[发明专利]转移管的垂直栅及CMOS传感器的形成方法

说明书

本发明提供了一种转移管的垂直栅的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成沟槽；在所述沟槽内和所述衬底上形成至少两层隔离层和至少两层栅极，所述隔离层和所述栅极间隔形成，第一层隔离层覆盖所述沟槽的底部、所述沟槽的侧壁以及部分所述衬底的表面，最后一层栅极覆盖相邻的隔离层和填充所述沟槽，多层所述栅极连通，多层所述栅极和多层所述隔离层组成转移管的垂直栅；形成每层栅极的过程中均包括进行掺杂离子的注入。可以使得转移管的垂直栅内的掺杂离子的浓度更加均匀，防止在向垂直栅施加电压后，导致低浓度掺杂离子区域的掺杂离子耗尽使转移管的速度降低的问题产生，从而提高CMOS传感器的性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种转移管的垂直栅及CMOS传感器的形成方法。

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。

通常CMOS图像传感器的一个有源像素单元包含位于P型衬底100中的一个P+/N+/P-光电二极管200(PD，Photo Diode)和若干晶体管，以4T结构CMOS图像传感器为例，四个晶体管具体包括转移管300(TX，Transfer)、源极跟随管400(SF，Source Follow)、复位管500(RST，Reset)和行选择管600(RS，Row Select)。图1示出了4T结构CMOS图像传感器的示意图。其基本工作原理是这样的：光照前，打开复位管500和转移管300，将光电二极管200区域的原有的电子释放；在光照时，关闭所有晶体管，在光电二极管200空间电荷区产生电荷；读取时，打开转移管300，将存储在PD区的电荷传输到浮动扩散节点700(FD，FloatingDiffusion)，传输后，转移管关闭，并等待下一次光照的进入。在浮动扩散节点700上的电荷信号随后用于调整源极跟随管400，将电荷转变为电压，并通过行选择管600将电流输出到模数转换电路中。

其中，在转移管300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，在转移管300打开时，经过表面沟道传输至浮动扩散节点700，进而被读取，为了增加电子转移的速度和效率，将转移管的栅极做成垂直栅极的可以将沟道延伸至光电二极管深处。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。随着像素尺寸的减小，以及为了改善电子残留，垂直栅极的在持续加深，垂直栅极越深，图像质量越好。然而，随着垂直栅极的加深，想要使得垂直栅极的掺杂离子变得均匀的难度在增大，现有的通过额外退火的方式也不能达到完全均匀的掺杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转移管的垂直栅及CMOS传感器的形成方法，可以使得形成的栅极内的掺杂离子的浓度更加均匀，防止在向栅极施加电压后，导致低浓度掺杂离子区域的掺杂离子耗尽使转移管的速度降低的问题产生，从而提高CMOS传感器的性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种转移管的垂直栅的形成方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成沟槽；

在所述沟槽内和所述衬底上形成至少两层隔离层和至少两层栅极，所述隔离层和所述栅极间隔形成，第一层隔离层覆盖所述沟槽的底部、所述沟槽的侧壁以及部分所述衬底的表面，最后一层栅极覆盖相邻的隔离层和填充所述沟槽，多层所述栅极连通，多层所述栅极和多层所述隔离层组成转移管的垂直栅；形成每层栅极的过程中均包括进行掺杂离子的注入。