[发明专利]CMOS图像传感器的实现方法

说明书

本发明提供一种CMOS图像传感器的实现方法，包括：于半导体衬底上形成沟槽，至少部分所述沟槽用于后续步骤中形成图像传感器像素单元的源跟随晶体管；填充第三阻挡层，覆盖沟槽；采用图形化工艺刻蚀沟槽周围的部分区域，形成浅沟槽隔离结构；填充氧化层覆盖所述浅沟槽隔离结构；采用化学机械研磨所述氧化层停止至第三阻挡层；去除第三阻挡层；在所述沟槽中填充多晶硅层，刻蚀至少部分沟槽形成源跟随晶体管。

技术领域

本发明涉及一种CMOS图像传感器的实现方法。

背景技术

图像传感器已变得无所不在。图像传感器在数码静态相机、蜂窝式电话、监控摄像机，以及医疗、汽车及其它应用中广泛使用。用以制造图像传感器的技术持续大幅进步。举例来说，对更高分辨率及更低功耗的需求已经促进这些装置的进一步微型化及集成化。目前图像传感器可分为电荷耦合式（CCD，Charge Coupled Device）图像传感器和金属氧化物半导体（CMOS， Complementary Metal-Oxide Semiconductor）图像传感器。其中，由于CMOS图像传感器集成度高，兼容性好，并且功率低，并随着CMOS制作工艺的改进，CMOS图像传感器已经成为目前图像传感器的主流技术。

现有的CMOS图像传感器像素单元由3T或 4T结构组成，其中4T(4-Transistors)由转移晶体管、源跟随晶体管、复位晶体管、行选通晶体管组成；3T(3-Transistors) 由转移晶体管、源跟随晶体管、复位晶体管组成。请参考图1，图1 为现有技术中一种CMOS图像传感器像素单元部分区域的侧面剖视图，其中TX为转移晶体管、SF为源跟随晶体管，其工作原理简介如下：入射光注入光电二极管区域产生光生载流子（电子和空穴）；光生电子和空穴在PN结内建电场的作用下分离而使得光生电子聚集在光电二极管的N型区域；TX管打开将聚集在光电二极管N型区域的光生电子导入FD浮置扩散区，通过SF源跟随晶体管来感知FD浮置扩散区在TX管打开前后的电势变化来读出光电二极管中的信号。

随着CMOS图像传感器特征尺寸的缩小，一方面，为了降低图像传感器的读出噪声，需要高性能的源跟随晶体管；另一方面，为了获得像素单元相对较大的满阱容量，必须增大光电二极管的N型掺杂剂量以及掺杂深度；而现有技术中TX管的栅极结构为平面结构，为此光电二极管N型深处的光生电子可能会无法读出，最终导致Lag（图像残留）的出现。

因此如何实现在持续提高图像传感器集成度的基础上，获得高性能的源跟随晶体管以降低读出噪声，以及获得相对较大的满阱容量而又尽可能的避免Lag（图像残留）的出现，优化转移晶体管的性能，提高图像传感器的电学性能，为业内一直探讨，亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种CMOS图像传感器的实现方法，包括：

于半导体衬底上形成沟槽，至少部分所述沟槽用于后续步骤中形成图像传感器像素单元的源跟随晶体管；

填充第三阻挡层，覆盖沟槽；

采用图形化工艺刻蚀沟槽周围的部分区域，形成浅沟槽隔离结构；

填充氧化层覆盖所述浅沟槽隔离结构；

采用化学机械研磨所述氧化层停止至第三阻挡层；

去除第三阻挡层；

在所述沟槽中填充多晶硅层，刻蚀至少部分沟槽形成源跟随晶体管。

优选的，所述源跟随晶体管是鳍形场效应晶体管，所述源跟随晶体管栅极的下端与半导体衬底之间是通过栅极氧化层隔离。

优选的，所述沟槽包括两种不同深度；其中，深沟槽比所述浅沟槽隔离结构的深度深500埃以上，浅沟槽比所述浅沟槽隔离结构的深度浅100埃以上；所述深沟槽用于形成垂直转移晶体管，所述浅沟槽用于形成源跟随晶体管或其他晶体管。