CN102222678A - Cmos图像传感器及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种CMOS图像传感器，包括：基底；位于所述基底内或表面的P型埋层；位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。一种CMOS图像传感器的形成方法，包括：提供基底；形成位于所述基底内或表面的P型埋层；形成位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。本发明实施例的CMOS图像传感器捕获电子的区域更深，像素单元间串扰更小、电子溢出更少，成像质量好。

Description

CMOS图像传感器及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及CMOS图像传感器及其形成方法。

背景技术

图像传感器的作用是将光学图像转化为相应的电信号。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且CCD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等。

CMOS图像传感器的基本单元是由一个光电二极管和多个晶体管构成的。

请参考图1，现有技术中CMOS图像传感器的形成方法，包括：

提供P型衬底101，所述P型衬底101包括多个像素单元；

在所述像素单元内，形成位于所述P型衬底101内的N型感光区103。

现有技术的CMOS图像传感器的成像质量不高。

在公开号为CN1933169A的中国专利申请中，公开了一种“降低串扰的CMOS图像传感器”，但CMOS图像传感器的成像质量提高的较为有限。

发明内容

本发明的实施例解决的问题是提供一种成像质量高的CMOS图像传感器及其形成方法。

为解决上述问题，本发明提供一种CMOS图像传感器，包括：

基底；

位于所述基底内或表面的P型埋层；

位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。

可选地，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应，包括：所述P型埋层覆盖所述基底表面，所述N型感光区位于所述P型埋层的上方；或所述P型埋层位于所述基底内，所述N型感光区位于所述P型埋层的上方；或所述P型埋层位于所述基底内或表面，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区位于所述P型埋层单元的正上方；或所述P型埋层位于所述基底内或表面，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区位于所述间隔的正上方。

可选地，所述基底为N型硅衬底；或所述基底包括N型半导体衬底和位于所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层。

可选地，当所述基底包括N型半导体衬底和位于所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层时，所述P型埋层位于所述初始N型外延层的表面或位于所述初始N型外延层内。

可选地，所述P型埋层的P型离子浓度为1E15-1E20/cm³。

可选地，所述N型外延层的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³。

可选地，还包括：位于所述N型外延层内、环绕所述像素单元的感光区域且与P型埋层相连的P型隔离区。

可选地，所述P型隔离区的离子浓度为1E15-1E19/cm³。

一种CMOS图像传感器的形成方法，包括：

提供基底；

形成位于所述基底内或表面的P型埋层；

形成位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。

可选地，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应，包括：所述P型埋层覆盖所述基底表面，所述N型感光区位于所述P型埋层的上方；或所述P型埋层位于所述基底内，所述N型感光区位于所述P型埋层的上方；或所述P型埋层位于所述基底内或表面，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区位于所述P型埋层单元的正上方；或所述P型埋层位于所述基底内或表面，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区位于所述间隔的正上方。

可选地，所述P型埋层的形成工艺为离子注入或者外延生长工艺，所述P型埋层的P型离子浓度为1E15-1E20/cm³。

可选地，所述基底为N型硅衬底；或所述基底包括N型半导体衬底和形成在所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层。

可选地，当所述基底包括N型半导体衬底和形成在所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层时，所述P型埋层形成在所述初始N型外延层的表面或位于所述初始N型外延层内。

可选地，还包括：形成位于所述N型外延层内、环绕所述像素单元的感光区域且与P型埋层相连的P型隔离区。

可选地，所述P型隔离区的形成工艺为离子注入，所述离子注入的能量为10～3000kev，注入P型离子的浓度为1E15-1E19/cm³。

可选地，所述P型隔离区的形成步骤为：在所述N型外延层表面形成具有开口的光刻胶层，所述开口的位置与像素单元的边界相对应；以所述光刻胶层为掩膜，注入P型离子，形成环绕所述像素单元区域的感光区域的P型隔离区；对所形成的P型隔离区进行退火处理。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

本发明的实施例在基底内或表面先形成P型埋层，再在基底上形成N型外延层，然后在N型外延层内形成多个像素单元。本发明实施例的CMOS图像传感器中，光电二极管的耗尽区大，所述光电二极管吸收入射光中的原色光尤其是红光的能力变强，捕获电子的区域更深，N型的衬底可以减少像素单元间的串扰和电子溢出，CMOS图像传感器输出的彩色图像的质量好。

进一步的，当本发明的实施例的基底包括N型半导体衬底和位于N型半导体衬底的初始N型外延层时，所述初始N型外延层的浓度较低，在后续形成P型埋层时，在形成工艺上容易控制，形成的CMOS图像传感器捕获电子的区域更深，CMOS图像传感器的成像质量更好。

更进一步的，本发明的实施例中，还包括：形成位于所述N型外延层内、环绕所述像素单元的感光区域且与P型埋层相连的P型隔离区。所述P型隔离区可以用于在像素单元之间形成势垒，以防止电子串扰到与之相邻的像素单元；当像素单元发生电子饱和时，迫使电子从另外的势垒较低的位置溢出，减少对相邻像素单元的影响，提高CMOS图像传感器的成像质量。

附图说明

图1是现有技术CMOS图像传感器的形成方法的剖面结构示意图；

图2是本发明第一实施例的CMOS图像传感器的形成方法的流程示意图；

图3～图7是本发明第一实施例的CMOS图像传感器的形成方法的剖面结构示意图；

图8是本发明第二实施例的CMOS图像传感器的形成方法的流程示意图；

图9～11是本发明第二实施例的CMOS图像传感器的形成方法的剖面结构示意图；

图12是本发明第三实施例的CMOS图像传感器的形成方法的流程示意图；

图13是本发明第三实施例的CMOS图像传感器的形成方法的剖面结构示意图；

图14是本发明第四实施例的CMOS图像传感器的形成方法的流程示意图；

图15～图16是本发明第四实施例的CMOS图像传感器的形成方法的剖面结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术CMOS图像传感器的成像质量不高。本发明实施例的发明人经过研究后发现，现有技术直接在P型衬底内形成N型感光区，形成的图像传感器收集电子的能力较弱，且部分电子易溢出至别的像素单元，影响CMOS图像传感器的成像质量。

本发明实施例的发明人经过进一步研究后发现，现有技术直接在所述P型衬底内离子注入形成N型感光区构成的光电二极管，离子注入的能量和光刻胶的厚度有限，无法形成较深的感光区，光电二极管的耗尽区较小，使得所述光电二极管吸收入射光中的原色光，尤其是红光的能力变差，影响彩色图像的信号输出。

经过进一步研究后，本发明实施例的发明人提出对CMOS图像传感器及其形成方法进行改进，提供了一种CMOS图像传感器的形成方法，包括：

提供基底；

形成位于所述基底内或表面的P型埋层；

形成位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层内包括多个像素单元，所述像素单元至少包括一个N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。

相应地，本发明实施例的发明人还提供了一种CMOS图像传感器，包括：

基底；

位于所述基底内或表面的P型埋层；

位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层内包括多个像素单元，所述像素单元至少包括一个N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。

本发明实施例的CMOS图像传感器及其形成方法，通过形成P型埋层加N型外延层的方法增大光电二极管PN结的耗尽区，并形成隔离相邻像素单元的隔离结构，提高了CMOS图像传感器的成像质量。

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包括长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

第一实施例

请参考图2，本发明第一实施例的CMOS图像传感器的形成方法，包括：

步骤S201，提供基底；

步骤S203，形成覆盖所述基底表面的P型埋层；

步骤S205，形成位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。

图3至图6为本发明实施例的CMOS图像传感器的形成方法的剖面结构示意图。

提供基底，所述基底为后续的形成CMOS图像传感器提供工作平台。

在本发明的一实施例中，请参考图3，所述基底300为N型硅衬底，所述N型离子可以为磷离子、砷离子、锑离子等。

在本发明的又一实施例中，请参考图4，所述基底300包括N型半导体衬底301、位于所述N型半导体衬底301表面的初始N型外延层302。其中，所述初始N型外延层302的离子浓度小于所述N型半导体衬底301的离子浓度。采用图4所示的基底虽然成本有所提高，但后续形成P型埋层的形成工艺易于控制，形成的CMOS图像传感器，其光电二极管的耗尽区更大，捕获电子的区域更深，成像质量好。

需要说明的是，如果直接使用N型半导体衬底，当它的浓度在1E14～1E16/cm³时，也可以达到提高CMOS图像传感器的成像质量的目的，不过较低的衬底浓度会带来其他问题，例如，后续形成的CMOS图像传感器良率低。

下面以所述基底300为N型硅衬底为例作示范性说明，请参考图5，形成覆盖所述基底300表面的P型埋层3031。

所述P型埋层3031用于隔离CMOS图像传感器的电子溢出至其他CMOS图像传感器(比如相邻的CMOS图像传感器)。

所述P型埋层3031的形成工艺为离子注入或外延生长工艺。以下均以离子注入形成P型埋层3031的工艺为例进行示范性说明。在本发明的第一实施例中，由于P型埋层3031覆盖所述基底300表面，因此，无需在所述基底300表面形成光刻胶层，而是直接在所述基底300表面注入P型离子形成P型埋层3031，所述P型埋层3031的离子浓度为1E15-1E20/cm³。

请参考图6，形成位于所述基底300上即位于所述P型埋层3031表面的N型外延层305，所述N型外延层305包括多个像素单元(未标识)，所述像素单元包括N型感光区3071，所述N型感光区3071的位置与所述P型埋层3031的位置相对应。

所述N型外延层305为形成所述像素单元提供工作平台，为提高形成的像素单元的光的利用率，所述N型外延层305的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³。

所述像素单元包括至少一个光电二极管(未标识)和多个晶体管(未图示)，其中，所述光电二极管用于对入射到像素单元内的光信号进行光电转换，产生光生载流子，相邻的所述像素单元之间存在边界，且相邻的所述像素单元采用隔离结构隔离；所述晶体管用于传输所述光生载流子。

具体地，所述光电二极管包括N型感光区3071，所述N型感光区3071收集入射到像素单元内的光信号。在本发明的第一实施例中，所述N型感光区3071的位置与所述P型埋层3031的位置相对应，指的是多个所述N型感光区3071均位于所述P型埋层3031的上方。

在本发明的第一实施例中，所述P型埋层3031覆盖所述基底300表面，避免像素单元的电子沿基底300溢出至其他像素单元，并且，本实施例采用P型埋层加N型外延层的方法，使得光电二极管的耗尽区大，所述光电二极管吸收入射光中的原色光(蓝光、绿光和红光)，尤其是红光的能力变强，捕获电子的区域更深，形成的CMOS图像传感器的成像质量好。

进一步地，请继续参考图6，在形成所述N型感光区3071后，在所述N型外延层305内，形成环绕所述像素单元的N型感光区3071且与P型埋层3031相连的P型隔离区309。所述P型隔离区309用于在相邻像素的N型感光区3071之间形成势垒，防止电子溢出，在相邻像素单元之间产生串扰，影响CMOS图像传感器的成像质量。

所述P型隔离区309的形成工艺为离子注入，其具体形成步骤为：在所述N型外延层305表面形成具有开口的光刻胶层(未图示)，所述开口的位置与像素单元的边界相对应；以所述光刻胶层为掩膜，在10～3000kev的能量下，注入浓度为1E15-1E19/cm³的P型离子，形成环绕所述像素单元的感光区3071的P型隔离区309；对所形成的P型隔离区309进行退火处理，使P型隔离区309的P型离子激活。

需要说明的是，为保证形成的P型隔离区309与P型埋层3031相连，本发明实施例的P型隔离区309的形成方法可以为多次离子注入。所述离子注入的能量有低有高，使P型隔离区309上下联通，从而使得防止像素单元的电子沿基底300溢出至其他像素单元的效果更佳。

相应的，采用本发明第一实施例的形成方法形成的CMOS图像传感器，请继续参考图6，包括：

基底300；

位于所述基底300表面的P型埋层3031；

位于所述基底上的N型外延层305，所述N型外延层305内包括多个像素单元，且相邻像素单元采用隔离结构隔离，所述像素单元至少包括一个N型感光区3071，所述N型感光区3071的位置与所述P型埋层3031的位置相对应。

其中，所述P型埋层3031的P型离子浓度为1E15-1E20/cm³；所述N型外延层305的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³。

所述CMOS图像传感器还包括：位于所述N型外延层305内、环绕所述像素单元的N型感光区3071且与所述P型埋层3031相连的P型隔离区309，所述P型隔离区309的离子浓度为1E15-1E19/cm³。

本发明第一实施例提供的CMOS图像传感器，所述P型埋层3031覆盖所述基底300表面，避免像素单元的电子沿基底300溢出至其他像素单元；并且，在本发明的第一实施例中，CMOS图像传感器在基底300上的N型外延层305内具有N型感光区3071，所述N型感光区3071的位置与所述P型埋层3031的位置相对应，增大了光电二极管PN结的耗尽区，使得CMOS图像传感器吸收原色光，尤其是红光的能力增强，提高了CMOS图像传感器的成像质量。

进一步地，所述CMOS图像传感器具有在所述N型外延层305内，环绕所述像素单元的N型感光区3071、且与P型埋层3031相连的P型隔离区309，使得防止像素单元的电子沿基底300溢出至其他像素单元的效果更好。

还需要说明的是，请参考图7，当所述基底300包括N型半导体衬底301、及位于所述N型半导体衬底301表面的初始N型外延层302，所述P型埋层3031覆盖所述初始N型外延层302。

后续工艺请参考第一实施例中基底为N型硅衬底的描述，在这里不再赘述。

请继续参考图7，当所述基底300包括N型半导体衬底301、位于所述N型半导体衬底301表面的初始N型外延层302时，形成的CMOS图像传感器包括：

基底300，所述基底300包括N型半导体衬底301、及位于所述N型半导体衬底301表面的初始N型外延层302；位于所述初始N型外延层302表面的P型埋层3031；位于所述初始N型外延层302上的N型外延层305，所述N型外延层305内形成有多个像素单元，且相邻像素单元采用隔离结构隔离，所述像素单元包括N型感光区3071，所述N型感光区3071的位置与所述P型埋层3031的位置相对应。

进一步的，CMOS图像传感器还包括：位于所述N型外延层305内、环绕所述像素单元的N型感光区3071且与P型埋层3031相连的P型隔离区309，所述P型隔离区309的离子浓度为1E15-1E19/cm³。

第二实施例

请参考图8，本发明第二实施例的CMOS图像传感器的形成方法，包括：

步骤S401，提供基底；

步骤S403，在所述基底表面形成P型埋层，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔；

步骤S405，形成位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。

步骤S401请参考第一实施例相应的描述以及图3或图4。

在本实施例中，以所述基底300为包括N型半导体衬底301、及位于所述N型半导体衬底301表面的初始N型外延层302为例，做示范性说明。

执行步骤S403，请参考图9，在所述初始N型外延层302表面的形成P型埋层3032，所述P型埋层3032包括多个分立的P型埋层单元(未标识)，且相邻所述P型埋层单元之间具有间隔(未标识)。

所述多个分立的P型埋层单元位于同一层，所述包括多个分立的P型埋层单元的P型埋层3032的形成工艺为离子注入，具体为：在所述初始N型外延层302表面形成光刻胶层(未图示)，所述光刻胶层表面具有与P型埋层3032的位置相对应的开口，以所述光刻胶层为掩膜注入P型离子，形成多个分立的P型埋层单元。

在本发明的第二实施例中，形成步骤S405具有两种实例，请相应参考图10，以及图11。

实例1

请参考图10，形成位于所述初始N型外延层302上的N型外延层305，所述N型外延层305内形成有多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区3072，且所述N型感光区3072位于所述P型埋层单元的正上方。

在实例1中，所述N型感光区3072与所述P型埋层3032相对应，即所述N型感光区3072的位于所述P型埋层单元的正上方。

实例2

请参考图11，形成位于所述初始N型外延层302上的N型外延层305，所述N型外延层305内形成有多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区3073，且所述N型感光区3073位于所述间隔的正上方。

在实例2中，所述N型感光区3073与所述P型埋层3032相对应，指的是所述N型感光区3073位于所述间隔的正上方，即与所述P型埋层单元交错开。

进一步的，在本发明的第二实施例中，还可以在所述N型外延层305内形成环绕所述N型感光区且与P型埋层3032相连的P型隔离区309。

在本发明第二实施例中，所述P型埋层3032的形成工艺为离子注入或外延生长工艺，所述P型离子浓度为1E15-1E20/cm³；所述N型外延层305的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³；所述P型隔离区309的形成工艺为离子注入，所述P型隔离区309的离子浓度为1E15-1E19/cm³，具体请参考本发明的第一实施例。

相应地，在本发明的第二实施例中形成的CMOS图像传感器有两种，请分别参考图10、图11。

具体的，请参考图10，实例1中所形成的CMOS图像传感器，包括：

基底300；

位于所述基底300表面的形成P型埋层3032，所述P型埋层3032包括多个分立的P型埋层单元(未标识)，所述P型埋层单元之间具有间隔(未标识)；

位于所述基底300上的N型外延层305，所述N型外延层305内形成有多个像素单元，所述像素单元至少包括一个N型感光区3072，且所述N型感光区3072位于所述P型埋层单元的正上方；

位于所述N型外延层305内，环绕所述N型感光区3072且与P型埋层3032相连的P型隔离区309。

请参考图11，实例2中所形成的CMOS图像传感器，包括：

基底300；

位于所述基底300表面的形成P型埋层3032，所述P型埋层3032包括多个分立的P型埋层单元(未标识)，所述P型埋层单元之间具有间隔(未标识)；

位于所述基底300上的N型外延层305，所述N型外延层305内形成有多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区3073，且所述N型感光区3073位于所述间隔的正上方；

位于所述N型外延层305内，环绕所述N型感光区3073且与P型埋层3032相连的P型隔离区309。

在本发明的第二实施例中，所述P型离子浓度为1E15-1E20/cm³；所述N型外延层的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³；所述P型隔离区的离子浓度为1E15-1E19/cm³。

本发明的第二实施例形成的CMOS图像传感器的对原色光的吸收能力强，且电子不易溢出至其他像素单元，成像质量高。

第三实施例

请参考图12，本发明第三实施例的CMOS图像传感器的形成方法，包括：，包括：

步骤S501，提供基底；

步骤S503，形成位于所述基底内的P型埋层；

步骤S505，形成位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应；

步骤S507，形成位于所述P型埋层上方的所述基底和所述N型外延层内、环绕所述N型感光区且与P型埋层相连的P型隔离区。

与第一实施例和第二实施例不同，本发明的第三实施例的P型埋层形成在基底内，在离子注入形成所述P型埋层时，需要的能量比第一实施例和第二实施例中的能量稍大，其他的步骤请相应地参考第一实施例。

需要说明的是，当所述基底包括N型半导体衬底和形成在所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层时，那么所述P型埋层最好形成在所述初始N型外延层内。

在本发明第三实施例中，所述P型埋层的形成工艺为离子注入或外延生长工艺，所述P型离子浓度为1E15-1E20/cm³；所述N型外延层的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³；所述P型隔离区的形成工艺为离子注入，所述P型隔离区的离子浓度为1E15-1E19/cm³。具体请参考本发明的第一实施例。

相应的，采用本发明实施例形成方法形成的CMOS图像传感器，请参考图13，包括：

基底500；

位于所述基底500内的P型埋层5031；

位于所述基底500上的N型外延层505，所述N型外延层505包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区5071，所述N型感光区5071的位置与所述P型埋层5031的位置相对应；

位于所述P型埋层5031上方的所述基底500和所述N型外延层505内、环绕所述N型感光区5071且与P型埋层5031相连的P型隔离区509。

需要说明的是，当所述基底500包括N型半导体衬底和形成在所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层时，那么所述P型隔离区509位于所述P型埋层上方的初始N型外延层和所述N型外延层505内。

在本发明的第三实施例中，所述P型离子浓度为1E15-1E20/cm³；所述N型外延层505的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³；所述P型隔离区509的离子浓度为1E15-1E19/cm³。具体请参考第一实施例。

在本发明的第三实施例中，所述P型埋层5031位于所述基底500内，使得CMOS图像传感器捕获电子的区域更深，更易吸收原色光，尤其是红光，形成的CMOS图像传感器的成像质量高。

第四实施例

与第一实施例至第三实施例不同，所述基底内形成的P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区与所述P型埋层单元相对应。

请参考图14，本发明第四实施例的CMOS图像传感器的形成方法

步骤S601，提供基底；

步骤S603，在所述基底内形成P型埋层，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔；

步骤S605，形成位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层内形成有多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，且所述N型感光区的位置与所述P型埋层单元的位置相对应；

步骤S607，形成位于所述P型埋层上方的所述基底和所述N型外延层内、环绕所述N型感光区且与所述P型埋层相连的P型隔离区。

形成步骤S605时，有两种不同的实例，请相应参考图15、图16。

实例3

请参考图15，所述N型感光区5072形成在P型埋层单元的正上方。

其他形成步骤请结合参考第一实施例和第三实施例，在此不再赘述。

实例4

请参考图16，所述N型感光区5073形成在所述间隔的正上方，即所述N型感光区5073与所述P型埋层单元相错开。

在本发明第四实施例中，所述P型埋层的形成工艺为离子注入或外延生长工艺，所述P型离子浓度为1E15-1E20/cm³；所述N型外延层505的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³；所述P型隔离区509的形成工艺为离子注入，所述P型隔离区509的离子浓度为1E15-1E19/cm³，具体请参考本发明的第一实施例。

相应地，在本发明的第四实施例中，形成的CMOS图像传感器有两种，请相应参考图15、图16。

采用实例3中的形成方法形成的CMOS图像传感器如图15所示，包括：

基底500；

位于所述基底500内的P型埋层5032，所述P型埋层5032包括多个分立的P型埋层单元(未标识)，所述P型埋层单元之间具有间隔(未标识)；

位于所述基底500上的N型外延层505，所述N型外延层505内形成有多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区5072，且所述N型感光区5072位于所述P型埋层单元的正上方；

位于所述P型埋层5032上方的所述基底500和所述N型外延层505内、环绕所述N型感光区5072且与所述P型埋层5032相连的P型隔离区509。

采用实例4中的形成方法形成的CMOS图像传感器如图16所示，包括：

基底500；

位于所述基底500内的P型埋层5033，所述P型埋层5033包括多个分立的P型埋层单元(未标识)，所述P型埋层单元之间具有间隔(未标识)；

位于所述基底500上的N型外延层505，所述N型外延层505内形成有多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区5073，且所述N型感光区5073位于所述间隔的正上方；

位于所述P型埋层5033上方的所述基底500和所述N型外延层505内、环绕所述N型感光区5073且与所述P型埋层5033相连的P型隔离区509。

在本发明的第四实施例中，所述P型离子浓度为1E15-1E20/cm³；所述N型外延层505的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³；所述P型隔离区509的离子浓度为1E15-1E19/cm³。具体请参考第一实施例。

本发明的第四实施例形成的CMOS图像传感器的对原色光的吸收能力强，且电子不易溢出至其他像素单元，成像质量高。

综上，本发明的实施例在基底内或表面先形成P型埋层，再在基底上形成N型外延层，然后在N型外延层内形成多个像素单元。本发明实施例的CMOS图像传感器中，光电二极管的耗尽区大，所述光电二极管吸收入射光中的原色光尤其是红光的能力变强，捕获电子的区域更深，同时电子溢出和串扰得到有效抑制，CMOS图像传感器输出的彩色图像的质量好。

进一步的，当本发明的实施例的基底包括N型半导体衬底和位于N型半导体衬底的初始N型外延层时，所述初始N型外延层的浓度较低，在后续形成P型埋层时，在形成工艺上容易控制，形成的CMOS图像传感器捕获电子的区域更深，CMOS图像传感器的成像质量更好。

更进一步的，本发明的实施例中，还包括：形成位于所述N型外延层内、环绕所述像素单元的感光区域且与P型埋层相连的P型隔离区。所述P型隔离区可以用于在相邻像素之间形成势垒，以防止电子串扰到与之相邻的像素单元；当像素单元发生电子饱和时，迫使电子从另外的势垒较低的位置溢出，减少对相邻像素单元的影响，提高CMOS图像传感器的成像质量。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (16)

1.一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括：

基底；

位于所述基底内或表面的P型埋层；

位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。

2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应，包括：所述P型埋层覆盖所述基底表面，所述N型感光区位于所述P型埋层的上方；或所述P型埋层位于所述基底内，所述N型感光区位于所述P型埋层的上方；或所述P型埋层位于所述基底内或表面，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区位于所述P型埋层单元的正上方；或所述P型埋层位于所述基底内或表面，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区位于所述间隔的正上方。

3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述基底为N型硅衬底；或所述基底包括N型半导体衬底和位于所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层。

4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，当所述基底包括N型半导体衬底和位于所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层时，所述P型埋层位于所述初始N型外延层的表面或位于所述初始N型外延层内。

5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述P型埋层的P型离子浓度为1E15-1E20/cm³。

6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述N型外延层的厚度为2～7μm，离子浓度为1E10-1E16/cm³。

7.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，还包括：位于所述N型外延层内、环绕所述像素单元的感光区域且与P型埋层相连的P型隔离区。

8.如权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述P型隔离区的离子浓度为1E15-1E19/cm³。

9.一种CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：

提供基底；

形成位于所述基底内或表面的P型埋层；

形成位于所述基底上的N型外延层，所述N型外延层包括多个像素单元，所述像素单元包括N型感光区，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应。

10.如权利要求9所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述N型感光区的位置与所述P型埋层的位置相对应，包括：所述P型埋层覆盖所述基底表面，所述N型感光区位于所述P型埋层的上方；或所述P型埋层位于所述基底内，所述N型感光区位于所述P型埋层的上方；或所述P型埋层位于所述基底内或表面，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区位于所述P型埋层单元的正上方；或所述P型埋层位于所述基底内或表面，所述P型埋层包括多个分立的P型埋层单元，所述P型埋层单元之间具有间隔，所述N型感光区位于所述间隔的正上方。

11.如权利要求9所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述P型埋层的形成工艺为离子注入或者外延生长工艺，所述P型埋层的P型离子浓度为1E15-1E20/cm³。

12.如权利要求9所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述基底为N型硅衬底；或所述基底包括N型半导体衬底和形成在所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层。

13.如权利要求12所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，当所述基底包括N型半导体衬底和形成在所述N型半导体衬底表面的初始N型外延层时，所述P型埋层形成在所述初始N型外延层的表面或位于所述初始N型外延层内。

14.如权利要求9所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：形成位于所述N型外延层内、环绕所述像素单元的感光区域且与P型埋层相连的P型隔离区。

15.如权利要求14所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述P型隔离区的形成工艺为离子注入，所述离子注入的能量为10～3000kev，注入P型离子的浓度为1E15-1E19/cm³。

16.如权利要求15所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述P型隔离区的形成步骤为：在所述N型外延层表面形成具有开口的光刻胶层，所述开口的位置与像素单元的边界相对应；以所述光刻胶层为掩膜，注入P型离子，形成环绕所述像素单元区域的感光区域的P型隔离区；对所形成的P型隔离区进行退火处理。

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