[发明专利]CMOS图像传感器的像素结构及其形成方法

权利要求书

1.一种CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底中掺杂有第一杂质离子；

刻蚀所述半导体衬底，在半导体衬底中形成凹槽；

在凹槽的两侧侧壁表面形成隔离层，所述隔离层的顶部表面与半导体衬底的表面齐平；

在形成所述隔离层后，在凹槽内形成外延硅层，所述外延层覆盖所述隔离层和凹槽两侧侧壁外侧的部分半导体衬底的表面并填充满凹槽，所述外延硅层中掺杂有第二杂质离子，第二杂质离子的导电类型与第一杂质离子的导电类型相反，所述外延硅层和半导体衬底构成光电二极管；

在外延硅层一侧的半导体衬底上形成栅极结构；

在栅极结构的远离外延硅层的一侧的半导体衬底内形成浮置扩散区。

2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述凹槽的形成过程为：在所述半导体衬底上形成掩膜层，所述掩膜层中具有暴露半导体表面的开口；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，在半导体衬底中形成凹槽。

3.如权利要求2所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，在形成凹槽后，刻蚀所述掩膜层，使得掩膜层中的开口的宽度向两边增大，暴露出部分半导体衬底的表面。

4.如权利要求3所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述外延硅层的顶部表面高于半导体衬底的表面，高于半导体衬底表面的外延层填充宽度增大后的开口，并覆盖开口暴露的部分半导体衬底的表面。

5.如权利要求3所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，使得掩膜层的开口的宽度增大的工艺采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺。

6.如权利要求3所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，宽度增大后的开口的侧壁与凹槽的侧壁之间的直线距离为0.1～1微米。

7.如权利要求2所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，形成所述隔离层的过程为：在所述凹槽的侧壁和底部、以及掩膜层表面形成隔离材料层；无掩膜刻蚀所述隔离材料层，在所述凹槽的两侧侧壁上形成隔离层。

8.如权利要求1所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述隔离层的材料为二氧化硅，所述隔离层的厚度为8～20纳米。

9.如权利要求1所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述外延硅层的形成工艺为原位掺杂选择性外延工艺。

10.如权利要求1所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述第一杂质离子的导电类型为P型，第二杂质离子的导电类型为N型，浮置扩散区中掺杂的杂质离子的导电类型为N型。

11.如权利要求1所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述第一杂质离子的导电类型为N型，第二杂质离子的导电类型为P型，浮置扩散区中掺杂的杂质离子的导电类型为P型。

12.如权利要求1所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，还包括：进行离子注入，在所述外延硅层的表面形成遮盖层，遮盖层中的注入的杂质离子的导电类型与第二杂质离子的导电类型相反。

13.一种CMOS图像传感器像素结构，其特征在于，包括：

半导体衬底，所述半导体衬底中掺杂有第一杂质离子；

位于半导体衬底内的凹槽；

位于凹槽的两侧侧壁表面的隔离层，所述隔离层的顶部表面与半导体衬底的表面齐平；

位于凹槽内的外延硅层，所述外延层覆盖所述隔离层和凹槽两侧侧壁外侧的部分半导体衬底的表面并填充满凹槽，所述外延硅层中掺杂有第二杂质离子，第二杂质离子的导电类型与第一杂质离子的导电类型相反，所述外延硅层和半导体衬底构成光电二极管；

位于外延硅层一侧的半导体衬底上的栅极结构；

位于栅极结构的远离外延硅层的一侧的半导体衬底内的浮置扩散区。

14.如权利要求13所述的CMOS图像传感器像素结构，其特征在于，所述外延硅层的顶部表面高于半导体衬底的表面，高于半导体衬底表面的外延层覆盖凹槽两侧的部分半导体衬底的表面。