[发明专利]CMOS图像传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器及其形成方法。

背景技术

随着数码技术、半导体制造技术的迅速发展，数码摄录产品越来越受到关注，与图像传感器相关的技术也成为研究热点。

与电子耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)图像传感器相比，互补金属氧化物(Complementary Metal Oxide Semiconductor，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，已经广泛应用于手机摄像装置、数码摄录机、医疗用摄像装置、车用摄像装置以及工业测量等领域。

在CMOS图像传感器中，由于在半导体衬底和氧化层的界面处常常存在带有负电的缺陷，因此由源区与半导体衬底形成的光电二极管可能存在暗电流，导致存在残留在沟道区域内的载流子倒流至光电二极管中的情况，严重影响图像传感器的成像质量。

如中国专利号为CN105097850A的发明专利，公开日为2015年11月25日，公开了通过同时重掺杂有N型以及P型的多晶硅栅极避免残留在沟道区域内的电子倒流回光电二极管的应用方案。具体而言，通过采用同时重掺杂有N型以及P型的多晶硅栅极，在向栅极加负压以关闭沟道时，使邻近漏区的部分多晶硅栅极下面的沟道区域的电势高于邻近源区的部分多晶硅栅极下面的沟道区域的电势，从而避免残留在沟道区域内的电子倒流回光电二极管中。

但是，在采用该应用方案时，一方面，掺杂有P型的多晶硅栅极与其下方的沟道区域形成金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，使得该区域的阈值电压(V_t)偏高，导致传输电流下降，降低电子的传输效率。另一方面，在形成掺杂有P型的多晶硅栅极的工艺中，容易将P型掺杂离子注入至漏区，导致在漏区形成高电阻区，进而进一步降低传输电流以及电子的传输效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种CMOS图像传感器及其形成方法，可以提高载流子的传输效率，增大传输电流。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底；栅极，位于所述半导体衬底表面；源区和漏区，分别位于所述栅极的两侧；预掺杂区，位于所述半导体衬底内且包围所述漏区，所述预掺杂区的掺杂类型与所述漏区相同，且所述漏区的掺杂浓度高于所述预掺杂区的掺杂浓度；沟槽栅极，所述沟槽栅极的至少一部分嵌入所述预掺杂区内，并且所述沟槽栅极与所述栅极电性连接。

可选的，所述沟槽栅极位于所述栅极下方的半导体衬底内且与所述栅极相接。

可选的，所述沟槽栅极位于所述栅极与漏区之间，且所述沟槽栅极的一部分位于所述半导体衬底内。

可选的，所述沟槽栅极露出所述半导体衬底表面的部分的截面面积大于未露出所述半导体衬底表面的部分的截面面积。

可选的，所述预掺杂区的边界延伸至所述栅极下方。

可选的，所述预掺杂区延伸至所述栅极下方的部分的长度不超过所述栅极的长度的一半。

可选的，所述预掺杂区的掺杂浓度为1E12atom/cm³至1E16atom/cm³。

可选的，所述漏区的掺杂浓度为1E17atom/cm³至1E20atom/cm³。

可选的，所述预掺杂区的掺杂类型为N型。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种CMOS图像传感器的形成方法，包括以下步骤：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成预掺杂区；在所述半导体衬底表面形成栅极和沟槽栅极，所述沟槽栅极的至少一部分嵌入所述预掺杂区内，并且所述沟槽栅极与所述栅极电性连接；在所述栅极两侧的半导体衬底内形成源区和漏区，其中，所述预掺杂区的掺杂类型与所述漏区相同，且所述漏区的掺杂浓度高于所述预掺杂区的掺杂浓度，所述漏区被所述预掺杂区包围。

可选的，所述沟槽栅极位于所述栅极下方的半导体衬底内且与所述栅极相接。

可选的，所述沟槽栅极位于所述栅极与漏区之间，且所述沟槽栅极的一部分位于所述半导体衬底内。

可选的，所述沟槽栅极露出所述半导体衬底表面的部分的截面面积大于未露出所述半导体衬底表面的部分的截面面积。

可选的，所述预掺杂区的边界延伸至所述栅极下方。

可选的，所述预掺杂区延伸至所述栅极下方的部分的长度不超过所述栅极的长度的一半。