CMOS图像传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种CMOS图像传感器，CMOS图像传感器的像素单元中包括感光二极管的N型注入区和形成在N型注入区的表面P型注入区；P型注入区和N型注入区的区域大小具有由相同的光刻版定义的自对准结构，P型注入区的区域大小是在N型注入区形成之后通过对N型注入区的掩膜进行各项同性的刻蚀后扩大形成的；N型注入区的掩膜由N型注入区对应的光刻版定义。本发明专利技术还公开了一种CMOS图像传感器的制造方法。本发明专利技术能节省一块光刻版，节约工艺成本，且能提高工艺稳定性，方便量产。

CMOS image sensor and its making method

The present invention discloses an CMOS image sensor, the pixel unit of the CMOS image sensor includes the N injection zone of the photosensitive diode and the P injection zone formed on the surface of the N injection region; the area size of the P injection zone and the N injection region has a self aligned structure defined by the same lithography plate, and the area size of the P injection region is the size of the image. After the formation of the N injection region, the mask of the N injection area was enlarged after the same type of etching; the mask of the N type injection area was defined by the lithography plate corresponding to the N injection zone. The invention also discloses a manufacturing method of the CMOS image sensor. The invention can save a photolithographic plate, save process cost, improve process stability and facilitate mass production.

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器及其制作方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路制造领域，特别涉及一种CMOS图像传感器；本专利技术还涉及一种CMOS图像传感器的制作方法。
技术介绍
现有CMOS图像传感器(CMOSImageSensor，CIS)由像素(Pixel)单元电路和CMOS电路构成，相对于CCD图像传感器，CMOS图像传感器因为采用CMOS标准制作工艺，因此具有更好的可集成度，可以与其他数模运算和控制电路集成在同一块芯片上，更适应未来的发展。根据现有CMOS图像传感器的像素单元电路所含晶体管数目，其主要分为3T型结构和4T型结构。如图1所示，是现有3T型CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路示意图；现有3T型CMOS图像传感器的像素单元电路包括感光二极管D1和CMOS像素读出电路。所述CMOS像素读出电路为3T型像素电路，包括复位管M1、放大管M2、选择管M3，三者都为NMOS管。所述感光二极管D1的N型区和所述复位管M1的源极相连。所述复位管M1的栅极接复位信号Reset，所述复位信号Reset为一电位脉冲，当所述复位信号Reset为高电平时，所述复位管M1导通并将所述感光二极管D1的电子吸收到读出电路的电源Vdd中实现复位。当光照射的时候所述感光二极管D1产生光生电子，电位升高，经过放大电路将电信号传出。所述选择管M3的栅极接行选择信号Rs，用于选择将放大后的电信号输出即输出信号Vout。如图2所示，是现有4T型CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路示意图；和图1所示结构的区别之处为，图2所示结构中多了一个转移晶体管或称为传输管M4，所述转移晶体管4的源区为连接所述感光二极管D1的N型区，所述转移晶体管4的漏区为浮空有源区(FloatingDiffusion，FD)，所述转移晶体管4的栅极连接传输控制信号Tx。所述感光二极管D1产生光生电子后，通过所述转移晶体管4转移到浮空有源区中，然后通过浮空有源区连接到放大管M2的栅极实现信号的放大。通常，感光二极管D1采用N型针扎型光电二极管(PinnedPhotoDiode，PPD)即NPPD；NPPD主要由N型注入区和N型注入区底部的P型半导体衬底之间形成的PN结二极管组成，同时在N型注入区的表面还形成有P+层，实现针扎型光电二极管结构；N型注入区在感光二极管感光后存储光生电子。NPPD型的感光二极管D1中的N型区四周被P型区包围包围，能使CIS得到较好的满阱容量(FullWellCapacity，FWC)，从而提高CIS的性能。如图3所示，是现有CMOS图像传感器的各像素单元的感光二极管的结构示意图，在P型半导体衬底101的表面形成有N型注入区102，在N型注入区102的周侧形成隔离结构103，通常该隔离结构采用P型阱组成。通常，P型半导体衬底101的表面还形成有P型外延层如P型硅外延层，N型注入区102形成于P型硅外延层上，N型注入区102和P型硅外延层都为轻掺杂结构并形成PN结二极管，由该PN结二极管组成感光二极管，感光二极管在接收光子后产生光生电子并存储在N型注入区102中。为了形成针扎型结构，在N型注入区102的表面还覆盖有P型注入区104。通常，将N型注入区102称为NPPD，将P型注入区104称为PPPD。在现有工艺中，N型注入区102和P型注入区104通常需要分布采用光刻工艺进行定义，多次光刻工艺不仅成本低，而且还需要对N型注入区102和P型注入区104进行对准，会对工艺稳定性产生一定影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种CMOS图像传感器，能实现感光二极管的N型注入区和N型注入区表面的P型注入区的自对准定义，从而能节省一块光刻版，节约工艺成本，且能提高工艺稳定性，方便量产。为此，本专利技术还提供一种CMOS图像传感器的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的CMOS图像传感器的各像素单元中包括：N型注入区和P型注入区。所述N型注入区形成于P型半导体衬底表面且由所述N型注入区和所述P型半导体衬底之间形成的PN结二极管作为感光二极管；所述N型注入区在所述感光二极管感光后存储光生电子。所述P型注入区形成于所述N型注入区的表面并从所述N型注入区的顶部将所述N型注入区覆盖，使所述感光二极管感呈针扎型结构。所述P型注入区和所述N型注入区的区域大小具有由相同的光刻版定义的自对准结构，所述P型注入区的区域大小是在所述N型注入区形成之后通过对所述N型注入区的掩膜进行各项同性的刻蚀后扩大形成的；所述N型注入区的掩膜由所述N型注入区对应的光刻版定义。进一步的改进是，所述N型注入区的俯视面结构为圆形或多边形。进一步的改进是，所述N型注入区的掩膜为光刻胶掩膜。进一步的改进是，所述N型注入区的掩膜为介质层掩膜。进一步的改进是，所述P型注入区为一P+区。进一步的改进是，在所述P型半导体衬底的表面还形成有P型外延层，所述N型注入区形成于所述P型外延层中。进一步的改进是，所述P型半导体衬底为P型硅衬底。进一步的改进是，在所述N型注入区的周侧隔离有由P型阱组成的隔离层。为解决上述技术问题，本专利技术提供的CMOS图像传感器的制造方法中形成CMOS图像传感器的各像素单元的步骤包括：步骤一、提供一P型半导体衬底，采用N型注入区的光刻版在所述P型半导体衬底表面形成打开了所述N型注入区的掩膜。步骤二、在所述掩膜的定义下进行N型离子注入形成所述N型注入区，由所述N型注入区和所述P型半导体衬底之间形成的PN结二极管作为感光二极管；所述N型注入区在所述感光二极管感光后存储光生电子。步骤三、采用全面刻蚀工艺对所述掩膜进行刻蚀使所述掩膜的打开区域扩大，由所述掩膜的打开区域的扩大区域自对准定义出P型注入区的形成区域。步骤四、在打开区域扩大后的所述掩膜的定义下进行P型离子注入形成所述P型注入区，所述P型注入区形成于所述N型注入区的表面并从所述N型注入区的顶部将所述N型注入区覆盖，使所述感光二极管感呈针扎型结构。进一步的改进是，所述N型注入区的俯视面结构为圆形或多边形。进一步的改进是，步骤一中，所述N型注入区的掩膜为光刻胶掩膜，先在所述P型半导体衬底表面涂布光刻胶，之后采用所述N型注入区的光刻版对所述光刻胶进行曝光和显影形成所述N型注入区的掩膜。进一步的改进是，步骤一中，所述N型注入区的掩膜为介质层掩膜，先在所述P型半导体衬底表面形成介质层；之后涂布光刻胶，之后采用所述N型注入区的光刻版对所述光刻胶进行曝光和显影；之后对所述介质层进行刻蚀形成打开所述N型注入区的掩膜；之后去除所述光刻胶。进一步的改进是，在所述P型半导体衬底的表面还形成有P型外延层，所述N型注入区形成于所述P型外延层中。进一步的改进是，所述P型半导体衬底为P型硅衬底。进一步的改进是，步骤一中提供的所述P型半导体衬底中形成有由P型阱组成的隔离层，在所述N型注入区形成后所述隔离层围绕在所述N型注入区的周侧。本专利技术的CMOS图像传感器的各像素单元的感光二极管的N型注入区和位于N型注入区表面的P型注入区都是由相同的光刻版定义，形成了自对准结构，P型注入区的区域大小是在N型注入区形成之后通过对N型注入区的掩膜进行各项同性的刻蚀后扩大形成的；N型注入区的掩膜由N型注入区对应的光刻版定义，所以本专利技术实现了N型注入区和P型注入区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS图像传感器，其特征在于，CMOS图像传感器的各像素单元中包括：N型注入区和P型注入区；所述N型注入区形成于P型半导体衬底表面且由所述N型注入区和所述P型半导体衬底之间形成的PN结二极管作为感光二极管；所述N型注入区在所述感光二极管感光后存储光生电子；所述P型注入区形成于所述N型注入区的表面并从所述N型注入区的顶部将所述N型注入区覆盖，使所述感光二极管感呈针扎型结构；所述P型注入区和所述N型注入区的区域大小具有由相同的光刻版定义的自对准结构，所述P型注入区的区域大小是在所述N型注入区形成之后通过对所述N型注入区的掩膜进行各项同性的刻蚀后扩大形成的；所述N型注入区的掩膜由所述N型注入区对应的光刻版定义。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器，其特征在于，CMOS图像传感器的各像素单元中包括：N型注入区和P型注入区；所述N型注入区形成于P型半导体衬底表面且由所述N型注入区和所述P型半导体衬底之间形成的PN结二极管作为感光二极管；所述N型注入区在所述感光二极管感光后存储光生电子；所述P型注入区形成于所述N型注入区的表面并从所述N型注入区的顶部将所述N型注入区覆盖，使所述感光二极管感呈针扎型结构；所述P型注入区和所述N型注入区的区域大小具有由相同的光刻版定义的自对准结构，所述P型注入区的区域大小是在所述N型注入区形成之后通过对所述N型注入区的掩膜进行各项同性的刻蚀后扩大形成的；所述N型注入区的掩膜由所述N型注入区对应的光刻版定义。2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于：所述N型注入区的俯视面结构为圆形或多边形。3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于：所述N型注入区的掩膜为光刻胶掩膜。4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于：所述N型注入区的掩膜为介质层掩膜。5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于：所述P型注入区为一P+区。6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于：在所述P型半导体衬底的表面还形成有P型外延层，所述N型注入区形成于所述P型外延层中。7.如权利要求1或6所述的CMOS图像传感器，其特征在于：所述P型半导体衬底为P型硅衬底。8.如权利要求1或6所述的CMOS图像传感器，其特征在于：在所述N型注入区的周侧隔离有由P型阱组成的隔离层。9.一种CMOS图像传感器的制造方法，其特征在于，形成CMOS图像传感器的各像素单元的步骤包括：步骤一、提供一P型半导体衬底，采用N型注入区的光刻版在所述P型半导体衬底表面形成打开了所述N型注入区的掩膜；步骤二、在所述掩膜的定义下进行N型离子注...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅翠玉，秋沉沉，曹亚民，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31