[发明专利]CMOS图像传感器的形成方法

说明书

技术领域

本发明属于CMOS图像传感器领域，特别是涉及一种CMOS图像传感器的形成方法。

背景技术

图像传感器的作用是将光学图像转化为相应的电信号。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件（CCD）图像传感器。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其它器件的集成比较困难，而且CCD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置（例如胃镜）、车用摄像装置等。

CMOS图像传感器中将光学图像转化为相应的电信号的部件为像素（pixel），像素包括光电转换元件及像素电路，像素电路包括晶体管。根据像素电路中晶体管的数量，CMOS图像传感器可分为3T式CMOS图像传感器、4T式CMOS图像传感器。图1是3T式CMOS图像传感器的像素的结构示意图，如图1所示，一个像素包括包括光电转换元件PD及像素电路，像素电路包括复位晶体管M2、源跟随晶体管M3及选择晶体管M4。图2是4T式CMOS图像传感器的像素的结构示意图，如图2所示，4T式CMOS图像传感器的一个像素包括光电转换元件PD及像素电路，像素电路包括传输晶体管M1、复位晶体管M2、源跟随晶体管M3及选择晶体管M4。

采用光电转换元件的一个缺点是在缺少入射光时容易产生暗电流（dark current），暗电流可能作为被处理图像中“白”像素出现，从而降低画面质量。因此，本领域技术人员一直致力于如何降低CMOS图像传感器中的暗电流。暗电流通常是由很多不同的因素导致，包括等离子体损坏、应力、注入损伤、晶片缺陷、电场等。但是，暗电流的一个尤为重要的来源是衬底的悬挂硅键。

下面结合图3至图8对现有一种CMOS图像传感器的形成方法作简单介绍：

如图3所示，提供P型半导体衬底1，半导体衬底1包括外围电路区域11及像素区域12。在半导体衬底1上形成氮化硅层2、位于氮化硅层2上方的第一图形化光刻胶层3，以第一图形化光刻胶层3为掩模对氮化硅层2及半导体衬底1进行刻蚀，以在半导体衬底外围电路区域11与半导体衬底像素区域12之间形成第一浅沟槽4、在半导体衬底像素区域12形成第二浅沟槽5，在此步骤中被刻蚀的氮化硅层2形成有开口。

结合图3及图7所示，向第一浅沟槽4及第二浅沟槽5内填充氧化硅层，以形成第一浅沟槽隔离结构6、第二浅沟槽隔离结构7。

如图8所示，去除图7所示的氮化硅层2，在半导体衬底像素区域11内形成N型感光区域8，感光区域8与半导体衬底1构成光电二极管。

但刻蚀形成第二浅沟槽5的步骤会导致半导体衬底1表面产生悬挂硅键，而悬挂硅键会导致第二浅沟槽隔离结构7与光电二极管之间产生暗电流。为了解决这个问题，继续参照图8所示，在第二浅沟槽隔离结构7的表面形成P型掺杂区9。

具体地，掺杂区9的形成方法包括：如图4所示，去除残余的图3所示的第一图形化光刻胶层3，在氮化硅层2、第一浅沟槽4及第二浅沟槽5上形成第二光刻胶层10；结合图4及图5所示，对第二光刻胶10进行曝光、显影，曝光、显影之后第二光刻胶层10成为第二图形化光刻胶层10a，第二图形化光刻胶层10a将位于半导体衬底外围电路区域11与像素区域12之间的第一浅沟槽4覆盖住，接着以具有开口的氮化硅层2为掩模进行离子注入，以在第二浅沟槽5的表面形成掺杂区9。

形成掺杂区9之后，如图6所示，去除残余的图5所示的第二图形化光刻胶层10a。

但是，随着半导体集成电路集成度的不断提高，器件的尺寸变得越来越小，因而第二浅沟槽5的尺寸也变得越来越小。结合图4及图5所示，在对第二光刻胶层10进行曝光、显影的步骤中，由于第二浅沟槽5的尺寸很小，很难将第二浅沟槽5底部的第二光刻胶层10完全去除干净，而第二浅沟槽5底部残留的第二光刻胶层10会影响掺杂区9的形成。

另外，继续参照图8所示，当第二浅沟槽隔离结构7的尺寸较小时，为了更有效的防止相邻两个像素中光电转换元件之间的串扰，在第二浅沟槽隔离结构7下方形成P型掺杂区13，具体地，掺杂区13的形成方法包括：在半导体衬底1、第一浅沟槽隔离结构6及第二浅沟槽隔离结构7上形成第三图形化光刻胶层（未图示），所述第三图形化光刻胶层具有开口；以所述第三图形化光刻胶层为掩模进行离子注入，以在第二浅沟槽隔离结构7下方形成掺杂区13。