[发明专利]CMOS图像传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及CMOS图像传感器。

背景技术

图像传感器属于光电产业里的光电元件类，随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，目前市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾划着未来人类日常生活的美景。以其在日常生活中的应用，无疑要属数码相机产品，其发展速度可以用日新月异来形容。短短的几年，数码相机就由几十万像素，发展到400、500万像素甚至更高。其关键零部件-图像传感器产品成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为电荷耦合图像传感器(Charge-coupled Device image sensor，简称CCD图像传感器)、互补型金属氧化物图像传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor image sensor，简称CMOS传感器)。

图1为现有的4T结构的CMOS图像传感器的布局示意图，参考图1，现有的4T结构的CMOS图像传感器包括：传输晶体管M1、复位晶体管M2、源跟随晶体管M3、行选通晶体管M4、感光二极管PD和浮置扩散区FD。4T结构图像传感器的工作原理为：传输晶体管M1用来将感光二极管PD产生的光生电子传输到浮置扩散区FD，复位晶体管M2用来对浮置扩散区FD复位，源跟随晶体管M3用来将浮置扩散区FD的电信号放大输出。其工作过程是：复位晶体管M2开启，将浮置扩散区FD置为高电位；然后关断复位晶体管M2，打开传输晶体管M1，将感光二极管PD中的光生电子传输到浮置扩散区FD，浮置扩散区FD产生压降，这个压降通过源跟随晶体管M3在行选通晶体管M4的输出端读出，该读出的压降即为输出信号。

图2为图1所示的4T结构的CMOS图像传感器中传输晶体管、浮置扩散区和感光二极管的剖面结构示意图，参考图2，现有技术中，传输晶体管M1、浮置扩散区FD和感光二极管PD位于衬底10，衬底10包括基底11，位于基底11上的掺杂层12，该掺杂层12可以为由离子注入形成的阱区，也可以为外延层；浮置扩散区FD包括N型掺杂区13、包围N型掺杂区13的P型阱区14、以及包围阱区14的防漏电(anti-punch through，简称APT)层16，其中N型掺杂区13、P型阱区14以及防漏电层16均位于掺杂层12，N型掺杂区13作为传输晶体管M1的源极；感光二极管PD包括N型掺杂区15，N型掺杂区15和掺杂层12的掺杂类型相反，两者构成PN结形成感光二极管PD，N型掺杂区15作为传输晶体管M1的漏极；传输晶体管M1包括：栅极21，位于栅极21周围的侧墙22，位于栅极21和衬底10之间的栅介质层23，N型掺杂区13和N型掺杂区15分别作为传输晶体管M1的源极、漏极。

现有技术中，形成传输晶体管、浮置扩散区和感光二极管的方法包括：首先，在衬底10上形成第一图形化的掩膜层，以该第一图形化的掩膜层为掩膜对衬底10进行离子注入形成P型阱区14，去除第一图形化的掩膜层；然后，在衬底10上形成第二图形化的掩膜层，以该第二图形化的掩膜层为掩膜对衬底进行离子注入形成防漏电层16，去除第二图形化的掩膜层；之后，在衬底10上形成第三图形化的掩膜层，以该第三图形化的掩膜层为掩膜对衬底进行离子注入形成N型掺杂区15；接着，形成传输晶体管的栅介质层23、栅极21和侧墙22；最后，在衬底10上形成第四图形化的掩膜层，以该第四图形化的掩膜层为掩膜对衬底进行离子注入形成N型掺杂区13。

现有技术中，形成的N型掺杂区15与栅极21具有叠置部分，也就是说，N型掺杂区15延伸至栅极21下方；为了防止N型掺杂区15和N型掺杂区13之间即传输晶体管的源极和漏极之间具有漏电，现有技术中将阱区14延伸至栅极21下方；并且形成防漏电层16，该防漏电层16也延伸至栅极21下方，且相对于阱区14更靠近N型掺杂区15；阱区14与防漏电层16的掺杂类型均为P型掺杂，作用为：防止传输晶体管的源极、漏极即N型掺杂区13、N型掺杂区15之间形成漏电流。

现有技术中的形成CMOS图像传感器的方法，工艺流程复杂导致成本较高。并且阱区14和防漏电层16延伸至栅极下方，P型离子容易向传输管的沟道扩散，导致沟道电势降低，形成势垒，使电子传输效率降低。并且由于防漏电层16与N型掺杂区15之间的距离较近，防漏电层16中的掺杂离子例如硼(B)会扩散到感光二极管PD区的N型掺杂区15，降低光生电子的产生效率，影响CMOS图像传感器的性能。