中，类四棱锥结构的高度为第一掺杂区厚度的1/8?1/4，第二掺杂区的厚度为类四棱锥结构的高度的1/10?1/5。
[0010]根据本发明的另一方面，提供了一种光电二极管的制作方法，包括在衬底的上表面上形成第一掺杂区，在第一掺杂区的上表面上形成导电类型不同于第一掺杂区的第二掺杂区，其中，在形成第二掺杂区的步骤之前，在第一掺杂区的表面形成具有一个或多个向外凸起或向内凹陷的表面变化部；在形成第二掺杂区的步骤中，在第一掺杂区的上表面上形成与表面变化部形状相符的结构变化部。
[0011]进一步地，上述制作方法中，形成表面变化部的步骤包括:通过外延生长的方式在第一掺杂区的表面上形成向外凸起的表面变化部；或者通过湿法刻蚀的方式在第一掺杂区的表面上形成向内凹陷的表面变化部，优选地，表面变化部为向外突起的类四棱锥结构。
[0012]进一步地，上述制作方法中，形成多个表面变化部时，形成表面变化部的步骤包括:在第一掺杂区的表面上形成图案化的掩膜层；通过湿法刻蚀或外延生长的方式在第一掺杂区的裸露表面上形成多个表面变化部。
[0013]进一步地，上述制作方法中，在衬底上表面形成第一掺杂区的步骤包括:对衬底的上表面进行离子注入，形成第一预备掺杂区；以及对第一预备掺杂区进行退火，形成第一掺杂区。
[0014]进一步地，上述制作方法中，形成第二掺杂区的步骤包括:对第一掺杂区具有表面变化部的上表面进行离子注入，形成第二预备掺杂区；以及对第二预备掺杂区进行退火，形成具有与表面变化部形状相符的结构变化部的第二掺杂区。
[0015]本申请还提供了一种图像传感器，包括设置于衬底上的光电二极管，其特征在于，光电二极管为本申请提供的光电二极管。
[0016]应用本发明的技术方案，通过在第一掺杂区的上表面上形成一个或多个向外凸起或向内凹陷的表面变化部，从而在光电二极管中第二掺杂区在衬底上所占区域的横截面积不变的情况下，增加了第二掺杂区的表面积，进而增加了光电二极管的有效感光面积及填充因子。同时，通过改变该表面变化部与衬底平面之间的角度还能降低光的反射，从而提高光电二极管的有效光电转换效率。
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0018]图1示出了现有图像传感器的结构示意图；
[0019]图2 (a)示出了根据本申请一种优选实施方式所提供的光电二极管的结构示意图；
[0020]图2 (b)示出了根据本申请另一种优选实施方式所提供的光电二极管的结构示意图；
[0021]图3示出了本申请实施例提供的光电二极管的制作方法的流程示意图；
[0022]图4示出了本申请实施例提供的光电二极管的制作方法中，在衬底上形成第一掺杂区后的基体的剖面结构示意图；
[0023]图5 (a)示出了在图4所示的第一掺杂区的表面形成向内凹陷的表面变化部后的基体的剖面结构示意图；
[0024]图5 (b)示出了在图4所示的第一掺杂区的表面形成向外凸起的表面变化部后的基体的剖面结构示意图；
[0025]图6 (a)示出了在图5 (a)所示的第一掺杂区的上表面上形成第二掺杂区后的基体的剖面结构示意图；
[0026]图6 (b)示出了在图5 (b)所示的第一掺杂区的上表面上形成第二掺杂区后的基体的剖面结构示意图；以及
[0027]图7示出了本申请实施例提供的图像传感器的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0029]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0030]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他