[发明专利]一种图像传感器像素单元及其制造方法

说明书

本发明公开了一种图像传感器像素单元，包括光电二极管、传输晶体管、浮置扩散区、以及连接至所述浮置扩散区的读出电路。所述传输晶体管具有槽栅，所述槽栅的底部具有向外凸的弧形结构，沿着所述弧形结构的底部形成弧形沟道区。本发明还提供了一种上述图像传感器像素单元的制造方法，可大幅提高传输晶体管栅长并由此改善器件的短沟效应和穿通效应。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种图像传感器像素单元及其制造方法。

背景技术

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。一般地，对于CCD或CIS的普通图像传感器，每一像素单元包括光电二极管PD、传输晶体管、行选通晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管。其中，在传输晶体管的源端是光电二极管，用于将收集到的光信号转化为电信号(电子)；在传输晶体管的漏端是浮置扩散区，通过传输晶体管将光电二极管区的电子收集存储在浮置扩散区，再通过源跟随晶体管、行选通管读取信号。

将光电二极管区的电子传输到浮置扩散区的动作，是通过传输晶体管栅极控制的。在栅极关断的情况下，电子无法传输。当需要读出电信号的时候，传输晶体管的栅极打开，信号就被读取出来。传统的传输晶体管的栅极是平面多晶硅栅结构。

对于传统的传输晶体管的栅结构而言，当需要通过缩小像素单元的尺寸来增加像素数量以达到更高的分辨率时，就会出现各种各样的问题，比如光电二极管的电子无法有效传输出来，驱动电压无法优化等等。缩小的传输晶体管会降低传输效率，使得灵敏度达不到设计要求。更重要的，为了集成更多的像素单元而将器件尺寸不断缩小的过程中，由于平面结构的传输晶体管物理栅长的减小，导致出现短沟效应或穿通，栅极无法有效控制电子的传输。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提出了一种能够大幅提升传输晶体管栅长、改善器件短沟道效应和穿通效应的图像传感器像素单元及其制造方法。

为达成上述目的，本发明提供一种图像传感器像素单元，包括光电二极管、传输晶体管、浮置扩散区、以及连接至所述浮置扩散区的读出电路。所述传输晶体管具有槽栅，所述槽栅 的底部具有向外凸的弧形结构，沿着所述弧形结构的底部形成弧形沟道区。

进一步的，所述弧形结构具有多个曲率半径。

进一步的，所述光电二极管由所述槽栅一侧的P型区域和所述P型区域内的N型区域构成，所述槽栅的深度大于所述P型区域的深度以及形成于所述槽栅另一侧的所述浮置扩散区的深度。

根据本发明的另一方面，还提供了一种制造上述图像传感器像素单元的方法。该方法包括以下步骤：

S1：在半导体基板中刻蚀形成底部具有弧形结构的沟槽；

S2：在所述沟槽表面形成一层栅介质层；

S3：在所述沟槽底部的弧形结构下方进行离子掺杂以形成所述弧形沟道区；

S4：在所述沟槽中填充多晶硅以形成所述传输晶体管的槽栅；

S5：在所述槽栅的一侧形成所述光电二极管，另一侧形成所述浮置扩散区。

进一步的，步骤S1包括：

S11：采用第一工艺气体在所述半导体基板中形成预定深度的沟槽；

S12：采用第二工艺气体刻蚀所述沟槽底部形成所述弧形结构，其中所述第二工艺气体包括刻蚀气体和氧气，所述刻蚀气体为NF₄、SF₆和NF₆中的至少一种。