[發明專利]圖像傳感器及圖像傳感器像素結構的形成方法

在審

• 申請號: 202210420940.0
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114975497A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 王潤澤;王明;梅翠玉
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海思捷知識產權代理有限公司 31295
• 代理人: 張亞靜

本發明提供了一種圖像傳感器及圖像傳感器像素結構的形成方法，應用于半導體技術領域。本發明提供了一種圖像傳感器像素結構的形成方法，即，在形成圖像傳感器像素結構的導電插塞之前，先在半導體襯底中用于形成導電插塞區域對應的位置進行第一導電類型離子進行表層注入，以通過該注入離子對金屬離子的吸附作用，降低金屬離子在像素結構中的擴散和污染，從而減少圖像傳感器像素結構的白像素。并且，本發明還提供了三種優化后的用于對所述圖像傳感器像素結構的特定區域進行所述第一導電類型離子注入的光罩，以在對所述半導體襯底進行第一導電類型離子注入時，使注入后的第一導電類型離子對擴散到圖像傳感器像素結構中的金屬離子的吸附能力最大化。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種圖像傳感器及圖像傳感器像素結構的形成方法。

背景技術

CMOS圖像傳感器在過去十幾年得到了飛速發展，現已廣泛應用于手機、電腦、數碼照相機等領域。通常CMOS圖像傳感器的一個有源像素單元包含位于外延層中的光電二極管(Photo Diode，PD)和若干晶體管，以4T結構CMOS圖像傳感器為例，四個晶體管具體包括轉移管110(Transfer，Tx)、源極跟隨管(Source Follow，SF)、復位管(Reset，RST)和行選擇管(Row Select，RS)。其中，CMOS圖像傳感器的基本工作原理是這樣的：光照前，打開復位管和轉移管，將光電二極管區域的原有的電子釋放；在光照時，關閉所有晶體管，在光電二極管空間電荷區產生電荷；讀取時，打開轉移管，將存儲在PD區的電荷傳輸到浮動擴散節點(Floating Diffusion，FD)，傳輸后，轉移管關閉，并等待下一次光照的進入。在浮動擴散節點上的電荷信號隨后用于調整源極跟隨管，將電荷轉變為電壓，并通過行選擇管將電流輸出到模數轉換電路中。

其中，白像素(white pixel)是評價CMOS圖像傳感器性能的一個重要指標，會極大的影響CMOS圖像傳感器的成像質量，因此，改進工藝以降低白像素產生是CIS工藝改進的重要方向。而白色像素(WP，WhitePixel)是指在無光照條件下CIS器件輸出的DN值大于64的像素數量。

目前，造成CMOS圖像傳感器白像素的重要因素是制造過程中帶來的金屬污染，這些制造過程中引入的金屬離子會產生大量的白像素，極大地影響成像質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種圖像傳感器像素結構的形成方法，以改善在形成圖像傳感器的金屬插塞的時候，由于金屬離子在光電二極管區和浮動擴散區的金屬離子擴散，導致圖像傳感器產生白像素的問題。

第一方面，為解決上述技術問題，本發明提供一種圖像傳感器像素結構的形成方法，至少包括如下步驟：

提供一半導體襯底，所述半導體襯底的表面上形成有圖形化的柵極結構，以及在位于所述圖形化的柵極結構兩側的半導體襯底內分別形成有光電二極管區和浮動擴散區；

利用預設的離子注入光罩，對所述光電二極管區和浮動擴散區的至少部分表層區域進行第一導電類型離子注入，其中，所述預設的離子注入光罩定義出所述光電二極管區和浮動擴散區所對應的半導體襯底進行第一導電類型離子注入的位置；

在注入了所述第一導電類型離子的光電二極管區和浮動擴散區的表面上沉積金屬層，以在所述光電二極管區和浮動擴散區的表面上形成相應的導電插塞。

進一步的，所述第一導電類型離子可以為P型離子。

進一步的，所述第一導電類型離子可以包括碳離子。

進一步的，利用預設的離子注入光罩，對所述光電二極管區和浮動擴散區的至少部分表層區域進行第一導電類型離子注入的步驟，可以包括：

形成第一光罩，所述第一光罩遮蔽所述圖形化的柵極結構，并同時暴露出所述光電二極管區和所述浮動擴散區所對應的半導體襯底的整個表面；