[发明专利]一种提高阱容量的图像传感器像素及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，尤其涉及一种提高阱容量的图像传感器像素及其制作方法。

背景技术

图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器和CCD(电荷耦合型器件)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。

在现有技术中，随着市场的需求和半导体制作工艺精度尺寸不断缩小的进步，图像传感器的分辨率不断增加，而像素单元面积在不断减小，例如市场上已经出现了1.4um，1.1um，甚至0.9um的像素的图像传感器，但是图像传感器的像素面积越小饱和阱容量就会越低，从而影响了动态范围，使得使用小面积像素的图像传感器采集的图像效果不尽人意。例如，1.1um像素的阱电容约为0.5fF，其信号饱和阱容量范围一般为2500e-～3500e-，优秀的像素噪声为5e-，则动态范围最高仅为56.9dB。

如图1所示，现有技术中像素采用N型光电二极管的切面示意图，包含光电二极管N区101，光电二极管P型Pin层102，相邻像素的光电二极管N区101’和P型Pin层102’，电荷传输晶体管103，103的漏极端104和栅极端TX，半导体基体105，STI为浅槽隔离区。图1所示的现有技术中的像素阱电容仅包含101区电容部分，因为像素面积所限制，101区电容是有限的；对于小面积像素来说，阱电容一般不会高于1fF，因此阱电荷容量也不会高于7000e-。

随着图像传感器技术的快速发展，在追求低廉成本产品的同时，图像传感器采集图像的质量也必须得到关注，因此提高小面积像素饱和阱容量至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高阱容量的图像传感器像素及其制作方法，通过在光电二极管侧面添加晶体管电容，达到提高阱电容的目的，因而有效提高了小面积像素信号饱和阱容量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的提高阱容量的图像传感器像素，包括置于半导体基体中的光电二极管以及电荷传输晶体管，所述光电二极管的侧面设置有晶体管电容，所述晶体管电容的栅极位于所述半导体基体内，所述晶体管电容的沟道位于所述光电二极管中。

本发明的上述的提高阱容量的图像传感器像素的制作方法，包括步骤：

a.在紧邻浅槽隔离制作工艺完毕后，淀积氮化硅保护层，其厚度为0.2um～0.3um，并在预定区域开口；

b.干法离子刻蚀，将步骤a中氮化硅开口区域的硅基体刻蚀掉，其深度为0.2um～0.8um；

c.在氧气环境下，高温加热，使步骤b中裸露的硅表面氧化生成氧化层，其厚度为4nm～15nm；

d.离子注入，注入离子类型与光电二极管类型相反，其注入深度不小于0.2um，其注入区离子浓度不小于1E+18Atom/cm³；

e.淀积多晶硅，将硅缺口填平，至高出半导体硅表面；

f.化学机械研磨，将氮化硅表面上的多晶硅研磨去除；

g.干法离子刻蚀，将氮化硅保护层去除。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的提高阱容量的图像传感器像素及其制作方法，由于像素中的晶体管电容制作在光电二极管的侧面，不占据像素有源区面积，不影响光电二极管自身电容，因此，此晶体管电容加入到光电二极管中，有效提高了图像传感器的像素饱和阱容量，拓展了动态范围。

附图说明

图1是现有技术中的图像传感器像素切面示意图。

图2a是本发明实施例提供的提高阱容量的图像传感器像素切面示意图。

图2b是本发明实施例中的晶体管电容电路示意图。

图3是本发明实施例中的像素中的晶体管电容制作工艺中的淀积多晶硅并在预定区域开口步骤示意图。

图4是本发明实施例中的像素中的晶体管电容制作工艺中的干法离子刻蚀步骤示意图。

图5是本发明实施例中的像素中的晶体管电容制作工艺中的高温氧化步骤示意图。

图6是本发明实施例中的像素中的晶体管电容制作工艺中的隔离离子注入步骤示意图。

图7是本发明实施例中的像素中的晶体管电容制作工艺中的淀积多晶硅步骤示意图。

图8是本发明实施例中的像素中的晶体管电容制作工艺中的化学机械研磨步骤示意图。

图9是本发明实施例中的像素中的晶体管电容制作工艺中的干法离子刻蚀步骤示意图。

具体实施方式