一种图像传感器结构及其制备方法与流程

本发明涉及图像传感器技术领域，具体涉及一种图像传感器结构及其制备方法。

背景技术：

传统的红外图像传感器芯片设计中，盲元阵列和有效像元阵列完全不在一个区域，通常在有效像元阵列之外再设置一行(或几行)或一列(或几列)结构设计成盲元阵列，并在同一列中通过控制信号实现共享盲元结构，通过盲元阵列和像元阵列对红外热敏感的不同来消除热噪声对灵敏度的影响。

然而，传统的红外图像传感器结构中，由于盲元阵列和像元阵列不是处于同一个区域，因此，盲元阵列和像元阵列所处的环境不相同，会导致盲元阵列和像元阵列的热噪声的不同，最终影响到红外图像传感器的探测灵敏度。

技术实现要素：

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种图像传感器结构及其制备方法，从而将像元结构层整合于有效像元中，使得盲元阵列和像元阵列的环境相同，提高图像探测灵敏度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种图像传感器结构，具有有效像元阵列，其中，在有效像元阵列中的每个有效像元中包括：探测结构层和盲元结构层。

优选地，探测结构层采用第一导电类型的敏感材料层，盲元结构层采用第二导电类型的非敏感材料层；第一导电类型和第二导电类型不相同。

优选地，探测结构层的一端和盲元结构层的一端共同连接一第一共享引出极，探测结构层的另一端和盲元结构层的另一端分别连接第二引出极和第三引出极。

优选地，每个所述有效像元的俯视图呈三角形，在三角外侧设置有第一导电梁、第二导电梁和第三导电梁，第一导电梁、第二导电梁和第三导电梁分别与三角形的三边平行；探测结构层的一端和盲元结构层的一端位于三角形的一个角，并通过第一导电梁与第一共享引出极相电连，探测结构层的另一端位于三角形的剩余两个角之一，并通过第二导电梁与第二引出极相连，盲元结构层的另一端位于三角形的剩余一个角，并通过第三导电梁与第三引出极相连。

优选地，呈三角形的有效像元之间的相邻的边平行。

优选地，所述探测结构层的表面内部或外部设置有所述盲元结构层。

优选地，所述探测结构层的顶部、底部和侧壁被所述盲元结构层覆盖。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种图像传感器结构的制备方法，包括制备有效像元阵列的过程，其中，每个有效像元的制备过程包括：形成第一导电类型的敏感材料层作为探测结构层，以及形成第二导电类型的非敏感材料层作为盲元结构层。

优选地，形成探测结构层包括：

步骤01：沉积第一层材料层；

步骤02：采用第一离子注入工艺，在第一层材料层中注入第一导电类型的杂质，并且图形化第一材料层，形成探测结构层；

形成像元结构层包括：

步骤03：采用第二离子注入工艺，向探测结构层表面注入第二导电类型的杂质，从而在探测结构层的表层中形成像元结构层。

优选地，所述步骤03中，第二离子注入工艺包括：首先向探测结构层表面垂直注入，然后向探测结构层的侧壁进行倾斜注入，从而使得形成的盲元结构层被包含于探测结构层的侧壁、底部和顶部的表层中。

优选地，所述步骤03中，第二离子注入工艺包括：仅向探测结构层的顶部表面和底部表面垂直注入，从而在探测结构层的顶部和底部的表层中形成盲元结构层。

本发明的图像传感器结构，通过设计探测结构层和盲元结构层，将二者有效结合起来，不仅缩小了单个像元的空间占比，提高了芯片集成度和器件灵敏度，还使得盲元阵列和像元阵列所处环境相同，从而进一步提高探测灵敏度，减小探测误差。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的图像传感器的一个有效像元的俯视结构示意图

图2为本发明的第一实施例的图像传感器的一个有效像元的截面结构示意图

图3为本发明的第一实施例的图像传感器的一个有效像元以及导电梁的结构示意图

图4为本发明的第一实施例的有效像元阵列的俯视示意图

图5为本发明的第一实施例的有效像元的制备方法的流程示意图

图6～12为本发明的第一实施例的有效像元的制备方法的各个步骤示意图

图13为本发明的第二实施例的图像传感器的一个有效像元的俯视结构示意图

图14为本发明的第二实施例的图像传感器的一个有效像元的截面结构示意图

图15为本发明的第二实施例的图像传感器的一个有效像元的截面结构示意图

图16为本发明的第二实施例的有效像元的制备方法的流程示意图

图17～23为本发明的第一实施例的有效像元的制备方法的各个步骤示意图

图24～26为本发明的第三实施例的图像传感器的一个有效像元的制备步骤示意图

图27～29为本发明的第三实施例的图像传感器的一个有效像元的制备步骤示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明的图像传感器结构设计中，改变了现有的有效像元阵列和盲元阵列的设计分布，将现有设计中的盲元阵列区域删除。为了提高探测灵敏度和有效消除噪声，在有效像元中设置盲元结构层和探测结构层相结合，从而不仅缩小了体积，提高了器件集成度，有效提高了器件探测灵敏度。

此外，本发明的一个实施例中，每个有效像元的输出采用三端输出，从而不仅节约占用面积，提高集成度，还能够实现探测结构层和盲元结构层的同步快速输出。

实施例一

以下结合附图1～12和具体实施例对本发明作进一步详细说明。其中，图1、3和6～12中的细线三角形表示有效像元的形状近似为三角形，但这不用于限制本发明的保护范围。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图1和图2，图2为图1沿aa'方向的截面结构示意图。本实施例的一种图像传感器结构中，在有效像元阵列中的每个有效像元中包括：探测结构层01和盲元结构层02。这里，探测结构层01和盲元结构层02呈并排设置，当然也可以平行并排设置。

本实施例中，探测结构层01采用第一导电类型的敏感材料层，盲元结构层02采用第二导电类型的非敏感材料层；第一导电类型和第二导电类型不相同。这里，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型，这里，第一导电类型的敏感材料层为p型非晶硅，所述第二导电类型的敏感材料层为n型非晶硅。本实施例中，呈三角形的有效像元可以配合三端输出的实现，请参阅图1，可以设计探测结构层01和盲元结构层02呈蛇形并排设置且具有间隔，蛇形分布俯视图形呈三角形，为了使得三端输出得到的结果更为灵敏，可以设计探测结构层01的总长度与盲元结构层02的总长度相同。

为了实现探测结构层和盲元结构层的同步输出，本实施例中，请参阅图3，图3中粗实线表示导电梁031、032、033，探测结构层01的一端和盲元结构层02的一端共同连接一第一共享引出极041，探测结构层01的另一端和盲元结构层02的另一端分别连接第二引出极042和第三引出极043，本实施例中，每个有效像元的俯视图呈三角形，在三角形外侧设置有第一导电梁031、第二导电梁032和第三导电梁033，第一导电梁031、第二导电梁032和第三导电梁033分别与三角形的三边平行；探测结构层01的一端和盲元结构层02的一端位于三角形的一个角，并通过第一导电梁031与第一共享引出极041相电连，探测结构层01的另一端位于三角形的剩余两个角之一，并通过第二导电梁032与第二引出极042相连，盲元结构层02的另一端位于三角形的剩余两个角之一，并通过第三导电梁033与第三引出极043相连。如图3所示，探测结构层01的一端和盲元结构层02的一端沿相同的第一方向延伸，并且与导电梁031连接；探测结构层01的另一端沿与第一方向相反的第二方向延伸，并且与导电梁032连接；盲元结构层02的另一端沿与第一方向相反的第二方向延伸，并且与导电梁033连接，需要说明的是，导电梁033也可以不与盲元结构层02的另一端连接，而直接与盲元结构02位于三角形的顶角距离近的部分连接，如图3中虚线圈中所示。例如，三角形包括：第一边、第二边、第三边、夹于第一边和第二边的第一角，夹于第二边和第三边的第二角，夹于第三边和第一边的第三角；第一导电类型的敏感材料层的一端和第二导电类型的非敏感材料层的一端位于三角形的第一角，第一共享引出极041通过平行于第一边的第一导电梁031与第一导电类型的敏感材料层的一端和第二导电类型的非敏感材料层的一端连接；第一导电类型的敏感材料层的另一端位于三角形的第二角，第二引出极042通过平行于第二边的第二导电梁032与第一导电类型的敏感材料层的另一端相连接；第二导电类型的非敏感材料层的另一端位于三角形的第三角，第三引出极043通过平行于第三边的第三导电梁033与第二导电类型的非敏感材料层的另一端相连接。

请参阅图4，图4中以三角形简化表示本实施例的每个有效像元，这里，呈三角形的有效像元之间的相邻的边平行，依此展开排列。从而得到有效的像元面积，提高了探测面积、集成度和探测灵敏度。

请参阅图5，本实施例的图像传感器结构的制备方法，包括制备有效像元阵列的过程，其中，每个有效像元的制备过程包括：形成第一导电类型的敏感材料层作为探测结构层，以及形成第二导电类型的非敏感材料层作为盲元结构层。具体的，可以包括以下步骤：

首先，请参阅图6，沉积第一层材料层01’；这里，采用的第一层材料层01'可以为非晶硅。

然后，请参阅图7，采用第一离子注入工艺，在第一层材料层中注入第一导电类型的杂质，形成离子注入的第一层材料层01"；

接着，请参阅图8，图形化第一层材料层01"，形成敏感材料层，也即是探测结构层01；

然后，请参阅图9，采用掩膜m将探测结构层01覆盖住，并且，沉积第二层材料层02'；这里，采用的第二层材料层02'可以为非晶硅。所采用的掩膜的材料可以为光刻胶等有机材料，或者无机材料。

接着，请参阅图10，采用第二离子注入工艺，在第二层材料层02'中注入第二导电类型的杂质，形成离子注入的第二层材料层02"；

然后，请参阅图11，图形化第二层材料层02"，形成非敏感材料层，也即是盲元结构层02；

最后，请参阅图12，去除掩膜m。

实施例二

以下结合附图13～23和具体实施例对本发明作进一步详细说明。其中，图13中的细线三角形表示有效像元的形状近似为三角形，并且，为了清晰表达探测结构层和盲元结构层的形貌，将盲元结构层凹陷的部分表示为白色，但这不用于限制本发明的保护范围。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图13～15，本实施例二的有效像元与实施例一的有效像元的区别在于，探测结构层201的表面内部设置有盲元结构层202，而不是像实施例一那样的探测结构层01与盲元结构层02按照一定的间距并排分布。这里，图14中，探测结构层201表面内部也即是表层中包含盲元结构层202，并且盲元结构层202仅位于探测结构层201的顶部和底部的表层中；图15中，探测结构层201的顶部、底部和侧壁的表层均包含盲元结构层202，也即是盲元结构层202经离子注入到探测结构层201的顶部、底部和侧壁表面中。

请参阅图13～15，盲元结构层201与探测结构层202共同构成蛇形，为了实现三端输出，蛇形分布俯视图形呈三角形，如图13所示。

请参阅图16，本实施例的图像传感器结构的制备方法，包括制备有效像元阵列的过程，其中，每个有效像元的制备过程包括以下步骤：

形成探测结构层包括：

步骤01：请参阅图17，沉积第一层材料层021'；

步骤02：请参阅图18，采用第一离子注入工艺，在第一层材料层201'中注入第一导电类型的杂质，形成201"；并且图形化形成第一导电类型的敏感材料层，也即是探测结构层201，如图19所示；

形成像元结构层包括：

步骤03：采用第二离子注入工艺，向探测结构层201表面注入第二导电类型的杂质，从而在探测结构层201的表层中形成盲元结构层202。

具体的，以附图20和22为图19中的虚线圈所示区域的放大的截面示意图，请参阅图20～21，步骤03中，第二离子注入工艺包括：请参阅图20，首先向探测结构层201表面垂直注入，并且向探测结构层201的侧壁进行倾斜注入，从而使得形成的盲元结构层202被包含于探测结构层201的侧壁、底部和顶部，从而形成图21所示的盲元结构层202和探测结构层201。

此外，请参阅图22～23，形成图23所示的盲元结构层202和探测结构层201可以采用的第二离子注入工艺包括：请参阅图22，仅向探测结构层201表面垂直注入，从而在探测结构层201的顶部和底部的表层中形成盲元结构层202，如图23所示。

实施例三

以下结合附图24～29和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

本实施例三与实施例一和二的区别在于，探测结构层和盲元结构层呈上下堆叠设置。请参阅图26，有效像元结构中，盲元结构层302位于探测结构层301侧壁和顶部上，也即是盲元结构层302将探测结构层301包覆住。以附图24和25为图19中的虚线圈所示区域的放大的截面示意图，此时，盲元结构层302的制备包括：请参阅图24，通过沉积工艺沉积在探测结构层301侧壁和顶部上形成材料层302'；请参阅图25，然后再对沉积的盲元结构层的材料层302'进行离子注入，从而得到如图26所示的第二导电类型的非敏感材料层作为盲元结构层302。

请参阅图29，有效像元结构中，盲元结构层302仅位于探测结构层301顶部和底部上，以附图27和28为图19中的虚线圈所示区域的放大示意图，此时，盲元结构层302的制备包括：请参阅图27，通过沉积工艺沉积在探测结构层301顶部形成材料层302'；请参阅图28，然后再对沉积的盲元结构层的材料层302'进行离子注入，从而得到如图29所示的第二导电类型的非敏感材料层；图案化第二导电类型的非敏感材料层，形成所需图形的盲元结构层302。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书为准。