[发明专利]像素单元的制作方法和图像传感器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种像素单元的制作方法和图像传感器的制作方法。

背景技术

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，通常用于将光学信号转化为相应的电信号。CCD图像传感器的优点是对光线敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其他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、易与其他器件集成、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图像传感器的基本感光单元被称为像素单元，所述像素单元包含光电二极管（Photodiode，简称为PD）和与所述光电二极管相连的晶体管。其中，可在P型阱区中形成N型掺杂区，N型掺杂区与P型阱区形成一PN结作为一光电二极管；所述晶体管可包括一用作传输管的NMOS晶体管。

然而，现有图像传感器容易产生图像残留（image lag）的现象。图像残留的现象是：上一次成像的信号没有完全传输出去，残留在像素单元中，并叠加到下一次的图像中，造成成像失真。造成图像残留的一个重要因素是电势分布。成像过程中，需要将电子从光电二极管传输到浮置扩散区（Floating Diffusion，简称为FD），如果从光电二极管到浮置扩散区方向上电势成梯度分布，电子能顺畅地传输到浮置扩散区，然后作为信号被读出。如果在这个方向上电势不是成梯度分布，即传输方向上存在势垒，则电子不能完全传输出去，会有部分电子残留在光电二极管中，造成图像残留。

如图1所示，为了消除上述原因导致的图像传感器的图像残留现象，现有工艺提供了一种图像传感器中像素单元的形成方法，包括：

提供P型的半导体基体100，并在所述半导体基体100中形成有用于分割不同像素单元的隔离结构102，相邻隔离结构102之间的半导体基体100用于形成一像素单元，相邻隔离结构102之间的半导体基体100包括光电二极管区域I和晶体管区域II，所述光电二极管区域I包括第一区域I₁以及位于所述晶体管区域II和第一区域I₁之间的第二区域I₂；

在所述晶体管区域II上形成栅极结构108，所述栅极结构108包括位于半导体基体100上的栅介质层108a和位于栅介质层108a上的栅极108b；

在所述半导体基体100和栅极结构108上形成暴露出所述第二区域I₂的第一光刻图形（图未示）；

以所述第一光刻图形为掩模，进行第一离子注入；

去除所述第一光刻图形；

在所述半导体基体100和栅极结构108上形成暴露出光电二极管区域II的第二光刻图形（图未示）；

以所述第二光刻图形为掩模，进行第二离子注入，在所述第一区域I₁中形成N型的第一掺杂区104且在所述第二区域I₂中形成N型的第二掺杂区106；

去除所述第二光刻图形。

上述工艺形成的像素单元包括：P型的半导体基体100；形成于半导体基体100中的隔离结构102；位于相邻隔离结构102之间半导体基体100中N型的第一掺杂区104和N型的第二掺杂区106，所述第一掺杂区104中N型掺杂离子的浓度小于第二掺杂区106中N型掺杂离子的浓度；栅极结构108，位于靠近第二掺杂区106一侧的半导体基体100上，所述栅极结构108包括位于半导体基体100上的栅介质层108a和位于所述栅介质层108a上的栅极108b。其中，所述第一掺杂区104和第二掺杂区106与半导体基体100形成PN结作为一个光电二极管；所述栅极结构108作为与所述光电二极管相连的传输管的栅极结构。

图1中像素单元沿图1中NN方向各区域的电势示意图如图2所示，与第一掺杂区104各位置对应的电势为第一电势线11，与第二掺杂区106各位置对应的电势为第二电势线12，晶体管区域II各位置对应的电势为第三电势线13。由于第一掺杂区104中N型掺杂离子的浓度小于第二掺杂区106中N型掺杂离子的浓度，图2中第二掺杂区106各位置对应的电势高于第一掺杂区104各位置对应的电势，第一掺杂区104与第二掺杂区106之间形成梯度电势，使电子在第一掺杂区104和第二掺杂区106中传输时的速度较快。