专利名称：Cmos图像传感器制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺，且特别涉及CMOS图像传感器制作方法。
背景技术：
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分，根据器件的不同，可分为电荷耦合器件(CCD)以及互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。其中，电荷耦合器件(CCD)发展较早，由于其具有高灵敏度、高分辨率以及较出色的噪声控制性能，常被应用于摄影摄像的高端技术元件中。尽管CCD具有较好的性能表现， 然而由于其体积较大、功耗较大，并且无法与现行半导体制造技术中较为通用的标准工艺流程相兼容，造成其生产成本居高不下且产品的兼容性较差。CMOS图像传感器则不存在上述CXD技术中的固有缺陷，其能够充分地利用现有的工艺流程和设备，并与关联的处理电路实现整合，具有高度的系统集成度。除此之外，相较于(XD，CMOS具有体积小，耗电量低，成本低等优势，近些年在低成本的摄影摄像产品中得以广泛应用。然而，CMOS图像传感器电路在电路中存在图像延迟的问题，这在一定程度上限制了其在高端图像处理领域的应用。请参见图1，图1所示为现有技术中单像素4T型CMOS图像传感器的单元像素的结构示意图。其中，CMOS图像传感器至少包括光电二极管(PD) 110，位于半导体基底有源区的一端，用于收集光电子，读出光信号；浮动扩散区(FD) 160，用于存储由所述光电二极管 110产生的电子；以及四个N型的MOS晶体管120-150的单元像素，分别为转移晶体管120、 复位晶体管130、驱动晶体管140和选择晶体管150。具体地，传递晶体管120连接在光电二极管110与浮动扩散区160之间，用于将光电二极管110收集的光电子传递到浮动扩散区160 ；重置晶体管130，连接在电源电压端子 170和浮动扩散区160之间，用于释放将存储在浮动扩散区160的电子以重置浮动扩散区 160 ；驱动晶体管140，用于响应来自光电二极管110的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器；选择晶体管150，连接到驱动晶体管140，以进行寻址操作。该CMOS图像传感器在工作过程中，首先，重置晶体管130和传递晶体管120同时处于开启状态，此时，光电二极管110处于完全耗尽状态。然后，闭合重置晶体管130和传递晶体管120，光电二极管110开始收集光电子。一段时间之后，光电二极管110灌满光电子。接着，在电势差的作用下，光电二极管110所收集的电子通过传递晶体管120转移到浮动扩散区160，并且，进入浮动扩散区160的光电子进一步通过驱动晶体管140产生输出信号，从而实现光电转换的过程。然而，在现有的CMOS图像传感器技术中，光电子转移至浮动扩散区160需要一定的时间，并且，用于驱动光电子进行转移的驱动电场随着光电二极管110尺寸的增大迅速的衰减，也影响了光电子的运动速度。这些都使得光电子从光电二极管110到浮动扩散区 160的运动过程变得较为缓慢，尤其对于具有较大尺寸的光电二极管而言。此外，由于电场强度或转移时间的限制，部分光电子无法进入至浮动扩散区160，而留在了光电二极管110 中，从而导致了信息丢失以及图像滞后延迟等问题。
发明内容
本发明提供了一种CMOS图像传感器制作方法，提高了光电二极管对光电子的收集能力，更为有效地转移所收集的光电子，从而缓解甚至解决CMOS图像传感器图像延迟等问题。为了实现上述技术目的，本发明提出一种CMOS图像传感器制作方法，其中，包括 形成常规结构的光电二极管；控制离子注入角度，对所述光电二极管设定区域进行多次离子注入，且所述多次离子注入的区域至少部分重合，从而在所述光电二极管设定区域中形成至少一条沟道，使得在所述光电二极管垂直于轴向的横向方向上，所述沟道内包含具有最大掺杂浓度的区域。可选的，所述多次离子注入的重合区域为具有最大掺杂浓度的区域。可选的，所述多次离子注入采用相同的注入离子类型。可选的，所述多次离子注入采用相同的注入离子强度。可选的，所述多次离子注入采用不同的注入离子强度。可选的，根据所需重合区域的宽度设计多次离子注入的角度。可选的，所述重合区域位于所述光电二极管的中间，使该光电二极管关于所述重合区域呈轴对称分布。本发明的有益效果为通过对所述光电二极管进行多次离子注入，并调节离子注入的角度，从而在不增加注入掩模版的情况下在光电二极管中形成沟道，所述沟道的掺杂浓度大于所述光电二极管其它区域的掺杂浓度，并且所述沟道中包含具有最大掺杂浓度的区域，从而在光电二极管的横向方向上形成具有最高电势区域，有效地驱动光电子进行运动，减少了滞留在光电二极管中的光电子数量，提高了光电二极管对光电子的收集效率，减少了图像延迟或信息丢失的现象。
图1为传统的CMOS图像传感器的结构示意图；图2为本发明CMOS图像传感器制作方法一种实施方式的流程示意图；图3为按照本发明CMOS图像传感器制作方法所形成的CMOS图像传感器的剖面示意图；图4为图3所示步骤S2 —种具体实施例的流程示意图；图5-图6为与图4所示相对应的剖面结构示意图。
具体实施例方式本发明所提供的CMOS图像传感器制作方法，通过形成新型的光电二极管结构，提高了光电二极管对光电子的转移能力，增加了光电子的扩散速度，减少了滞留在光电二极管的光电子数量，从而能够实现更为有效的光电子转移，进一步提升了 CMOS图像传感器的图像品质、性能以及分辨率。
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下面将结合具体实施例和附图，对本发明CMOS图像传感器制作方法进行详细阐述。参考图2，在一种实施方式中，本发明CMOS图像传感器制作方法包括步骤Si，形成常规结构的光电二极管；步骤S2，控制离子注入角度，对所述光电二极管设定区域进行多次离子注入，且所述多次离子注入的区域至少部分重合，从而在所述光电二极管设定区域中形成至少一条沟道，其中在所述光电二极管垂直于轴向的横向方向上，所述沟道内包含具有最大掺杂浓度的区域。参考图3，所述CMOS图像传感器至少包含光电二极管200，浮动扩散区202以及连接光电二极管200和浮动扩散区202的传递晶体管201。其中，通过步骤S2，使得所述光电二极管200至少包含一条沟道210，所述沟道210包含光电二极管200中具有最大掺杂浓度的区域。在正常工作状态下，光电二极管200在光照条件下产生电子空穴对，这些电子空穴对在内建电场的作用下分离，光电子被收集于光电二极管200的η区。在电子传输过程中，在光电二极管200中不存在沟道210的情况下，当远离转移晶体管201栅极的电子跨越整个光电二极管200的长度到达转移晶体管201并且被转移到浮动扩散区202的过程中， 光电二极管200通常具有很高的电阻，特别是当光电二极管200长度很大时，光电二极管 200中的移动电流成为电子转移的限制。当光电二极管200中具有沟道210，且其掺杂浓度 Ν2大于光电二极管200中的掺杂浓度m时，沟道210区域在垂直于光电二极管200轴向 Sl的横向方向上具有最高的电势，从而在光电二极管200的横向方向上形成垂直于轴向Sl 且指向沟道210外部的内建电场E。在内建电场E的作用下，光电二极管200中的电子，尤其是处于光电二极管200中远离转移晶体管201位置的电子，将会产生向着沟道210的运动。由于沟道210在光电二极管200的横向方向上具有最高的电势，则被沟道210的电场所收集的电子可以在一个低电阻的沟道中流向转移晶体管201，从而加快了其传输速度。不难看出，由于光电二极管200具有沟道210，且该沟道210的区域在光电二极管 200的横向方向上形成具有最高电势的区域，有效地将光电子集中至沟道区并在驱动电场的作用下使其向着转移晶体管201方向进行运动，从而减少了滞留在光电二极管200中的光电子数量，也削弱了由于驱动电场的衰减对光电子转移速度影响，缓解甚至避免了图像延迟的问题。具体来说，在步骤Sl中，可采用现有的工艺方法对常规结构的光电二极管进行制作，具体步骤和参数并不对本发明的发明思路造成影响。具体来说，所述常规结构的光电二极管是指该光电二极管具有统一的掺杂浓度，而不存在其掺杂浓度高于光电二极管中其它区域掺杂浓度的区域。在步骤S2中，可采用不同离子注入的角度对所述光电二极管进行多次离子注入， 并且多次离子注入的区域至少部分重合，从而形成沟道，并使得所述沟道中部分重合区域的掺杂浓度为最大值。参考图4至6，以形成一条沟道为例。在本发明CMOS图像传感器制作方法的一种具体实施方式
中，步骤S2可进一步包括步骤S11，参考图4和图5，以掩模版冊为掩模，对所述光电二极管的设定区域进行第一次离子注入，形成第一掺杂区域300 ；其中，第一次离子注入采用注入角度为Tl，离子注入强度为Si。步骤S12，参考图4和图6，仍以掩模版PR为掩模，进行第二次离子注入，形成第二掺杂区域310 ；其中，第二次离子注入采用注入角度为T2，离子注入强度为S2。由于所采用的注入角度存在差异以及离子注入的遮蔽效应(shadow effect)，通过上述两次离子注入，第一掺杂区域300和第二掺杂区域310部分重合，即形成重合区域 330。在重合区域330中，其掺杂浓度M3为两次离子注入强度之和，即M3 = S1+S2。由于在所述光电二极管的设定区域进行离子注入，第一掺杂区域300和第二掺杂区域310中的掺杂浓度都高于所述光电二极管中设定区域以外的区域，从而在所述光电二极管的设定区域内形成掺杂浓度高于其它区域的沟道，并且，由于重合区域330中的掺杂浓度又高于第一掺杂区域300或第二掺杂区域310中非重合区域的掺杂浓度，因此，重合区域330构成具有掺杂浓度最大值的区域。在具体实现中，第一次离子注入和第二次离子注入可采用相同的注入离子类型； 所采用的离子注入强度可相同，即Sl = S2，也可不同；所采用的注入角度可根据重合区域的宽度设计要求进行调整。在其它实施方式中，也可调整离子注入的次数，例如采用三次或多于三次具有不同注入角度的离子注入，以形成多个具有不同掺杂浓度的区域，且这些区域具有相互重叠的部分，从而使得在光电二极管中设定区域中形成掺杂浓度高于其它区域的沟道，并且在沟道中形成具有最大掺杂浓度的区域；或者，也可通过控制离子注入的角度，在一条沟道中形成多个重合区域，从而在一条沟道中形成多个具有最大掺杂浓度的区域。在具体实施过程中，还可根据设计要求，对需形成沟道的数量和区域进行设定。例如，所述沟道可位于光电二极管中间，使得该光电二极管以所述沟道为轴对称分布结构。又例如，可在光电二极管中设置多条沟道区域；其中，在该光电二极管的横向方向上，可使各条沟道区域可具有相同的掺杂浓度最大值，也可使其分别具有不同的掺杂浓度；当所述多条沟道具有相同掺杂浓度最大值时，各沟道区域的掺杂浓度最大值为在光电二极管的横向方向上的最大掺杂浓度；当各条沟道区域分别具有不同的掺杂浓度时，每条沟道的掺杂浓度大于光电二极管横向方向上非沟道区域的掺杂浓度，且其中至少有一条沟道区域中包含具有光电二极管横向方向上最大掺杂浓度的区域。上述CMOS图像传感器制作方法通过对所述光电二极管进行多次离子注入，并调节离子注入的角度，从而在光电二极管中形成沟道，所述沟道的掺杂浓度大于所述光电二极管其它区域的掺杂浓度，并且所述沟道中包含具有最大掺杂浓度的区域，从而在光电二极管的横向方向上形成具有最高电势区域，有效地驱动光电子进行运动，减少了滞留在光电二极管中的光电子数量，提高了光电二极管对光电子的收集效率，减少了图像延迟或信息丢失的现象。此外，由于仅对离子注入角度进行调整，从而可在多次离子注入中采用相同的掩模版，而无需制作和使用新的掩模版，节约了生产成本，提高了生产效率。本领域技术人员应能理解，在上述各实施方式中，例如形成具有常规结构的光电二极管的具体实现和工艺步骤并不对本发明CMOS图像传感器制作方法的发明构思造成限制，上述各工艺步骤中可采用但并不限于现有的常规工艺参数、原料及设备。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种CMOS图像传感器制作方法，其特征在于，包括形成常规结构的光电二极管；控制离子注入角度，对所述光电二极管设定区域进行多次离子注入，且所述多次离子注入的区域至少部分重合，从而在所述光电二极管设定区域中形成至少一条沟道，使得在所述光电二极管垂直于轴向的横向方向上，所述沟道内包含具有最大掺杂浓度的区域。
2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器制作方法，其特征在于，所述多次离子注入的重合区域为具有最大掺杂浓度的区域。
3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器制作方法，其特征在于，所述多次离子注入采用相同的注入离子类型。
4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器制作方法，其特征在于，所述多次离子注入采用相同的注入离子强度。
5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器制作方法，其特征在于，所述多次离子注入采用不同的注入离子强度。
6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器制作方法，其特征在于，根据所需重合区域的宽度设计多次离子注入的角度。
7.如权利要求1所述的CMOS图像传感器制作方法，其特征在于，所述重合区域位于所述光电二极管的中间，使该光电二极管关于所述重合区域呈轴对称分布。
全文摘要
一种CMOS图像传感器制作方法，其中，包括形成常规结构的光电二极管；控制离子注入角度，对所述光电二极管设定区域进行多次离子注入，且所述多次离子注入的区域至少部分重合，从而在所述光电二极管设定区域中形成至少一条沟道，使得在所述光电二极管垂直于轴向的横向方向上，所述沟道内包含具有最大掺杂浓度的区域。本发明通过对所述光电二极管进行多次离子注入，并调节离子注入的角度，从而在光电二极管中形成掺杂浓度大于所述光电二极管其它区域掺杂浓度的沟道，且所述沟道中包含具有最大掺杂浓度的区域，从而有效地驱动光电子进行运动，减少了滞留的光电子数量，提高了光电二极管的转移效率，减少了图像延迟或信息丢失的现象。
文档编号H01L27/146GK102222680SQ20111018739
公开日2011年10月19日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者吴小利, 张克云 申请人:上海宏力半导体制造有限公司