[发明专利]CMOS图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明设计半导体制造和光电成像技术领域，特别涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法。

背景技术

图像传感器是把图像信号转化成电信号的半导体装置，图像传感器被分为电荷耦合传感器(CCD)和CMOS图像传感器。

CCD虽然成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂，而且其复杂的驱动模式、高能耗以及多级光刻工艺，使其制作工艺中存在很多困难，不能满足产品的需求。

CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

近年来，由于CMOS图像传感器的低能耗，以及相对少的光刻工艺步骤使其制造工艺相对简单，而且CMOS图像传感器允许控制电路、信号处理电路和模数转换器被集成在芯片上，使其可以适用于各种尺寸的产品中广泛使用于各种领域，因此CMOS图像传感器作为克服CCD缺点的下一代图像处理器已经倍受关注。

然而，CMOS图像传感器在电路中较易引入各种各样的噪声(noise)，从而在一定程度上限制了其在高端领域中的应用。

请参见图1，其所示为现有技术中单像素4T型CMOS图形传感器的单元像素的电路图。

现有技术中CMOS图像传感器具有包括用于读出光的光电二极管110和四个N型MOS晶体管120～150的单元像素。

光电二极管形110成在半导体基底的有源区的一端。四个晶体管分别是转移晶体管120、复位晶体管130、驱动晶体管140和选择晶体管150。

光电二极管110用于产生光电子；浮动扩散区160，用于存储由所述光电二极管110产生的电子；传递晶体管120，连接在所述光电二极管110与所述浮动扩散区160之间，用于将由所述光电二极管110产生的电子传递到所述浮动扩散区160；重置晶体管130，连接在电源电压端子170和所述浮动扩散区160之间，用于将存储在所述浮动扩散区160中的电子放电以重置所述浮动扩散区160；驱动晶体管140，用于响应来自所述光电二极管110的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器；选择晶体管150，连接到所述驱动晶体管140，用于进行寻址操作。

工作时，重置晶体管130和传递晶体管120同时开启，光电二极管110处于完全耗尽状态；随之关闭重置晶体管130和传递晶体管120，光电二极管110吸收光以产生电子，一段时间使其灌满电子。接着导通转移晶体管120，光电二极管110产生的电子移动到浮动扩散区160，移动到浮动扩散区160的电子通过驱动晶体管140产生输出信号。

请参见图2，其所示为现有技术中共享像素的CMOS图像传感器的电路图。

其工作原理与上述单像素4T型CMOS图形传感器类似，所不同的仅在于传递晶体管220的选取时序。

从上述工作原理可以看到，CMOS图像传感器采用开关模式，并使用多个MOS晶体管探测单元像素的输出。CMOS图像传感器工作时的局限就在于电荷从光电二极管到浮动扩散区的传输需要一定的时间。如果前一次脉冲读取时，光电二极管曝光后产生的电子不能完全迅速的传输到浮动扩散区中，这样在下一次脉冲读取时，前一次没有传输的电子便会叠加到本次传输上，从而产生电荷传输不完全的现象，导致出现成像滞后(Image Lag)的问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中，由于CMOS图像传感器中的光电二极管曝光后所产生的电子不能完全迅速的传输到浮动扩散区中，导致出现成像滞后的问题。

有鉴于此，本发明提供一种CMOS图像传感器的制造方法，包括以下步骤：

在生长有外延层的半导体衬底上形成器件隔离层、栅极和扩散区；

利用掩模覆盖所述栅极和所述扩散区，暴露出相邻于所述栅极的光电二极管区；

通过第一次离子注入在所述光电二极管区中形成第一杂质离子区；

在所述光电二极管区进行第二次离子注入，在所述光电二极管区中靠近所述栅极的区域形成第二杂质离子区。

进一步的，所述第二次离子注入是沿垂直方向倾斜靠近所述栅极进行离子注入。

进一步的，所述倾斜的角度30°至45°。

进一步的，所述第二次离子注入的能量、剂量均低于所述第一次离子注入。

进一步的，所述第二杂质离子区比所述第一杂质离子区浅。

进一步的，所述隔离层为浅沟槽隔离结构。