专利名称：Cmos图像传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及图像传感器，并且尤其涉及一种CMOS图像传感器。
背景技术：
CMOS图像传感器相对于CO) (Charge Coupled Device)而言,具有集成度高,功耗低，成本低等优势，得到了越来越广泛的应用。它的感光单元，即所象素，是用来完成光电转 换的，它对于图像的品质起着决定性的作用。象素最常见的是3T和4T结构。图I和图2示出了一种4T结构的象素。如图I所示，光电二极管11、传输晶体管12、复位管13、源跟随晶体管14、行选通晶体管15制备在有源区中。其中，光电二极管11用来将光信号转化成电信号，从而达到感光的目的。具体而 言，光电二极管11在入射光照射下产生光生载流子，当传输晶体管12开启时，电子被浮置扩散区FD收集，同时源跟随晶体管14的源极跟随栅压的变化，栅压的变化在行选通晶体管15开启时被读取，从而产生电信号。通过开启复位管13可以对浮置扩散区FD进行复位。但是在现有的象素结构中，在光电二极管11受到强光照射的情况下，超出阱容量的光生载流子会溢出到相邻的像素，结果是造成图像的串扰或者光晕。针对该问题，一种解决方法是将光电二极管11和浮置扩散区FD之间的势垒做得低一些，使得溢出的电子容易被拉到浮置扩散区FD。然而，仍然需要其他的技术用于减轻或者消除图像串扰或者光晕。
实用新型内容前述的降低光电二极管11和浮置扩散区FD之间的势垒的方法存在的一个问题是通常光电二极管11和浮置扩散区FD是由不同的光刻步骤定义的，因此，就整个传感器芯片表面而言，不同像素的光电二极管11和浮置扩散区FD之间的距离并不是均匀的，从而导致不同像素之间的横向抗晕(lateral overflow drain)的效果不均勻。根据本实用新型的一个方面，提供了一种CMOS图像传感器，包括半导体基片，包括第一有源区，其中，所述第一有源区中包括光电二极管，晶体管，以及第二有源区，其中，所述第二有源区邻近所述光电二极管的阱，并且具有与所述光电二极管的阱相同的导电类型，所述第二有源区连接到参考电位，其中，所述第二有源区和所述光电二极管的阱通过一次离子注入形成。在一个例子中，所述第一有源区还包括至少两个横向掺杂区，所述横向掺杂区具有与所述第一有源区相同的导电类型，位于所述光电二极管的阱与所述第二有源区之间，所述横向掺杂区的宽度等于或者大于所述光电二极管的阱与所述第二有源区之间的间隙的宽度。在一个例子中，所述至少两个横向掺杂区覆盖所述阱的相邻角部以及所述第二有源区的相邻角部。在一个例子中，所述第一有源区还包括第一纵向掺杂区，所述第一纵向掺杂区具有与所述第一有源区相同的导电类型，位于所述间隙的下方，覆盖所述阱的相邻角部以及所述第二有源区的相邻角部。在一个例子中，所述第一有源区还包括第二纵向掺杂区，所述第二纵向掺杂区具有与所述第一有源区相同的导电类型，位于所述间隙的上方，覆盖所述阱的相邻角部以及所述第二有源区的相邻角部。在一个例子中，所述第一有源区还包括至少一个纵向掺杂区，所述纵向掺杂区具有与所述第一有源区相同的导电类型，位于所述光电二极管的阱与所述第二有源区之间的间隙的下方，覆盖所述阱的相邻角部以及所述第二有源区的相邻角部。在一个例子中，所述第一有源区包括两个光电二极管，所述第二有源区位于所述两个光电二极管的阱之间。在一个例子中，所述第一有源区还包括连接到所述第二有源区的重掺杂区，所述重掺杂区具有与所述第二有源区相同的导电类型。
参考以下的附图可更好地理解本实用新型的实施例。附图中的部件未必按比例绘制图I是一种4T结构像素的俯视图；图2是图I的4T结构像素的沿箭头示出的方向的剖面图；图3a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的一个实施例的像素示意图；图3b是图3a示出的实施例的一个变化例；图3c是图3a示出的实施例的另一个变化例；图4a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的另一个实施例的示意图；图4b是图4a示出的实施例的一个变化例；图4c是图4a示出的实施例的另一个变化例；图4d是图4a示出的实施例的又一个变化例；图5a是图4a示出的实施例的像素俯视图；图5b是图4a示出的实施例的一个示例性剖面图；图5c是图4a示出的实施例的又一个示例性剖面图；图6a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的像素示意图；图6b是图6a示出的实施例的一个示例性剖面图；图6c是图6a示出的实施例的又一个示例性剖面图；图7a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的像素示意图；图7b是图7a示出的实施例的一个示例性剖面图；图8a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的示意图；图8b是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的示意图；以及图9是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的示意图。在上述的各附图中，相似的附图标记应被理解为表示相同、相似或者相应的特征或功能。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。在以下的具体描述中，参考了所附的附图。附图构成了本实用新型的一部分，在附图中通过示例的方式示出了能够实施本实用新型的特定的实施例。就这一点而言，方向性的术语，例如“左”、“右” “顶部”、“底部”、“前”、“后”、“引导”、“向前”、“拖后”等，参考附图中描述的方向使用。因此本实用新型的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。根据本实用新型的CMOS图像传感器的一个实施例，该CMOS图像传感器包括半导体基片(例如，N型或者P型硅片)，该半导体基片包括第一有源区(例如，外延生在在半导体基片上的P型外延层)，如图3a所示，该第一有源区中包括光电二极管11、晶体管12、13、14,15,以及第二有源区31。以下详细说明第二有源区31。第二有源区31邻近光电二极管11的阱(该阱的位置和面积即如图3a中标号为11的方框示意性示出的)，并且第二有源区31具有与光电二极管的阱相同的导电类型，也就是说，在光电二极管的阱是N型的情况下，第二有源区31也是N型的，在光电二极管的阱是P型的情况下，第二有源区31也是P型的。进一步地，第二有源区31连接到参考电位VKEF。并且，第二有源区31和光电二极管11的阱通过一次离子注入形成。需要说明的是，参考电位Vkef的含义是在光电二极管的阱是N型的情况下，该参考电位Vkef是相比于光电二极管的阱较高的电位，在光电二极管的阱是P型的情况下，该参考电位Vkef是相比于光电二极管的阱较低的电位；还需要说明的是，参考电位Vkef可以是与复位电位相同的电位(其可以通过将第二有源区31连接到标号为16的连接点实现)，参考电位Vkef也可以是与复位电位不同的电位。图3a中虽然没有示出第二有源区31和参考电位Vkef的连接构成，本领域技术人员理解，可以通过通孔、金属层等将第二有源区31连接到需要的电位，将一个区域连接到一个电位的具体构成、方式在此不做详述。以下说明如图3a示出的、根据本实用新型的CMOS图像传感器的实施例的优点第二有源区31邻近光电二极管11的阱而设置并且连接到参考电位Vkef，因此当CMOS图像传感器受到强光照射的情况下，超出光电二极管11的阱容量的光生载流子被拉到第二有源区31，从而减少或者避免了光生载流子溢出到相邻像素，由于第二有源区31和光电二极管11的阱通过一次离子注入形成，因此就整个传感器芯片表面而言，各个像素的第二有源区31和光电二极管11的阱之间的距离Dl是相同的，因此各个像素的抗晕效果是相同的，从而得到抗晕效果均匀的CMOS图像传感器。图3b是图3a示出的实施例的一个变化例，如图所示，第二有源区31邻近光电二极管11的阱的左侧而设置，由于第二有源区31和光电二极管11的阱通过一次离子注入形成，各个像素的第二有源区31和光电二极管11的阱之间的距离D2是相同的。图3c是图3a示出的实施例的另一个变化例，如图所示，第二有源区31邻近光电二极管11的阱的右侧而设置，由于第二有源区31和光电二极管11的阱通过一次离子注入形成，各个像素的第二有源区31和光电二极管11的阱之间的距离D3是相同的。需要说明的是，第二有源区31可以相对于光电二极管11的阱设置成任何适合的距离和方位。例如，第二有源区31距离光电二极管11的阱越近，溢出载流子越容易被拉到第二有源区31，而用于产生光电信号的光生载流子被拉到第二有源区31的倾向也相应地增加，可以根据实际的抗晕需要、传感器具体构成等调整第二有源区31相对于光电二极管11的阱的距离和方位。图4a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的另一个实施例的示意图。在该实施例中，第一有源区还包括两个横向掺杂区41。具体地，该横向掺杂区41具有与第一有源区相同的导电类型，也就是说，在第一有源区是P型的情况下，横向掺杂区41也是P型的，在第一有源区是N型的情况下，横向掺杂区41也是N型的。进一步地，该横向掺杂区41位于光电二极管11的讲和第二有源区31之间，并且,横向掺杂区41的宽度大于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的宽度，从而该两个横向掺杂区41分别覆盖该阱的相邻角部和第二有源区31的相邻角部。除了能够实现图3a的实施例的优点外，图4a的实施例还能够实现以下优点由于该两个横向掺杂区41占据了光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的靠外侧的部分，因此光生载流子从光电二极管11向第二有源区31泄放的通道(如图中箭头所示出的)被限制了，其结果是用于产生光电信号的光生载流子被拉到第二有源区31的倾向降低了，同时在强光条件下超出阱容量的载流子仍然能够被泄放。除了上述优点之外，图4a的实施例还可以实现以下优点该两个或者更多的横向掺杂区41可以在一次光刻中定义，通过一次离子注入或 者扩散完成，从而被限制的载流子通道的尺寸在整个传感器芯片上是均匀的。此外，由于抗晕的效果与该被限制的载流子通道相对于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的位置不敏感，因此对于横向掺杂区41相对于光电二极管11的阱和第二有源区31的套刻精度要求不高，因此图4a的实施例在工艺上简单易行。图4b是图4a示出的实施例的一个变化例，在该例子中，横向掺杂区41的宽度等于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的宽度，仍然能够得到被限制的光生载流子流动路径。图4c是图4a示出的实施例的另一个变化例，在该例子中，横向掺杂区41的宽度等于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的宽度，仍然能够得到被限制的光生载流子流动路径。图4d是图4a示出的实施例的又一个变化例,在该例子中，第一有源区还包括三个横向掺杂区41，该三个横向掺杂区41设置成允许两个被限制的光生载流子流动路径。图5a是图4a示出的实施例的像素俯视图，图5b是图4a示出的实施例的沿着直线5-5’的一个7]^例性剖面图，如图所不,横向掺杂区41在Z方向上从芯片表面延伸至一定的深度，例如，可以是大致等于第二有源区31的深度。横向掺杂区41可以通过例如离子扩散来形成。图5c是图4a示出的实施例的又一个示例性剖面图，如图所示，横向掺杂区41在Z方向上从芯片表面以下延伸至一定的深度，例如，可以是大致等于第二有源区31的深度。横向掺杂区41可以通过例如离子注入来形成。图6a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的像素示意图，在该实施例中，第一有源区还包括纵向掺杂区61。具体地，该纵向掺杂区61具有与第一有源区相同的导电类型，也就是说，在第一有源区是P型的情况下，纵向掺杂区61也是P型的，在第一有源区是N型的情况下，纵向掺杂区61也是N型的。进一步地，该纵向掺杂区61位于光电二极管11的阱和第二有源区31之间，并且，纵向掺杂区61的宽度大于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的宽度。图6b是图6a示出的实施例的一个示例性剖面图，在该构成中，第一有源区包括一个纵向掺杂区61，位于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的(Z方向上的)上方，从而将光生载流子的流动路径限制在间隙的下方。·图6c是图6a示出的实施例的又一个示例性剖面图，在该构成中，第一有源区包括两个纵向掺杂区61，位于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的(Z方向上的)上方和下方，从而将光生载流子的流动路径限制在间隙的中间部分。除了能够实现图3a的实施例的优点外，图6a的实施例还能够实现以下优点由于该两个纵向掺杂区61占据了光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的一部分，因此光生载流子从光电二极管11向第二有源区31泄放的通道(如图中箭头所示出的)被限制了，其结果是用于产生光电信号的光生载流子被拉到第二有源区31的倾向降低了，同时在强光条件下超出阱容量的载流子仍然能够被泄放。除了上述优点之外，图6c的实施例还可以实现以下优点可以通过控制离子注入的能量从而控制该两个或者更多的纵向掺杂区61在Z方向上的距离，从而被限制的载流子通道的尺寸在整个传感器芯片上是均匀的，从而抗晕效果在传感器芯片上是均匀的，因此图6a_c的实施例在工艺上简单易行。图7a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的像素示意图，在该例子中，第一有源区包括两个横向掺杂区41和一个纵向掺杂区61，图7b是图7a示出的实施例的沿着曲线7-7’的剖面图，如图所示，纵向掺杂区61位于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的(Z方向上的)下方，从而两个横向掺杂区41和一个纵向掺杂区61共同限制了光生载流子的流动路径，如图7b中箭头所示出的。如前述部分公开的，在图7示出的实施例的基础上还可以再包括一个纵向掺杂区，位于光电二极管11的阱和第二有源区31之间的间隙的(Z方向上的)上方。图8a是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的示意图，如图所示，两个光电二极管11、11’共享一个第二有源区31作为强光条件下的光生载流子溢出路径，可以在光刻步骤中定义成第二有源区31与两个光电二极管11、11’的距离分别相等，从而得到相同的抗晕效果。图8b是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的示意图，如图所示，两个光电二极管11、11’共享一个第二有源区31作为强光条件下的光生载流子溢出路径，进一步地，第二有源区31与两个光电二极管11、11’之间还分别设置有横向掺杂区41。[0072]根据前文的公开，图8b的实施例的基础上还可以进一步包括纵向掺杂区61。图9是根据本实用新型的CMOS图像传感器的又一个实施例的示意图，第一有源区还包括连接到第二有源区31的重掺杂区，该重掺杂区具有与所述第二有源区31相同的导电类型，从而降低第二有源区31的接触电阻。可以理解，上述描述的实施例仅用于描述而非限制本实用新型，本领域技术人员可以理解，可以对本实用新型进行修改和变形，只要不偏离本实用新型的精神和范围。上述的修改和变形被认为是本实用新型和所附权利要求的范围。本实用新型的保护范围由所附
的权利要求所限定。此外，权利要求中的任何附图标记不应被理解为对本实用新型的限制。动词“包括”和其变形不排除出现权利要求中声明以外的其他的元件或步骤。在元件或步骤之前的不定冠词“一”不排除出现多个这样的元件或步骤。
权利要求1.一种CMOS图像传感器，包括 半导体基片，包括第一有源区， 其中，所述第一有源区中包括光电二极管，晶体管，以及第二有源区， 其中，所述第二有源区邻近所述光电二极管的阱，并且具有与所述光电二极管的阱相同的导电类型，所述第二有源区连接到参考电位，其中，所述第二有源区和所述光电二极管的阱通过一次离子注入形成。
2.如权利要求I所述的CMOS图像传感器，其中，所述第一有源区还包括至少两个横向掺杂区，所述横向掺杂区具有与所述第一有源区相同的导电类型，位于所述光电二极管的阱与所述第二有源区之间，所述横向掺杂区的宽度等于或者大于所述光电二极管的阱与所述第二有源区之间的间隙的宽度。
3.如权利要求2所述的CMOS图像传感器，其中，所述至少两个横向掺杂区覆盖所述阱的相邻角部以及所述第二有源区的相邻角部。
4.如权利要求2所述的CMOS图像传感器，其中，所述第一有源区还包括第一纵向掺杂区，所述第一纵向掺杂区具有与所述第一有源区相同的导电类型，位于所述间隙的下方，覆盖所述阱的相邻角部以及所述第二有源区的相邻角部。
5.如权利要求4所述的CMOS图像传感器，其中，所述第一有源区还包括第二纵向掺杂区，所述第二纵向掺杂区具有与所述第一有源区相同的导电类型，位于所述间隙的上方，覆盖所述阱的相邻角部以及所述第二有源区的相邻角部。
6.如权利要求I所述的CMOS图像传感器，其中，所述第一有源区还包括至少一个纵向掺杂区，所述纵向掺杂区具有与所述第一有源区相同的导电类型，位于所述光电二极管的阱与所述第二有源区之间的间隙的下方，覆盖所述阱的相邻角部以及所述第二有源区的相邻角部。
7.如权利要求I所述的CMOS图像传感器，其中，所述第一有源区包括两个光电二极管，所述第二有源区位于所述两个光电二极管的阱之间。
8.如权利要求I所述的CMOS图像传感器，所述第一有源区还包括连接到所述第二有源区的重掺杂区，所述重掺杂区具有与所述第二有源区相同的导电类型。
专利摘要本实用新型涉及一种CMOS图像传感器。该CMOS图像传感器，包括半导体基片，包括第一有源区，其中，所述第一有源区中包括光电二极管，晶体管，以及第二有源区，其中，所述第二有源区邻近所述光电二极管的阱，并且具有与所述光电二极管的阱相同的导电类型，所述第二有源区连接到参考电位，其中，所述第二有源区和所述光电二极管的阱通过一次离子注入形成。
文档编号H01L27/146GK202585419SQ20122010694
公开日2012年12月5日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者赵立新, 霍介光 申请人:格科微电子(上海)有限公司