[发明专利]CMOS图像传感器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种CMOS图像传感器，在光电二极管的形成区域中的半导体衬底上形成有深孔，半导体衬底为P型掺杂。在深孔的内侧表面形成有第一P型外延层，在形成有第一P型外延层的深孔中填充有第二N型外延层。光电二极管的N型区由第二N型外延层组成，光电二极管的P型区由N型区底部的第一P型外延层和半导体衬底组成。深孔的根据光电二极管的反偏时的耗尽区的深度要求值设置以实现对光电二极管进行纵向尺寸拓展。第一P型外延层和光电二极管的N型区侧面接触以降低光电二极管的侧面暗电流。本发明还公开了一种CMOS图像传感器的制造方法。本发明能实现对光电二极管的反偏耗尽区深度进行精确调节并从而能对光电二极管进行纵向尺寸进行很好的拓展。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种CMOS图像传感器(CMOSImage Sensor，CIS)。本发明还涉及一种CMOS图像传感器的制造方法。

背景技术

现有CMOS图像传感器由像素(Pixel)单元电路和CMOS电路构成，像素(Pixel)单元电路位于像素区(Pixel area)、CMOS电路为逻辑电路位于逻辑区(Logic area)。相对于CCD图像传感器，CMOS图像传感器因为采用CMOS标准制作工艺，因此具有更好的可集成度，可以与其他数模运算和控制电路集成在同一块芯片上，更适应未来的发展。

根据现有CMOS图像传感器的像素单元电路所含晶体管数目，其主要分为3T型结构和4T型结构。

如图1所示，是现有3T型CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路示意图；现有3T型CMOS图像传感器的像素单元电路包括光电二极管D1和CMOS像素读出电路。所述CMOS像素读出电路为3T型像素电路，包括复位管M1、放大管M2、选择管M3，三者都为NMOS管。

所述光电二极管D1的N型区和所述复位管M1的源极相连。

所述复位管M1的栅极接复位信号Reset，所述复位信号Reset为一电位脉冲，当所述复位信号Reset为高电平时，所述复位管M1导通并将所述光电二极管D1的电子吸收到读出电路的电源Vdd中实现复位。当光照射的时候所述光电二极管D1产生光生电子，电位升高，经过放大电路将电信号传出。所述选择管M3的栅极接行选择信号Rs，用于选择将放大后的电信号输出即输出信号Vout。

如图2所示，是现有4T型CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路示意图；和图1所示结构的区别之处为，图2所示结构中多了一个转移晶体管或称为传输管M4，所述转移晶体管M4的源区为连接所述光电二极管D1的N型区，所述转移晶体管M4的漏区为浮空有源区(Floating Diffusion，FD)，所述转移晶体管M4的栅极连接传输控制信号Tx。所述光电二极管D1产生光生电子后，通过所述转移晶体管M4转移到浮空有源区中，然后通过浮空有源区连接到放大管M2的栅极实现信号的放大。

如图3A所示，是现有CMOS图像传感器的像素区的俯视图；图3B是沿图3A中线AA处的剖面图；像素区用于形成各像素单元，各像素单元中包括了光电二极管和CMOS像素读出电路，光电二极管是将光转换为电的关键器件，光电二极管是由N型区102和由底部的P型半导体衬底101组成的P型区叠加而成。在N型区102的周侧还形成有P型阱103。CMOS像素读取电流的各晶体管通常都为NMOS，这些NMOS管都形成在P型阱103上。由图3A所示可知，各像素单元会排列成阵列结构。

CIS的感光度会和像素区的尺寸大小强相关。光电二极管在复位后，N型区102基本会被耗尽，光会在耗尽区中被吸收被产生对应的光生电子，耗尽区还作为存储光生电子的势阱。所以，光电二极管的N型区102所形成的耗尽区越大，吸收效率和感光度也就会越高，势阱所能存储的光生电子的容量即满阱容量也会越大。

但是，如果通过增加光电二极管的N型区102的横向尺寸来提高光电二极管的N型区102所形成的耗尽区，则会光电二极管所占用的面积会增加，不利于CMOS图像传感器的尺寸缩小。