[發明專利]CMOS圖像傳感器及其形成方法

有效

• 申請號: 201110102997.8
• 申請日: 2011-04-22
• 公開（公告）號: CN102201421A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 吳小利
• 申請（專利權）人: 上海宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及圖像傳感器，特別涉及CMOS圖像傳感器及其形成方法。

背景技術

電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件是兩種常見的基于半導體的圖像成像器。CCD經常用于圖像采集，但是，CCD圖像成像器存在諸如功耗比較高，難與CMOS處理裝置集成等多種固有限制。

基于CCD技術中的固有限制，CMOS圖像傳感器已經獲得廣泛應用。然而，CMOS圖像傳感器在電路中較易引入各種噪聲(noise)，從而在一定程度上限制了其在高端領域的應用。

請參見圖1，圖1所示為現有技術中單像素4T型CMOS圖像傳感器的單元像素的結構示意圖。

現有技術中，CMOS圖像傳感器的單元像素包括：半導體基底(未圖示)；位于半導體基底的有源區的一端光電二極管110，光電二極管110用于收集光電子；電連接所述光電二極管110的轉移晶體管120，所述轉移晶體管120用于傳遞光電二極管110收集的光電子；電連接轉移晶體管120的浮動擴散區160，浮動擴散區160用于存儲由所述轉移晶體管120傳遞的光電子；位于電源電壓端子(未圖示)和所述浮動擴散區160之間重置晶體管130，用于將存儲在浮動擴散區160的電子放電以重置所述浮動擴散區160；電連接所述重置晶體管130的驅動晶體管140，所述驅動晶體管140用于響應來自所述光電二極管110的輸出信號來充當源跟隨器緩沖放大器；連接于所述驅動晶體管140的選擇晶體管150，用于進行CMOS圖像傳感器的單元像素尋址操作。

工作時，所述重置晶體管130和所述轉移晶體管120同時開啟，所述光電二極管110處于完全耗盡狀態；隨之關閉所述重置晶體管130和所述轉移晶體管120，所述光電二極管110收集光電子并使所述光電二極管110灌滿光電子；接著導通所述轉移晶體管120，所述光電二極管110收集的電子轉移到所述浮動擴散區160，移動到所述浮動擴散區160的光電子通過所述驅動晶體管140產生輸出信號。

專利號為6,654,057的美國專利中提供了對CMOS圖像傳感器的更詳細的描述。現有的CMOS圖像傳感器存在以下問題：

第一，因為浮動擴散區的電容越大，CMOS圖像傳感器的靈敏度越小，所以為了保證CMOS圖像傳感器的靈敏度不會過小，浮動擴散區的電容一般比較小，因此浮動擴散區的電荷容納能力比較小，所以會因為前次光脈沖所產生的光電子延遲進入浮動擴散區而造成成像滯后(image?lag)；

第二，受到現有的將光電二極管收集到的光電子轉入浮動擴散區以實現光電信號的轉換方式的限制，現有CMOS圖像傳感器的光電二極管結深通常較淺，光電二極管淺結不能有效的收集襯底深處產生的光電子，這些光電子通常要通過特殊方式復合掉，而不能有效復合的光電子會通過擴散緩慢進入光電二極管，從而造成成像滯后問題；

第三，為了得到足夠大的光電子收集能力，光電二極管的面積要設計足夠大，從而不利于實現器件的小型化。

發明內容

本發明的實施例解決的問題是提供一種CMOS圖像傳感器及其形成方法，以解決現有CMOS圖像傳感器成像滯后的問題。

為解決上述問題，本發明提供一種CMOS圖像傳感器，包括：

p型半導體基底；

位于所述p型半導體基底內的n型阱；

位于所述n型阱內的p型阱；

位于所述p型阱內的淺溝槽，以及位于所述淺溝槽底面和側面的第一介質層和位于所述第一介質層表面的第一電極層。

可選地，所述n型阱的摻雜濃度為1e16-1e17離子/立方厘米。

可選地，所述n型阱的摻雜離子為磷離子或者砷離子。

可選地，所述p型阱的摻雜濃度為5e16-5e17離子/立方厘米。

可選地，所述淺溝槽的深度為1-3um。

可選地，所述淺溝槽的寬度為0.2-0.8um。

可選地，所述第一介質層的材料是二氧化硅。

可選地，所述第一介質層的厚度為50-250埃。

可選地，所述電極層的材料是多晶硅。

可選地，還包括：位于所述第一電極層表面的第二介質層，以及位于所述第二介質層表面，且填充滿所述淺溝槽的第二電極層。

可選地，所述第二電極層的材料是多晶硅。

可選地，所述第二介質層的材料是二氧化硅。

可選地，還包括：驅動晶體管，所述驅動晶體管的柵極與第一電極層電連接，源極與第二電極層電連接；

選擇晶體管，所述選擇晶體管的源極與驅動晶體管的漏極電連接；

讀出主線，所述讀出主線與選擇晶體管的漏極電連接。