CMOS图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种CMOS图像传感器及其制备方法，所述制备方法至少包括：提供P型掺杂半导体衬底，在P型掺杂半导体衬底内形成第一P型掺杂区，且第一P型掺杂区的掺杂浓度高于P型掺杂半导体衬底的掺杂浓度，形成复位晶体管，位于第一P型掺杂区；还包括制备光电二极管的步骤，其中第二P型掺杂区、N型掺杂区在半导体衬底的表面上的投影全部位于第三P型掺杂区在所述表面上的投影内。通过以上设计可有效抑制光电子的泄露，降低CIS芯片的像素暗电流，从而改善CIS像素缺陷，提高CIS芯片质量。

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器及其制备方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种CMOS图像传感器及其制备方法。
技术介绍
与电荷耦合器件图像传感器(ChargeCoupledDevice，简称CCD)相比，CMOS图像传感器(CMOSimagesensor，简称CIS)在其制造工艺和现有的集成电路制造工艺兼容性上具有优越的性能。CIS可以将驱动电路和像素集成在一起，简化了硬件设计，大大降低了系统的功耗。CIS在采集光信号的同时就可以取出电信号，还能实时处理图像信息，速度比CCD图像传感器快，并且，CIS还具有价格便宜、带宽较大、防模糊、访问的灵活性和较大的填充系数等优点。现有的CIS根据其读出方式大致可以分为PPS、APS和DPS三种。无源式像素结构(PassivePixelSensor，简称PPS)，为最早出现的结构，它包括一个光电二极管(Photodiode)和一个行选(Row-select)晶体管，光电二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，它可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。读出时，打开行选晶体管，电荷通过该列的积分器进行积分，最后将电压读出。与无源式像素结构相比，有源式像素结构(ActivePixelSensor，简称APS)包含有一个源跟随器(Sourcefollower)，根据一个像素单元电路所包括的晶体管的数目，现有有源式像素结构分为3T型结构和4T型结构、还可以有5T型结构。如图1所示，为一4T型有源式像素结构，其结构通常包括一个复位(Reset)晶体管、一个源跟随器(Sourcefollower)、一个行选(Row-select)晶体管(图中未视出)、一个转移晶体管(TX)、一光电二极管(PhotoDiode，PD)，转移晶体管用于将光电二极管产生的电信号输入到一浮空扩散区(FloatingDiffusion，FD)。采用有源像素结构由于在像素单元中加入了有源电路，使PD信号在像素单元内就得到放大和缓冲，提高了CIS图像传感器的灵敏度，且信号读出速度快并具有较高的信噪比，因此得到广泛使用。在CIS芯片中，经常会遇到由于像素缺陷导致芯片功能下降的现象，在像素区域内“暗电流”是引起像素缺陷的主要原因，而“暗电流”主要是由于光电子的耗散引起的，所以降低“像素暗电流”是改善CIS像素质量的关键方向。在传统的CIS制造工艺中主要有三个原因导致光电子的耗散：第一，像素之间的弱隔离，导致光电子逐渐向相邻像素的衬底泄露；第二，光照阶段产生的光电子不能很好的控制在光电二极管的阱中，导致光电子逐渐向像素单元的有源区表面泄露；第三，复位晶体管的空间耗散区域过大，导致光电子逐渐向复位晶体管的源/漏泄露。所以需要改进CIS的制造工艺以降低光电子的耗散，从而改善像素缺陷，以提高CIS芯片质量。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种CMOS图像传感器及其制备方法，用于解决现有技术中CIS的制造工艺存在光电子泄露，从而导致CIS芯片暗电流的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供的CMOS图像传感器制备方法，至少包括：提供P型掺杂半导体衬底；在所述P型掺杂半导体衬底内形成第一P型掺杂区，且所述第一P型掺杂区的掺杂浓度高于所述P型掺杂半导体衬底的掺杂浓度；形成复位晶体管，位于所述第一P型掺杂区。优选地，所述第一P型掺杂区的厚度为掺杂离子为二氟化硼。优选地，所述制备方法还包括制备光电二极管，所述第一P型掺杂区位于该光电二极管的外围，制备该光电二极管的步骤包括：在P型掺杂半导体衬底表面上形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光与显影形成具有第一离子注入窗口的光刻胶层；通过所述第一离子注入窗口在所述P型掺杂半导体衬底上进行N型离子注入，形成所述光电二极管的N型掺杂区；通过所述第一离子注入窗口在所述光电二极管的N型掺杂区上进行P型离子注入，于所述N型掺杂区的表层形成第二P型掺杂区；沿所述第一离子注入窗口的周侧去除部分光刻胶，以扩大离子注入窗口，形成具有第二离子注入窗口的光刻胶层；通过所述第二离子注入窗口在所述第二P型掺杂区上进行P型离子注入，于所述第二P型掺杂区的表层形成第三P型掺杂区，以使所述第二P型掺杂区、N型掺杂区在所述半导体衬底的表面上的投影全部位于所述第三P型掺杂区在所述表面上的投影内。通过设置第三P型掺杂区，且使所述第二P型掺杂区、N型掺杂区在所述半导体衬底的表面上的投影全部位于所述第三P型掺杂区在所述表面上的投影内，可有效抑制所述光电二极管产生的光电子通过所述第三P型掺杂区向有源区表面泄露，同时，在形成所述第三P型掺杂区时，只需在原有光刻胶层241的基础上使用氧气去除部分光刻胶，所以也不需要增加掩膜量。进一步地，所述第一P型掺杂区靠近所述光电二极管的边界与所述复位晶体管的源极靠近所述光电二极管的边界对齐；或者，所述第一P型掺杂区靠近所述光电二极管的边界位于所述复位晶体管的源极靠近所述光电二极管的边界与光电二极管之间；或者，所述第一P型掺杂区靠近所述光电二极管的边界与所述光电二极管对齐。进一步地，形成所述光电二极管N型掺杂区的离子注入能量为160kev-180kev，掺杂离子为磷或砷，掺杂厚度为或者，形成所述第二P型掺杂区的离子注入能量为25kev-35kev，所述第二P型掺杂区的掺杂离子为二氟化硼；或者，形成所述第三P型掺杂区的离子注入能量为25kev-35kev，所述第三P型掺杂区的掺杂离子为二氟化硼。进一步地，所述第二P型掺杂区与所述第三P型掺杂区的总厚度为优选地，制备所述复位晶体管的步骤包括：在所述第一P型掺杂区表面形成复位晶体管的栅极；在所述复位晶体管的栅极两侧的第一P型掺杂区上进行N型离子注入，形成所述复位晶体管的源极和漏极。通过设置第一P型掺杂区，每个有源像素区中的光电二极管四周都被具有浓度梯度的P型区域包围，所述浓度梯度是由P型掺杂半导体衬底和第一P型掺杂区形成，增大了有源像素之间的隔离效果，从而有效限制光电二极管产生的光电子通过P型掺杂半导体衬底向相邻像素单元泄露；另外，由于所述第一P型掺杂区的掺杂浓度高于所述P型掺杂半导体衬底的掺杂浓度，有效抑制了CMOS管的寄生三极管效应，可有效切断光电子通过所述P型掺杂半导体衬底向所述复位晶体管的源极或漏极泄露，同时也提高了所述复位晶体管的击穿电压、降低了所述复位晶体管的漏电流以及减小了所述复位晶体管的空间耗尽区域，从而提高所述复位晶体管的性能。优选地，制备所述复位晶体管的步骤还包括，于所述第一P型掺杂区表面上离子注入形成第四P型掺杂区，所述第四P型掺杂区位于所述复位晶体管的源极及漏极之间，且该第四P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第一P型掺杂区的掺杂浓度，通过形成所述第四P型掺杂区可提高复位晶体管的沟道反型能力。优选地，所述制备方法还包括制备位于所述光电二极管与所述复位晶体管之间的转移晶体管的步骤，且所述转移晶体管与所述复位晶体管共用源极，所述发光二极管的N型掺杂区还作为所述转移晶体管的漏极。相应地，本专利技术还提出一种使用上述CMOS图像传感器的制备方法制备的CMOS图像传感器，包括：P型掺杂半导体衬底；所述P型掺杂半导体衬底内形成有第一P型掺杂区，且所述第一P型掺杂区的掺杂浓度高于所述P型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：提供P型掺杂半导体衬底；在所述P型掺杂半导体衬底内形成第一P型掺杂区，且所述第一P型掺杂区的掺杂浓度高于所述P型掺杂半导体衬底的掺杂浓度；形成复位晶体管，位于所述第一P型掺杂区。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：提供P型掺杂半导体衬底；在所述P型掺杂半导体衬底内形成第一P型掺杂区，且所述第一P型掺杂区的掺杂浓度高于所述P型掺杂半导体衬底的掺杂浓度；形成复位晶体管，位于所述第一P型掺杂区。2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于：所述第一P型掺杂区的厚度为掺杂离子为二氟化硼。3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于，还包括：制备光电二极管，所述第一P型掺杂区位于该光电二极管的外围，制备该光电二极管的步骤包括：在P型掺杂半导体衬底表面上形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光与显影形成具有第一离子注入窗口的光刻胶层；通过所述第一离子注入窗口在所述P型掺杂半导体衬底上进行N型离子注入，形成所述光电二极管的N型掺杂区；通过所述第一离子注入窗口在所述光电二极管的N型掺杂区上进行P型离子注入，于所述N型掺杂区的表层形成第二P型掺杂区；沿所述第一离子注入窗口的周侧去除部分光刻胶，以扩大离子注入窗口，形成具有第二离子注入窗口的光刻胶层；通过所述第二离子注入窗口在所述第二P型掺杂区上进行P型离子注入，于所述第二P型掺杂区的表层形成第三P型掺杂区，以使所述第二P型掺杂区、N型掺杂区在所述半导体衬底的表面上的投影全部位于所述第三P型掺杂区在所述表面上的投影内。4.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器，其特征在于：所述第一P型掺杂区靠近所述光电二极管的边界与所述复位晶体管的源极靠近所述光电二极管的边界对齐；或者，所述第一P型掺杂区靠近所述光电二极管的边界位于所述复位晶体管的源极靠近所述光电二极管的边界与光电二极管之间；或者，所述第一P型掺杂区靠近所述光电二极管的边界与所述光电二极管对齐。5.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于：形成所述光电二极管N型掺杂区的离子注入能量为160kev-180kev，掺杂离子为磷或砷，掺杂厚度为或者，形成所述第二P型掺杂区的离子注入能量为25kev-35kev，所述第二P型掺杂区的掺杂离子为二氟化硼；或者，形成所述第三P型掺杂区的离子注入能量为25kev-35kev，所述第三P型掺杂区的掺杂离子为二氟化硼。6.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于：所述第二P型掺杂区与所述第三P型掺杂区的总厚度为7.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于：制备所述复位晶体管的步骤包括：在所述第一P型掺杂区表面形成复位晶体管的栅极；在所述复位晶体管的栅极两侧的第一P型掺杂区上进行N型离子注入，形成所述复位晶体管的源极和漏极。8.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于：制备所述复位晶体管的步骤还包括，于所述第一P型掺杂区表面上离子注入形成第四P型掺杂区，所述第四P型掺杂区位于所述复位晶体管的源极及漏极之间，且该第四P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第一P型掺杂区的掺杂浓度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：林杰，袁华，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31