[发明专利]一种垂直栅CMOS图像传感器及制造方法

说明书

本发明提供一种垂直栅CMOS图像传感器及制造方法，位于外延层上的转移管以及该转移管一侧、外延层中的光电二极管；转移管的垂直栅伸入外延层中并延伸至光电二极管所在的深度；位于外延层上、转移管另一侧的复位管；该复位管栅极两侧的外延层中分别设有N+区；其中一个与转移管相邻的N+区域形成浮动扩散点；转移管的垂直栅靠近所述光电二极管的区域呈凸面，靠近所述浮动扩散点的区域呈凹面。本发明形成靠近光电二极管区域易于收集的凸面，以及靠近浮动扩散点附近易于形成电子聚集效果的凹面，可以尽最大面积收集电子，朝浮动扩散点转移时集中转移，降低损失。从而实现电子从转移的多面性到收集的聚集性的全面改善。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种垂直栅CMOS图像传感器及制造方法。

背景技术

CMOS图像传感器在过去十几年得到了飞速发展，现已广泛应用于手机、电脑、数码照相机等领域。为了迎合市场需求，在单位面积内集成更多像素单元，CMOS图像传感器的像素尺寸已经从5.6mm逐渐缩小至1.0mm。可是，像素尺寸的缩小不能简单等价于缩小光电二极管(Photodiode)各方向的尺寸，这是由于光电二极管有效满阱容量(FWC)的限制。如果尺寸太小，导致不能存储足够的电子，那么图像质量会严重退化。

传统的4T的CMOS图像传感器的基本构造如图1所示，有光电二极管(PD)，转移管(Tx)，复位管(RST)，源极跟随管(SF)和行选择管(RS)构成。其中在Tx关闭进行感光的过程中，P-N结捕获太阳光产生电子和空穴，光生电子在P-N结内建电场的作用下，向顶部积聚，在Transfer Gate打开时，经过表面沟道传输至浮动扩散区(Floating Diffusion)，进而被读取，电子的转移路径如图2所示。这种电子传输方式通路较小，光电二极管深处电子的传输需要穿过整个结区，很容易被复合而导致抽取效率较低。而且，P-N结深处电子需要一定的时间和电压驱动才能完成传输，这不利于快速读取。为了增加电子转移的速度和效率开发三维(Three-Dimensional)像素区替换传统的二维沟道结构是解决上述问题的有效途径。如图3所示，垂直栅(Vertical Gate)的开发可以将沟道延伸至光电二极管深处。图4为现有的垂直栅极01的俯视示意图。图5a和图5d为现有的垂直栅极的示意图，电子沿同一电势平面AA’BB’(或AA’)以及沿浮动扩散点区域面CC’DD’运动，图5b和图5e中，沿同一电势平面AA’BB’(或AA’)，在靠近浮动扩散点，电子不易聚集。图5c和图5f中，沿浮动扩散点区域面CC’DD’整个区域均匀，转移速度较慢。电子传输沟道由平面沟道变为立体沟道，电子的传输通道倍增，光生电子传输速率大幅增加，而且沟道的深入能够降低二极管内的电子残留，提升光生电子的利用率，最终提升光电二极管的满阱容量。但是由于立体的侧面电势均匀，导致电子还是有几率不容易转移。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种垂直栅CMOS图像传感器及制造方法，用于解决现有技术中垂直栅极使用侧壁是平面的结构，在接收电子后，整个平面的电势均匀，在同一高度上的电势在转移后成为分开区域，不能实现电子有效转移的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种垂直栅CMOS图像传感器，至少包括：

位于外延层上的转移管以及该转移管一侧、外延层中的光电二极管；所述转移管的垂直栅伸入所述外延层中并延伸至所述光电二极管所在的深度；

位于该外延层上、所述转移管另一侧的复位管；该复位管的栅极两侧的外延层中分别设有N+区；所述N+区位于所述外延层中的P阱中，其中一个与所述转移管相邻的N+区域形成浮动扩散点；

所述转移管的垂直栅靠近所述光电二极管的区域呈凸面，靠近所述浮动扩散点的区域呈凹面。

优选地，所述转移管的垂直栅伸入至所述外延层中的部分为侧壁内凹的圆柱体，其中靠近所述浮动扩散点的侧壁呈凹面，其他部分均呈凸面。