[发明专利]CMOS图像传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及CMOS图像传感器及其形成方法。

背景技术

图像传感器属于光电产业里的光电元件类，随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，目前市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾划着未来人类日常生活的美景。以其在日常生活中的应用，无疑要属数码相机产品，其发展速度可以用日新月异来形容。短短的几年，数码相机就由几十万像素，发展到400、500万像素甚至更高。其关键零部件—图像传感器产品成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为电荷耦合图像传感器（Charge-coupled Device image sensor，简称CCD图像传感器）、互补型金属氧化物图像传感器（Complementary Metal Oxide Semiconductor imagesensor，简称CMOS传感器）。

图1为现有的4T结构的CMOS图像传感器的布局示意图，参考图1，现有的4T结构的CMOS图像传感器包括：传输晶体管M1、复位晶体管M2、源跟随晶体管M3、行选通晶体管M4、感光二极管PD和浮置扩散区FD。4T结构图像传感器的工作原理为：传输晶体管M1用来将感光二极管PD产生的光生电子传输到浮置扩散区FD，复位晶体管M2用来对浮置扩散区FD复位，源跟随晶体管M3用来将浮置扩散区FD的电信号放大输出。其工作过程是：复位晶体管M2开启，将浮置扩散区FD置为高电位；然后关断复位晶体管M2，打开传输晶体管M1，将感光二极管PD中的光生电子传输到浮置扩散区FD，浮置扩散区FD产生压降，这个压降通过源跟随晶体管M3在行选通晶体管M4的输出端读出，该读出的压降即为输出信号。

图2为图1所示的4T结构的CMOS图像传感器中传输晶体管、浮置扩散区和感光二极管的剖面结构示意图，参考图2，现有技术中，传输晶体管M1、浮置扩散区FD和感光二极管PD位于衬底10；衬底10包括基底11，位于基底11上的掺杂层12，该掺杂层12可以为由离子注入形成的阱区，也可以为外延层；感光二极管PD包括N型掺杂区13，N型掺杂区13和掺杂层12的掺杂类型相反，两者构成PN结形成感光二极管PD；传输晶体管M1包括：栅极21，位于栅极21周围的侧墙22，位于栅极21和衬底10之间的栅介质层23，浮置扩散区FD和N型掺杂区13分别作为传输晶体管M1的源极、漏极。

现有技术中，形成感光二极管的N型掺杂区13方法包括：在衬底10上形成图形化的掩膜层，以该图形化的掩膜层为掩膜对衬底进行离子注入形成N型掺杂区13。然而，现有技术中，N型掺杂区13中离子掺杂浓度在沿感光二极管至浮置扩散区的方向上处于均匀分布状态，因此电势也处于均与分布。N型掺杂区13中的电子向浮置扩散区FD中转移时，电子的传输速度慢，效率低，造成图像传感器性能不好。

现有技术中，要实现N型掺杂区13中离子掺杂浓度在沿感光二极管至浮置扩散区的方向上呈梯度分布状态，则需增加额外的掩模板，因此增加了工艺成本和复杂性。

现有技术中，有许多关于CMOS图像传感器的专利以及专利申请，例如2007年7月4日公开的公开号为CN1992305A的中国专利申请文件，然而均没有解决以上的技术问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中感光二极管的N型掺杂区中的电子向浮置扩散区FD中转移时，电子的传输速度慢，效率低。

为解决上述问题，本发明提供一种形成CMOS图像传感器的方法，包括形成感光二极管的N型掺杂区，每一个感光二极管的N型掺杂区的形成方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成掩膜层；

图形化所述掩膜层，在所述掩膜层中形成在一条直线上的多个开口，多个开口以及开口之间的掩膜层构成栅状结构，使离子注入区域和阻挡区域交替分布，多个开口以及多个开口之间的掩膜层定义出感光二极管的N型掺杂区的位置；

以所述图形化的掩膜层为掩膜，对所述衬底进行第一N型离子注入形成第一N型掺杂区，所述第一N型离子注入的注入方向垂直于所述衬底的上表面；

以所述图形化的掩膜层为掩膜，对所述衬底进行第二N型离子注入形成第二N型掺杂区，所述第二N型离子注入的注入方向与所述衬底法线呈预定角度；

进行退火工艺，使第一N型掺杂区和第二N型掺杂区中的N型离子扩散形成感光二极管的N型掺杂区，沿感光二极管至浮置扩散区的方向上，所述感光二极管的N型掺杂区的离子掺杂浓度呈梯度增大。