[发明专利]3D CMOS图像传感器及其形成方法

说明书

本发明提供了一种3D CMOS图像传感器及其形成方法，涉及图像传感器领域，包括：衬底，所述衬底内包括至少一个光电二极管；P型阱区，所述P型阱区形成于所述光电二极管上方且与所述光电二极管连接；浮置扩散区，所述浮置扩散区形成于所述衬底上且位于所述P型阱区上方并与所述P型阱区连接；以及，传输栅，所述传输栅浮置于所述衬底上方且将所述P型阱区包围，所述传输栅为金属栅。通过将所述传输栅和浮置扩散区浮置于所述衬底上方，不占用衬底内光电二极管的面积，可以避免所述传输栅和浮置扩散区占用光电二极管面积,并且浮置扩散区可以自由扩展面积，增加满阱容量。使用金属栅作为传输栅，减少了栅电阻，增加传输栅响应速度，增加光量子效率。

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，特别涉及一种3D CMOS图像传感器及其形成方法。

背景技术

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置。图像传感器主要包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。CMOS图像传感器和传统的CCD图像传感器相比，具有低功耗、低成本以及可与CMOS工艺相兼容等特点，因此得到越来越广泛地应用。

CMOS图像传感器包括由众多像素单元构成的像素阵列，像素单元是图像传感器实现感光的核心器件。常见的CMOS图像传感器为四晶体管结构(4Transistors，4T)单元，其像素单元中通常包含由1个光电二极管(Photo Diode，PD)和4个晶体管组成的有源像素结构。

目前CMOS图像传感器技术中常用的4T结构比3T结构多一个传输栅（TransitionGate，TG），以获得更佳的性能和更小的噪声。但是，增加的器件使得相应的光电二极管的面积减少即有效像素面积减少，如果为了提高有效像素面积而减少浮置扩散区面积，又会影响满阱容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D CMOS图像传感器及其形成方法，既可采用4T结构，又可解决因光电二极管面积减少而影响满阱容量的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种3D CMOS图像传感器，包括：

衬底，所述衬底内包括至少一个光电二极管；

P型阱区，所述P型阱区形成于所述光电二极管上方且与所述光电二极管连接；

浮置扩散区，所述浮置扩散区形成于所述衬底上且位于所述P型阱区上方并与所述P型阱区连接；以及，

传输栅，所述传输栅浮置于所述衬底上方且将所述P型阱区包围，所述传输栅为金属栅。

可选的，所述P型阱区的顶面高于所述传输栅的顶面。

可选的，还包括设置于所述传输栅与所述衬底之间的第一介质层；以及，贯穿所述第一介质层的第一开口。

可选的，所述传输栅的纵截面形状为倒T形。

基于同一发明构思，本发明还提供一种3D CMOS图像传感器的形成方法，包括：

提供一衬底，所述衬底中形成有至少一个光电二极管，

形成牺牲层，所述牺牲层覆盖所述衬底；

形成第一开口，所述第一开口至少贯穿所述牺牲层并暴露出所述衬底；

在所述第一开口的位置形成P型阱区和浮置扩散区，所述浮置扩散区位于所述P型阱区上方；

刻蚀相邻的光电二极管之间的衬底上方的所述牺牲层；以及，

去除所述光电二极管上的所述牺牲层以形成第三开口，并在所述第三开口的位置形成包围所述P型阱区的传输栅，所述传输栅为金属栅。

可选的，在所述第一开口的位置形成P型阱区和浮置扩散区的步骤中包括：