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CMOS图像传感器包括：半导体衬底，位于所述半导体衬底表面的外延层；位于所述外延层表面的栅极结构；位于所述栅极结构一侧的外延层内的漏区；位于所述栅极结构另一侧的外延层内的轻掺杂区，位于所述轻掺杂区和栅极结构之间的外延层内的重掺杂区，位于所述轻掺杂区和重掺杂区表面的隔离层；位于所述外延层和栅极结构表面的透光介质层，位于所述透光介质层表面的遮光层。所述重掺杂区与外延层之间的势垒电容比现有技术的势垒电容大，使得所述重掺杂区与外延层之间的势垒电容能容纳更多的电子，即使较亮的光入射也能存储足够的电子，提高了CMOS图像传感器的高动态范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器领域，尤其涉及一种高动态范围的CMOS图像传感器及其形成方法。
技术介绍
随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，诸如数码相机、数码摄像机等的数码产品在日常生活中扮演越来越重要的角色。作为数码相机、摄像机的关键零部件——图像传感器产品就成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入，与图像传感器相关的技术也成为研究热点。图像传感器的作用是将光学图像转化为相应的电信号。图像传感器分为互补金属氧化物(CM0Q图像传感器和电子耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，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CCD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。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、 手机照相、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等。但是，普通CMOS图像传感器的动态范围(Dynamic Range, DR)较窄，通常为65 75dB，而拍摄的户外场景的动态范围通常超过IOOdB,人眼的动态范围能够达到200dB。 CMOS图像传感器有限的动态范围限制了 CMOS图像传感器的应用。因此，具有高动态范围的CMOS图像传感器成为了业界一个关注的重点。公开号为 US2009/0314928A1的美国专利文献公开了一种高动态范围的图像传感器，包括有多个像素单元，请参考图1，为所述像素单元10的结构示意图，包括第一光敏区域11，具有较高的光电转换效率，用于采集低亮度的入射光；与第一光敏区域11相对的第二光敏区域12，具有较低的光电转换效率，用于采集高亮度的入射光；位于所述第二光敏区域12表面的偏振器 13，可防止极亮的入射光使得第二光敏区域12饱和。但所述图像传感器用于采集低亮度入射光和高亮度入射光的光敏区域分别只占整个像素单元光敏区域的一半，利用所述图像传感器采集入射光并产生图像会造成图像分辨率的降低，且所述图像传感器仍不能采集极亮的入射光。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种高动态范围的CMOS图像传感器及其形成方法，使得所述图像传感器能在明暗反差过大的场景中仍能产生清晰、真实的图像。为解决上述问题，本专利技术提供一种CMOS图像传感器，包括半导体衬底，位于所述半导体衬底表面的外延层；位于所述外延层表面的栅极结构；位于所述栅极结构一侧的外延层内的漏区；位于所述栅极结构另一侧的外延层内的轻掺杂区，位于所述轻掺杂区和栅极结构之间的外延层内的重掺杂区，位于所述轻掺杂区和重掺杂区表面的隔离层；位于所述外延层和栅极结构表面的透光介质层，位于所述透光介质层表面的遮光层。可选的，所述重掺杂区的掺杂离子的浓度大于所述轻掺杂区的掺杂离子的浓度。可选的，所述重掺杂区的掺杂离子的类型和所述轻掺杂区的掺杂离子的类型相同，与所述隔离层的掺杂离子的类型相反。可选的，所述重掺杂区的掺杂离子和轻掺杂区的掺杂离子为N型掺杂离子，所述隔离层的掺杂离子为P型掺杂离子。可选的，所述重掺杂区的面积小于或等于所述轻掺杂区的面积。可选的，还包括位于所述重掺杂区内靠近栅极结构一侧的源区，所述源区与栅极结构相邻。可选的，所述源区的掺杂离子的浓度大于或等于所述重掺杂区的掺杂离子的浓度，且与所述漏区的掺杂离子的浓度相同。可选的，所述源区的深度小于所述重掺杂区的深度。可选的，所述遮光层位于所述重掺杂区、栅极结构、漏区上方，仅暴露出所述轻掺杂区上方对应的位置。本专利技术实施例还提供了一种CMOS图像传感器形成方法，包括提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成外延层；在所述外延层表面形成栅极结构；在所述栅极结构一侧的外延层内形成漏区；在所述栅极结构另一侧的外延层内形成轻掺杂区，在所述轻掺杂区和栅极结构之间的外延层内形成重掺杂区，在所述轻掺杂区和重掺杂区表面形成隔离层；在所述外延层、栅极结构表面形成透光介质层，在所述透光介质层表面形成遮光层。可选的，所述重掺杂区的掺杂离子的浓度大于所述轻掺杂区的掺杂离子的浓度。可选的，所述重掺杂区的掺杂离子和轻掺杂区的掺杂离子的类型相同，与所述隔离层的掺杂离子的类型相反。可选的，所述重掺杂区的掺杂离子和轻掺杂区的掺杂离子为N型掺杂离子，所述隔离层的掺杂离子为P型掺杂离子。可选的，形成所述轻掺杂区、重掺杂区、隔离层的方法包括以第一图形化的光刻胶为掩膜，对所述栅极结构一侧的外延层内进行N型杂质离子注入形成轻掺杂区；以第二图形化的光刻胶为掩膜，在所述轻掺杂区靠近栅极结构的区域进行第二次N型杂质离子注入，形成重掺杂区；以第三图形化的光刻胶为掩膜，对所述轻掺杂区和重掺杂区表面的外延层进行P型杂质离子注入，在所述轻掺杂区和重掺杂区表面形成隔离层。可选的，所述重掺杂区的面积小于或等于所述轻掺杂区的面积。可选的，还包括，在所述栅极结构一侧形成漏区的同时，在所述栅极结构的另一侧形成源区。可选的，所述源区的掺杂离子的浓度大于或等于所述重掺杂区的掺杂离子的浓度，且与所述漏区的掺杂离子的浓度相同。可选的，所述源区的深度小于所述重掺杂区的深度。可选的，所述遮光层位于所述重掺杂区、栅极结构、漏区上方，仅暴露出所述轻掺杂区上方对应的位置。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点由于所述重掺杂区与外延层之间的势垒电容比现有技术的势垒电容大，使得所述重掺杂区与外延层之间的势垒电容能容纳更多的电子，且所述重掺杂区上方形成有遮光层，使得所述重掺杂区不需要吸收光子生成电子，所述重掺杂区的掺杂离子的浓度可以很大，所述重掺杂区与外延层之间的势垒电容也变得很大，即使入射光的亮度很高，产生大量的电子，所述势垒电容仍能容纳全部的电子，由于图像传感器是通过检测所述电子量来获得入射光的亮度，所述高亮度的入射光也能产生对应的输出信号，使得最终形成的图像没有产生失真，提高了 CMOS图像传感器的高动态范围。进一步的，通过调整所述轻掺杂区与重掺杂区之间面积关系，使得所述CMOS图像传感器可形成不同的高动态范围。进一步的，在所述轻掺杂区和重掺杂区表面形成有隔离层，所述隔离层可以防止利用所述外延层表面的缺陷而引起的电流，从而使得所述光电二极管产生的电子不会受到损失，最后的输出信息准确，产生的图像不失真。附图说明图1是现有技术的高动态范围的图像传感器的结构示意图；图2是本专利技术实施例的CMOS图像传感器形成方法的流程示意图；图3至图8是本专利技术实施例的CMOS图像传感器形成方法的剖面结构示意图。具体实施例方式由于现有技术的图像传感器动态范围较窄，在明暗反差过大的场景中，尤其是在亮度过大的场景中，容易产生高亮度光溢出，即所述图像传感器只能采集一定亮度以下的入射光，当入射光亮度过大，最终产生的图像在对应点的亮度也只能为一较低定值，与该点入射光的亮度不一致，使得最终产生的图像失真。专利技术人进一步发现，所述高亮度光溢出的原因如下现有技术中，所述CMOS图像传感器的感光部件为光电二极管，所述光电二极管通过在P型外延层中轻掺杂N型杂质形成，所述N型轻掺杂区与P型外延层之间形成PN结，所述PN结可作为势垒电容用于存储光电二极管吸收光子后产生的电子，通过检测所述电子量来获得入射光的亮度。由于所述 N型轻掺杂区的掺杂离子的浓度不能太本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＣＭＯＳ图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，位于所述半导体衬底表面的外延层；位于所述外延层表面的栅极结构；位于所述栅极结构一侧的外延层内的漏区；位于所述栅极结构另一侧的外延层内的轻掺杂区，位于所述轻掺杂区和栅极结构之间的外延层内的重掺杂区，位于所述轻掺杂区和重掺杂区表面的隔离层；位于所述外延层和栅极结构表面的透光介质层，位于所述透光介质层表面的遮光层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾靖，胡剑，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31