[发明专利]CMOS图像传感器及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，且特别涉及CMOS图像传感器及制作方法。

背景技术

图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分，根据器件的不同，可分为电荷耦合器件(CCD)以及互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。

其中，电荷耦合器件(CCD)发展较早，由于其具有高灵敏度、高分辨率以及较出色的噪声控制性能，常被应用于摄影摄像的高端技术元件中。尽管CCD具有较好的性能表现，然而由于其体积较大、功耗较大，并且无法与现行半导体制造技术中较为通用的标准工艺流程相兼容，造成其生产成本居高不下且产品的兼容性较差。

CMOS图像传感器则不存在上述CCD技术中的固有缺陷，其能够充分地利用现有的工艺流程和设备，并与关联的处理电路实现整合，具有高度的系统集成度。除此之外，相较于CCD，CMOS具有体积小，耗电量低，成本低等优势，近些年在低成本的摄影摄像产品中得以广泛应用。

然而，CMOS图像传感器电路在电路中存在图像延迟的问题，这在一定程度上限制了其在高端图像处理领域的应用。

请参见图1，图1所示为现有技术中单像素4T型CMOS图像传感器的单元像素的结构示意图。其中，CMOS图像传感器至少包括：光电二极管(PD)110，位于半导体基底有源区的一端，用于收集光电子，读出光信号；浮动扩散区(FD)160，用于存储由所述光电二极管110产生的电子；以及四个N型的MOS晶体管120-150的单元像素，分别为转移晶体管120、复位晶体管130、驱动晶体管140和选择晶体管150。

具体地，传递晶体管120连接在光电二极管110与浮动扩散区160之间，用于将光电二极管110收集的光电子传递到浮动扩散区160；重置晶体管130，连接在电源电压端子170和浮动扩散区160之间，用于释放将存储在浮动扩散区160的电子以重置浮动扩散区160；驱动晶体管140，用于响应来自光电二极管110的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器；选择晶体管150，连接到驱动晶体管140，以进行寻址操作。

该CMOS图像传感器在工作过程中，首先，重置晶体管130和传递晶体管120同时处于开启状态，此时，光电二极管110处于完全耗尽状态。然后，闭合重置晶体管130和传递晶体管120，光电二极管110开始收集光电子。一段时间之后，光电二极管110灌满光电子。接着，在电势差的作用下，光电二极管110所收集的电子通过传递晶体管120转移到浮动扩散区160，并且，进入浮动扩散区160的光电子进一步通过驱动晶体管140产生输出信号，从而实现光电转换的过程。

然而，在现有的CMOS图像传感器技术中，光电子转移至浮动扩散区160需要一定的时间，并且，用于驱动光电子进行转移的驱动电场随着光电二极管110尺寸的增大迅速的衰减，也影响了光电子的运动速度。这些都使得光电子从光电二极管110到浮动扩散区160的运动过程变得较为缓慢，尤其对于具有较大尺寸的光电二极管而言。此外，由于电场强度或转移时间的限制，部分光电子无法进入至浮动扩散区160，而留在了光电二极管110中，从而导致了信息丢失以及图像滞后延迟等问题。

发明内容

本发明提供了一种CMOS图像传感器及其制作方法，提高了光电二极管对光电子的收集能力，更为有效地转移所收集的光电子，从而缓解甚至解决CMOS图像传感器图像延迟等问题。

为了实现上述技术目的，本发明提出一种CMOS图像传感器，至少包括光电二极管，其中，所述光电二极管中至少包含一条沟道，且在所述光电二极管垂直于轴向的横向方向上，所述沟道具有最大掺杂浓度。

可选的，所述沟道的电势高于所述光电二极管中其它区域的电势。

可选的，所述沟道为n型掺杂。

可选的，所述沟道位于所述光电二极管中间，使得所述光电二极管关于所述沟道呈轴对称分布结构。

可选的，所述光电二极管包含多条沟道，且在所述光电二极管的横向方向上，至少有一条沟道具有最大掺杂浓度。

可选的，所述各条沟道具有不同的掺杂浓度，且每条沟道的掺杂浓度大于所述光电二极管横向方向上非沟道区域的掺杂浓度。

可选的，所述各条沟道具有相同的掺杂浓度，且每条沟道的电势为所述光电二极管横向方向的最大掺杂浓度。

此外，本发明还提出一种CMOS图像传感器制作方法，包括形成光电二极管以及分别形成PMOS和NMOS，其中，包括：通过形成MOS晶体管过程中的浅掺杂离子注入工艺，在光电二极管中形成沟道，使得在所述光电二极管垂直于轴向的横向方向上，所述沟道具有最大掺杂浓度。