图像传感器的形成方法以及图像传感器与流程

本发明涉及图像传感器，尤其涉及图像传感器的形成方法以及图像传感器。

背景技术：

1、cmos图像传感器作为将光信号转化为数字电信号的器件单元，广泛应用于智能手机、平板电脑、汽车、医疗等各类新兴领域。

2、当前在cmos图像传感器中普遍采用的是4管图像传感器像素结构4t-aps。如图1所示，该图像传感器像素结构包括：光电二极管1、传输晶体管2、复位晶体管3、源跟随晶体管4和选择晶体管5。光电二极管1接收外界入射的光线，产生光生电荷；开启传输晶体管2，将光电二极管1中的光生电荷转移至浮置扩散区fd后，浮置扩散区fd内电荷量的变化被源跟随晶体管4探测到并转换为电势变化经信号输出端vout读取并保存。

3、现有技术中，转移晶体管或复位晶体管采用n型掺杂的多晶硅栅极，当传输晶体管关闭时，残留在其沟道内的光生载流子容易倒流至光电二极管中，或，当复位晶体管关闭时，残留在其沟道内的光生载流子容易倒流至浮置扩散区中，发生所谓的馈通(feedthrough)现象，从而影响产生图像的质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种图像传感器的形成方法以及图像传感器，在降低图像传感器馈通现象、提高图像传感器性能的同时，减少光刻工艺步骤，降低生产成本。

2、基于以上考虑，本发明提供一种图像传感器的形成方法，所述转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极的形成方法包括：

3、于半导体衬底表面形成栅极层；

4、于栅极层表面形成图形化介质层，所述图形化介质层覆盖转移晶体管栅极预定区域的一侧和/或复位晶体管栅极预定区域的一侧；

5、以所述图形化介质层为掩模，对所述栅极层进行第一导电类型离子注入；

6、移除所述图形化介质层，对栅极层进行第二导电类型离子注入，形成转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极，所述转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极包括具有第二导电类型的栅极一侧和具有第一导电类型的栅极另一侧。

7、可选地，移除所述图形化介质层，对栅极层进行第二导电类型离子注入，形成转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极的具体步骤包括：

8、于栅极层表面形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述栅极层并暴露出所述图形化介质层；

9、采用刻蚀工艺去除所述图形化介质层，使被覆盖的栅极层重新暴露；

10、以所述第二介质层为掩模进行第二导电类型离子注入，形成具有第二导电类型的栅极一侧。

11、可选地，转移晶体管的所述栅极一侧连接光电二极管，所述栅极另一侧连接浮置扩散区；复位晶体管栅极的所述栅极一侧连接浮置扩散区，所述栅极另一侧连接第一重掺杂区，所述第一重掺杂区连接电源端。

12、可选地，所述图像传感器还包括双转换增益晶体管，所述双转换增益晶体管栅极的形成方法与转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极的形成方法相同，所述双转换增益晶体管栅极包括具有第二导电类型的栅极一侧和具有第一导电类型的栅极另一侧。

13、可选地，所述双转换增益晶体管栅极的栅极一侧连接浮置扩散区，栅极另一侧连接第二重掺杂区。

14、可选地，所述第一导电类型为n型，第二导电类型为p型。

15、可选地，还包括在于半导体衬底表面形成栅极层之前，于半导体衬底表面形成栅极氧化层的步骤，包括：

16、于半导体衬底之上的对应于转移晶体管栅极一侧和/或复位晶体管栅极一侧的区域形成第一氧化层；

17、于半导体衬底之上的对应于转移晶体管的栅极另一侧和/或复位晶体管的栅极另一侧的区域形成第二氧化层；

18、其中，所述第一氧化层和第一氧化层构成所述栅极氧化层，且所述第一氧化层的厚度与所述第二氧化层的厚度不同。

19、可选地，所述图像传感器还包括双转换增益晶体管，所述双转换增益晶体管的栅极氧化层的形成方法与转移晶体管和/或复位晶体管的栅极氧化层的形成方法相同，所述双转换增益晶体管的栅极氧化层包括第一氧化层与第二氧化层，所述第一氧化层与第二氧化层的厚度不同。

20、可选地，所述第一氧化层与所述第二氧化层的厚度差为1~3nm。

21、可选地，所述第一导电类型为n型，第二导电类型为p型，所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。

22、可选地，所述栅极一侧的离子掺杂浓度大于等于1e19 ion/cm3，所述栅极另一侧的离子掺杂浓度大于等于1e20 ion/cm3。

23、可选地，所述方法还包括形成栅极连线的步骤，所述栅极连线连接在所述栅极一侧与所述栅极另一侧的交界处。

24、可选地，所述半导体衬底内形成有光电二极管。

25、本发明还提供一种cmos图像传感器，包括：

26、半导体衬底；

27、位于半导体衬底之上的转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极，所述栅极包括具有第二导电类型的栅极一侧和具有第一导电类型的栅极另一侧；

28、位于半导体衬底与所述栅极之间的栅极氧化层，所述栅极氧化层包括与栅极一侧对应的第一氧化层和与栅极另一侧对应的第二氧化层，所述第一氧化层的厚度不同于所述第二氧化层的厚度。

29、可选地，所述图像传感器还包括双转换增益晶体管，双转换增益晶体管的栅极包括具有第二导电类型的栅极一侧和具有第一导电类型的栅极另一侧，双转换增益晶体管的栅极氧化层包括与栅极一侧对应的第一氧化层和与栅极另一侧对应的第二氧化层，所述第一氧化层的厚度不同于所述第二氧化层的厚度。

30、可选地，所述第一氧化层与所述第二氧化层的厚度差为1~3nm。

31、可选地，所述第一导电类型为n型，第二导电类型为p型，所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。

32、可选地，所述栅极一侧的离子掺杂浓度大于等于1e19 ion/cm3，所述栅极另一侧的离子掺杂浓度大于等于1e20 ion/cm3。

33、本发明提供的cmos图像传感器的形成方法以及cmos图像传感器，具有以下有益效果：

34、采用一层掩膜版(mask)，形成具有不同掺杂区域的栅极，避免在栅极关断时沟道内电子回流，并减少了光刻工艺步骤，降低生产成本；

35、使用上述掩膜版，形成非一致性厚度的栅极氧化层，以进一步降低沟道内电子回流，避免馈通现象。

技术特征：

1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，所述转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极的形成方法包括：

2.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，移除所述图形化介质层，对栅极层进行第二导电类型离子注入，形成转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极的具体步骤包括：

3.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，转移晶体管的所述栅极一侧连接光电二极管，所述栅极另一侧连接浮置扩散区；复位晶体管栅极的所述栅极一侧连接浮置扩散区，所述栅极另一侧连接第一重掺杂区，所述第一重掺杂区连接电源端。

4.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述图像传感器还包括双转换增益晶体管，所述双转换增益晶体管栅极的形成方法与转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极的形成方法相同，所述双转换增益晶体管栅极包括具有第二导电类型的栅极一侧和具有第一导电类型的栅极另一侧。

5.根据权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述双转换增益晶体管栅极的栅极一侧连接浮置扩散区，栅极另一侧连接第二重掺杂区。

6.根据权利要求1或4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一导电类型为n型，第二导电类型为p型。

7.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括在于半导体衬底表面形成栅极层之前，于半导体衬底表面形成栅极氧化层的步骤，包括：

8.根据权利要求7所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述图像传感器还包括双转换增益晶体管，所述双转换增益晶体管的栅极氧化层的形成方法与转移晶体管和/或复位晶体管的栅极氧化层的形成方法相同，所述双转换增益晶体管的栅极氧化层包括第一氧化层与第二氧化层，所述第一氧化层与第二氧化层的厚度不同。

9.根据权利要求7或8所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一氧化层与所述第二氧化层的厚度差为1~3nm。

10.根据权利要求7或8所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一导电类型为n型，第二导电类型为p型，所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。

11.根据权利要求1或4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述栅极一侧的离子掺杂浓度大于等于1e19 ion/cm3，所述栅极另一侧的离子掺杂浓度大于等于1e20 ion/cm3。

12.根据权利要求1或4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述方法还包括形成栅极连线的步骤，所述栅极连线连接在所述栅极一侧与所述栅极另一侧的交界处。

13.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底内形成有光电二极管。

14.一种图像传感器，其特征在于，包括：

15.根据权利要求14所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括双转换增益晶体管，双转换增益晶体管的栅极包括具有第二导电类型的栅极一侧和具有第一导电类型的栅极另一侧，双转换增益晶体管的栅极氧化层包括与栅极一侧对应的第一氧化层和与栅极另一侧对应的第二氧化层，所述第一氧化层的厚度不同于所述第二氧化层的厚度。

16.根据权利要求14或15所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一氧化层与所述第二氧化层的厚度差为1~3nm。

17.根据权利要求14或15所述的图像传感器，其特征在于，所述第一导电类型为n型，第二导电类型为p型，所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。

18.根据权利要求14或15所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述栅极一侧的离子掺杂浓度大于等于1e19 ion/cm3，所述栅极另一侧的离子掺杂浓度大于等于1e20ion/cm3。

技术总结
本发明提供一种图像传感器的形成方法以及图像传感器，所述转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极的形成方法包括：于半导体衬底表面形成栅极层；于栅极层表面形成图形化介质层，所述图形化介质层覆盖转移晶体管栅极预定区域的一侧和/或复位晶体管栅极预定区域的一侧；以所述图形化介质层为掩模，对所述栅极层进行第一导电类型离子注入；移除所述图形化介质层，对栅极层进行第二导电类型离子注入，形成转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极，所述转移晶体管栅极和/或复位晶体管栅极包括具有第二导电类型的栅极一侧和具有第一导电类型的栅极另一侧。本发明通过采用一层掩膜版，形成具有不同掺杂区域的栅极，避免沟道内电子回流，降低馈通现象。

技术研发人员：徐涛
受保护的技术使用者：格科微电子（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15