CMOS图像传感器及其形成方法技术

一种CMOS图像传感器及其形成方法，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及沟道区域；在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。本发明专利技术方案可以减少在光电二极管区域远端的电荷残留，有助于提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种CMOS图像传感器及其形成方法。
技术介绍
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件，由于CMOS图像传感器(CMOSImageSensor，CIS)具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。在现有技术中，CIS通常包括光电二极管、浮置扩散区以及传输栅极，并且在读取时，通过传输栅极开启导电沟道，将光电二极管的电荷转移至浮置扩散区。然而由于光电二极管的深度通常较深，位于较深位置的电荷往往难以耗尽，从而存在有电荷残留，在输出图像时引起图像信息出错或图像信息失真等问题，例如导致图像拖尾。如公告日为2014年6月4日、授权公告号为CN203631555U的技术专利，其公开了一种CIS，通过设置传输栅极的一部分置于浅槽隔离(ShallowTrenchIsolation，STI)内，缩短传输栅极至光电二极管深处的距离，从而减轻在光电二极管深处的电荷残留的问题。然而，在光电二极管内，仍然存在与传输栅极的距离较远的区域，该区域内的电荷难以被转移出去，仍然会发生图像信息出错或图像信息失真等问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种CMOS图像传感器及其形成方法，可以减少在光电二极管区域远端的电荷残留，有助于提高器件性能。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种CMOS图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域；在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极，所述隔离介质层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，所述延伸栅极填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。可选的，所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。可选的，所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分。可选的，所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以使所述传输栅极与所述延伸栅极连接。可选的，所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接。可选的，所述CMOS图像传感器的形成方法还包括：形成源区和漏区，其中一个位于所述光电二极管与所述传输栅极之间，另一个位于所述浮置扩散区与所述传输栅极之间。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域，所述光电二极管区域内形成有光电二极管，所述掺杂区域内形成有浮置扩散区；栅介质层，位于所述沟道区域的半导体衬底的表面；传输栅极，位于所述栅介质层表面；沟槽，位于所述光电二极管区域周围的半导体衬底内，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；隔离介质层，覆盖所述沟槽的底部和侧壁；延伸栅极，填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。可选的，所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。可选的，所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分。可选的，所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以所述与所述延伸栅极连接。可选的，所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：在本专利技术实施例中，在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。采用上述方案，通过设置在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内的沟槽，进而在沟槽内形成与传输栅极连接的延伸栅极，可以延长传输栅极与光电二极管区域的接近区域，进而在接近区域形成耗尽层，从而使得在读取时，光电二极管区域远离传输栅极的一端的电荷容易在传输栅极电压的作用下，往传输栅极的边缘积累，且顺利读出，从而减少在光电二极管区域远端的电荷残留，有助于减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生。同时相比于现有技术中传输栅极仅位于沟道区域附近，采用本专利技术实施例的方案，由于传输栅极与光电二极管区域的接近区域增大，可以在更大的区域内形成所述耗尽层，有助于更好地防止电子串扰，提高CIS的器件性能；进一步地，相比于现有技术中先形成STI隔离层，进而蚀刻STI隔离层中的氧化物，工艺较为复杂且难以控制各向蚀刻的均匀性，在本专利技术实施例中，通过先形成沟槽，再沉积氧化层形成适当厚度的隔离介质层，然后在隔离介质层中形成延伸栅极，有助于降低工艺复杂度，且提高器件性能。进一步，通过设置所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔，可以实现所述传输栅极与所述延伸栅极的两段分别连接，从而更大程度地减少在光电二极管区域远处的电荷残留，减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生。进一步，通过设置所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分，可以使所述延伸栅极延伸至最远区域，进一步减少在光电二极管区域远处的电荷残留，减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生。进一步，通过设置所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以所述与所述延伸栅极连接，有助于通过调整传输栅极的延伸程度，实现传输栅极与延伸栅极连接。进一步，通过设置所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接，有助于通过调整延伸栅极的高度，实现传输栅极与延伸栅极连接。附图说明图1是现有技术中一种CMOS图像传感器的俯视图；图2是图1沿切割线A1-A2的剖面结构示意图；图3是现有技术中另一种CMOS图像传感器的俯视图；图4是图3沿切割线B1-B2的剖面结构示意图；图5是本专利技术实施例中一种CMOS图像传感器的形成方法的流程图；图6至图19是本专利技术实施例中一种CMOS图像传感器的形成方法中各步骤对应器件的结构示意图；图20是本专利技术实施例中的CMOS图像传感器在未施加电压状态下的俯视图；图21是本专利技术实施例中的CMOS图像传感器在读取状态下的电荷运动示意图。具体实施方式在现有技术中，CMOS图像传感器通常包括光电二极管、浮置扩散区以及传输栅极，并且在读取时，通过传输栅极开启导电沟道，将光电二极管的电荷转移至浮置扩散区。然而容易存在有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域；在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极，所述隔离介质层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，所述延伸栅极填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域；在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极，所述隔离介质层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，所述延伸栅极填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分。4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以使所述传输栅极与所述延伸栅极连接。5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤茂亮，柯天麒，姜鹏，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32