【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及圖像傳感器，特別涉及一種堆疊背照式抗輻照像元加固結構及其制備方法。
技術介紹
1、像素單元(簡稱像元)在整個傳感器系統中起著舉足輕重的作用，負責將光學圖像信號轉換為電學信號，是真正意義上實現“傳感”的單元，也是圖像傳感器的組成核心。因此，基于像素單元展開深入充分的研究對圖像傳感器的發展具有極其重大的意義與價值。
2、隨著人類對太空未知領域探索的迫切需求，cis也被應用在航空航天
人造衛星是航天技術的核心，而圖像傳感器是人造衛星的“眼睛”，圖像傳感器在深空探測與地表環境監測等方面都發揮著重要的作用。然而，空天環境比地面環境更為復雜，空間中充滿各種輻射，空間輻射極易對半導體器件的性能產生損傷，造成微電子系統出現不同程度的故障，導致其無法正常工作。對于cis這一精密的微電子系統，輻射將造成其像素器件損傷，導致成像質量顯著下降。因此，針對ci?s抗輻照像元加固設計的探索，具有重要實用意義。
3、當像元處于輻射環境中時，入射粒子與材料中的原子相互作用，將一部分能量傳遞給其核外電子，當電子獲得的能量大于結合能時，便能夠脫離原子核的束縛形成自由電子，并在原位置產生一個正離子(空穴)，最終使材料電學特性發生改變。在二氧化硅中，只有少量電子—空穴對被復合，其余大部分被加載在氧化層上的電場所分離。由于電子遷移率很高，室溫下漂移出二氧化硅的時間僅為皮秒級，而空穴的逸出時間可達秒級，因此輻射產生的主要效應是由非平衡空穴被陷阱俘獲形成氧化層正電荷所引起的。空穴通過二氧化硅中的局域態緩慢躍遷至硅/二氧化硅界面，
4、特別是在堆疊式小尺寸ppd像元中，縱向傳輸溝道增加了額外的輻射損傷機制，不僅使ppd像素的輻射損傷機理變得復雜，而且對像元特性影響更為嚴重。在常規的背照式像元結構中，傳輸管柵極下方為外延層或者阱，像元中光電二極管在經過曝光完成光生電子的收集后，傳輸管打開，光電子沿傳輸管柵氧化層/半導體界面處的溝道輸運到fd區等待信號的讀出。在輻照效應的影響下，柵氧化層內部以及柵氧化層/半導體界面處產生的缺陷會緊鄰或處于光電子的輸運溝道，或者處于輸運路徑上，對輸運過程中的光電子造成復合，嚴重影響像元的轉換增益，限制光電轉換效率。如何在保證像元性能的同時，有效提高其抗輻照能力，仍是當前研究的熱點和難點。
技術實現思路
1、針對上述現有技術的不足，本專利技術所要解決的技術問題是：提供一種能夠提高像元的抗輻照性能的堆疊背照式抗輻照像元加固結構及其制備方法。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用的一個技術方案是：提供一種堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，包括以下步驟：
3、取一具有外延層的半導體襯底；
4、在所述外延層形成st?i結構、st?i隔離阱注入區和n型pd注入區，所述st?i隔離阱注入區位于n型pd注入區的外圍，所述st?i結構位于所述st?i隔離阱注入區中；
5、在所述外延層的中部區域的上方形成埋溝外延區；
6、在所述外延層圍繞埋溝外延區形成p型鉗位層注入區，所述p型鉗位層注入區的外端與st?i結構相連接；
7、在所述埋溝外延區的外側通過注入形成傳輸管溝道隔離注入區；
8、在所述埋溝外延區的上方形成fd區；
9、在所述外延層的上方形成柵堆疊結構以及柵極；
10、在所述fd區的上方形成fd接觸結構。
11、進一步的，在所述fd區的上方形成fd接觸結構的步驟之后，還包括以下步驟：在像元表面淀積鈍化層。
12、進一步的，所述在外延層形成st?i結構、st?i隔離阱注入區和n型pd注入區的方法包括：
13、在所述外延層通過離子注入形成n型pd注入區；
14、在所述n型pd注入區的外圍刻蝕形成淺槽；
15、對所述淺槽進行二氧化硅填充，形成st?i結構；
16、在所述外延層上進行隔離阱注入，形成將所述st?i結構包圍在內的st?i隔離阱注入區。
17、進一步的，在所述外延層的中部區域的上方形成埋溝外延區的步驟中，包括以下子步驟：
18、在所述n型pd注入區的上方進行原位摻雜外延生長，形成埋溝外延層；
19、將所述埋溝外延層刻蝕形成納米柱形狀的埋溝外延區。
20、進一步的，所述埋溝外延區的外側通過注入形成傳輸管溝道隔離注入區的方法為：
21、在離子注入設備中設置硼離子作為注入離子；設定注入能量為5～7kev，注入劑量為1×1012～3×1012cm-2，傾斜角度設置為30°～40°；控制旋轉角度和旋轉次數進行離子注入以確保傳輸管溝道隔離注入區均勻分布在埋溝外延區周圍，所述旋轉角度為90°，旋轉次數為4次；完成注入后，進行退火處理以激活注入的離子。
22、進一步的，所述柵堆疊結構包括柵氧化層和fd電極隔離層；
23、在所述外延層的上方形成柵堆疊結構以及柵極的步驟中，包括以下子步驟：
24、在所述傳輸管溝道隔離注入區表面以及所述外延層上方各向同性淀積柵氧化層；
25、在所述柵氧化層的表面淀積fd電極隔離層并對所述fd電極隔離層進行刻蝕，留下覆蓋在所述柵氧化層上表面的部分；
26、在所述柵氧化層表面淀積多晶硅并通過選擇性刻蝕形成柵極，所述柵極的上表面與所述fd電極隔離層的上表面齊平。
27、進一步的，在所述fd區的上方形成fd接觸結構的步驟中，包括以下子步驟：
28、在所述fd區上方開設接觸孔，所述接觸孔貫穿所述柵氧化層以及所述fd電極隔離層；
29、在所述接觸孔內淀積金屬，形成fd接觸結構。
30、進一步的，將所述fd接觸結構設置為t形結構，所述fd接觸結構的豎直部分在所述接觸孔內，所述fd接觸結構的水平部分在所述fd電極隔離層上方。
31、為解決上述技術問題，本專利技術采用的另一個技術方案是：提供一種堆疊背照式抗輻照像元加固結構，包括包括外延層、在所述外延層形成的n型pd注入區、位于所述n型pd注入區外圍的st?i隔離阱注入區、位于所述st?i隔離阱注入區內的st?i結構、位于所述外延層中部區域上方的埋溝外延區、在所述外延層圍繞所述埋溝外延區設置的p型鉗位層注入區、位于所述埋溝外延區外側的傳輸管溝道隔離注入區、位于所述埋溝外延區上方的fd區、位于所述外延層上方的柵堆疊結構和柵極以及位于所述fd區上方的fd接觸結構；所述st?i隔離阱注入區通過若干次硼離子注入形成，所述p型鉗位層注入區的外端與所述st?i結構連接，所述柵堆疊結構設置在傳輸管溝道隔離注入區的表面，且所述柵堆疊結構位于所述外延區上方，所述柵極位于柵堆疊結構的表面，所述fd接觸結構位于fd區的上方。
32、進一步的，所述外延層為p型，摻雜濃度為1×1015～5×1015cm-3，厚度為2～8μm；
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1.一種堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，在所述FD區的上方形成FD接觸結構的步驟之后，還包括以下步驟：在像元表面淀積鈍化層。
3.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，所述在外延層形成STI結構、STI隔離阱注入區和N型PD注入區的方法包括：
4.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，在所述外延層的中部區域的上方形成埋溝外延區的步驟中，包括以下子步驟：
5.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，所述埋溝外延區的外側通過注入形成傳輸管溝道隔離注入區的方法為：
6.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于：所述柵堆疊結構包括柵氧化層和FD電極隔離層；
7.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，在所述FD區的上方形成FD接觸結構的步驟中，包括以下子步驟：
8.如權利要求7所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于：將所述FD接觸結構設置為T形結構，所述FD接觸結構的豎直部分在所述接觸孔內，所述FD接觸結構的水平部分在所述FD電極隔離層上方。
9.一種堆疊背照式抗輻照像元加固結構，其特征在于：包括外延層、在所述外延層形成的N型PD注入區、位于所述N型PD注入區外圍的STI隔離阱注入區、位于所述STI隔離阱注入區內的STI結構、位于所述外延層中部區域上方的埋溝外延區、在所述外延層圍繞所述埋溝外延區設置的P型鉗位層注入區、位于所述埋溝外延區外側的傳輸管溝道隔離注入區、位于所述埋溝外延區上方的FD區、位于所述外延層上方的柵堆疊結構和柵極以及位于所述FD區上方的FD接觸結構；所述STI隔離阱注入區通過若干次硼離子注入形成，所述P型鉗位層注入區的外端與所述STI結構連接，所述柵堆疊結構設置在傳輸管溝道隔離注入區的表面，且所述柵堆疊結構位于所述外延區上方，所述柵極位于柵堆疊結構的表面，所述FD接觸結構位于FD區的上方。
10.如權利要求9所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構，其特征在于：所述外延層為P型，摻雜濃度為1×1015～5×1015cm-3，厚度為2～8μm；
...【技術特征摘要】
1.一種堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，在所述fd區的上方形成fd接觸結構的步驟之后，還包括以下步驟：在像元表面淀積鈍化層。
3.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，所述在外延層形成sti結構、sti隔離阱注入區和n型pd注入區的方法包括：
4.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，在所述外延層的中部區域的上方形成埋溝外延區的步驟中，包括以下子步驟：
5.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，所述埋溝外延區的外側通過注入形成傳輸管溝道隔離注入區的方法為：
6.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于：所述柵堆疊結構包括柵氧化層和fd電極隔離層；
7.如權利要求1所述的堆疊背照式抗輻照像元加固結構的制備方法，其特征在于，在所述fd區的上方形成fd接觸結構的步驟中，包括以下子步驟：
8.如權利要求7所述的堆...
【專利技術屬性】
技術研發人員：韓濤，稅清齡，張運，張華，廖乃鏝，王樹龍，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第四十四研究所，
類型：發明
國別省市：
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