CN102881703B - 图像传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，公开了一种图像传感器及其制备方法。本发明中，该图像传感器包括光电二极管和像素读出电路，该光电二极管包括第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区和第二掺杂区以衬底表面为界面形成PN结，第一掺杂区位于衬底内，第二掺杂区位于衬底表面上方，第一掺杂区在衬底表面上有部分区域未被第二掺杂区覆盖，且第一掺杂区未被第二掺杂区覆盖的区域中至少有部分作为像素读出电路中一个MOS管的有源区，这样，可以有效地降低甚至消除光电二极管的电势偏差，提高图像传感器光生电荷的传输效果，进而提高器件性能。此外，本发明使用图形化减薄、外延和离子注入等传统工艺技术制备该图像传感器，操作简便，易于批量生产。

Description

图像传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及图像传感器。

背景技术

图像传感器是一种广泛应用于数码成像、航空航天以及医疗影像领域的电子元器件。电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice，CCD）图像传感器和互补金属氧化物半导体（C1mplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS）图像传感器是常见的两种图像传感器。

CCD具有低的读出噪音和暗电流噪音，同时具有高光子转换效率，所以既具有高信噪比，又具有高灵敏度，很低光照强度的入射光也能被侦测到，其信号不会被掩盖。另外，CCD还具有高动态范围，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象。但其功耗比较大，供给电压不一致，与传统的CMOS工艺不匹配，集成度不高，所以成本偏高。

与CCD相比，CMOS图像传感器对光线的灵敏度、信噪比都相对较差，导致它在成像质量上难以与CCD抗衡，所以以前主要用于成像质量要求不是很高的中低端市场。但是，随着新的CMOS技术不断改进，CMOS图像传感器在成像质量方面也越来越具有与CCD相抗衡的实力，而且它固有的诸如像元内放大、列并行结构，以及深亚微米CMOS处理等独特的优点更是CCD器件所无法比拟的。而且与CCD技术相比，CMOS技术集成度高、采用单电源和低电压供电、成本低和技术门槛低。低成本、单芯片、功耗低和设计简单等优点。从目前的发展趋势来看，CMOS图像传感器正逐步取代CCD。

图1为现有4T型CMOS图像传感器的电路结构示意图。4T型CMOS图像传感器的像素单元主要包括两部分：感光区域II和像素读出电路I，其中，感光区域II即为一光电二极管PD，像素读出电路I则包括转移晶体管TX、复位晶体管RST、源跟随晶体管APS和行选晶体管RS。目前传统的光电二极管PD大多采用PN结感光二极管结构，图2和图4为现有的两种PN结感光二极管结构CMOS图像传感器示意图。

如果采用图2所示的PN结感光二极管来制作CMOS图像传感器，当在转移晶体管的栅极TX上加工作电压、转移晶体管导通时，在转移晶体管栅极TX的栅压作用下，半导体衬底位于栅极TX下方的部分形成一P型反型层，但受PN结感光二极管N-well区域靠近转移晶体管栅极TX一侧的载流子运动影响，表现在能带图上，位于转移晶体管栅极TX下方的部分P+掺杂区（即：在PN结感光二极管中P+掺杂区在水平方向上超出N-well区域的那一部分）位置会形成一个势垒（barrier），其电势分布图如图3所示，使得PN结感光二极管PD中产生的光生电荷必须先跃过该势垒Barrier，才能在栅极TX的控制下转移至浮动扩散区FD并读出。

如果采用图4所示的PN结感光二极管来制作CMOS图像传感器，同样的，当在转移晶体管的栅极TX上加工作电压、转移晶体管导通时，在转移晶体管栅极TX的栅压作用下，半导体衬底位于栅极TX下方的部分形成一N型反型层，但受PN结感光二极管的P+掺杂区靠近转移晶体管TX栅极一侧的载流子运动影响，表现在能带图上，位于转移晶体管栅极TX下方的部分N掺杂区（即：在PN结感光二极管中N-well区域在水平方向上多出P+掺杂区的那一部分）位置会形成一个电势下陷（pocket），其电势分布图如图5所示，由于该下陷的存在，在像素读出过程中，PN结感光二极管PD中产生光生电荷转移时会有部分电荷被限制在电势下陷pocket区域中，由于无法跃过下陷电势而导致无法在栅极TX的控制下移至浮动扩散区FD进行读出。

因此，在现有技术中，PN结感光二极管中的barrier效应和pocket效应阻碍了光生电荷的传输，图像传感器中光生电荷的读出过程受到较大影响，从而影响了器件灵敏度、动态范围、响应速度、信噪比等参数性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器及其制备方法，可以有效地降低甚至消除光电二极管的电势偏差，即：势垒（barrier）或下陷（pocket），提高图像传感器光生电荷的传输效果，进而提高器件性能。

为解决上述技术问题，本发明公开了一基于半导体衬底的图像传感器，其中包括光电二极管和像素读出电路，该像素读出电路包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管，该光电二极管包括第二半导体类型的第一掺杂区和第一半导体类型的第二掺杂区，第一掺杂区和第二掺杂区以半导体衬底表面为界面形成PN结，第一掺杂区位于衬底内，第二掺杂区位于衬底表面上方；

第一掺杂区在衬底表面上有部分区域未被第二掺杂区覆盖，且第一掺杂区未被第二掺杂区覆盖的区域中至少有部分作为像素读出电路中一个金属氧化物半导体场效应晶体管的有源区，输出光电二极管中的光生电荷。

本发明还公开了一图像传感器的制备方法，包括以下步骤：

提供一半导体衬底；

在衬底中离子注入形成第二半导体类型的第一掺杂区；

在第一掺杂区靠近半导体衬底表面的区域离子注入形成第一半导体类型的第二掺杂区，该第二掺杂区与第一掺杂区构成光电二极管；

图形化减薄衬底表面除第二掺杂区外的区域，至第一掺杂区与第二掺杂区的界面，图形化减薄后，第一掺杂区在减薄后的半导体衬底表面上有部分区域未被第二掺杂区覆盖；

在衬底上制备像素读出电路，该像素读出电路包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管，且半导体衬底表面上，第一掺杂区未被第二掺杂区覆盖的区域中至少有部分作为该像素读出电路中一个金属氧化物半导体场效应晶体管的有源区，输出光电二极管中的光生电荷。

本发明还公开了另一图像传感器的制备方法，包括以下步骤：

提供一半导体衬底；

在衬底表面定义光电二极管区域，并在该光电二极管区域内生长一外延层，该外延层仅覆盖部分该光电二极管区域；

在光电二极管区域的衬底中进行第一次离子注入形成第二半导体类型的第一掺杂区；

在光电二极管区域的外延层进行第二次离子注入形成第一半导体类型的第二掺杂区，该第二次离子注入深度至衬底和外延层的界面处，该界面也是该第二掺杂区与第一掺杂区的界面，第一掺杂区在该界面上有部分区域未被第二掺杂区覆盖，该第二掺杂区与第一掺杂区构成光电二极管；

在衬底上制备像素读出电路，该像素读出电路包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管，且半导体衬底表面上，第一掺杂区未被第二掺杂区覆盖的区域中至少有部分作为像素读出电路中一个金属氧化物半导体场效应晶体管的有源区，输出光电二极管中的光生电荷。

本发明与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

光电二极管并非位于半导体衬底内，只有第一掺杂区位于半导体衬底内，第二掺杂区则以岛状结构凸出置于半导体衬底表面，这样，第二掺杂区不再被包围在第一掺杂区内，而是在垂直方向上置于第一掺杂区表面，因此，在像素读出过程中，当金属氧化物半导体场效应晶体管（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，简称“MOSFET”）栅极上加工作电压、半导体衬底位于该晶体管栅极下方的部分反型形成反型层导通沟道时，光电二极管的第一掺杂区与第二掺杂区界面附近形成PN结的部分全部为耗尽层区域；而在水平方向上，光电二极管的第二掺杂区与MOS管栅极形成了物理隔离，从而可将第一掺杂区中的一部分视作普通的晶体管有源区，在MOS管导通过程中，光电二极管的第二掺杂区载流子不会再受到该晶体管栅极电压的影响而发生寄生载流子运动，从而避免了该晶体管中电势偏差的影响，提高了像素读出过程中的光生电荷转移效率，进一步保证了图像传感器性能。

在衬底上形成传统的光电二极管结构后，图形化减薄衬底表面除一掺杂区之外的区域，减薄深度为该掺杂区厚度，从而形成新的光电二极管结构，仅在传统工艺基础上增加了图形化减薄步骤，操作简便。

使用外延技术和离子注入技术等传统工艺直接在衬底上形成光电二极管结构，操作简便，易于批量生产。

进一步地，第一掺杂区为N型，光生电荷都聚集于该掺杂区中，且该掺杂区的一部分可作为MOS管的有源区，有利于光生电荷的快速转移；第二掺杂区为P型，且掺杂浓度大于第一掺杂区的掺杂浓度，可以提高光敏感性，消除表面态和表面缺陷引起的暗电流，从而减小热噪声。

进一步地，图形化减薄采用等离子体刻蚀或湿法腐蚀工艺，为传统的成熟工艺，易于操作。

附图说明

图1为现有技术中4T型CMOS图像传感器的电路结构示意图；

图2为现有技术中一PN结感光二极管结构CMOS图像传感器的结构示意图；

图3为图2所示结构像素读出过程中PN结感光二极管及转移晶体管的电势分布图；

图4为现有技术中另一PN结感光二极管结构CMOS图像传感器的结构示意图；

图5为图4所示结构像素读出过程中PN结感光二极管及转移晶体管的电势分布图；

图6为本发明第一实施方式中一图像传感器的结构示意图；

图7为现有技术中另一4T型图像传感器的电路结构示意图；

图8为现有技术中一5T型图像传感器的电路结构示意图；

图9为本发明第二实施方式中一图像传感器的制备方法的流程示意图；

图10A至10E为本发明第二实施方式中一图像传感器的制备方法中各步骤示意图；

图11为本发明第三实施方式中一图像传感器的制备方法的流程示意图；

图12A至图12E为本发明第三实施方式中一图像传感器的制备方法中各步骤示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种图像传感器。图6是该图像传感器的结构示意图。

具体地说，如图6所示，该图像传感器基于半导体衬底100，包括光电二极管和像素读出电路，该像素读出电路包括至少一个MOS管。

该光电二极管包括第二半导体类型的第一掺杂区110和第一半导体类型的第二掺杂区120，第一掺杂区110和第二掺杂区120以半导体衬底100表面101为界面形成PN结，第一掺杂区110位于半导体衬底100内，第二掺杂区120位于半导体衬底100表面101上方。可以理解，半导体衬底100材料可以为单晶硅、应变硅、锗、锗硅等，此外，半导体衬底100还可以为带有绝缘埋层的半导体衬底。该半导体衬底100材料可以为第一半导体类型，也可以为第二半导体类型。作为可选实施方式，该半导体衬底100内还包括一第一或第二类型半导体掺杂的阱区，该图像传感器涉及的光电二极管及MOS晶体管均制备在该阱区内。

第一掺杂区110在半导体衬底100表面101上有部分区域未被第二掺杂区120覆盖，且第一掺杂区110未被第二掺杂区120覆盖的区域中至少有部分作为像素读出电路中一个MOS管的有源区，输出光电二极管中的光生电荷。可以理解，有源区包括MOS管的源极区或漏极区。

在本实施方式中，像素读出电路为4T型结构，传输晶体管TX的栅极覆盖部分第一掺杂区110表面，第一掺杂区110和浮动扩散区130分别为传输晶体管的两个有源区。

在本实施方式中，优选地，第一半导体类型是P型，第二半导体类型是N型，所述衬底为P型半导体衬底。

第一掺杂区110为N型，光生电荷都聚集于该掺杂区中，且该掺杂区的一部分可作为MOS管的有源区，有利于光生电荷的快速转移。

第二掺杂区120为P型，且掺杂浓度大于第一掺杂区110的掺杂浓度，可以提高光敏感性，消除表面态和表面缺陷引起的暗电流，从而减小热噪声。

此外，在本发明的其它实施方式中，第一半导体类型也可以是N型，第二半导体类型为P型，此时，第一掺杂区110和第二掺杂区120形成的PN结光电二极管的耗尽区收集的光生电荷为正电荷。

需要指出的是，本实施方式中，第一掺杂区110的掺杂浓度大于半导体衬底100的掺杂浓度，第二掺杂区120的掺杂浓度大于第一掺杂区110的掺杂浓度，上述第一掺杂区、第二掺杂区、衬底的掺杂浓度为本领域技术人员的公知常识，在此不作赘述。

优选地，上述像素读出电路为如图1所示的4T结构，包括：转移晶体管TX、复位晶体管RST、源跟随晶体管APS以及行选晶体管RS。

转移晶体管TX的源极连接光电二极管PD的第一掺杂区110，转移晶体管TX的漏极连接复位晶体管RST的源极，转移晶体管TX的栅极接转移信号。

复位晶体管RST的源极连接源跟随晶体管APS的栅极，复位晶体管RST的漏极连接电源，复位晶体管RST的栅极接复位信号。

源跟随晶体管APS的源极连接行选晶体管RS的源极，源跟随晶体管APS的漏极连接电源。

行选晶体管RS的栅极接行选信号，行选晶体管RS的漏极为输出端。

其中转移晶体管TX的漏极与衬底组成的PN结形成如图6所示的浮动扩散区FD电容。

此外，可以理解，在本发明的其它实施方式中，像素读出电路还可以采用其他包括转移晶体管的电路结构。可以由4个MOS管和积分电路构成，形成如图7所示的4T型结构的图像传感器，该图像传感器包括光电二极管PD、第一MOS管PPS、源跟随晶体管APS、复位晶体管RST、转移晶体管TX、电容FD以及包括运算放大器OP和第二电容CF的积分电路。

光电二极管PD的一端接地，另一端（或非接地端）经由转移晶体管TX与源跟随晶体管APS的栅极连接，用于将光信号转换成电信号。

第一MOS管PPS的栅极与第一控制信号VPPS连接，源漏极中的一极与源跟随晶体管APS的栅极连接，另一极与积分电路运算放大器OP的反相输入端连接。

源跟随晶体管APS源漏极中的一极与偏置电压VAPS连接，另一极与积分电路运算放大器OP的反相输入端连接。

复位晶体管RST的栅极与第二控制信号连接，源漏极中的一极与电源VDD连接，另一极与源跟随晶体管APS的栅极连接。

其中，第一MOS管PPS和复位晶体管RST起开关作用，源跟随晶体管APS起信号放大作用。

积分电路包括运算放大器OP和第二电容CF，用于将输入的电荷或者电流转换为电压信号输出。

运算放大器OP的反相输入端作为积分电路的输入端，同相输入端接地，输出端作为积分电路的输出端。

第二电容CF的一端与运算放大器OP的反相输入端连接，另一端与运算放大器OP的输出端连接。

也可以由5个MOS管和积分电路构成，形成如图8所示的5T型结构的图像传感器，相比于图7的4T型结构，增加了一个MOS管GS，其源漏极中的一极与电源VDD连接，另一极与光电二极管PD的非接地端连接。

本实施方式中，光电二极管PD并非位于半导体衬底内，只有第一掺杂区110位于半导体衬底内，第二掺杂区120则以岛状结构凸出置于半导体衬底100表面，这样，第二掺杂区120不再被包围在第一掺杂区110内，而是在垂直方向上置于第一掺杂区110表面，因此，在像素读出过程中，当MOS管栅极上加工作电压、半导体衬底100位于该晶体管栅极下方的部分反型形成反型层导通沟道时，光电二极管PD的第一掺杂区110与第二掺杂区120界面附近形成PN结的部分全部为耗尽层区域。而在水平方向上，光电二极管PD的第二掺杂区120与MOS管栅极形成了物理隔离，从而可将第一掺杂区110中的一部分视作普通的晶体管有源区，在MOS管导通过程中，光电二极管PD的第二掺杂区120载流子不会再受到该晶体管栅极电压的影响而发生寄生载流子运动，从而避免了该晶体管中电势偏差的影响，提高了像素读出过程中的光生电荷转移效率，进一步保证了图像传感器性能。

本发明第二实施方式涉及一种图像传感器的制备方法。图9是该图像传感器的制备方法的流程示意图，图10A至图10E为各步骤的示意图。如图9所示，该图像传感器的制备方法包括以下步骤：

在步骤901中，提供一半导体衬底100，如图10A所示。可以理解，衬底材料可以为单晶硅、应变硅、锗、锗硅等，也可以为带有绝缘埋层的半导体材料。该半导体衬底100材料可以为第一半导体类型，也可以为第二半导体类型。作为可选实施方式，该半导体衬底100内还包括一第一或第二类型半导体掺杂的阱区，该图像传感器涉及的光电二极管及MOS晶体管均制备在该阱区内。

此后进入步骤902，在半导体衬底100中离子注入形成第二半导体类型的第一掺杂区100，如图10B所示。

此后进入步骤903，在第一掺杂区110靠近半导体衬底100表面的区域离子注入形成第一半导体类型的第二掺杂区120，如图10C所示，该第二掺杂区120与第一掺杂区110构成光电二极管PD。

需要指出的是，本实施方式中，第一掺杂区110的掺杂浓度大于半导体衬底100的掺杂浓度；第二掺杂区120的掺杂浓度大于第一掺杂区110的掺杂浓度。上述各掺杂浓度的具体选值范围为本领域技术人员的公知常识，在此不作赘述。

优选地，本发明中采用离子注入的方式形成各掺杂区。可以理解，在本发明的其他实施方式中，还可以使用合金、扩散等方式在衬底中形成各个掺杂区。

此后进入步骤904，图形化减薄半导体衬底100表面除第二掺杂区120外的区域，至第一掺杂区110与第二掺杂区120的界面101，如图10D所示，图形化减薄后，第一掺杂区110在减薄后的半导体衬底100表面101上有部分区域未被第二掺杂区120覆盖。

可以理解，图形化减薄采用等离子体刻蚀或湿法腐蚀工艺，为传统的成熟工艺，易于操作。

此后进入步骤905，在半导体衬底100上制备像素读出电路，该像素读出电路包括至少一个MOS管，且半导体衬底100表面101上，第一掺杂区110未被第二掺杂区120覆盖的区域中至少有部分作为该像素读出电路中一个MOS管的有源区，输出光电二极管PD中的光生电荷。本具体实施方式中，像素读出电路为4T型，与光电二极管PD相连接的MOS晶体管为转移晶体管TX，如图10E所示，转移晶体管TX的栅极部分覆盖第一掺杂区110，第一掺杂区110与浮动扩散区130作为转移晶体管TX的两个有源区。可以理解，有源区包括MOS管的源极区或漏极区。

此后结束本流程。

在本实施方式中，第一半导体类型是P型，第二半导体类型是N型。

在本实施方式中，第一掺杂区为N型，光生电荷都聚集于该掺杂区中，且该掺杂区的一部分可作为MOS管的有源区，有利于光生电荷的快速转移。

第二掺杂区为P型，且掺杂浓度大于第一掺杂区的掺杂浓度，可以提高光敏感性，消除表面态和表面缺陷引起的暗电流，从而减小热噪声。

此外，在本发明的其它实施方式中，第一半导体类型也可以是N型半导体，第二半导体类型为P型半导体。此时，第一掺杂区和第二掺杂区形成的PN结光电二极管耗尽区收集的光生电荷为正电荷。

优选地，上述像素读出电路为图1所示的4T结构。可以理解，在本发明的其它实施方式中，像素读出电路还可以采用其他包括转移晶体管的电路结构。可以由4个MOS管和积分电路构成，形成如图7所示的4T型结构的图像传感器，也可以由5个MOS管和积分电路构成，形成如图8所示的5T型结构的图像传感器。

在衬底上形成传统的光电二极管结构后，图形化减薄衬底表面除一掺杂区之外的区域，减薄深度为该掺杂区厚度，从而形成新的光电二极管结构，仅在传统工艺基础上增加了图形化减薄步骤，操作简便。该新的光电二极管只有第一掺杂区110位于半导体衬底100内，第二掺杂区120则以岛状结构凸出置于半导体衬底100表面101，这样，第二掺杂区120不再被包围在第一掺杂区110内，而是在垂直方向上置于第一掺杂区110表面，因此，在像素读出过程中，当MOS管栅极上加工作电压、半导体衬底100位于该晶体管栅极下方的部分反型形成反型层导通沟道时，光电二极管的第一掺杂区110与第二掺杂区120界面附近形成PN结的部分全部为耗尽层区域。而在水平方向上，光电二极管的第二掺杂区120与MOS管栅极形成了物理隔离，从而可将第一掺杂区110中的一部分视作普通的晶体管有源区，在MOS管导通过程中，光电二极管的第二掺杂区120载流子不会再受到该晶体管栅极电压的影响而发生寄生载流子运动，从而避免了该晶体管中电势偏差的影响，提高了像素读出过程中的光生电荷转移效率，进一步保证了图像传感器性能。

本实施方式是与第一实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第三实施方式涉及一种图像传感器的制备方法。图11是该图像传感器的制备方法的流程示意图，图12A至图12E为各步骤示意图。如图11所示，该图像传感器的制备方法包括以下步骤：

在步骤1101中，提供一半导体衬底，如图12A所示。可以理解，衬底材料可以为单晶硅、应变硅、锗、锗硅等，也可以为带有绝缘埋层的半导体材料。该半导体衬底100材料可以为第一半导体类型，也可以为第二半导体类型。作为可选实施方式，该半导体衬底100内还包括一第一或第二类型半导体掺杂的阱区，该图像传感器涉及的光电二极管及MOS晶体管均制备在该阱区内。

此后进入步骤1102，在半导体衬底100表面定义光电二极管区域II，并在该光电二极管区域II内生长一外延层200，如图12B所示，外延层200仅覆盖部分光电二极管区域II表面。可以理解，外延层200与半导体衬底100为同类型半导体材料，为单晶硅、应变硅、锗或锗硅等。作为可选实施方式，外延层200与衬底100也可为不同类型半导体材料。

此后进入步骤1103，在光电二极管区域II进行第一次离子注入在半导体衬底100中形成第二半导体类型的第一掺杂区110，如图12C所示。该步骤中，外延层200受离子注入影响，与第一掺杂区110具有相同的掺杂类型和掺杂浓度。

此后进入步骤1104，在光电二极管区域II的外延层200进行第二次离子注入形成第一半导体类型的第二掺杂区120，该第二次离子注入深度至半导体衬底100和外延层200的界面101（即：原半导体衬底100表面）处，该界面101也是该第二掺杂区120与第一掺杂区110的界面，第一掺杂区110在该界面101上有部分区域未被第二掺杂区120覆盖，如图12D所示，该第二掺杂区120与第一掺杂区110构成光电二极管。

需要指出的是，本实施方式中，第一掺杂区110的掺杂浓度大于半导体衬底100的掺杂浓度；第二掺杂区120的掺杂浓度大于第一掺杂区110的掺杂浓度。上述各掺杂浓度的具体选值范围为本领域技术人员的公知常识，在此不作赘述。

优选地，本实施方式中采用离子注入的方式形成各掺杂区。可以理解，在本发明的其他实施方式中，还可以使用合金、扩散等方式形成各个掺杂区。

此后进入步骤1105，在衬底上制备像素读出电路，该像素读出电路包括至少一个MOS管，且半导体衬底110表面101上，第一掺杂区110未被第二掺杂区120覆盖的区域中至少有部分作为像素读出电路中一个MOS管的有源区，输出光电二极管中的光生电荷。具体实施方式中，像素读出电路为4T型或5T型，与光电二极管PD相连接的MOS晶体管为转移晶体管TX，如图12E所示，转移晶体管TX的栅极部分覆盖第一掺杂区110，第一掺杂区110与浮动扩散区130作为转移晶体管TX的两个有源区。可以理解，有源区包括MOS管的源极区或漏极区。

此后结束本流程。

在本实施方式中，第一半导体类型是P型半导体，第二半导体类型是N型。

在本实施方式中，第一掺杂区为N型，光生电荷都聚集于该掺杂区中，且该掺杂区的一部分可作为MOS管的有源区，有利于光生电荷的快速转移。

第二掺杂区为P型，且掺杂浓度大于第一掺杂区的掺杂浓度，可以提高光敏感性，消除表面态和表面缺陷引起的暗电流，从而减小热噪声。

此外，在本发明的其它实施方式中，第一半导体类型也可以是N型，第二半导体类型为P型。此时，由第一掺杂区和第二掺杂区形成的PN结光电二极管的耗尽区收集的光生电荷为正电荷。

优选地，上述像素读出电路为图1所示的4T结构。可以理解，在本发明的其它实施方式中，像素读出电路还可以采用其他包括转移晶体管的电路结构。可以由4个MOS管和积分电路构成，形成如图7所示的4T型结构的图像传感器，也可以由5个MOS管和积分电路构成，形成如图8所示的5T型结构的图像传感器。

使用外延技术和离子注入技术等传统工艺直接在衬底上形成光电二极管结构，操作简便，易于批量生产。该光电二极管只有第一掺杂区110位于半导体衬底100内，第二掺杂区120则以岛状结构凸出置于半导体衬底100表面101，这样，第二掺杂区120不再被包围在第一掺杂区110内，而是在垂直方向上置于第一掺杂区110表面，因此，在像素读出过程中，当MOS管栅极上加工作电压、半导体衬底100位于该晶体管栅极下方的部分反型形成反型层导通沟道时，光电二极管的第一掺杂区110与第二掺杂区120界面附近形成PN结的部分全部为耗尽层区域。而在水平方向上，光电二极管的第二掺杂区120与MOS管栅极形成了物理隔离，从而可将第一掺杂区110中的一部分视作普通的晶体管有源区，在MOS管导通过程中，光电二极管的第二掺杂区120载流子不会再受到该晶体管栅极电压的影响而发生寄生载流子运动，从而避免了该晶体管中电势偏差的影响，提高了像素读出过程中的光生电荷转移效率，进一步保证了图像传感器性能。

本实施方式是与第一实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (3)

1.一种图像传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一半导体衬底；

在所述衬底中离子注入形成第二半导体类型的第一掺杂区；

在所述第一掺杂区靠近半导体衬底表面的区域离子注入形成第一半导体类型的第二掺杂区，该第二掺杂区与所述第一掺杂区构成光电二极管；

针对所述半导体衬底表面除第二掺杂区外的其他区域，进行图形化减薄直至所述第一掺杂区与第二掺杂区的界面，所述第一掺杂区在图形化减薄后的半导体衬底表面上有部分区域未被所述第二掺杂区覆盖；

在图形化减薄后的半导体衬底上制备像素读出电路，该像素读出电路包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管，且半导体衬底表面上，第一掺杂区未被第二掺杂区覆盖的区域中至少有部分作为该像素读出电路中一个金属氧化物半导体场效应晶体管的有源区，输出光电二极管中的光生电荷。

2.根据权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述图形化减薄采用等离子体刻蚀或湿法腐蚀工艺实现。

3.根据权利要求2所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述第一半导体类型是P型，所述第二半导体类型是N型；

所述像素读出电路包括：转移晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管以及行选晶体管；

所述转移晶体管的源极连接所述光电二极管的第一掺杂区，所述转移晶体管的漏极连接所述复位晶体管的源极，所述转移晶体管的栅极接转移信号；

所述复位晶体管的源极连接所述源跟随晶体管的栅极，所述复位晶体管的漏极连接电源，所述复位晶体管的栅极接复位信号；

所述源跟随晶体管的源极连接所述行选晶体管的源极，所述源跟随晶体管的漏极连接电源；

所述行选晶体管的栅极接行选信号，所述行选晶体管的漏极为输出端。