像素单元及制备方法、像素阵列、图像传感器及芯片与流程

本技术涉及半导体，尤其涉及一种像素单元及制备方法、像素阵列、图像传感器及芯片。

背景技术：

1、随着各类电子产品对图像传感器的性能需求越来越高，图像传感器的满阱容量成为其重要的评估标准，满阱容量指图像传感器像素单元能容纳的最大光生电子数，满阱容量越高，图像传感器的动态范围越大，图像传感器的高光强成像效果越好。

2、目前为了实现高的满阱容量，采用增加像素单元光电二极管的存储层离子掺杂的剂量，或者采用多次注入的方式使光电二极管存储层纵向拓展加深，但是离子掺杂浓度的提升使光电二极管难以被耗尽，从而增大了图像传感器的传输噪声，形成图像拖尾，最终降低了图像传感器的成像质量。

技术实现思路

1、本技术提供一种像素单元及制备方法、像素阵列、图像传感器及芯片，用于提供一种能够实现高满阱容量以及高成像质量的图像传感器的技术方案。

2、第一方面，本技术提供一种像素单元的制备方法，所述方法包括：

3、提供基底；所述基底包括吸收区；所述吸收区用于感应光信号产生光生电子；

4、在所述基底中，形成位于所述吸收区上的至少一层第一插入层；其中，所述至少一层第一插入层间隔设置，且每层所述第一插入层均包括至少一个间断区；

5、在每个所述间断区中形成传输区，以及在所述传输区上形成补偿区；

6、在所述基底中，形成位于每层第一插入层上的存储层；所述传输区用于将所述吸收区产生的光生电子传输至对应所述存储层进行存储，所述补偿区与所述存储层的导电类型相反，所述补偿区用于降低对应所述存储层内的横向电子传输势垒。

7、在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：在所述基底中，形成设置在最上层存储层上的第一钳位层。

8、在一种可选的实施方式中，所述第一钳位层与所述存储层的导电类型不同，和/或，所述第一钳位层的掺杂浓度大于最上层所述存储层的掺杂浓度。

9、在一种可选的实施方式中，沿所述第一插入层至所述第一钳位层的方向，各层所述存储层的掺杂浓度依次增加。

10、在一种可选的实施方式中，所述第一钳位层的掺杂浓度为1017-1021/cm3；和/或，每层所述存储层的掺杂浓度为1017-1020/cm3。

11、在一种可选的实施方式中，沿所述基底厚度的方向，所述第一钳位层的厚度为10nm-300nm；和/或，每层所述存储层的厚度为10nm-500nm，和/或，每层所述第一插入层的厚度为10nm-500nm。

12、在一种可选的实施方式中，所述第一插入层与所述吸收区的导电类型不同，和/或，所述第一插入层与所述传输区的导电类型不同，和/或，所述第一插入层与所述存储层的导电类型不同。

13、在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

14、在所述第一钳位层上，形成栅极氧化层；

15、在所述栅极氧化层上形成传输栅极，在所述基底中形成位于所述传输栅极的另一侧的浮动扩散区；其中，所述第一钳位层和所述存储层位于所述传输栅极的一侧，且所述传输栅极在所述基底上的投影与所述第一钳位层和所述存储层存在部分交叠。

16、在一种可选的实施方式中，所述浮动扩散区的导电类型与所述存储层的导电类型相同，和/或，所述浮动扩散区的掺杂浓度大于最上层所述存储层的掺杂浓度。

17、在一种可选的实施方式中，所述存储层的掺杂浓度为1017-1020/cm3，和/或，所述浮动扩散区的掺杂浓度为1018-1021/cm3。

18、在一种可选的实施方式中，所述提供基底包括：

19、提供外延层；沿与所述外延层的厚度方向垂直的方向，所述外延层具有第一侧和第二侧；

20、从所述外延层的第一侧，在所述外延层中形成第一隔离结构，以及从所述外延层第二侧，在所述外延层中形成第二隔离结构；

21、在所述外延层中形成位于所述第一隔离结构和第二隔离结构之间的吸收区。

22、在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

23、在所述外延层中，形成位于所述吸收区背离所述第一插入层一侧的第二钳位层。

24、在一种可选的实施方式中，沿与所述外延层的厚度方向垂直的方向，所述第二钳位层贯穿所述外延层。

25、在一种可选的实施方式中，所述在所述外延层中形成位于所述第一隔离结构和第二隔离结构之间的吸收区，包括：

26、在所述外延层中形成位于所述第一隔离结构和第二隔离结构之间的第一吸收层和第二吸收层；其中，所述第一吸收层位于所述第二吸收层上。

27、在一种可选的实施方式中，所述第一吸收层与所述第二吸收层的导电类型相同；

28、所述第一吸收层和所述第二吸收层的导电类型均与所述第二钳位层的导电类型不同；

29、和/或，所述第一吸收层的掺杂浓度大于所述第二吸收层的掺杂浓度。

30、在一种可选的实施方式中，所述第一吸收层的掺杂浓度为1x1015-1018/cm3，和/或，所述第二吸收层的掺杂浓度为1012-1017/cm3。

31、在一种可选的实施方式中，所述第二吸收层与所述第二钳位层部分交叠，和/或，所述第一吸收层与所述第二吸收层部分交叠，和/或，所述传输区与所述第一吸收层部分交叠。

32、在一种可选的实施方式中，所述存储层、所述传输区以及所述第一吸收层的导电类型相同，所述存储层的掺杂浓度，所述传输区的掺杂浓度，所述第一吸收层的掺杂浓度逐渐降低。在一种可选的实施方式中，所述存储层的掺杂浓度大于对应所述补偿区的掺杂浓度。

33、在一种可选的实施方式中，所述存储层的离子掺杂浓度为1017-1020/cm3，和/或，所述传输区的离子掺杂浓度为1018-1020/cm3，和/或，所述补偿区的离子掺杂浓度为1016-1019/cm3。

34、在一种可选的实施方式中，所述补偿区与所述存储层重叠区域掺杂浓度小于所述补偿区两侧的所述存储层的掺杂浓度。

35、在一种可选的实施方式中，所述形成位于所述吸收区背离所述第一插入层一侧的第二钳位层之前，所述方法还包括：

36、在所述吸收区内形成间隔设置的至少一个第二插入层；其中，所述第二插入层的底部位于所述第二吸收层内，且所述第二插入层的顶部贯穿经过所述第二吸收层直至位于所述第一吸收层内。

37、在一种可选的实施方式中，所述至少一个第二插入层与所述第一吸收层和所述第二吸收层的掺杂类型不同。

38、在一种可选的实施方式中，从所述外延层的第一侧，在所述外延层中形成第一隔离结构，以及从所述外延层第二侧，在所述外延层中形成第二隔离结构，包括：

39、在所述外延层中形成沟槽隔离结构；

40、从所述外延层的第一侧，对所述外延层进行离子掺杂，形成第一阱隔离结构，从所述外延层的第二侧，对所述外延层进行离子掺杂，形成第二阱隔离结构。

41、在一种可选的实施方式中，所述第一阱隔离结构包围所述沟槽隔离结构。

42、在一种可选的实施方式中，所述第一阱隔离结构和所述第二阱隔离结构的导电类型与所述吸收区的导电类型不同；所述吸收区与所述第一阱隔离结构和所述第二阱隔离结构相接触。

43、在一种可选的实施方式中，沿与所述基底的厚度方向垂直的方向，所述第一插入层贯穿所述基底，所述传输区沿与所述第一插入层的延伸方向垂直的方向形成在所述间端区中，所述补偿区沿与所述第一插入层的延伸方向垂直的方向形成在所述传输区上。

44、在一种可选的实施方式中，所述存储层的导电类型为p型，所述补偿区的导电类型为n型；或，所述存储层的导电类型为n型，所述补偿区的导电类型为p型。

45、在一种可选的实施方式中，在所述存储层的导电类型为n型的情况下，所述存储层的掺杂离子为p、as和sb中的一种，所述补偿区的导电类型为p型，所述补偿区的掺杂离子为bf2、b和in中的一种；

46、或，在所述存储层的导电类型为p型的情况下，所述存储层的掺杂离子为bf2、b、ga、al和in中的一种，所述补偿区的导电类型为n型，所述补偿区的掺杂离子为p、as和sb中的一种。

47、第二方面，本技术实施例还提供了一种像素单元，根据第一方面任一项所述的像素单元的制备方法制备。

48、第三方面，本技术实施例还提供了一种像素阵列，包括多个阵列排布的如第二方面所述的像素单元。

49、第四方面，本技术实施例还提供了一种图像传感器，包括行选择逻辑单元，列选择逻辑单元、控制逻辑单元、读出电路以及第三方面所述的像素阵列；

50、所述列选择逻辑单元、所述行选择逻辑单元以及所述读出电路均与所述逻辑控制单元电连接；

51、所述行选择逻辑单元用于在所述逻辑控制单元的控制下，选择导通的行像素单元；

52、所述列选择逻辑单元用于在所述逻辑控制单元的控制下，选择导通的列像素单元；

53、所述读出电路与所述像素阵列中的像素单元电连接，用于从选中的像素单元中读取电信号。

54、第五方面，本技术实施例还提供了一种芯片，包括第一方面的图像传感器。

55、本技术实施例提供的技术方案中，像素单元的制备方法包括：提供基底，该基底包括用于感应光信号产生光生电子的吸收区；之后，在基底中，形成位于所述吸收区上的至少一层第一插入层；其中，至少一层第一插入层间隔设置，且每层第一插入层均包括至少一个间断区；在间断区中形成传输区，以及在每个传输区上形成补偿区；在基底中，形成位于每层第一插入层上的存储层；其中，传输区用于将吸收区产生的光生电子传输至对应存储层进行存储，补偿区与存储层的导电类型相反，补偿区用于降低存储层内的横向电子传输势垒。

56、基于此，本技术实施例得到的像素单元包括至少一层存储层以及至少一侧第一插入层，且所述存储层与第一插入层的导电类型不同，用于形成结电容，存储光生电子，因此，本技术实施例中的像素单元可以利用至少一层存储层和对应的插入层存储更多的光生电子，以实现像素单元的高满阱容量。

57、应理解的是，存储层与吸收区之间形成有第一插入层，该第一插入层会导致吸收区与存储层之间存在较大的传输势垒，基于此，本技术实施例在吸收区和存储层之间形成贯穿第一插入层的传输区，增强了吸收区中光生电子朝向存储层的传输，消除了由于吸收区与存储层之间的传输势垒导致的图像拖影。

58、应再理解的是，由于第一插入层中存在间断区，会导致第一插入层的间断区与存储层相连接的区域的电势增大，从而增大了传输区内的横向电子传输势垒，基于此，本技术实施例在传输区上形成补偿区，补偿区与存储层的导电类型相反，该补偿区用于降低存储层内的横向电子传输势垒，进而消除由于存储层内的横向电子传输势垒造成的图像拖影。