專利名稱：Cmos圖像傳感器制作方法
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圖像傳感器制作方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是組成數(shù)字攝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)中較為通用的標準工藝流程相兼容，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散區(qū)160 ；重置晶體管130，連接在電源電壓端子 170和浮動擴散區(qū)160之間，用于釋放將存儲在浮動擴散區(qū)160的電子以重置浮動擴散區(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)移到浮動擴散區(qū)160，并且，進入浮動擴散區(qū)160的光電子進一步通過驅(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)移至浮動擴散區(qū)160需要一定的時間，并且，用于驅(qū)動光電子進行轉(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，由于電場強度或轉(zhuǎn)移時間的限制，部分光電子無法進入至浮動擴散區(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圖像傳感器制作方法，其中，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，對所述光電二極管設(shè)定區(qū)域進行多次離子注入，且所述多次離子注入的區(qū)域至少部分重合，從而在所述光電二極管設(shè)定區(qū)域中形成至少一條溝道，使得在所述光電二極管垂直于軸向的橫向方向上，所述溝道內(nèi)包含具有最大摻雜濃度的區(qū)域?？蛇x的，所述多次離子注入的重合區(qū)域為具有最大摻雜濃度的區(qū)域?？蛇x的，所述多次離子注入采用相同的注入離子類型?？蛇x的，所述多次離子注入采用相同的注入離子強度?？蛇x的，所述多次離子注入采用不同的注入離子強度。可選的，根據(jù)所需重合區(qū)域的寬度設(shè)計多次離子注入的角度?？蛇x的，所述重合區(qū)域位于所述光電二極管的中間，使該光電二極管關(guān)于所述重合區(qū)域呈軸對稱分布。本發(fā)明的有益效果為通過對所述光電二極管進行多次離子注入，并調(diào)節(jié)離子注入的角度，從而在不增加注入掩模版的情況下在光電二極管中形成溝道，所述溝道的摻雜濃度大于所述光電二極管其它區(qū)域的摻雜濃度，并且所述溝道中包含具有最大摻雜濃度的區(qū)域，從而在光電二極管的橫向方向上形成具有最高電勢區(qū)域，有效地驅(qū)動光電子進行運動，減少了滯留在光電二極管中的光電子數(shù)量，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圖像傳感器制作方法一種實施方式的流程示意圖；圖3為按照本發(fā)明CMOS圖像傳感器制作方法所形成的CMOS圖像傳感器的剖面示意圖；圖4為圖3所示步驟S2 —種具體實施例的流程示意圖；圖5-圖6為與圖4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圖像傳感器制作方法，通過形成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轉(zhuǎn)移能力，增加了光電子的擴散速度，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，進一步提升了 CMOS圖像傳感器的圖像品質(zhì)、性能以及分辨率。
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下面將結(jié)合具體實施例和附圖，對本發(fā)明CMOS圖像傳感器制作方法進行詳細闡述。參考圖2，在一種實施方式中，本發(fā)明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，對所述光電二極管設(shè)定區(qū)域進行多次離子注入，且所述多次離子注入的區(qū)域至少部分重合，從而在所述光電二極管設(shè)定區(qū)域中形成至少一條溝道，其中在所述光電二極管垂直于軸向的橫向方向上，所述溝道內(nèi)包含具有最大摻雜濃度的區(qū)域。參考圖3，所述CMOS圖像傳感器至少包含光電二極管200，浮動擴散區(qū)202以及連接光電二極管200和浮動擴散區(qū)202的傳遞晶體管201。其中，通過步驟S2，使得所述光電二極管200至少包含一條溝道210，所述溝道210包含光電二極管200中具有最大摻雜濃度的區(qū)域。在正常工作狀態(tài)下，光電二極管200在光照條件下產(chǎn)生電子空穴對，這些電子空穴對在內(nèi)建電場的作用下分離，光電子被收集于光電二極管200的η區(qū)。在電子傳輸過程中，在光電二極管200中不存在溝道210的情況下，當遠離轉(zhuǎn)移晶體管201柵極的電子跨越整個光電二極管200的長度到達轉(zhuǎn)移晶體管201并且被轉(zhuǎn)移到浮動擴散區(qū)202的過程中， 光電二極管200通常具有很高的電阻，特別是當光電二極管200長度很大時，光電二極管 200中的移動電流成為電子轉(zhuǎn)移的限制。當光電二極管200中具有溝道210，且其摻雜濃度 Ν2大于光電二極管200中的摻雜濃度m時，溝道210區(qū)域在垂直于光電二極管200軸向 Sl的橫向方向上具有最高的電勢，從而在光電二極管200的橫向方向上形成垂直于軸向Sl 且指向溝道210外部的內(nèi)建電場E。在內(nèi)建電場E的作用下，光電二極管200中的電子，尤其是處于光電二極管200中遠離轉(zhuǎn)移晶體管201位置的電子，將會產(chǎn)生向著溝道210的運動。由于溝道210在光電二極管200的橫向方向上具有最高的電勢，則被溝道210的電場所收集的電子可以在一個低電阻的溝道中流向轉(zhuǎn)移晶體管201，從而加快了其傳輸速度。不難看出，由于光電二極管200具有溝道210，且該溝道210的區(qū)域在光電二極管 200的橫向方向上形成具有最高電勢的區(qū)域，有效地將光電子集中至溝道區(qū)并在驅(qū)動電場的作用下使其向著轉(zhuǎn)移晶體管201方向進行運動，從而減少了滯留在光電二極管200中的光電子數(shù)量，也削弱了由于驅(qū)動電場的衰減對光電子轉(zhuǎn)移速度影響，緩解甚至避免了圖像延遲的問題。具體來說，在步驟Sl中，可采用現(xiàn)有的工藝方法對常規(guī)結(jié)構(gòu)的光電二極管進行制作，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。具體來說，所述常規(guī)結(jié)構(gòu)的光電二極管是指該光電二極管具有統(tǒng)一的摻雜濃度，而不存在其摻雜濃度高于光電二極管中其它區(qū)域摻雜濃度的區(qū)域。在步驟S2中，可采用不同離子注入的角度對所述光電二極管進行多次離子注入， 并且多次離子注入的區(qū)域至少部分重合，從而形成溝道，并使得所述溝道中部分重合區(qū)域的摻雜濃度為最大值。參考圖4至6，以形成一條溝道為例。在本發(fā)明CMOS圖像傳感器制作方法的一種具體實施方式
中，步驟S2可進一步包括步驟S11，參考圖4和圖5，以掩模版冊為掩模，對所述光電二極管的設(shè)定區(qū)域進行第一次離子注入，形成第一摻雜區(qū)域300 ；其中，第一次離子注入采用注入角度為Tl，離子注入強度為Si。步驟S12，參考圖4和圖6，仍以掩模版PR為掩模，進行第二次離子注入，形成第二摻雜區(qū)域310 ；其中，第二次離子注入采用注入角度為T2，離子注入強度為S2。由于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)，通過上述兩次離子注入，第一摻雜區(qū)域300和第二摻雜區(qū)域310部分重合，即形成重合區(qū)域 330。在重合區(qū)域330中，其摻雜濃度M3為兩次離子注入強度之和，即M3 = S1+S2。由于在所述光電二極管的設(shè)定區(qū)域進行離子注入，第一摻雜區(qū)域300和第二摻雜區(qū)域310中的摻雜濃度都高于所述光電二極管中設(shè)定區(qū)域以外的區(qū)域，從而在所述光電二極管的設(shè)定區(qū)域內(nèi)形成摻雜濃度高于其它區(qū)域的溝道，并且，由于重合區(qū)域330中的摻雜濃度又高于第一摻雜區(qū)域300或第二摻雜區(qū)域310中非重合區(qū)域的摻雜濃度，因此，重合區(qū)域330構(gòu)成具有摻雜濃度最大值的區(qū)域。在具體實現(xiàn)中，第一次離子注入和第二次離子注入可采用相同的注入離子類型； 所采用的離子注入強度可相同，即Sl = S2，也可不同；所采用的注入角度可根據(jù)重合區(qū)域的寬度設(shè)計要求進行調(diào)整。在其它實施方式中，也可調(diào)整離子注入的次數(shù)，例如采用三次或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，且這些區(qū)域具有相互重疊的部分，從而使得在光電二極管中設(shè)定區(qū)域中形成摻雜濃度高于其它區(qū)域的溝道，并且在溝道中形成具有最大摻雜濃度的區(qū)域；或者，也可通過控制離子注入的角度，在一條溝道中形成多個重合區(qū)域，從而在一條溝道中形成多個具有最大摻雜濃度的區(qū)域。在具體實施過程中，還可根據(jù)設(shè)計要求，對需形成溝道的數(shù)量和區(qū)域進行設(shè)定。例如，所述溝道可位于光電二極管中間，使得該光電二極管以所述溝道為軸對稱分布結(jié)構(gòu)。又例如，可在光電二極管中設(shè)置多條溝道區(qū)域；其中，在該光電二極管的橫向方向上，可使各條溝道區(qū)域可具有相同的摻雜濃度最大值，也可使其分別具有不同的摻雜濃度；當所述多條溝道具有相同摻雜濃度最大值時，各溝道區(qū)域的摻雜濃度最大值為在光電二極管的橫向方向上的最大摻雜濃度；當各條溝道區(qū)域分別具有不同的摻雜濃度時，每條溝道的摻雜濃度大于光電二極管橫向方向上非溝道區(qū)域的摻雜濃度，且其中至少有一條溝道區(qū)域中包含具有光電二極管橫向方向上最大摻雜濃度的區(qū)域。上述CMOS圖像傳感器制作方法通過對所述光電二極管進行多次離子注入，并調(diào)節(jié)離子注入的角度，從而在光電二極管中形成溝道，所述溝道的摻雜濃度大于所述光電二極管其它區(qū)域的摻雜濃度，并且所述溝道中包含具有最大摻雜濃度的區(qū)域，從而在光電二極管的橫向方向上形成具有最高電勢區(qū)域，有效地驅(qū)動光電子進行運動，減少了滯留在光電二極管中的光電子數(shù)量，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。此外，由于僅對離子注入角度進行調(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)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，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，對所述光電二極管設(shè)定區(qū)域進行多次離子注入，且所述多次離子注入的區(qū)域至少部分重合，從而在所述光電二極管設(shè)定區(qū)域中形成至少一條溝道，使得在所述光電二極管垂直于軸向的橫向方向上，所述溝道內(nèi)包含具有最大摻雜濃度的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述多次離子注入的重合區(qū)域為具有最大摻雜濃度的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述多次離子注入采用相同的注入離子類型。
4.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述多次離子注入采用相同的注入離子強度。
5.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述多次離子注入采用不同的注入離子強度。
6.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，根據(jù)所需重合區(qū)域的寬度設(shè)計多次離子注入的角度。
7.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器制作方法，其特征在于，所述重合區(qū)域位于所述光電二極管的中間，使該光電二極管關(guān)于所述重合區(qū)域呈軸對稱分布。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器制作方法，其中，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，對所述光電二極管設(shè)定區(qū)域進行多次離子注入，且所述多次離子注入的區(qū)域至少部分重合，從而在所述光電二極管設(shè)定區(qū)域中形成至少一條溝道，使得在所述光電二極管垂直于軸向的橫向方向上，所述溝道內(nèi)包含具有最大摻雜濃度的區(qū)域。本發(fā)明通過對所述光電二極管進行多次離子注入，并調(diào)節(jié)離子注入的角度，從而在光電二極管中形成摻雜濃度大于所述光電二極管其它區(qū)域摻雜濃度的溝道，且所述溝道中包含具有最大摻雜濃度的區(qū)域，從而有效地驅(qū)動光電子進行運動，減少了滯留的光電子數(shù)量，提高了光電二極管的轉(zhuǎn)移效率，減少了圖像延遲或信息丟失的現(xiàn)象。
文檔編號H01L27/146GK102222680SQ20111018739
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, 張克云 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司