專利名稱：Cmos圖像傳感器及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，且特別涉及CMOS圖像傳感器及制作方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分，根據(jù)器件的不同，可分為電荷耦合器件(CCD)以及互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。其中，電荷耦合器件(CCD)發(fā)展較早，由于其具有高靈敏度、高分辨率以及較出色的噪聲控制性能，常被應(yīng)用于攝影攝像的高端技術(shù)元件中。盡管CCD具有較好的性能表現(xiàn)， 然而由于其體積較大、功耗較大，并且無法與現(xiàn)行半導(dǎo)體制造技術(shù)中較為通用的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程相兼容，造成其生產(chǎn)成本居高不下且產(chǎn)品的兼容性較差。CMOS圖像傳感器則不存在上述CXD技術(shù)中的固有缺陷，其能夠充分地利用現(xiàn)有的工藝流程和設(shè)備，并與關(guān)聯(lián)的處理電路實現(xiàn)整合，具有高度的系統(tǒng)集成度。除此之外，相較于(XD，CMOS具有體積小，耗電量低，成本低等優(yōu)勢，近些年在低成本的攝影攝像產(chǎn)品中得以廣泛應(yīng)用。然而，CMOS圖像傳感器電路在電路中存在圖像延遲的問題，這在一定程度上限制了其在高端圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用。請參見圖1，圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中單像素4T型CMOS圖像傳感器的單元像素的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，CMOS圖像傳感器至少包括光電二極管(PD) 110，位于半導(dǎo)體基底有源區(qū)的一端，用于收集光電子，讀出光信號；浮動擴(kuò)散區(qū)(FD) 160，用于存儲由所述光電二極管 110產(chǎn)生的電子；以及四個N型的MOS晶體管120-150的單元像素，分別為轉(zhuǎn)移晶體管120、 復(fù)位晶體管130、驅(qū)動晶體管140和選擇晶體管150。具體地，傳遞晶體管120連接在光電二極管110與浮動擴(kuò)散區(qū)160之間，用于將光電二極管110收集的光電子傳遞到浮動擴(kuò)散區(qū)160 ；重置晶體管130，連接在電源電壓端子 170和浮動擴(kuò)散區(qū)160之間，用于釋放將存儲在浮動擴(kuò)散區(qū)160的電子以重置浮動擴(kuò)散區(qū) 160 ；驅(qū)動晶體管140，用于響應(yīng)來自光電二極管110的輸出信號來充當(dāng)源跟隨器緩沖放大器；選擇晶體管150，連接到驅(qū)動晶體管140，以進(jìn)行尋址操作。該CMOS圖像傳感器在工作過程中，首先，重置晶體管130和傳遞晶體管120同時處于開啟狀態(tài)，此時，光電二極管110處于完全耗盡狀態(tài)。然后，閉合重置晶體管130和傳遞晶體管120，光電二極管110開始收集光電子。一段時間之后，光電二極管110灌滿光電子。接著，在電勢差的作用下，光電二極管110所收集的電子通過傳遞晶體管120轉(zhuǎn)移到浮動擴(kuò)散區(qū)160，并且，進(jìn)入浮動擴(kuò)散區(qū)160的光電子進(jìn)一步通過驅(qū)動晶體管140產(chǎn)生輸出信號，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的過程。然而，在現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器技術(shù)中，光電子轉(zhuǎn)移至浮動擴(kuò)散區(qū)110需要一定的時間，并且，用于驅(qū)動光電子進(jìn)行轉(zhuǎn)移的驅(qū)動電場隨著光電二極管110尺寸的增大迅速的衰減，也影響了光電子的運動速度。這些都使得光電子從光電二極管110到浮動擴(kuò)散區(qū) 160的運動過程變得較為緩慢，尤其對于具有較大尺寸的光電二極管而言。此外，由于電場強(qiáng)度或傳輸時間的限制，部分光電子無法進(jìn)入至浮動擴(kuò)散區(qū)160，而留在了光電二極管110 中，從而導(dǎo)致了信息丟失以及圖像滯后延遲等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本 發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器及其制作方法，提高了光電二極管對光電子的收集能力，更為有效地轉(zhuǎn)移所收集的光電子，從而緩解甚至解決CMOS圖像傳感器圖像延遲等問題。為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出一種CMOS圖像傳感器，至少包含光電二極管和浮動擴(kuò)散區(qū)，其中，所述光電二極管的摻雜濃度隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低， 或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加?？蛇x的，所述光電二極管的摻雜濃度隨著與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少呈階梯狀增力口，或隨著和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而呈階梯狀降低?？蛇x的，所述光電二極管包括多個具有不同摻雜濃度的區(qū)域，且各區(qū)域的摻雜濃度隨其與浮動擴(kuò)散區(qū)的距離增加而降低，或隨其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加。可選的，所述光電二極管包括三個具有不同摻雜濃度的區(qū)域?？蛇x的，所述光電二極管的摻雜濃度隨著其與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而呈線性降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而呈線性增加。此外，本發(fā)明還提出一種CMOS圖像傳感器制作方法，所述CMOS圖像傳感器至少包括光電二極管和浮動擴(kuò)散區(qū)，其中，所述制作方法包括形成常規(guī)結(jié)構(gòu)的光電二極管；控制離子注入角度，分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入，從而使得光電二極管的摻雜濃度隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加?？蛇x的，所述控制離子注入角度分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入包括每次離子注入時采用相同的掩模版?？蛇x的，所述控制離子注入角度分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入包括每次離子注入時，采用相同的離子注入類型?？蛇x的，所述控制離子注入角度分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入包括每次離子注入時，采用相同的離子注入強(qiáng)度?？蛇x的，所述控制離子注入角度分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入包括控制離子注入角度，使得多次所形成的離子注入?yún)^(qū)域具有相互重合的區(qū)域。本發(fā)明的有益效果為通過形成其摻雜濃度隨著和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增加而減小的光電二極管結(jié)構(gòu)，增加了光電子的運動速度，也減少了滯留在光電二極管的光電子數(shù)量， 從而提高了光電二極管對光電子的收集效率，減少了圖像延遲或信息丟失的現(xiàn)象。


圖1為傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明CMOS圖像傳感器一種實施方式的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明CMOS圖像傳感器一種實施方式剖面結(jié)構(gòu)對應(yīng)的電勢圖；圖4為本發(fā)明CMOS圖像傳感器制作方法一種實施方式的流程示意圖；圖5為圖4所示步驟S2 —種具體實施例的流程示意圖6-圖8為與圖5所示相對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明所提供的CMOS圖像傳感器及制作方法，通過新型的光電二極管結(jié)構(gòu)，提高了光電二極管對光電子的收集能力，不僅增加了光電子的運動速度，也減少了滯留在光電二極管的光電子數(shù)量，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更為有效的光電子轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步提升了 CMOS圖像傳感器的圖像品質(zhì)、性能以及分辨率。下面將結(jié)合具體實施例和附圖，對本發(fā)明CMOS圖像傳感器及其制作方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。本發(fā)明CMOS圖像傳感器至少包含光電二極管和浮動擴(kuò)散區(qū)，其中，所述光電二極管的摻雜濃度隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加；即越接近浮動擴(kuò)散區(qū)，光電二極管的摻雜濃度越大，越遠(yuǎn)離浮動擴(kuò)散區(qū)，光電二極管的摻雜濃度越小。具體地，在工作過程中，距離浮動擴(kuò)散區(qū)越近，所述光電二極管的電勢越大，而距離浮動擴(kuò)散區(qū)越遠(yuǎn)，所述光電二極管的電勢越小。在一種實施方式中，所述光電二極管的摻雜濃度可隨著與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減小呈階梯狀增加，或隨著與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而呈階梯狀降低。具體來說，參考圖2，在本發(fā)明CMOS圖像傳感器的一種具體實現(xiàn)中，該CMOS圖像傳感器包含光電二極管200，浮動擴(kuò)散區(qū)202以及連接光電二極管200和浮動擴(kuò)散區(qū)202的傳遞晶體管201。其中，所述光電二極管200按照摻雜濃度的不同，可分為三個區(qū)域，分別為區(qū)域210、區(qū)域220以及區(qū)域230， 區(qū)域210、區(qū)域220以及區(qū)域230與浮動擴(kuò)散區(qū)202的距離逐漸增大；并且區(qū)域210、區(qū)域 220以及區(qū)域230分別具有摻雜濃度為Ni、N2和N3，并且附> N2, N2 > N3。由于光電二極管200中各區(qū)域的摻雜濃度不盡相同，在工作狀態(tài)下，光電二極管 200中的區(qū)域210、區(qū)域220以及區(qū)域230也就具有了不同的電勢。參考圖3，其中，由于區(qū)域210的摻雜濃度m大于區(qū)域220的摻雜濃度N2，并且區(qū)域220的摻雜濃度N2大于區(qū)域 230的摻雜濃度為N3，因此當(dāng)光電二極管200接入閉合電路時，區(qū)域210的電勢Etl小于區(qū)域220的電勢Et2，并且區(qū)域220的電勢Et2小于區(qū)域230的電勢Et3。在這種情況下，光電二極管200內(nèi)部形成了由區(qū)域210指向區(qū)域230的內(nèi)部電場E。由于內(nèi)部電場E的驅(qū)動， 光電二極管200中的大量光電子進(jìn)一步向著浮動擴(kuò)散區(qū)202運動，從而提高了光電子傳輸?shù)乃俣?，減少了滯留在光電二極管200中的光電子，尤其是距離浮動擴(kuò)散區(qū)202較遠(yuǎn)位置的光電子，提高了光電二極管200收集光電子的效率，也減少了圖像延遲或信息丟失的現(xiàn)象。在其它具體實現(xiàn)中，所述光電二極管200按照摻雜濃度的不同，也可具有兩個不同的區(qū)域，或者具有多過于三個的不同區(qū)域，并且這些區(qū)域中的摻雜濃度隨其與浮動擴(kuò)散區(qū)的距離增加而降低，或隨其與浮動擴(kuò)散區(qū)的距離減少而增加。其中，具有不同摻雜濃度的區(qū)域個數(shù)并不影響其內(nèi)部電場的形成并進(jìn)而對光電子起到驅(qū)動作用，因此也就不對本發(fā)明的發(fā)明思路構(gòu)成影響。在本發(fā)明CMOS圖像傳感器的又一種實施方式中，所述光電二極管的摻雜濃度還可呈線性變化，即，隨著其與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而呈線性降低，或隨著其與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而呈線性增加。此時，在工作狀態(tài)下，隨著與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減小，所述光電二極管中的摻雜濃度線形增大，其對應(yīng)的電勢也隨之增加，從而在所述光電二極管中形成背向浮動擴(kuò)散區(qū)的內(nèi)部電場。該內(nèi)部電場促進(jìn)了所述光電二極管中光電子的定向運動，減少了光電子的滯留。此外，在本發(fā)明其它實施方式中，所述光電二極管的摻雜濃度還可隨其與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而呈多種形式的減小，或隨其與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而呈多種形式的增加，其中所述光電二極管的摻雜濃度隨其與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的變化而產(chǎn)生反向變化的具體表現(xiàn)方式并不影響本發(fā)明CMOS圖像傳感器的發(fā)明思路。另外，本發(fā)明還提供一種CMOS圖像傳感器制作方法，所述CMOS圖像傳感器至少包括光電二極管和浮動擴(kuò)散區(qū)，參考圖4，該CMOS圖像傳感器制作方法包括步驟Si，形成常規(guī)結(jié)構(gòu)的光電二極管；步驟S2，控制離子注入角度，多次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入，從而使得光電二極管的摻雜濃度隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加。其中，在步驟Sl中，可采用現(xiàn)有的工藝方法對常規(guī)結(jié)構(gòu)的光電二極管，即其摻雜濃度不隨其與浮動擴(kuò)散區(qū)距離大小而變化的光電二極管，進(jìn)行制作，具體步驟和參數(shù)并不對本發(fā)明的發(fā)明思路造成影響。在步驟S2中，具體來說，可采用不同離子注入角度對所述光電二極管進(jìn)行多次離子注入，從而在所述光電二極管中形成具有不同摻雜濃度的區(qū)域，并且這些區(qū)域的摻雜濃度呈階梯狀分布，且各個區(qū)域的摻雜濃度隨其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加。參考圖5至圖8，以形成三個具有不同摻雜濃度的區(qū)域為例。具體來說，步驟S2可進(jìn)一步包括步驟S11，參考圖5和圖6，以掩模版I3R為掩模，對所述光電二極管的設(shè)定區(qū)域進(jìn)行第一次離子注入，以形成第一摻雜區(qū)域300，其中，第一次離子注入采用垂直注入角度，離子注入強(qiáng)度為Si。步驟S12，參考圖5和圖7，仍以掩模版I5R為掩模，進(jìn)行第二次離子注入，其中，第二次離子注入采用注入角度為Tl，離子注入強(qiáng)度為S2，從而在第一摻雜區(qū)域300的基礎(chǔ)上形成第二摻雜區(qū)域310。步驟S13，參考圖5和圖8，繼續(xù)以掩模版冊為掩模，進(jìn)行第三次離子注入，其中， 第三次離子注入采用注入角度為T2，離子注入強(qiáng)度為S3，從而進(jìn)一步形成第三摻雜區(qū)域 320。具體來說，由于三次離子注入所采用的注入角度存在差異以及離子注入的遮蔽效應(yīng)(shadow effect)，從而形成相互具有重合區(qū)域的第一摻雜區(qū)域300、第二摻雜區(qū)域310 以及第三摻雜區(qū)域320，并且第三摻雜區(qū)域320的摻雜濃度Ml為三次離子注入強(qiáng)度之和，即 M3 = S1+S2+S3，第二摻雜區(qū)域310的摻雜濃度M2為兩次離子注入強(qiáng)度之和，即M2 = S1+S2， 而第一摻雜區(qū)域300的摻雜濃度Ml即為第一離子注入強(qiáng)度。因此，在所述光電二極管中， 形成了具有三種不同摻雜濃度的區(qū)域，且越接近浮動擴(kuò)散區(qū)，所形成區(qū)域的摻雜濃度越大。在具體實現(xiàn)中，第一次離子注入至第三次離子注入可采用相同的注入離子類型； 其所采用的離子注入強(qiáng)度可相同，即Sl = S2 = S3，也可不同；所采用的離子注入角度可根據(jù)摻雜區(qū)域的寬度設(shè)計要求進(jìn)行調(diào)整。
在其它實施方式中，也可調(diào)整離子注入的次數(shù)，例如采用兩次具有不同注入角度的離子注入，或者，還可采用多于三次具有不同注入角度的離子注入，以形成多個具有不同摻雜濃度的區(qū)域，其個數(shù)與離子注入次數(shù)相對應(yīng)，從而使得光電二極管中的摻雜濃度呈階梯狀分布，且各區(qū)域的摻雜濃度隨著與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低。上述CMOS圖像傳感器制作方法僅通過對所述光電二極管進(jìn)行多次離子注入，并調(diào)節(jié)離子注入的角度和強(qiáng)度，以便在光電二極管中形成多個具有不同摻雜濃度的區(qū)域，使得光電二極管中的摻雜濃度呈階梯狀分布，且各區(qū)域的摻雜濃度隨著與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加，從而使得所述光電二極管能夠更有效地收集光電子，提高了光電子的傳輸速度，減少了圖像延遲或信息丟失的現(xiàn)象。此外，由于僅對離子注入角度進(jìn)行調(diào)整，從而可在多次離子注入中采用相同的掩模版，而無需制作和使用新的掩模版，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，在上述各實施方式中，例如形成具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的光電二極管的具體實現(xiàn)和工藝步驟并不對本發(fā)明CMOS圖像傳感器制作方法的發(fā)明構(gòu)思造成限制，上述各工藝步驟中可采用但并不限于現(xiàn)有的常規(guī)工藝參數(shù)、原料及設(shè)備。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，至少包含光電二極管和浮動擴(kuò)散區(qū)，其特征在于，所述光電二極管的摻雜濃度隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述光電二極管的摻雜濃度隨著與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少呈階梯狀增加，或隨著和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大呈階梯狀降低。
3.如權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述光電二極管包括多個具有不同摻雜濃度的區(qū)域，且各區(qū)域的摻雜濃度隨其與浮動擴(kuò)散區(qū)的距離增加而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加。
4.如權(quán)利要求3所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述光電二極管包括三個具有不同摻雜濃度的區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述光電二極管的摻雜濃度隨著其與浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而呈線性降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而呈線性增加。
6.一種CMOS圖像傳感器制作方法，所述CMOS圖像傳感器至少包括光電二極管和浮動擴(kuò)散區(qū)，其特征在于，所述CMOS圖像傳感器制作方法包括形成常規(guī)結(jié)構(gòu)的光電二極管；控制離子注入角度，分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入，從而使得光電二極管的摻雜濃度隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加。
7.如權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述控制離子注入角度分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入包括每次離子注入時采用相同的掩模版。
8.如權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述控制離子注入角度分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入包括每次離子注入時，采用相同的離子注入類型。
9.如權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述控制離子注入角度分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入包括每次離子注入時，采用相同的離子注入強(qiáng)度。
10.如權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述控制離子注入角度分次對所述光電二極管進(jìn)行離子注入包括控制離子注入角度，使得多次所形成的離子注入?yún)^(qū)域具有相互重合的區(qū)域。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器及制作方法，其中，所述CMOS圖像傳感器至少包含光電二極管和浮動擴(kuò)散區(qū)，并且，所述光電二極管的摻雜濃度隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增大而降低，或隨著其和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加。本發(fā)明通過形成其摻雜濃度隨著和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的增加而減小或隨著和浮動擴(kuò)散區(qū)距離的減少而增加的光電二極管結(jié)構(gòu)，增加了光電子的運動速度，也減少了滯留在光電二極管的光電子數(shù)量，從而提高了光電二極管對光電子的收集效率，減少了圖像延遲或信息丟失的現(xiàn)象。
文檔編號H01L27/146GK102222679SQ20111018709
公開日2011年10月19日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者吳小利, 周雪梅, 唐樹澍, 巨曉華, 張克云, 饒金華 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司