一种埋型三栅极鳍型垂直栅结构及制作方法技术

本发明专利技术提供一种埋型三栅极鳍型垂直栅结构及制作方法，位于外延层上的转移管以及该转移管一侧、外延层中的光电二极管；转移管的垂直栅伸入外延层中并延伸至光电二极管所在的深度；位于外延层上、转移管另一侧的复位管；该复位管栅极两侧的外延层中分别设有N+区；其中一个与转移管相邻的N+区域形成浮动扩散点；所述垂直栅下端为所述外延层穿透该垂直栅相互垂直的两个纵截面的结构。本发明专利技术在垂直栅极施加电压时可以在底部形成三个面的导通，形成上层利用垂直栅极大面积转移，底部FINFET快速转移的有效结合，有利于电子的有效和快速转移，从而提高光响应。

A vertical grid structure of buried three grid fin type and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种埋型三栅极鳍型垂直栅结构及制作方法
本专利技术涉及半导体领域，特别是涉及一种埋型三栅极鳍型垂直栅结构。
技术介绍
CMOS图像传感器在过去十几年得到了飞速发展，现已广泛应用于手机、电脑、数码照相机等领域。为了迎合市场需求，在单位面积内集成更多像素单元，CMOS图像传感器的像素尺寸已经从5.6mm逐渐缩小至1.0mm。可是，像素尺寸的缩小不能简单等价于缩小光电二极管(Photodiode)各方向的尺寸，这是由于光电二极管有效满阱容量(FWC)的限制。如果尺寸太小，导致不能存储足够的电子，那么图像质量会严重退化。传统的4T的CMOS图像传感器的基本构造如图1所示，有光电二极管(PD)，转移管(Tx)，复位管(RST)，源极跟随管(SF)和行选择管(RS)构成。其中在Tx关闭进行感光的过程中，P-N结捕获太阳光产生电子和空穴，光生电子在P-N结内建电场的作用下，向顶部积聚，在TransferGate打开时，经过表面沟道传输至浮动扩散区(FloatingDiffusion)，进而被读取，电子的转移路径如图2所示。这种电子传输方式通路较小，光电二极管深处电子的传输需要穿过整个结区，很容易被复合而导致抽取效率较低。而且P-N结深处电子需要一定的时间和电压驱动才能完成传输，这不利于快速读取。为了增加电子转移的速度和效率开发三维(Three-Dimensional)像素区替换传统的二维沟道结构是解决上述问题的有效途径。如图3所示，垂直栅(VerticalGate)的开发可以将沟道延伸至光电二极管深处。图5、图6、图7所示，电子沿同一电势平面AA’以及沿浮动扩散点区域面CC’DD’运动，沿同一电势平面AA，在靠近浮动扩散点，电子不易聚集。图7中，沿浮动扩散点区域面CC’DD’整个区域均匀，转移速度较慢。电子传输沟道由平面沟道变为立体沟道，电子的传输通道倍增，光生电子传输速率大幅增加，而且沟道的深入能够降低二极管内的电子残留，提升光生电子的利用率，最终提升光电二极管的满阱容量。但是表面电场强，对应的电子会先开始转移，而底部的电子由于电场较弱导致转移时间增加，影响整体的响应速度。对于使用背照式(BSI)的小像素单元，这种影响会尤为突出。
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埋型三栅极鳍型垂直栅结构及制作方法，用于解决现有技术中垂直栅极使用均一化的垂直栅极尺寸，靠近平面栅极的沟道，由于电子提前转移，而底部的沟道的电子需要更多时间到达浮动扩散点，由于转移时间不同，会增加总的响应时间的非均匀性的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种埋型三栅极鳍型垂直栅结构，至少包括：位于外延层上的转移管以及该转移管一侧、外延层中的光电二极管；所述转移管的垂直栅伸入所述外延层中并延伸至所述光电二极管所在的深度；位于该外延层上、所述转移管另一侧的复位管；该复位管的栅极两侧的外延层中分别设有N+区；所述N+区位于所述外延层中的P阱中，其中一个与所述转移管相邻的N+区域形成浮动扩散点；所述垂直栅下端为所述外延层穿透该垂直栅相互垂直的两个纵截面的结构。优选地，所述垂直栅的下端沿该垂直栅相互垂直的两个纵截面切开的形状为门字形。优选地，所述垂直栅下端结构在纵向的长度占该垂直栅伸入至所述外延层中长度的1/2至1/3。优选地，所述垂直栅伸入所述外延层中的结构为长方体柱状，所述相互垂直的两个纵截面的其中一个平行于所述垂直栅的一个纵向表面。优选地，所述转移管的垂直栅位于所述外延层上的部分设有侧墙。优选地，所述浮动扩散点上的N+区域连接一放大管，该放大管连接一选择管，所述选择管的栅极接电压VDD；所述复位管另一侧的所述N+区连接电压VDD。本专利技术还提供所述埋型三栅极鳍型垂直栅结构的制作方法，该方法包括以下步骤：步骤一、提供外延层，在该外延层上形成P阱以及位于P阱中横向间隔的两个N+区；步骤二、在所述外延层中形成光电二极管；与所述光电二极管相邻的一个所述N+区形成浮动扩散点；步骤三、在所述光电二极管与所述浮动扩散点之间的所述外延层中刻蚀形成转移管的垂直栅沟槽；该垂直栅沟槽的深度延伸至所述光电二极管所在的深度，并且所述垂直栅下端的沟槽为所述外延层穿透该垂直栅沟槽的两个相互垂直的纵截面的结构；步骤四、在所述外延层上沉积多晶硅，并填充在所述垂直栅沟槽中；步骤五、刻蚀所述外延层上的多晶硅，形成位于所述光电二极管与所述浮动扩散点之间的转移管垂直栅，以及位于所述两个N+区之间的复位管栅极。优选地，步骤一中依次经过光刻、刻蚀以及离子注入形成所述P阱；依次经过光刻、刻蚀以及N型离子注入形成所述两个N+区。优选地，步骤二中依次经过光刻、刻蚀以及离子注入形成所述光电二极管。优选地，该方法还包括步骤六、在所述光电二极管上的外延层中进行离子注入形成钉扎层。优选地，步骤三中形成所述垂直栅沟槽的下端沿该垂直栅沟槽相互垂直的两个纵截面切开的形状为门字形。优选地，步骤三中刻蚀形成的所述垂直栅沟槽下端结构在纵向的长度占该垂直栅沟槽在所述外延层中长度的1/2至1/3。如上所述，本专利技术的埋型三栅极鳍型垂直栅结构及制作方法，具有以下有益效果：本专利技术通过工艺集成形成在底部形成埋型三极栅极鳍型结构的垂直栅极结构来改善底部的电子转移，在垂直栅极施加电压时可以在底部形成三个面的导通，形成上层利用垂直栅极大面积转移，底部FINFET快速转移的有效结合，有利于电子的有效和快速转移，从而提高光响应。附图说明图1显示为现有技术中像素单元电路结构示意图；图2显示为现有技术中的平面型4像素单元结构示意图；图3显示为现有技术中的垂直型4像素单元结构示意图；图4显示为现有技术中的垂直栅极俯视的示意图；图5显示为现有技术中小尺寸的垂直栅极三维结构的示意图；图6显示为图5中垂直栅极电势平面AA’中电子运动示意图；图7显示为图5中电子沿浮动扩散点区域面CC’DD’运动示意图；图8显示为本专利技术的埋型三栅极鳍型垂直栅结构剖面示意图；图9显示为图4中部分结构示意图；图10显示为沿图9中的AA’的方向切开的剖面示意图；图11显示为沿图9中的BB’的方向切开的剖面示意图；图12显示为现有传统的三栅极三维结构示意图；图13显示为本专利技术的埋型三栅极鳍型垂直栅结构电子转移示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图4、图8至图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种埋型三栅极鳍型垂直栅结构，其特征在于，至少包括：/n位于外延层上的转移管以及该转移管一侧、外延层中的光电二极管；所述转移管的垂直栅伸入所述外延层中并延伸至所述光电二极管所在的深度；/n位于该外延层上、所述转移管另一侧的复位管；该复位管的栅极两侧的外延层中分别设有N+区；所述N+区位于所述外延层中的P阱中，其中一个与所述转移管相邻的N+区域形成浮动扩散点；/n所述垂直栅下端为所述外延层穿透该垂直栅相互垂直的两个纵截面的结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种埋型三栅极鳍型垂直栅结构，其特征在于，至少包括：
位于外延层上的转移管以及该转移管一侧、外延层中的光电二极管；所述转移管的垂直栅伸入所述外延层中并延伸至所述光电二极管所在的深度；
位于该外延层上、所述转移管另一侧的复位管；该复位管的栅极两侧的外延层中分别设有N+区；所述N+区位于所述外延层中的P阱中，其中一个与所述转移管相邻的N+区域形成浮动扩散点；
所述垂直栅下端为所述外延层穿透该垂直栅相互垂直的两个纵截面的结构。


2.根据权利要求1所述的埋型三栅极鳍型垂直栅结构，其特征在于：所述垂直栅的下端沿该垂直栅相互垂直的两个纵截面切开的形状为门字形。


3.根据权利要求2所述的埋型三栅极鳍型垂直栅结构，其特征在于：所述垂直栅下端结构在纵向的长度占该垂直栅伸入至所述外延层中长度的1/2至1/3。


4.根据权利要求2所述的埋型三栅极鳍型垂直栅结构，其特征在于：所述垂直栅伸入所述外延层中的结构为长方体柱状，所述相互垂直的两个纵截面的其中一个平行于所述垂直栅的一个纵向表面。


5.根据权利要求1所述的埋型三栅极鳍型垂直栅结构，其特征在于：所述转移管的垂直栅位于所述外延层上的部分设有侧墙。


6.根据权利要求1所述的埋型三栅极鳍型垂直栅结构，其特征在于：所述浮动扩散点上的N+区域连接一放大管，该放大管连接一选择管，所述选择管的栅极接电压VDD；所述复位管另一侧的所述N+区连接电压VDD。


7.根据权利要求1至6中任意一项的所述埋型三栅极鳍型垂直栅结构的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、提供外延层，在该外延层...

【专利技术属性】
技术研发人员：田志，李娟娟，邵华，陈昊瑜，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31