[发明专利]CMOS图像传感器及其制作方法

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图像传感器及其制作方法。

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所示为现有技术中常规单像素4T型CMOS图像传感器的单元像素的结构示意图。其中，该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MOS晶体管，分别为转移晶体管（TX）120、复位晶体管（RX）130、源跟随晶体管（SX）140和行选通晶体管（RS）150。

具体地，转移晶体管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，并通过复位晶体管130与电源电压端子170相连；复位晶体管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；源跟随晶体管140，用于响应来自光电二极管110的输出信号，以实现对信号的放大和缓冲，改善成像系统的噪声问题；行选通晶体管150，用来将信号与列总线相连。

该CMOS图像传感器在工作过程中，首先，电路进入复位状态，此时，复位晶体管130和转移晶体管120同时处于开启状态，光电二极管110处于完全耗尽状态。然后，闭合复位晶体管130和转移晶体管120，光照射到光电二极管110上产生光生载流子。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所收集的光电子通过转移晶体管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源跟随晶体管140产生输出信号。最后，电路进入读出状态，此时，行选通晶体管打开，信号通过列总线输出，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，由于转移晶体管120的存在，当转移晶体管120的栅极接通时，累积信号电荷向浮动扩散区160的转移不足会造成一定数量的电荷残余，使得电荷传输不完全，也就是说，在下一次脉冲读取时，前一次没有传输的光电子会叠加到本次传输上，从而导致成像滞后。

发明内容

本发明提供了一种CMOS图像传感器制作方法，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图像传感器制作方法，其中，包括：提供硅衬底；在所述硅衬底中形成隔离槽，使得在转移晶体管下产生垂直于沟道的张应力；形成光电二极管和复位晶体管、转移晶体管、源跟随晶体管以及行选通晶体管。

可选的，所述在硅衬底中形成隔离槽包括：在硅衬底上沉积保护层；刻蚀形成隔离槽；在所述隔离槽内侧沉积具有张应力的隔离膜；填充所述隔离槽；抛光。

可选的，所述在隔离槽内侧沉积具有张应力的隔离膜包括：在刻蚀形成所述隔离槽后，通过高温氧化退火工艺，在所述隔离槽表面形成高温氧化层；在所述高温氧化层表面沉积隔离膜。

可选的，所述高温氧化层厚度为50埃-300埃。

可选的，所述隔离膜为氮化硅。

可选的，所述隔离膜厚度为50埃-300埃。

可选的，采用等离子体增强化学气相沉积法沉积所述隔离膜。

可选的，采用纯氢高密度等离子体填充或者高纵深比填充工艺对所述隔离槽进行填充。