本发明专利技术提供一种具有三维晶体管结构的背照式图像传感器的形成方法，所述三维晶体管栅极结构的形成步骤包括：形成具有三维晶体管结构的源跟随晶体管和/或复位晶体管，所述源跟随晶体管和/或复位晶体管对应凸起结构；所述凸起结构周围形成绝缘侧墙,所述绝缘侧墙与凸起结构对应的晶体管沟道区之间形成凹槽，晶体管栅极区域形成于凹槽内并由绝缘侧墙隔离。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像传感器领域，尤其涉及一种。
技术介绍
图像传感器是将光信号转化为电信号的半导体器件，图像传感器具有光电转换元件。图像传感器按又可分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高且噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且CXD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此，随着技术发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等。图像传感器的核心元件是像素单元(Pixel)，像素单元直接影响图像传感器的尺寸大小、暗电流水平、噪声水平、成像通透性、图像色彩饱和度和图像缺陷等等因素。一直以来，一对矛盾的因素一起推动图像传感器向前发展: 1.经济因素:一个晶圆可产出的图像传感器芯片越多，则图像传感器芯片的成本越低，而像素单元占据整个图像传感器芯片的大部分面积，因此，为了节省成本，要求像素单元的尺寸制作得较小，也就是说，出于经济因素考虑，要求图像传感器中像素单元的尺寸缩小。2.图像质量因素:为了保证图像质量，特别是为了保证光线敏感度、色彩饱和度和成像通透性等指标，需要有足够的光线入射到像素单元的光电转换元件(通常采用光电二极管)中，而较大的像素单元能够有较大的感光面积接受光线，因此，较大的像素单元原则上可以提供较好的图像质量；此外，像素单元中除了光电转换元件外，还有相当部分的开关器件，例如重置晶体管、传输晶体管和放大器件(如源跟随晶体管)，这些器件同样决定着暗电流、噪声和图像缺陷等，从图像质量角度考虑，原则上大器件的电学性能更好，有助于形成质量更好的图像；为此可知，出于图像质量因素考虑，要求图像传感器中像素单元的尺寸增大。可以明显得看到，如何协调上述矛盾以取得最优化的选择，是图像传感器业界一直面临的问题。现有图像传感器中，通常具有由一个一个像素单元组成的像素阵列(array)，从版图层面看，多个像素单元可以拼在一起组合成一个完整的像素阵列，并且根据需要像素单元的形状可以是矩形，正方形，多边形(三角形，五边形，六边形)等等。现有图像传感器中，像素单元的结构可以分为光电转换元件加3晶体管结构，光电转换元件加4晶体管结构或者光电转换元件加5晶体管结构。光电转换元件加3晶体管结构具体是光电转换元件直接电连接浮置扩散区，光电转换元件中产生的光生电子储存于浮置扩散区中，在复位晶体管(RST)和行选通晶体管(SEL)的时序控制下，将光生电子通过源跟随器(SF)转换输出。请参考图1，示出了光电转换元件加4晶体管结构的剖面示意图。光电转换元件115通常为光电二极管(Photo d1de, H))，光电转换元件115通过转移晶体管114电连接浮置扩散区113 (FD)，引线L3 (引线通常包括插塞和互连线等)电连接转移晶体管114的栅极。源跟随晶体管112电连接浮置扩散区113，源跟随晶体管112用于将浮置扩散区113中形成的电位信号放大，引线L2电连接源跟随(放大)晶体管112的栅极。复位晶体管111一端电连接电源VDD，另一端电连接浮置扩散区113，以对浮置扩散区113的电位进行复位，引线LI电连接复位晶体管111的栅极。从中可知，光电转换元件加4晶体管结构是光电转换元件加在3晶体管结构基础上，在光电转换元件115和浮置扩散区113之间增加传输晶体管114。传输晶体管114可以有效地抑止杂讯，光电转换元件加4晶体管结构可以得到更好的图像质量，逐渐成为业界的主导结构。此外，可以多个光电转换元件共享一套4晶体管器件，以便节省芯片面积，这种结构也被认为是4晶体管结构。然而，现有图像传感器中，像素单元有其先天难以克服的缺陷: 1.现有像素单元中，4个晶体管器件全部都是平面结构，换而言之，如果要进一步缩小芯片面积，必须要减小这些器件(如传输晶体管、复位晶体管和源跟随晶体管等)的尺寸。但是如果缩小这些器件的尺寸，会同时导致这些器件的性能下降，具体表现为器件的驱动电流下降、电学参数波动增加和放大效率下降等问题。这些问题对于图像质量的影响十分重大。因此，虽然像素阵列周边的电路可以按照摩尔定律进一步缩小线宽，减小尺寸，但是像素单元中的晶体管器件却只能非常缓慢地缩小。而整个图像传感器芯片的面积主要由像素阵列决定，因此，现有像素单元的结构限制了芯片面积进一步缩小，使图像传感器的成本高居不下。2.现有像素单元中，4个晶体管器件全部都是平面结构，对于一定大小的像素单元，其容纳4个晶体管器件后，大小很能进一步缩小，导致感光部分的光电转换元件占像素单元的比例被限制。而对于像素单元性能来讲，光电转换元件占比例越小，单位面积内收集的光线越少，图像越不通透，图像层次感越差，色彩越干涩，总之，晶体管器件的平面结构限制了图像质量的进一步提高。3.现有像素单元中，在暗场下的图像质量十分关键，其关键指标是暗电流、噪声、白点和暗点等。这些暗电流、噪声、白点和暗点来源于晶体管器件频率噪声和热噪声，以及光电转换元件的表面复合电流。在传统的现有工艺中，即使花费很大的努力在这些方面，但是由于已经到达工艺极限，仍然无法取得理想的效果，因此，急需新的图像传感器和相应的工艺来进一步降低暗电流、噪声、白点和暗点等指标的水平。4.现有像素单元中，由于各晶体管均为平面结构，因此，转移晶体管、复位晶体管和源跟随晶体管之间的寄生电容不能随着尺寸缩小进一步降低，寄生电容基本上起到负面的作用，例如降低信号传输速度，增大低频Ι/f噪声，减小动态范围等等，这些都是图像传感器所不能接受的。所以，必须要进一步减小寄生电容，降低低频Ι/f噪声，以便提高信号传输速度，增大动态范围，而这对于传统图像传感器及其形成工艺而言，是一个非常艰巨而且昂贵任务。现有技术中，中国专利技术专利:《图像传感器及其形成方法》申请号:201410193016.9公开了一种图像传感器及其形成方法，提出了一种立体的图像传感器结构。其中，源跟随晶体管的沟道区区域呈横梁结构，横梁结构具有顶面和两个侧面，所述源跟随晶体管的栅极覆盖所述顶面和两个侧面的至少其中一面。在该专利技术专利申请中，形成源跟随晶体管的栅极区域的工艺步骤较难以实现，会影响半导体界面的良好性。因此，如何在形成3D的图像传感器中，形成界面良好的栅极区域，提高图像传感器的性能为亟待解决的课题。
技术实现思路
为了提高图像传感器的性能，特别解决3D图像传感器制作过程中晶体管栅极结构制作难的问题，本专利技术提供一种:具有三维晶体管结构的背照式图像传感器的形成方法，所述三维晶体管栅极结构的形成步骤包括:形成具有三维晶体管结构的源跟随晶体管和/或复位晶体管，所述源跟随晶体管和/或复位晶体管对应凸起结构；所述凸起结构周围形成绝缘侧墙，所述绝缘侧墙与凸起结构对应的晶体管沟道区之间形成凹槽，晶体管栅极区域形成于凹槽内并由绝缘侧墙隔离。特别的，在本专利技术一实施例中，所述背照式图像传感器的浮置扩散区形成于凸起的半导体表面内；于形成绝缘侧墙的同时形成浮置扩散区侧墙，所述浮置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有三维晶体管结构的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，所述三维晶体管栅极结构的形成步骤包括：形成具有三维晶体管结构的源跟随晶体管和/或复位晶体管，所述源跟随晶体管和/或复位晶体管对应凸起结构；所述凸起结构周围形成绝缘侧墙,所述绝缘侧墙与凸起结构对应的晶体管沟道区之间形成凹槽，晶体管栅极区域形成于凹槽内并由绝缘侧墙隔离。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵立新，李文强，王永刚，李杰，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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