[發明專利]一種CMOS圖像傳感器及其制造方法

在審

• 申請號: 202011616752.2
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112736105A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 王欣洋;劉洋;李揚;馬成
• 申請（專利權）人: 長春長光辰芯光電技術有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發明提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，包括：在半導體襯底中形成隔離區，限定CMOS圖像傳感器的單位像素的有源區；在半導體襯底上形成柵極；形成覆蓋隔離區的邊界區域的掩模層；使用掩模層進行雜質的離子注入；在有源區的一部分中形成鉗位光電二極管的擴散區，其中擴散區與所述隔離區間隔開地形成。通過在擴散區域之間的邊界部分注入雜質，防止了鉗位光電二極管PDD和隔離區域的損壞，并且減小了在CMOS圖像傳感器中的暗電流。

技術領域

本發明涉及一種CMOS圖像傳感器及其制造方法技術領域，具體涉及一種減少暗電流的CMOS圖像傳感器及其制造方法。

背景技術

一般來說，圖像傳感器是將光學圖像轉換為電信號的半導體器件，一般分為電耦合器件(CCD)和互補MOS(CMOS)圖像傳感器。

一個CCD通常包括多個MOS電容器，每個MOS電容器相鄰地放置，將電荷存儲在其中一個MOS電容器上，然后轉移到MOS電容器旁邊的一個MOS電容器上。CCD具有驅動方式復雜，功耗高，制造工藝復雜，加工步驟繁多等缺點。此外，CCD的缺點是很難制作一個緊湊的產品，因為很難將各種電路，如控制電路，信號處理電路，模擬/數字轉換電路等集成到單個芯片中。

目前，作為一種克服CCD缺點的下一代圖像傳感器，CMOS圖像傳感器越來越受到關注。CMOS圖像傳感器的每個單元像素是采用CMOS技術在半導體襯底上形成的光電二極管和MOS晶體管的開關器件。CMOS圖像傳感器一般包括控制電路，信號處理電路等外圍電路，并通過MOS晶體管依次檢測每個單元像素的輸出。因此，隨著在每個單元像素內形成的光電二極管和 MOS晶體管，CMOS圖像傳感器在開關模式下依次檢測每個單元像素的電信號以獲取圖像。

CMOS圖像傳感器具有功耗低，制造工藝簡單，加工步驟少等優點。此外，CMOS圖像傳感器的優點是通過集成控制電路，信號處理電路，模擬/ 數字轉換電路等，使產品緊湊變成一個芯片。因此，CMOS圖像傳感器目前廣泛應用于各種應用中，如數字靜止攝像機，數字攝像機等。

圖1顯示了一個傳統CMOS圖像傳感器的單位像素電路圖。如圖1所示， CMOS圖像傳感器的單位像素100包括作為光電變換部分的光電二極管110 和四個晶體管，包括轉移晶體管120，復位晶體管130，驅動晶體管140和選擇晶體管150。單位像素100的輸出端子與負載晶體管160連接，在這里FD 表示浮動的擴散區域，TX表示轉移晶體管120的柵極電壓，RX表示復位晶體管130的柵極電壓，DX表示驅動晶體管140的柵極電壓，Sx表示選擇晶體管150的柵極電壓。

圖2顯示了常規CMOS圖像傳感器的單位像素的布局。如圖2所示，在單位像素100中，活動區域是由粗體實線定義的區域。隔離區13是在活動區域之外形成隔離層(未顯示)的區域。所述轉移晶體管120，復位晶體管130，驅動晶體管140和選擇晶體管150的柵極123被設置如圖2所示。FD表示浮動的擴散區域，PD表示光電二極管110的一部分。

圖3是單位像素的光電二極管的一個結構橫截面視圖。如圖3所示，一個P^-型外延層11是在P⁺⁺類型半導體襯底10上形成的。其中P⁺⁺表示重摻雜區。為了定義半導體襯底的活性區域，在外延層的一部分中形成隔離區13，一個n^-類型擴散區111和P^o在外延層的一部分P中形成了光電二極管110的 P^o類型擴散區113，P^o類型擴散區113位于n^-類型擴散區111。其中n^-表示摻雜率低，P^o表示雜質的介質摻雜。

傳統的CMOS圖像傳感器具有這樣的結構，其缺點是由于暗電流的增加而降低了性能和電緩沖容量，這是當沒有光被光電二極管110接收時，由電子從光電二極管110轉移到浮動擴散區而產生的。