[发明专利]CMOS图像传感器的像素结构及像素结构的形成方法

权利要求书

1.一种CMOS图像传感器的像素结构，其特征在于，所述像素结构包括：

半导体衬底，所述半导体衬底中形成有器件隔离结构以及通过所述器件隔离结构定义出的至少一个像素单元；

光电二极管，位于每个所述像素单元对应的半导体衬底中；

浮动扩散点，位于用于隔离相邻所述像素单元的器件隔离结构中；

栅极堆叠结构，位于所述浮动扩散点与每个所述像素单元中的光电二极管之间的所述半导体衬底的表面上，所述栅极堆叠结构具有栅极层，所述栅极层在所述浮动扩散点一侧的厚度小于所述栅极层在所述光电二极管一侧的厚度；

侧墙，位于所述栅极堆叠结构的两侧；

导电插塞，位于所述浮动扩散点的表面上，且底部与所述浮动扩散点电性接触。

2.如权利要求1所述的图像传感器像素结构，其特征在于，所述每个像素单元中，所述栅极层的厚度在沿着从光电二极管至所述浮动扩散点的方向上呈阶梯状变薄。

3.如权利要求1所述的图像传感器像素结构，其特征在于，所述栅极层在所述浮动扩散点一侧的厚度a与所述栅极层在所述光电二极管一侧的厚度b之比为1:5～1:1。

4.一种基于如权利要求1-3中任一权利要求所述的CMOS图像传感器的像素结构的形成方法，其特征在于，所述形成方法包括：

提供一半导体衬底，所述半导体衬底中形成有器件隔离结构以及通过所述器件隔离结构定义出的至少一个像素单元；

在所述半导体衬底上依次形成第一氧化硅层、栅极层和图案化的掩膜层；

以所述图案化的掩膜层为掩膜，对相邻两个所述像素单元之间的部分所述栅极层进行减薄处理，以形成至少位于所述器件隔离结构上方的栅极凹槽；

在执行完所述减薄处理之后的栅极层上形成硬掩膜层，并刻蚀所述栅极层和所述第一氧化硅层，以在每个所述像素单元上形成相应的栅极堆叠结构，相邻所述栅极堆叠结构的侧壁在所述栅极凹槽中形成暴露出所述器件隔离结构顶部的开口；

在所述每个像素单元中的栅极堆叠结构的两侧形成侧墙；

以所述侧墙和所述硬掩膜为掩膜，对暴露出的所述相邻像素单元之间的所述器件隔离结构的部分表层进行N型或P型离子注入，以在所述器件隔离结构内形成浮动扩散点；

在所述浮动扩散点的表面上形成导电插塞，所述导电插塞的底部与所述浮动扩散点电性接触。

5.如权利要求4所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，当所述浮动扩散点为N型时，所述器件隔离结构为P型隔离阱；当所述浮动扩散点为P型时，所述器件隔离结构为N型隔离阱。

6.如权利要求4所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，各个所述像素单元按阵列排布，且四个所述像素单元组成2*2的阵列区域。

7.如权利要求4所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，对所述栅极层进行减薄处理时，所述栅极层的减薄厚度与所述栅极层减薄前的厚度之比为1:5～1:1。

8.如权利要求7所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述栅极凹槽的线宽与所述栅极凹槽的深度之比为1:1～2:1。

9.如权利要求5所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，在所述每个像素单元中的栅极堆叠结构的两侧形成侧墙之后，并在所述器件隔离结构内形成浮动扩散点的步骤之前或之后还包括：

对所述半导体衬底进行N型或P型离子注入，以形成每个像素单元所需的光电二极管，且使所述每个像素单元中的栅极堆叠结构位于该像素单元的光电二极管和所述浮动扩散点之间。

10.如权利要求9所述的CMOS图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，在形成每个像素单元所需的光电二极管的步骤之后还包括：

掩蔽所述浮动扩散点对应的半导体衬底的上表面，并在所述每个像素单元中的光电二极管对应的半导体衬底的表面上形成第二氧化硅层。