一種CMOS圖像傳感器及其製作方法與流程

2023-05-24 16:34:21 2

本發明涉及半導體技術領域，具體而言涉及一種CMOS圖像傳感器及其製作方法。

背景技術：

在半導體技術領域中，圖像傳感器是一種能將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。圖像傳感器大體上可以分為電荷耦合元件(CCD)和互補金屬氧化物半導體圖像傳感器(CMOS Image Sensor，CIS)。CCD圖像傳感器的優點是對圖像敏感度較高，噪聲小，但是CCD圖像傳感器與其他器件的集成比較困難，而且CCD圖像傳感器的功耗較高。相比之下，CMOS圖像傳感器由於具有工藝簡單、易與其他器件集成、體積小、重量輕、功耗小、成本低等優點而逐漸取代CCD的地位。目前CMOS圖像傳感器被廣泛應用於數位相機、照相手機、數碼攝像機、醫療用攝像裝置(例如胃鏡)、車用攝像裝置等領域之中。

然而CMOS圖像傳感器通常存在拖影現象。拖影現象產生的主要原因是由於光電二極體PD區內形成的光生載流子不能完全通過傳輸電晶體Tx導出到浮置擴散區FD，導致下一次曝光時，光電二極體PD區內存儲了上一次曝光的載流子。

圖1示出了現有的一種CMOS圖像傳感器的俯視圖，從圖中可以看出，現有的CMOS圖像傳感器通常會包括一個很大的光電二極體PD區，光電二極體PD區內產生的光生載流子均需通過傳輸電晶體Tx進入浮置擴散區FD，然後經過驅動電晶體Dx和選擇電晶體Sx進行後續處理電路。

由於光電二極體PD的區域太大，當傳輸電晶體Tx開啟時，光電二極體PD區內的電勢會隨著離Tx的距離的增加而減小，因此浮置擴散區FD與光電二極體PD區之間的電勢差不足以將光電二極體 PD區內的載流子全部導出，特別是遠離傳輸電晶體Tx的光電二極體PD區域內的載流子。由於光電二極體PD內的載流子不能完全導出而幹擾到下一次的曝光，兩者的信號疊加使得CMOS圖像傳感器產生拖影現象。

因此，為解決上述技術問題，有必要提出一種新的CMOS圖像傳感器結構。

技術實現要素：

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分並不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特徵和必要技術特徵，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護範圍。

針對現有技術的不足，本發明實施例一提供一種CMOS圖像傳感器，包括：

具有第一導電類型的半導體襯底；

位於所述半導體襯底上的具有第二導電類型的光電二極體區，所述光電二極體區在光照下產生光生載流子；

用於處理所述光生載流子的外圍電路；

位於所述光電二極體區內的埠，所述埠連接光電二極體區與所述外圍電路；

位於所述光電二極體區內的具有第二導電類型的載流子傳輸溝道，所述載流子傳輸溝道的摻雜濃度高於所述光電二極體區的摻雜濃度，所述載流子傳輸溝道與所述埠相連。

進一步，所述載流子傳輸溝道包括一條形的第一摻雜區和與所述第一摻雜區相交的若干條形的第二摻雜區，所述第一摻雜區的一端與所述埠相連。

進一步，所述載流子傳輸溝道為T字形，包括一條形的所述第一摻雜區和與所述第一摻雜區垂直相交的一條形的所述第二摻雜區，所述第一摻雜區的另一端位於所述第二摻雜區內。

進一步，所述載流子傳輸溝道為「十」字形，包括一條形的所述第一摻雜區和與所述第一摻雜區垂直相交的一條形的所述第二摻雜區， 所述第一摻雜區的另一端跨越所述第二摻雜區並在所述光電二極體區內延伸。

進一步，所述載流子傳輸溝道包括一條形的所述第一摻雜區和與所述第一摻雜區垂直相交的多個條形的所述第二摻雜區，所述第一摻雜區的另一端位於所述光電二極體區的最外側的所述條形的第二摻雜區內。

進一步，所述載流子傳輸溝道包括一條形的所述第一摻雜區和與所述第一摻雜區垂直相交的多個條形的所述第二摻雜區，所述第一摻雜區的另一端跨越多個所述第二摻雜區並在所述光電二極體區內延伸。

進一步，所述外圍電路包括位於所述半導體襯底上的傳輸電晶體和具有第二導電類型的浮置擴散區，所述傳輸電晶體與所述光電二極體區相連，所述光電二極體位於所述傳輸電晶體一側，所述浮置擴散區位於所述傳輸電晶體的另一側的部分所述半導體襯底上並與所述傳輸電晶體相連。

進一步，所述傳輸電晶體包括位於所述半導體襯底上的柵極結構，以及位於所述柵極結構下方的所述半導體襯底內的所述傳輸電晶體的溝道層。

進一步，在所述柵極結構下方的所述半導體襯底的表面內還形成有所述傳輸電晶體的閾值電壓控制區。

進一步，所述埠與所述傳輸電晶體的溝道層相連。

進一步，還包括一重置電晶體，所述浮置擴散區位於所述傳輸電晶體和所述重置電晶體之間，所述重置電晶體與所述浮置擴散區相連。

進一步，還包括形成於所述半導體襯底上的一選擇電晶體和一驅動電晶體，所述選擇電晶體和所述驅動電晶體與所述重置電晶體相連。

進一步，所述重置電晶體、所述選擇電晶體和所述驅動電晶體包括形成於所述半導體襯底上的柵極結構，以及位於所述柵極結構下方的所述半導體襯底表面內的閾值電壓控制區。

進一步，還包括覆蓋部分半導體襯底的外延層，該外延層被重摻 雜具有第一導電類型，所述光電二極體位於所述外延層內。

進一步，所述第一導電類型為P型，所述第二導電類型為N型,或者，所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型。

本發明實施例二提供一種CMOS圖像傳感器的製作方法，包括：

步驟A1：提供具有第一導電類型的半導體襯底，在所述半導體襯底中定義有像素區圖形，所述像素區圖形包括光電二極體區圖形和外圍電路圖形；

步驟A2：在所述像素區圖形對應的部分半導體襯底中分別形成具有第二導電類型的光電二極體區和位於所述光電二極體區內的埠，所述埠連接所述光電二極體區與外圍電路；

步驟A3：在所述光電二極體區內形成具有第二導電類型的載流子傳輸溝道，所述載流子傳輸溝道與所述埠相連，所述載流子傳輸溝道的摻雜濃度高於光電二極體區的摻雜濃度。

進一步，所述載流子傳輸溝道包括一條形的第一摻雜區和與所述第一摻雜區相交的若干條形的第二摻雜區，所述第一摻雜區的一端與所述埠相連。

進一步，所述載流子傳輸溝道為T字形，包括一條形的所述第一摻雜區和與所述第一摻雜區垂直相交的一條形的所述第二摻雜區，所述第一摻雜區的另一端位於所述第二摻雜區內。

進一步，所述載流子傳輸溝道為「十」字形，包括一條形的所述第一摻雜區和與所述第一摻雜區垂直相交的一條形的所述第二摻雜區，所述第一摻雜區的另一端跨越所述第二摻雜區並在所述光電二極體區內延伸。

進一步，所述載流子傳輸溝道包括一條形的所述第一摻雜區和與所述第一摻雜區垂直相交的多個條形的所述第二摻雜區，所述第一摻雜區的另一端位於所述光電二極體區的最外側的所述第二摻雜區內。

進一步，所述載流子傳輸溝道包括一條形的所述第一摻雜區和與所述第一摻雜區垂直相交的多個條形的所述第二摻雜區，所述第一摻雜區的另一端跨越多個所述第二摻雜區並在所述光電二極體區內延伸。

進一步，所述外圍電路圖形包括浮置擴散區和傳輸電晶體圖形， 其中，在所述步驟A2中還包括：同時形成具有第二導電類型的浮置擴散區的步驟，所述光電二極體區位於預定形成的傳輸電晶體的一側，所述浮置擴散區位於預定形成的傳輸電晶體的另一側。

進一步，在所述步驟A2之後和所述步驟A3之前還包括：在所述半導體襯底中形成傳輸電晶體的溝道層，所述溝道層具有第一導電類型，所述溝道層與所述浮置擴散區和所述光電二極體區相連。

進一步，所述埠與所述傳輸電晶體的溝道層相連。

進一步，還包括步驟A5：在所述傳輸電晶體溝道層的至少一部分上形成所述傳輸電晶體的柵極結構。

進一步，所述柵極結構包括依次形成於所述半導體襯底上的柵極介電層和柵極材料層。

進一步，在所述步驟A2之後和所述步驟A3之前還包括：對所述半導體襯底中所述傳輸電晶體的閾值電壓控制區的區域進行離子注入，以形成具有第一導電類型的所述閾值電壓控制區，所述閾值電壓控制區與所述浮置擴散區和所述光電二極體區相連。

進一步，還包括覆蓋部分半導體襯底的外延層，該外延層被重摻雜具有第一導電類型，所述光電二極體區形成於所述外延層內。

本發明的CMOS圖像傳感器的結構，其光電二極體區PD內形成有高摻雜載流子傳輸溝道，由於光電二極體區PD內的高摻雜載流子傳輸溝道可以產生相對於其他光電二極體區較高的電勢而收集光照產生的電子，因此高摻雜載流子傳輸溝道形成了電子的傳輸通道。通過設計傳輸通道的布局，可以有效的將光電二極體區PD內的電子通過傳輸電晶體Tx導入浮置擴散區FD而改善拖尾效應，因此本發明的CMOS圖像傳感器具有更高的性能。

附圖說明

本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用於理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。

附圖中：

圖1示出了現有的一種CMOS圖像傳感器的俯視圖；

圖2A示出了本發明一具體實施方式的CMOS圖像傳感器的俯視 圖；

圖2B示出了對應本發明圖2A中CMOS圖像傳感器的工作原理圖；

圖3A-3C分別示出了本發明另一實施方式中的CMOS圖像傳感器的俯視圖；

圖4A-4E示出了本發明一具體實施方式的CMOS圖像傳感器的製作方法依次實施所獲得器件的俯視圖；

圖5為本發明一具體實施例的CMOS圖像傳感器的製作方法的流程圖。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對於本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵未進行描述。

應當理解的是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限於這裡提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，並且將本發明的範圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被誇大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應當明白，當元件或層被稱為「在...上」、「與...相鄰」、「連接到」或「耦合到」其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為「直接在...上」、「與...直接相鄰」、「直接連接到」或「直接耦合到」其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，儘管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區、層和/或部分，這些元件、部件、區、層和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區分一個元件、部件、區、層或部分與另一個元件、部件、區、層或部分。因此，在不脫離本發明教導之下，下面討論的第一元件、部件、區、層或部分可表示為第二元件、部件、區、層或部分。

空間關係術語例如「在...下」、「在...下面」、「下面的」、「在...之下」、「在...之上」、「上面的」等，在這裡可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特徵與其它元件或特徵的關係。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關係術語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉，然後，描述為「在其它元件下面」或「在其之下」或「在其下」元件或特徵將取向為在其它元件或特徵「上」。因此，示例性術語「在...下面」和「在...下」可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉90度或其它取向)並且在此使用的空間描述語相應地被解釋。

在此使用的術語的目的僅在於描述具體實施例並且不作為本發明的限制。在此使用時，單數形式的「一」、「一個」和「所述/該」也意圖包括複數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白朮語「組成」和/或「包括」，當在該說明書中使用時，確定所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語「和/或」包括相關所列項目的任何及所有組合。

這裡參考作為本發明的理想實施例(和中間結構)的示意圖的橫截面圖來描述發明的實施例。這樣，可以預期由於例如製造技術和/或容差導致的從所示形狀的變化。因此，本發明的實施例不應當局限於在此所示的區的特定形狀，而是包括由於例如製造導致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入區在其邊緣通常具有圓的或彎曲特徵和/或注入濃度梯度，而不是從注入區到非注入區的二元改變。同樣，通過注入形成的埋藏區可導致該埋藏區和注入進行時所經過的表面之間的區中的一些注入。因此，圖中顯示的區實質上是示意性的，它們的形狀並不意圖顯示器件的區的實際形狀且並不意圖限定本發明的範圍。

為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發明提出的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。

實施例一

下面，參照圖2A-2B和圖3A-3C對本發明提出的CMOS圖像傳感器的結構進行詳細描述，其中，圖2A示出了本發明一具體實施方式的CMOS圖像傳感器的俯視圖；圖2B示出了對應本發明圖2A中CMOS圖像傳感器的工作原理圖；圖3A-3C分別示出了本發明另一實施方式中的CMOS圖像傳感器的俯視圖；

本發明的CMOS圖像傳感器包括：具有第一導電類型的半導體襯底；位於所述半導體襯底上的具有第二導電類型的光電二極體區，所述光電二極體區在光照下產生光生載流子；用於處理所述光生載流子的外圍電路；位於所述光電二極體區內的埠，所述埠連接光電二極體區與所述外圍電路；位於光電二極體區內的具有第二導電類型的載流子傳輸溝道，所述載流子傳輸溝道的摻雜濃度高於光電二極體區的摻雜濃度，所述載流子傳輸溝道與所述埠相連。由於位於所述光電二極體區內的埠連接光電二極體區與所述外圍電路，所述載流子傳輸溝道與所述埠相連，也即與外圍電路相連

其中，所述載流子傳輸溝道至少包括一條形的第一摻雜區和與所述第一摻雜區相交的若干條形的第二摻雜區，所述第一摻雜區的一端與埠相連相連。

本發明的CMOS圖像傳感器可為3T型、也可為4T型，或其他任何合適的類型。

如圖2A所示，以一種4T型的CMOS圖像傳感器為例對發明的結構進行詳細說明，本發明的一具體實施方式中的CMOS圖像傳感器包括：具有第一導電類型的半導體襯底；所述半導體襯底可以是以下所提到的材料中的至少一種：矽、絕緣體上矽(SOI)、絕緣體上層疊矽(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化矽(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化矽(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。在半導體襯底中形成有隔離結構(未示出)，所述隔離結構為淺溝槽隔離(STI)結構或者局部氧化矽(LOCOS)隔離結構。所述隔離結構可用於定義各種有源區。第一導電類型可以為N型也可以為P型，本實施例中以P型半導體襯底為例。

在一個示例中，CMOS圖像傳感器還可以包括覆蓋部分半導體襯底的外延層，該外延層被重摻雜具有第一導電類型，例如，為P+外 延層，光電二極體區位於所述外延層內。較佳地，所述外延層的寬度範圍為2-10μm。

如圖2A所示，CMOS圖像傳感器還包括位於所述半導體襯底上的具有第二導電類型的光電二極體區PD，所述光電二極體區PD在光照下產生光生載流子，以及用於處理所述光生載流子的外圍電路。還包括位於所述光電二極體區內的埠，所述埠連接光電二極體區與所述外圍電路。

所述外圍電路至少包括位於所述半導體襯底上的傳輸電晶體Tx和具有第二導電類型的浮置擴散區FD，所述傳輸電晶體Tx與所述光電二極體區PD相連，所述光電二極體區PD位於所述傳輸電晶體一側Tx，所述浮置擴散區FD位於所述傳輸電晶體Tx的另一側的部分所述半導體襯底上並與所述傳輸電晶體Tx相連。

所述傳輸電晶體Tx均包括位於所述半導體襯底上的柵極結構，以及位於所述柵極結構下方的所述半導體襯底內的所述傳輸電晶體的溝道層。所述柵極結構包括依次位於所述半導體襯底上的柵極介電層和柵極材料層。

柵極介電層可以包括傳統的電介質材料諸如具有電介質常數從大約4到大約20(真空中測量)的矽的氧化物、氮化物和氮氧化物。或者，柵極介電層可以包括具有電介質常數從大約20到至少大約100的通常較高電介質常數電介質材料。這種較高電介質常數電解質材料可以包括但不限於：氧化鉿、矽酸鉿、氧化鈦、鈦酸鍶鋇(BSTs)和鋯鈦酸鉛(PZTs)。柵極材料層可以包括各個材料，所述各個材料包含但不限於：某些金屬、金屬合金、金屬氮化物和金屬矽化物，及其層壓製件和其複合物。柵極材料層也可以包括摻雜的多晶矽和多晶矽-鍺合金材料(即，具有從每立方釐米大約1e18到大約1e22個摻雜原子的摻雜濃度)以及多晶矽金屬矽化物(polycide)材料(摻雜的多晶矽/金屬矽化物疊層材料)。

可選地，在所述柵極結構下方的所述半導體襯底的表面內還形成有所述傳輸電晶體的閾值電壓控制區。位於所述柵極結構下方的所述半導體襯底內的閾值電壓控制區並不是必須地，柵極結構下方的半導體襯底內通常還包括阱結構以及襯底內的溝道層，形成阱(well)結構 的離子摻雜導電類型與溝道層離子摻雜導電類型相同，但是濃度較柵極溝道層低，離子注入的深度泛圍較廣，同時需達到大於隔離結構的深度。溝道層的摻雜類型根據實際器件的類型進行選擇，可以為N型也可以為P型。閾值電壓控制區具有與溝道層相同的摻雜類型，但其摻雜濃度大於溝道層的摻雜濃度，其摻雜深度小於溝道層的摻雜深度。

所述光電二極體區PD包括形成於所述半導體襯底中的具有第二導電類型的摻雜區，所述第二導電類型與所述第一導電類型相反，所述光電二極體區的半導體襯底與其中的摻雜區構成PN結，作為光電二極體，所述光電二極體區在光照下產生光生載流子。

所述浮置擴散區FD包括具有第二導電類型的摻雜區，該第二導電類型和前述的第一導電類型相反，例如，當半導體襯底為P型半導體襯底時，則摻雜區為N型摻雜區，則摻雜區和P型半導體襯底構成PN結，即PN結電容。

在所述光電二極體區PD中還形成有載流子傳輸溝道201，所述載流子傳輸溝道201的摻雜濃度高於所述光電二極體區PD的摻雜濃度，所述載流子傳輸溝道201與光電二極體區PD內的埠相連。

所述載流子傳輸溝道201至少包括一條形的第一摻雜區201a和與所述第一摻雜區相交的若干條形的第二摻雜區201b，所述第一摻雜區201a的一端與光電二極體區PD內的埠相連，該埠與所述傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或所述所述第一摻雜區201a的一端與傳輸電晶體Tx的溝道層直接相連。所述第一摻雜區和所述第二摻雜區具有相同的第二導電類型。進一步，所述第一摻雜區和所述第二摻雜區具有相同的摻雜濃度。所述載流子傳輸溝道201的摻雜濃度大於所述光電二極體區PD的摻雜濃度。

在一個示例中，如圖2A所示，所述載流子傳輸溝道201為T字形，包括一條形的第一摻雜區201a和與所述第一摻雜區201a垂直相交的一條形的第二摻雜區201b，所述第一摻雜區201a的一端與光電二極體區PD內的埠相連，該埠與所述傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或所述第一摻雜區201a的一端與所述傳輸電晶體Tx的溝道層相連，所述第一摻雜區201a的另一端位於第二摻雜區201b內。

該載流子傳輸溝道不僅僅限於如圖2A所述的T字形，還可以為其它形狀。

在一個示例中，如圖3A所示，所述載流子傳輸溝道301為「十」字型，包括一條形的第一摻雜區301a和與第一摻雜區301a垂直相交的一條形的第二摻雜區301b，所述第一摻雜區201a的一端與光電二極體區PD內的埠相連，該埠與所述傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或所述第一摻雜區301a的一端與所述傳輸電晶體Tx的溝道層相連，所述第一摻雜區301a的一端連接所述第一摻雜區301a的另一端跨越第二摻雜區301b並在所述光電二極體區PD內延伸，其中，條形的第二摻雜區301b也在光電二極體區PD內延伸。

在一個示例中，如圖3B所示，所述載流子傳輸溝道301包括一條形的第一摻雜區301a和與所述第一摻雜區301a垂直相交的多個條形的第二摻雜區301b，所述第一摻雜區201a的一端與光電二極體區PD內的埠相連，該埠與所述傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或所述第一摻雜區301a的一端與所述傳輸電晶體Tx的溝道層相連，所述第一摻雜區301a的另一端位於所述光電二極體區PD的最外側的條形的第二摻雜區301b內，其中，條形的第二摻雜區301b也在光電二極體區PD內延伸。

在一個示例中，如圖3C所示，所述載流子傳輸溝道301包括一條形的第一摻雜區301a和與所述第一摻雜區301a垂直相交的多個條形的所述第二摻雜區301b，所述第一摻雜區201a的一端與光電二極體區PD內的埠相連，該埠與所述傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或所述第一摻雜區301a的一端與所述傳輸電晶體Tx的溝道層直接相連，所述第一摻雜區301a的另一端跨越多個所述第二摻雜區301b並在所述光電二極體區PD內延伸。

進一步地，如圖2A所示，CMOS圖像傳感器還包括一重置電晶體Rx，所述浮置擴散區FD位於所述傳輸電晶體Tx和所述重置電晶體Rx之間，所述重置電晶體Rx與所述浮置擴散區FD相連。

示例性地，還包括形成於所述半導體襯底上的一選擇電晶體Sx和一驅動電晶體Dx，所述選擇電晶體Sx和所述驅動電晶體Dx與所述重置電晶體Rx相連。所述重置電晶體Rx、選擇電晶體Sx和一驅 動電晶體Dx也作為外圍電路的構成部分。

所述重置電晶體Rx、所述選擇電晶體Sx和所述驅動電晶體Dx包括形成於所述半導體襯底上的柵極結構，以及位於所述柵極結構下方的所述半導體襯底表面內的閾值電壓控制區。所述柵極結構包括依次位於所述半導體襯底上的柵極介電層和柵極材料層。

上述內容中，所述第一導電類型為P型，所述第二導電類型為N型，或者，所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型。

以如圖2A所示的CMOS圖像傳感器為例，對本發明的CMOS圖像傳感器的工作原理進行說明，圖2B示出了對應本發明圖2A中CMOS圖像傳感器的工作原理圖，具體工作原理如下：

以光電二極體區PD為N型時為例，在光電二極體區PD內形成T字形的高摻雜N型載流子傳輸溝道，該T字形載流子傳輸溝道的摻雜濃度大於光電二極體區PD的摻雜濃度，其一端通至傳輸電晶體Tx柵極結構下的溝道層。

由於載流子傳輸溝道為高摻雜N型，其摻雜濃度大於光電二極體區PD，可以產生相對於其他光電二極體區PD較高的電勢，光電二極體區PD區接收光子產生電子，產生的電子向高電勢的方向遷移，因此電子在PD區內的高摻雜的載流子傳輸溝道內聚集，由於傳輸溝道距離傳輸電晶體Tx的距離較近，且載流子傳輸溝道的一端直接與傳輸電晶體Tx下的溝道層相連，因此光電二極體區PD內的電子較容易導入浮置擴散區FD區內，改善了CMOS圖像傳感器的拖尾效應。

綜上所述，本發明的CMOS圖像傳感器的結構，光電二極體區PD內形成有高摻雜載流子傳輸溝道，由於光電二極體區PD內的高摻雜載流子傳輸溝道可以產生相對於其他光電二極體區較高的電勢而收集光照產生的電子，因此高摻雜載流子傳輸溝道形成了電子的傳輸通道。通過設計傳輸通道的布局，可以有效的將光電二極體區PD內的電子通過傳輸電晶體Tx導入浮置擴散區FD而改善拖尾效應，因此本發明的CMOS圖像傳感器具有更高的性能。

實施例二

下面，參考圖4A-4E以及圖5對本發明一具體實施例的CMOS 圖像傳感器的製作方法做詳細描述。其中，圖4A-4E示出了本發明一具體實施方式的CMOS圖像傳感器的製作方法依次實施所獲得器件的俯視圖；圖5為本發明一具體實施例的CMOS圖像傳感器的製作方法的流程圖。

首先，提供具有第一導電類型的半導體襯底400，在所述半導體襯底中定義有像素區圖形，所述像素區圖形包括光電二極體區圖形和外圍電路圖形，如圖4A所示。

如圖4A所示，所述半導體襯底400可以是以下所提到的材料中的至少一種：矽、絕緣體上矽(SOI)、絕緣體上層疊矽(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化矽(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化矽(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。在半導體襯底400中形成有隔離結構(未示出)，所述隔離結構為淺溝槽隔離(STI)結構或者局部氧化矽(LOCOS)隔離結構。所述隔離結構可用於定義各種有源區。第一導電類型可以為N型也可以為P型，本實施例中以P型半導體襯底為例。可通過光刻工藝和刻蝕工藝在半導體襯底上形成隔離結構，以及像素區圖形，其中像素區圖形對應的半導體襯底用於之後的像素區相應器件的製作，像素區圖形包括浮置擴散區圖形、光電二極體區圖形、傳輸電晶體圖形等。

在一個示例中，CMOS圖像傳感器還可以包括覆蓋部分半導體襯底的外延層，該外延層被重摻雜具有第一導電類型，例如，為P+外延層，光電二極體區位於所述外延層內。較佳地，所述外延層的寬度範圍為2-10μm。

接著，如圖4B所示，在所述像素區圖形對應的部分半導體襯底400中分別形成具有第二導電類型的光電二極體區PD和浮置擴散區FD，其中所述光電二極體區PD位於預定形成的傳輸電晶體的一側，所述浮置擴散區FD位於預定形成的傳輸電晶體的另一側，以及位於所述光電二極體區內的埠，所述埠連接所述光電二極體區與外圍電路。

所述第二導電類型可以為N型也可以為P型，具體根據實際製作的器件的類型進行選擇。本實施例中，第二導電類型為N型，則離子注入工藝採用磷注入，其劑量可以為1E12/cm3～1E16/cm3，在光 電二極體區對應的半導體襯底中形成N型摻雜區，該N型摻雜區可以和P型半導體襯底構成光電二極體。

同時，通過離子注入的方式形成具有第二導電類型的浮置擴散區FD。所述浮置擴散區FD包括具有第二導電類型的摻雜區，該第二導電類型和前述的第一導電類型相反，例如，當半導體襯底為P型半導體襯底時，則摻雜區為N型摻雜區，則摻雜區和P型半導體襯底構成PN結，即PN結電容。

接著，如圖4C所示，在所述半導體襯底中形成所述傳輸電晶體的溝道層，所述溝道層具有第一導電類型，所述溝道層與所述浮置擴散區和所述光電二極體區相連。

在所述半導體襯底中預定形成傳輸電晶體的溝道層區域進行離子注入，以形成傳輸電晶體的溝道層，該溝道層具有第一導電類型，即與浮置擴散區和光電二極體區具有相反的導電類型。一般可使溝道層離子注入的深度基本等於淺溝槽隔離結構的深度。

示例性地，如圖4C所示，在本步驟中，還可包括對所述半導體襯底400中預定形成所述傳輸電晶體Tx的閾值電壓控制區401T的區域進行離子注入，以形成具有第一導電類型的所述閾值電壓控制區401T，所述閾值電壓控制區401T與所述浮置擴散區FD和所述光電二極體區PD相連。所述溝道層的摻雜濃度小於所述閾值電壓控制區的摻雜濃度，所述溝道層的摻雜深度大於所述閾值電壓控制區的摻雜深度。

在一個示例中，在形成所述溝道層之前，還可進行傳輸電晶體的阱區的離子注入，以形成具有第一導電類型的阱區。阱區具有比溝道層更深的摻雜深度和更寬的摻雜範圍，溝道層位於阱區內。

在進行離子注入時，可首先形成圖案化的光阻層，該光阻層定義預定形成的溝道層的形狀，再進行離子注入以形成溝道層。

在本步驟中，還包括在所述半導體襯底400中形成重置電晶體Rx、選擇電晶體Sx和驅動電晶體Dx的閾值電壓控制區401R、401S、401D的步驟。其中，所述浮置擴散區FD位於所述重置電晶體的閾值電壓控制區401R和所述傳輸電晶體的閾值電壓控制區401T之間，如圖4C所示。

接著，如圖4D所示，在所述光電二極體區PD內形成具有第二導電類型的載流子傳輸溝道402，所述載流子傳輸溝道402包括一條形的第一摻雜區402a和與所述第一摻雜區402a相交的若干條形的第二摻雜區402b，所述第一摻雜區402a的一端與所述埠相連。

進一步，所述第一摻雜區和所述第二摻雜區具有相同的摻雜濃度。所述載流子傳輸溝道201的摻雜濃度大於所述光電二極體區PD的摻雜濃度。

在一個示例中，如圖4D所示，所述載流子傳輸溝道402為T字形，包括一條形的第一摻雜區402a和與所述第一摻雜區402a垂直相交的一條形的第二摻雜區402b，所述第一摻雜區402a的一端與所述埠相連，所述埠與外圍電路相連，也即與傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或者還可以為所述第一摻雜區402a的一端與所述傳輸電晶體Tx的溝道層直接相連，所述第一摻雜區402a的另一端位於第二摻雜區402b內。

該載流子傳輸溝道不僅僅限於如圖4D所示所述的T字形，還可以為其它形狀。

在一個示例中，如圖3A所示，所述載流子傳輸溝道301為「十」字型，包括一條形的第一摻雜區301a和與第一摻雜區301a垂直相交的一條形的第二摻雜區301b，所述第一摻雜區301a的一端與所述埠相連，所述埠與外圍電路相連，也即與傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或者還可以為所述第一摻雜區301a的一端與所述傳輸電晶體Tx的溝道層直接相連，所述第一摻雜區301a的一端連接所述第一摻雜區301a的另一端跨越第二摻雜區301b並在所述光電二極體區PD內延伸，其中，條形的第二摻雜區301b也在光電二極體區PD內延伸。

在一個示例中，如圖3B所示，所述載流子傳輸溝道301包括一條形的第一摻雜區301a和與所述第一摻雜區301a垂直相交的多個條形的第二摻雜區301b，所述第一摻雜區301a的一端與所述埠相連，所述埠與外圍電路相連，也即與傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或者還可以為所述第一摻雜區301a的一端與所述傳輸電晶體Tx的溝道層直接相連，所述第一摻雜區301a的另一端位於所述光電二極體區 PD的最外側的條形的第二摻雜區301b內，其中，條形的第二摻雜區301b也在光電二極體區PD內延伸。

在一個示例中，如圖3C所示，所述載流子傳輸溝道301包括一條形的第一摻雜區301a和與所述第一摻雜區301a垂直相交的多個條形的所述第二摻雜區301b，所述第一摻雜區301a的一端與所述埠相連，所述埠與外圍電路相連，也即與傳輸電晶體Tx的溝道層相連，或者還可以為所述第一摻雜區301a的一端與所述傳輸電晶體Tx的溝道層直接相連，所述第一摻雜區301a的另一端跨越多個所述第二摻雜區301b並在所述光電二極體區PD內延伸。

所述載流子傳輸溝道402可為各種布局圖形，可根據不同的布局圖形，形成定義有載流子傳輸溝道圖形的光阻層，以該光阻層為掩膜，通過離子注入的方式，形成該高摻雜載流子傳輸溝道402。

該高摻雜載流子傳輸溝道402的注入深度較佳地為小於或等於傳輸電晶體的溝道層的注入深度。

接著，如圖4E所示，在所述傳輸電晶體溝道層的至少一部分上形成所述傳輸電晶體Tx的柵極結構。

所述柵極結構包括依次形成在所述半導體襯底上的柵極介電層和柵極材料層。本實施例中，所述柵極結構下方的半導體襯底的表面內形成有閾值電壓控制區401T。

柵極介電層可以包括傳統的電介質材料諸如具有電介質常數從大約4到大約20(真空中測量)的矽的氧化物、氮化物和氮氧化物。或者，柵極介電層可以包括具有電介質常數從大約20到至少大約100的通常較高電介質常數電介質材料。這種較高電介質常數電解質材料可以包括但不限於：氧化鉿、矽酸鉿、氧化鈦、鈦酸鍶鋇(BSTs)和鋯鈦酸鉛(PZTs)。可以採用適合柵極介電層成分的材料的數種方法的任何一種形成柵極介電層。所包括但非限制性的有熱或等離子氧化或氮化方法、化學汽相沉積方法和物理汽相沉積方法。

柵極材料層可以包括各個材料，所述各個材料包含但不限於：某些金屬、金屬合金、金屬氮化物和金屬矽化物，及其層壓製件和其複合物。柵極材料層也可以包括摻雜的多晶矽和多晶矽-鍺合金材料(即，具有從每立方釐米大約1e18到大約1e22個摻雜原子的摻雜濃 度)以及多晶矽金屬矽化物(polycide)材料(摻雜的多晶矽/金屬矽化物疊層材料)。類似地，也可以採用數種方法的任何一個形成前述材料。非限制性實例包括自對準金屬矽化物方法、化學汽相沉積方法和物理汽相沉積方法，諸如但不限於：蒸發方法和濺射方法。通常，柵極材料層包括具有厚度從大約50到大約2000埃的摻雜的多晶矽材料。

可通過光刻工藝和刻蝕工藝定義出傳輸電晶體的柵極結構圖案的尺寸和形狀，在此不作贅述。

進一步地，還包括在所述半導體襯底上形成所述重置電晶體Rx、驅動電晶體Dx和選擇電晶體Sx的柵極結構的步驟。所述柵極結構包括依次形成於所述半導體襯底上的柵極介電層和柵極材料層。

經過上述步驟，完成了對本發明的CMOS圖像傳感器的製作方法的主要步驟，之後還可進行進行重置電晶體Rx、驅動電晶體Dx以及選擇電晶體Sx的源/漏區離子注入，以形成具有第二導電類型的源/漏區。例如，當所述浮置擴散區為N型，則重置電晶體、驅動電晶體以及選擇電晶體的源/漏區也為N型。

以及進行其它常規的工藝，例如繼續形成層間介電層覆蓋所述半導體襯底及柵極結構；以及在所述層間介電層上形成後線層(BEOL)，包括依次形成的介質層、金屬布線層、濾光層、平坦層及微透鏡層等，在此不作贅述。最後再進行後段封裝。

以上僅以一種4T型的CMOS圖像傳感器的製作方法為例，但是本發明的製作方法不僅僅適用於4T型，還可以適用於其他類型的CMOS圖像傳感器的製作，例如3T型等。

綜上所述，根據本發明的製作方法所獲得的CMOS圖像傳感器的結構，其光電二極體區PD內形成有高摻雜載流子傳輸溝道，由於光電二極體區PD內的高摻雜載流子傳輸溝道可以產生相對於其他光電二極體區區較高的電勢而收集光照產生的電子，因此高摻雜載流子傳輸溝道形成了電子的傳輸通道。通過設計傳輸通道的布局，可以有效的將光電二極體區PD內的電子通過傳輸電晶體Tx導入浮置擴散區FD而改善拖尾效應，進而提高了CMOS圖像傳感器的性能。

圖5示出了本發明實施例提出的一種CMOS圖像傳感器的製作方法的一種示意性流程圖，用於簡要示出上述方法的典型流程。具體包括：

步驟S501：提供具有第一導電類型的半導體襯底，在所述半導體襯底中定義有像素區圖形，所述像素區圖形包括光電二極體區圖形和外圍電路圖形；

步驟S502：在所述像素區圖形對應的部分半導體襯底中分別形成具有第二導電類型的光電二極體區和位於所述光電二極體區內的埠，所述埠連接所述光電二極體區與外圍電路；

步驟S503：在所述光電二極體區內形成具有第二導電類型的載流子傳輸溝道，所述載流子傳輸溝道與所述埠相連，所述載流子傳輸溝道的摻雜濃度高於光電二極體區的摻雜濃度。

本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。本發明的保護範圍由附屬的權利要求書及其等效範圍所界定。