40nm BSI CMOS Image Sensor预览

形成局部的 n 型核心 [P1]。这构成了光电转换和电荷存储所需的基本 p-n 结 [T2]。在此步骤之后，光刻胶被剥离，为后续的表面钉扎层注入做好准备，这些注入将最终完全定义钉扎光电二极管的结构 [A1]。

该步骤的核心机制依赖于离子注入，通过加速的掺杂离子穿透硅晶格，从而形成高度受控的浓度分布 [T1]。注入的 N 型掺杂剂的空间分布通常遵循高斯函数，由特定离子能量的投影射程（projected range）和射程列散（range straggle）特性所决定 [T1]。通过仔细选择注入能量和剂量，工程师可以构建特定的掺杂梯度，在光电二极管内产生内置电势 [A1]。该内置电势建立了一个耗尽区，将光生电子扫入势阱，同时将空穴排斥到 p 型衬底中 [T2]。此外，调节最终 p+/n 结处的掺杂浓度至关重要；保持相对较低的 n 型浓度可以降低局部电场 [P1]。减弱的局部电场从根本上抑制了产生-复合机制，从而显著减少了暗电流的退化 [P1]。

通常选择磷（Phosphorus）作为深光电二极管阱的 n 型掺杂剂，因为与相同注入能量下的砷（Arsenic）相比，磷的原子质量更轻，能够实现更深的穿透深度 [P3]。注入剂量的精确控制直接决定了势阱的总容积，这从根本上限制了像素的满阱容量（Full Well Capacity, FWC）[P1]。然而，增加剂量以最大化 FWC 存在权衡，因为过高的 n 型浓度使得在标准工作电压下难以实现完全耗尽 [T2]。完全耗尽对于消除图像滞后并确保电荷完全传输至浮置扩散节点（floating diffusion node）至关重要 [A2]。此外，注入能量必须与前道光刻步骤中使用的光刻胶厚度完美匹配；如果光刻胶的阻挡能力不足，杂散离子会穿透相邻的隔离区，从而破坏像素的空间隔离度 [T1]。

在 纳米尺度 背照式（BSI）CMOS 图像传感器中，光电二极管可用的物理体积受到高度缩小的像素间距的严格限制 [P1]。因此，N Photocathode IIPX 工艺必须采用多能量链式注入（multi-energy chained implants）来构建深层的、垂直渐变的静电势阱 [P3]。这种定制的垂直分布确保了即使是深层穿透的光子所产生的光生载流子，也能高效地向上漂移至传输栅 [T2]。此外，40nm 节点的严格热预算限制了后续基于扩散的分布展宽，这意味着注入后的高斯分布必须非常接近最终目标分布，以保持对结电容和噪声特性的严格控制 [T1]。