專利名稱：Cmos圖像傳感器的像素單元及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,簡稱CMOQ技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種CMOS圖像傳感器的像素單元及其制作方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器通常用于將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號，是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分，根據(jù)器件的不同，可分為電荷耦合器件型(charge Coupled Device，簡稱(XD)和CMOS 圖像傳感器型(CMOS Image Sensor，簡稱CIS)兩大類。近年來，CMOS圖像傳感器發(fā)展迅速，相比于傳統(tǒng)的CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器具有能在片上同時集成圖像傳感器陣列和相關(guān)的數(shù)字、模擬電路，以及低功耗、芯片面積小、制作成本低等特點。CMOS圖像傳感器的基本感光單元被稱為像素，其中，對于所述的CMOS圖像傳感器的像素至少包含一個感光二極管、一個轉(zhuǎn)移晶體管以及位于轉(zhuǎn)移晶體管漏極的浮空擴(kuò)散區(qū) (Floating Diffusion,簡稱FD)，此外還包括其他若干個晶體管，按像素包含晶體管數(shù)目被稱為4T型像素、5T型像素、6T型像素以及7T型像素等等。以4T型CMOS圖像傳感器像素為例，包括一個感光二極管、一個轉(zhuǎn)移晶體管以及位于轉(zhuǎn)移晶體管漏極的FD，此外還包括其他3個MOS晶體管復(fù)位晶體管、源跟隨器晶體管以及選擇晶體管。CMOS圖像傳感器工作過程為首先入射光在感光二極管區(qū)產(chǎn)生光生電荷，然后光生電荷在轉(zhuǎn)移晶體管開啟時轉(zhuǎn)移到浮空擴(kuò)散區(qū)FD，最后轉(zhuǎn)移到FD的光生電荷再經(jīng)其它后面MOS晶體管轉(zhuǎn)化成電壓信號并進(jìn)行相關(guān)處理。在此過程中，所述光生電荷轉(zhuǎn)移到FD依靠的是在轉(zhuǎn)移晶體管開啟時感光二極管區(qū)與浮空擴(kuò)散區(qū)FD之間的電勢差。在上述CMOS圖像傳感器工作過程中存在這樣一個問題在掩埋型感光二極管內(nèi)的光生電荷轉(zhuǎn)移到浮空擴(kuò)散區(qū)FD之后，浮空擴(kuò)散區(qū)FD處電勢降低，這樣掩埋型感光二極管與浮空擴(kuò)散區(qū)FD點之間的電勢差減小，這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管控制柵偏置電壓降低時，如果感光二極管與FD點電勢比較接近，轉(zhuǎn)移晶體管柵極下方溝道內(nèi)的電荷將平均的分配到感光二極管區(qū)和浮空擴(kuò)散區(qū)FD處，這樣，返回感光二極管區(qū)的電荷成為殘余電荷，與下一次的光生電荷疊加，造成殘像，降低了成像質(zhì)量。因此，需要一種新型的CMOS圖像傳感器的像素單元，所述像素單元能夠顯著減少 CMOS圖像傳感器的殘像，提高成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種能夠顯著減少殘像的CMOS圖像傳感器的像素單元及其制作方法。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
一種CMOS圖像傳感器的像素單元，包括單晶硅襯底、在該單晶硅襯底內(nèi)設(shè)置的淺槽隔離區(qū)、在該淺槽隔離區(qū)之間設(shè)置的轉(zhuǎn)移晶體管和掩埋型感光二極管，其中所述轉(zhuǎn)移晶體管包含閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)。上述方案中，所述單晶硅襯底采用P型的襯底硅片或P型外延薄膜硅片；所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)的導(dǎo)電類型為P型。上述方案中，所述轉(zhuǎn)移晶體管的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)含有雜質(zhì)，該雜質(zhì)在沿溝道長度方向上具有不同的濃度分布，具體為在靠近掩埋型感光二極管一側(cè)的閾值調(diào)節(jié)區(qū)的雜質(zhì)濃度高于在靠近轉(zhuǎn)移晶體管漏極浮空擴(kuò)散區(qū)一側(cè)的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)雜質(zhì)濃度。上述方案中，所述轉(zhuǎn)移晶體管的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)位于轉(zhuǎn)移晶體管柵極及其柵介質(zhì)層下方，一部分與掩埋型感光二極管的表面摻雜區(qū)相連接，另一部分與位于轉(zhuǎn)移晶體管漏極的浮空擴(kuò)散區(qū)相連接；其中位于掩埋型感光二極管一側(cè)的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)與掩埋型感光二極管埋層區(qū)摻雜上方部分重疊，重疊部分的長度為0. 0 0. 35 μ m。一種制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，包括步驟1 提供單晶硅半導(dǎo)體襯底，并在該單晶硅半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成轉(zhuǎn)移晶體管和掩埋型感光二極管的淺槽隔離區(qū)；步驟 2 形成閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)；步驟3 形成閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第二次離子注入?yún)^(qū)；步驟4 形成掩埋型感光二極管的埋層注入?yún)^(qū)；步驟5 形成轉(zhuǎn)移晶體管柵介質(zhì)層和柵極；步驟6 形成轉(zhuǎn)移晶體管漏極的輕摻雜區(qū)和重?fù)诫s區(qū)，所述轉(zhuǎn)移晶體管的輕摻雜區(qū)和重?fù)诫s區(qū)與相鄰的淺槽隔離區(qū)以及轉(zhuǎn)移晶體管閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)相連接；步驟7 形成掩埋型感光二極管的表面摻雜區(qū)。上述方案中，所述單晶硅襯底采用P型的襯底硅片或P型外延薄膜硅片，所述掩埋型感光二極管埋層摻雜區(qū)導(dǎo)電類型為N型；所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)及第二次離子注入?yún)^(qū)導(dǎo)電類型為P型；所述掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)導(dǎo)電類型為P型。上述方案中，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)和第二次離子注入?yún)^(qū)采用相同注入劑量和注入能量的離子注入，或者采用不同的注入劑量和注入能量的離子注入； 所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)和第二次離子注入?yún)^(qū)P型雜質(zhì)注入的劑量范圍為 5. OEll 1. 0E13，采用注入能量為2 30kev的硼或注入能量為10 55kev的BF2。上述方案中，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)一部分位于掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)域上方，并全部覆蓋，另一部分與轉(zhuǎn)移晶體管的柵極及其柵介質(zhì)層下方部分重疊，重疊部分的長度為0. 0 0. 5 μ m。上述方案中，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第二次離子注入?yún)^(qū)完全覆蓋柵極及其柵介質(zhì)層下方，與閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)部分重疊，重疊部分長度為0. 0 0. 5 μ m，由于閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)第一次離子注入?yún)^(qū)與第二次離子注入?yún)^(qū)重疊部分進(jìn)行了兩次離子注入， 因此在閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)所述重疊部分雜質(zhì)濃度最高。上述方案中，所述掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)與柵極及其柵介質(zhì)層下方部分重疊，重疊部分長度為0. 0 0. 35 μ m。上述方案中，所述掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)采用離子注入技術(shù)注入劑量為 5. OEll 1. 0E13的N型雜質(zhì)形成，采用注入能量為50 350kev的砷或注入能量為30 250kev 的磷。上述方案中，所述的轉(zhuǎn)移晶體管的柵介質(zhì)層采用熱氧化形成，材料為S^2或SiN ；采用化學(xué)氣相淀積的方法淀積多晶硅，最后采用掩膜技術(shù)和干法刻蝕形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極。上述方案中，所述的掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)采用離子注入技術(shù)注入劑量為 5. 0E12 1. 0E14的P型雜質(zhì)形成，采用2 25kev的硼、10 55kev的BF2或15 60kev 的銦。上述方案中，所述的掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)與閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)使用同一層掩模板進(jìn)行離子注入。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的CMOS圖像傳感器的像素單元及其制作方法，通過在轉(zhuǎn)移晶體管柵極下方的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)形成一定濃度梯度的雜質(zhì)分布，從而在光生電荷轉(zhuǎn)移過程中， 沿轉(zhuǎn)移晶體管溝道長度方向上形成了一定梯度的電勢分布，這樣，在轉(zhuǎn)移晶體管關(guān)斷時，轉(zhuǎn)移晶體管溝道內(nèi)的電荷就不再平均的向溝道兩側(cè)轉(zhuǎn)移，而是絕大部分的流向浮空擴(kuò)散區(qū) FD，這樣就減少了轉(zhuǎn)移晶體管柵極下方溝道內(nèi)的電荷向掩埋型感光二極管反彈，減少了掩埋型感光二極管內(nèi)的電荷殘余，因此減少了殘像，提高了圖像質(zhì)量。2、本發(fā)明提供的CMOS圖像傳感器的像素單元及其制作方法，由于掩埋型感光二極管的埋層摻雜與轉(zhuǎn)移晶體管柵極下方部分重疊，可以減少感光二極管與轉(zhuǎn)移晶體管之間的電荷勢壘，達(dá)到進(jìn)一步減小殘像的目的。


圖1所示為本發(fā)明提供的CMOS圖像傳感器像素單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示意性的示出了本發(fā)明提供的CMOS圖像傳感器像素單元的轉(zhuǎn)移晶體管柵極下方溝道的濃度分布示意圖；圖3 圖14所示為本發(fā)明提供的制作CMOS圖像傳感器像素單元的的工藝示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。由于CMOS圖像傳感器工作過程中存在這樣一個問題在掩埋型感光二極管內(nèi)的光生電荷轉(zhuǎn)移到浮空擴(kuò)散區(qū)FD之后，浮空擴(kuò)散區(qū)FD處電勢降低，這樣掩埋型感光二極管與浮空擴(kuò)散區(qū)FD點之間的電勢差減小，這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管控制柵偏置電壓降低時，如果感光二極管與FD點電勢比較接近，轉(zhuǎn)移晶體管柵極下方溝道內(nèi)的電荷將平均的分配到感光二極管區(qū)和浮空擴(kuò)散區(qū)FD處，這樣，返回感光二極管區(qū)的電荷成為殘余電荷，與下一次的光生電荷疊加，造成殘像，降低了成像質(zhì)量。因此，本發(fā)明提供了一種新型的CMOS圖像傳感器的像素單元及其制作方法，所述像素單元能夠顯著減少CMOS圖像傳感器的殘像，提高成像質(zhì)量。在本發(fā)明實施例中，本發(fā)明提供的CMOS圖像傳感器的像素單元至少包含掩埋型感光二極管和轉(zhuǎn)移晶體管，本發(fā)明的一個具體實施例的感光二極管和轉(zhuǎn)移晶體管結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，圖1所示為本發(fā)明提供的CMOS圖像傳感器像素單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1所示的CMOS圖像傳感器的像素單元包括單晶硅襯底101、位于單晶硅襯底內(nèi)的隔離結(jié)構(gòu)102、閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)103和104以及103與104的重疊部分1034、掩埋型感光二極管的埋層摻雜105、柵極107及柵介質(zhì)層106、轉(zhuǎn)移晶體管漏極浮空擴(kuò)散區(qū)108以及掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)109。在本發(fā)明實施例中，圖1所示的CMOS圖像傳感器的像素的單晶硅襯底101采用電阻率為5 50ohm. cm的P型單晶硅硅片，可選地，也可以是在很低的電阻率(小于5ohm. cm)的P型單晶硅硅片上外延電阻率為5 50ohm. cm的P型外延薄膜。在本發(fā)明實施例中，圖1所示的CMOS圖像傳感器的像素的隔離結(jié)構(gòu)102位于P單晶硅襯底101內(nèi)部，采用淺溝槽隔離(STI)技術(shù)使用SiO2材料或SiO2與SiN的復(fù)合材料隔
1 O在本發(fā)明實施例中，圖1所示的CMOS圖像傳感器的像素的隔離結(jié)構(gòu)102之間設(shè)有轉(zhuǎn)移晶體管和掩埋型感光二極管，其中，所述的轉(zhuǎn)移晶體管包括柵極107及柵介質(zhì)層106、 閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)103、104、103與104的重疊部分1034、轉(zhuǎn)移晶體管漏極浮空擴(kuò)散區(qū)109 ；所述掩埋型感光二極管包括埋層摻雜105以及表面摻雜區(qū)110。在本發(fā)明實施例中，圖1所示的轉(zhuǎn)移晶體管閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)包含兩個雜質(zhì)濃度不同的兩個區(qū)域103和104，其中，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)有部分重疊，重疊區(qū)域為1034，其中所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)103與104重疊區(qū)域1034靠近掩埋型感光二極管一側(cè)，雜質(zhì)濃度較高， 所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)104靠近轉(zhuǎn)移晶體管漏極浮空擴(kuò)散區(qū)FD —側(cè)，雜質(zhì)濃度較低，圖2所示為轉(zhuǎn)移晶體管閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)沿溝道長度方向上的雜質(zhì)濃度分布。通過優(yōu)化閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)103和104的結(jié)構(gòu)和工藝，在轉(zhuǎn)移晶體管柵極下方的溝道內(nèi)的雜質(zhì)在沿溝道長度方向形成了一定的濃度梯度，這樣，在轉(zhuǎn)移晶體管工作時，所述轉(zhuǎn)移晶體管下方溝道內(nèi)將形成沿溝道長度方向的電勢梯度，有利于溝道內(nèi)的電荷向轉(zhuǎn)移晶體管漏極浮空擴(kuò)散區(qū)轉(zhuǎn)移。在本發(fā)明實施例中，圖1所示的轉(zhuǎn)移晶體管的柵介質(zhì)層106采用熱氧化的方法形成，采用材料為SiA或SiON ；對于所述的柵介質(zhì)層106上方的柵極107采用化學(xué)氣相淀積的方法形成，采用材料為多晶硅。在本發(fā)明實施例中，圖1所示的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極浮空擴(kuò)散區(qū)109包含漏極輕摻雜區(qū)和漏極重?fù)诫s區(qū)兩部分，所述輕摻雜區(qū)具有防止MOS晶體管熱載流子效應(yīng)的作用，所述重?fù)诫s區(qū)構(gòu)成了浮空擴(kuò)散區(qū)FD，重?fù)诫s區(qū)的面積和摻雜濃度決定了浮空擴(kuò)散區(qū)FD的電容，對圖像傳感器的轉(zhuǎn)換增益有影響。在本發(fā)明實施例中，圖1所示掩埋型感光二極管埋層摻雜區(qū)105 —部分位于掩埋型感光二極管下方，一部分與轉(zhuǎn)移晶體管柵極107及其柵介質(zhì)層106下方部分重疊，重疊部分長度為0. 0 0. 35 μ m，通過優(yōu)化所述掩埋型感光二極管埋層摻雜105的結(jié)構(gòu)和工藝，可以減少感光二極管與轉(zhuǎn)移晶體管之間的電荷勢壘，達(dá)到減小殘像的目的。在本發(fā)明實施例中，圖1所示掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)109的長度需保證完全覆蓋掩埋型感光二極管埋層摻雜區(qū)105，使得感光二極管內(nèi)的光生電荷避免與單晶硅襯底101表面接觸，具有釘扎單晶硅襯底101表面電荷的作用，使得感光二極管的漏電較小， 減小暗電流。
基于圖1和圖2所示的CMOS圖像傳感器像素單元，圖3 圖14所示為本發(fā)明提供的制作CMOS圖像傳感器像素單元的的工藝示意圖，具體包括步驟步驟1，如圖3所示，首先提供單晶硅半導(dǎo)體襯底，所述單晶硅襯底101采用電阻率為5 50ohm. cm的P型單晶硅硅片，并在單晶硅半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成轉(zhuǎn)移晶體管和掩埋型感光二極管的隔離結(jié)構(gòu)102，所述隔離結(jié)構(gòu)102采用淺溝槽隔離(STI)技術(shù)形成，材料為SW2 或 SiN ；步驟2，如圖4所示，為在版圖設(shè)計時所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)103 的離子注入?yún)^(qū)域，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)采用離子注入技術(shù)注入劑量為 5. OEll 1. 0E13的P型雜質(zhì)形成，可以為注入能量為2 30kev的硼，也可以為注入能量為 10 55kev的BF2,圖5所示為離子注入后形成的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)103 ；步驟3，如圖6所示，為在版圖設(shè)計時所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第二次離子注入?yún)^(qū)104 的離子注入?yún)^(qū)域，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第二次離子注入?yún)^(qū)采用離子注入技術(shù)注入劑量為 5. OEll 1.0E13的P型雜質(zhì)形成，可以為注入能量為2 30kev的硼，也可以為注入能量為10 55kev的BF2,圖7所示為離子注入后形成的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第二次離子注入?yún)^(qū) 104，其中，在版圖設(shè)計時，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第二次離子注入?yún)^(qū)104完全覆蓋柵極及其柵介質(zhì)層下方，與閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)103部分重疊，重疊部分長度為0. 0 0.5μπι，這樣由于閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)第一次離子注入?yún)^(qū)與第二次離子注入?yún)^(qū)重疊部分1034 進(jìn)行了兩次離子注入，因此所述重疊部分具有最大的雜質(zhì)濃度；步驟4，如圖8所示，為在版圖設(shè)計時所述掩埋型感光二極管的埋層摻雜離子注入?yún)^(qū)105的離子注入?yún)^(qū)域，所述掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)105采用離子注入技術(shù)注入劑量為5. OEll 1. 0Ε13的N型雜質(zhì)形成，可以為注入能量為50 350kev的砷，也可以為注入能量為30 250kev的磷，圖9所示為離子注入后形成的掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)域105 ；步驟5，如圖10所示，形成轉(zhuǎn)移晶體管柵介質(zhì)層106和柵極107，所述柵介質(zhì)層106 采用熱氧化方法形成，材料為SiO2或SiON ；所述柵極107在柵介質(zhì)層106上方，采用淀積多晶硅形成，最后采用掩模板和刻蝕技術(shù)形成柵極，在版圖設(shè)計時，所述掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)與柵極及其柵介質(zhì)層下方部分重疊，重疊部分長度為0. 0 0. 35 μ m ；步驟6，如圖11所示，為在版圖設(shè)計時所述轉(zhuǎn)移晶體管漏極的輕摻雜區(qū)和重?fù)诫s區(qū)離子注入?yún)^(qū)域，采用與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的離子注入形成，所述的轉(zhuǎn)移晶體管的輕摻雜區(qū)和重?fù)诫s區(qū)與相鄰的淺槽隔離區(qū)以及轉(zhuǎn)移晶體管閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)相連接，如圖12所示， 一起構(gòu)成轉(zhuǎn)移晶體管漏極的浮空擴(kuò)散區(qū)108 ；步驟7，如圖13所示，為在版圖設(shè)計時所述掩埋型感光二極管的表面摻雜區(qū)109 的離子注入?yún)^(qū)域，所述的掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)109采用離子注入技術(shù)注入劑量為 5. 0E12 1. 0E14的P型雜質(zhì)形成，可以為2 25kev的硼，也可以為10 55kev的BF2, 還可以為15 60kev的銦。需要說明的是，以上步驟中，步驟2形成所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū) 103和步驟7形成所述掩埋型感光二極管的表面摻雜區(qū)109采用的是相同的一層掩模板進(jìn)行離子注入，從而降低了制作成本。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器的像素單元，包括單晶硅襯底、在該單晶硅襯底內(nèi)設(shè)置的淺槽隔離區(qū)、在該淺槽隔離區(qū)之間設(shè)置的轉(zhuǎn)移晶體管和掩埋型感光二極管，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移晶體管包含閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的像素單元，其特征在于，所述單晶硅襯底采用P型的襯底硅片或P型外延薄膜硅片；所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)的導(dǎo)電類型為P型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的CMOS圖像傳感器的像素單元，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移晶體管的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)含有雜質(zhì)，該雜質(zhì)在沿溝道長度方向上具有不同的濃度分布，具體為在靠近掩埋型感光二極管一側(cè)的閾值調(diào)節(jié)區(qū)的雜質(zhì)濃度高于在靠近轉(zhuǎn)移晶體管漏極浮空擴(kuò)散區(qū)一側(cè)的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)雜質(zhì)濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的CMOS圖像傳感器的像素單元，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移晶體管的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)位于轉(zhuǎn)移晶體管柵極及其柵介質(zhì)層下方，一部分與掩埋型感光二極管的表面摻雜區(qū)相連接，另一部分與位于轉(zhuǎn)移晶體管漏極的浮空擴(kuò)散區(qū)相連接；其中位于掩埋型感光二極管一側(cè)的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)與掩埋型感光二極管埋層區(qū)摻雜上方部分重疊， 重疊部分的長度為0. 0 0. 35 μ m。
5.一種制作權(quán)利要求1至4中任一項所述的CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，包括步驟1 提供單晶硅半導(dǎo)體襯底，并在該單晶硅半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成轉(zhuǎn)移晶體管和掩埋型感光二極管的淺槽隔離區(qū)；步驟2 形成閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)；步驟3 形成閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第二次離子注入?yún)^(qū)；步驟4 形成掩埋型感光二極管的埋層注入?yún)^(qū)；步驟5 形成轉(zhuǎn)移晶體管柵介質(zhì)層和柵極；步驟6:形成轉(zhuǎn)移晶體管漏極的輕摻雜區(qū)和重?fù)诫s區(qū)，所述轉(zhuǎn)移晶體管的輕摻雜區(qū)和重?fù)诫s區(qū)與相鄰的淺槽隔離區(qū)以及轉(zhuǎn)移晶體管閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)相連接；步驟7 形成掩埋型感光二極管的表面摻雜區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述單晶硅襯底采用P型的襯底硅片或P型外延薄膜硅片，所述掩埋型感光二極管埋層摻雜區(qū)導(dǎo)電類型為N型；所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)及第二次離子注入?yún)^(qū)導(dǎo)電類型為 P型；所述掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)導(dǎo)電類型為P型。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)和第二次離子注入?yún)^(qū)采用相同注入劑量和注入能量的離子注入，或者采用不同的入劑量和注入能量的離子注入；所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)和第二次離子注入?yún)^(qū)P型雜質(zhì)注入的劑量范圍為5. OEll 1. 0E13，采用注入能量為2 30kev的硼或注入能量為10 55kev的BF2。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)一部分位于掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)域上方，并全部覆蓋，另一部分與轉(zhuǎn)移晶體管的柵極及其柵介質(zhì)層下方部分重疊，重疊部分的長度為 0. 0 0. 5μ 。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第二次離子注入?yún)^(qū)完全覆蓋柵極及其柵介質(zhì)層下方，與閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)部分重疊，重疊部分長度為0. 0 0. 5 μ m，由于閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)第一次離子注入?yún)^(qū)與第二次離子注入?yún)^(qū)重疊部分進(jìn)行了兩次離子注入，因此在閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)所述重疊部分雜質(zhì)濃度最高。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)與柵極及其柵介質(zhì)層下方部分重疊，重疊部分長度為 0. 0 0. 35 μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述掩埋型感光二極管的埋層摻雜區(qū)采用離子注入技術(shù)注入劑量為5. OEll 1. 0E13的N型雜質(zhì)形成，采用注入能量為50 350kev的砷或注入能量為30 250kev的磷。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)移晶體管的柵介質(zhì)層采用熱氧化形成，材料為S^2或SiN ；采用化學(xué)氣相淀積的方法淀積多晶硅，最后采用掩膜技術(shù)和干法刻蝕形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述的掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)采用離子注入技術(shù)注入劑量為5. 0E12 1. 0E14的P型雜質(zhì)形成，采用2 25kev的硼、10 55kev的BF2或15 60kev的銦。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作CMOS圖像傳感器的像素單元的方法，其特征在于，所述的掩埋型感光二極管表面摻雜區(qū)與閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)第一次離子注入?yún)^(qū)使用同一層掩模板進(jìn)行離子注入。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS圖像傳感器的像素單元及其制作方法，該像素單元包括單晶硅襯底、在單晶硅襯底內(nèi)設(shè)置的淺槽隔離區(qū)、在淺槽隔離區(qū)之間設(shè)置的轉(zhuǎn)移晶體管和掩埋型感光二極管，其中轉(zhuǎn)移晶體管包含閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)，閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)位于轉(zhuǎn)移晶體管柵極及其柵介質(zhì)層下方，且閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)所含雜質(zhì)在沿溝道長度方向上具有不同的濃度分布，在靠近掩埋型感光二極管一側(cè)的閾值調(diào)節(jié)區(qū)的雜質(zhì)濃度高于在靠近轉(zhuǎn)移晶體管漏極浮空擴(kuò)散區(qū)一側(cè)的閾值電壓調(diào)節(jié)區(qū)雜質(zhì)濃度，在轉(zhuǎn)移晶體管下方溝道處形成一定雜質(zhì)濃度梯度，從而形成了一定的電勢梯度。通過優(yōu)化像素單元結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器能夠有效地消除圖像傳感器的殘像，從而提高成像質(zhì)量。
文檔編號H01L27/146GK102544041SQ201210014840
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者吳南健, 周楊帆, 曹中祥, 李全良 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所