CN113629090A - 一种像素、图像传感器及其制备方法、图像采集装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于半导体技术领域，提供了一种像素、图像传感器及其制备方法、图像采集装置，像素包括：感光区、传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、漂浮扩散有源区；感光区用于将光信号转换为电信号，传输晶体管用于将感光区产生的电信号转移至漂浮扩散有源区，源跟随晶体管用于将漂浮扩散有源区的电信号放大输出，复位晶体管用于至少对漂浮扩散有源区进行复位，通过使传输晶体管的漏极和复位晶体管的源极共用漂浮扩散有源区，并使源跟随晶体管的栅极延伸至半导体衬底中并与漂浮扩散有源区中的N型离子区相接触，有效降低了图像传感器输出的信号噪声。
Description
技术领域
本申请属于半导体技术领域，尤其涉及一种像素、图像传感器及其制备方法、图像采集装置。
背景技术
图像传感器广泛应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。随着半导体制造技术的不断进步，图像传感器向着低功耗、高度集成及尺寸更小的技术方向发展。在智能手机、微型监控装置、数字照相机等应用领域中，用于采集图像的传感器芯片越来越趋于小型化。在CMOS图像传感器设计、制造和加工过程中，为了降低成本而减小芯片面积，需考虑优化传感器像素结构及工艺，以降低传感器像素输出图像信号的噪声。
在现有的半导体制造工艺技术背景下，图像传感器像素的尺寸向着小面积方向发展，优化源跟随晶体管和漂浮扩散有源区的技术越来越有挑战。
发明内容
为了实现上述目的，本申请实施例提供一种像素、图像传感器及其制备方法、图像采集装置，旨在通过优化传输晶体管和复位晶体管的结构，使其共用漂浮扩散有源区，并使源跟随晶体管的栅极延伸至半导体衬底中并与漂浮扩散有源区中的N型离子区相接触，可以有效降低传感器像素输出的噪声。
本申请实施例第一方面提供了一种像素，所述像素包括：感光区、传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、漂浮扩散有源区；
所述感光区用于将光信号转换为电信号；所述传输晶体管用于将所述感光区产生的所述电信号转移至所述漂浮扩散有源区；所述源跟随晶体管用于将所述漂浮扩散有源区的电信号放大输出；所述复位晶体管用于至少对所述漂浮扩散有源区进行复位；
所述传输晶体管的源极连接至所述感光区的输出端，所述传输晶体管的漏极、所述复位晶体管的源极以及所述源跟随晶体管的栅极共接；
所述复位晶体管的漏极连接至第一电源；
所述源跟随晶体管的漏极连接至第二电源；
所述源跟随晶体管的源极连接至传感器像素信号输出端；
其中，所述传输晶体管的漏极与所述复位晶体管的源极共用所述漂浮扩散有源区，所述漂浮扩散有源区包括N型离子区，所述源跟随晶体管的栅极延伸至半导体衬底中并与所述N型离子区相接触。
在一个实施例中，所述漂浮扩散有源区的还包括P型离子区，所述N型离子区至少位于所述P型离子区下方，且所述源跟随晶体管的栅极与所述P型离子区之间具有间距。
在一个实施例中，所述漂浮扩散有源区的还包括P型离子区，所述N型离子区至少位于所述P型离子区下方，且所述源跟随晶体管的栅极与所述P型离子区之间具有间距。
在一个实施例中，所述漂浮扩散有源区上设有介质层，所述P型离子区设于所述介质层与所述N型离子区之间。
在一个实施例中，所述源跟随晶体管的栅极呈“L”型结构。
在一个实施例中，所述图像传感器还包括像素选择晶体管，所述像素选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极相连，所述像素选择晶体管的源极为传感器像素信号输出端。
在一个实施例中，所述感光区包括光电二极管，所述光电二极管的第一端接地，所述光电二极管的第二端与所述传输晶体管的源极相连。
在一个实施例中，所述复位晶体管的漏极、所述源跟随晶体管的漏极共接电源正极。
在一个实施例中，所述图像传感器包括若干个器件隔离结构，所述源跟随晶体管的栅极的部分位于邻近的所述器件隔离结构中并基于所述器件隔离结构与所述N型离子区相接触。
在一个实施例中，所述源跟随晶体管的下表面高于所述N型离子区的下表面，所述N型离子区的下表面高于所述器件隔离结构的下表面。
本申请一个实施例第二方面还提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括多个如上述方案中任意一项所述的像素。
本申请一个实施例第三方面还提供了一种图像传感器的制备方法，应用于如上述任一项所述的图像传感器，所述制备方法包括：
在P型阱区形成器件隔离结构，对所述器件隔离结构进行刻蚀形成填充沟槽，其中，所述填充沟槽的深度小于所述器件隔离结构的深度，所述器件隔离结构位于所述源跟随晶体管与所述漂浮扩散有源区之间；
在所述填充沟槽表面形成栅氧化物层；
去除靠近所述漂浮扩散有源区一侧的栅氧化物层，并形成栅极材料填充沟槽；
形成栅极材料层，并对所述栅极材料层刻蚀，以至少形成所述源跟随晶体管的栅极；
在所述漂浮扩散有源区区域形成N型离子区，其中，所述传输晶体管的漏极与所述复位晶体管的源极共用所述漂浮扩散有源区，所述源跟随晶体管的栅极延伸至半导体衬底中并与所述N型离子区相接。
在一个实施例中，形成栅极材料层，并对所述栅极材料层刻蚀还包括至少形成所述传输晶体管的栅极，其中，形成所述N型离子区之后还包括步骤：
在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区上形成栅极侧墙，并在所述N型离子区形成P型离子区。
在一个实施例中，所述对器件隔离结构进行刻蚀形成填充沟槽之前，还包括：
在所述P型阱区上形成保护层，在所述保护层上制备刻蚀掩膜层，以露出刻蚀区域，并基于所述刻蚀掩膜层对刻蚀区域刻蚀形成填充沟槽；
去除所述刻蚀掩膜层，并去除所述P型阱区表面的保护层。
在一个实施例中，所述在所述填充沟槽表面形成栅氧化物层，包括：
在所述P型阱区表面以及所述填充沟槽内表面采用热氧化工艺形成栅氧化物层。
在一个实施例中，所述栅氧化物层的厚度小于10nm。
在一个实施例中，所述去除靠近所述传输晶体管一侧的栅氧化物层，并形成栅极材料填充沟槽，包括：
在所述栅氧化物层上遮蔽掩膜层，并露出填充槽刻蚀区域，其中，所述填充槽刻蚀区域靠近所述传输晶体管一侧；
去除所述填充槽刻蚀区域的栅氧化物层，并去除所述遮蔽掩膜层。
在一个实施例中，所述在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区区域形成N型离子区，包括：
在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区区域注入N型离子形成N型离子区，所述N型离子的注入深度小于所述器件隔离结构的深度且大于所述栅极材料填充沟槽的深度。
本申请一个实施例第四方面还提供了一种图像采集装置，所述图像采集装置包括如上述任一项所述的图像传感器，或者包括如上述任一项所述的制备方法所制备的图像传感器。
本申请一个实施例提供了一种像素，图像传感器及其制备方法、图像采集装置，图像传感器包括：感光区、传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、漂浮扩散有源区；感光区用于将光信号转换为电信号，传输晶体管用于将感光区产生的电信号转移至漂浮扩散有源区，源跟随晶体管用于将漂浮扩散有源区的电信号放大输出，复位晶体管用于至少对漂浮扩散有源区进行复位，通过使传输晶体管的漏极和复位晶体管的源极共用漂浮扩散有源区，并使源跟随晶体管的栅极延伸至半导体衬底中并与漂浮扩散有源区中的N型离子区相接触，有效降低了图像传感器输出的信号噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的图像传感器的电路结构示意图；
图2是本申请一个实施例提供的图像传感器的器件结构示意图；
图3是本申请一个实施例提供的传输晶体管的漏极与复位晶体管的源极共用所述漂浮扩散有源区的结构示意图；
图4是本申请另一个实施例提供的图像传感器的电路原理示意图；
图5是本申请另一个实施例提供的图像传感器的电路原理示意图；
图6是本申请一个实施例提供的制备方法的流程示意图；
图7是本申请一个实施例提供的对器件隔离结构进行刻蚀的示意图；
图8是本申请一个实施例提供的栅氧化物层的示意图；
图9是本申请一个实施例提供的对器件隔离结构的栅氧化物层刻蚀的示意图；
图10是本申请一个实施例提供的生成晶体管栅极的示意图；
图11是本申请一个实施例提供的形成漂浮扩散有源区N型离子区的示意图；
图12是本申请一个实施例提供的形成晶体管栅极多晶硅侧墙的示意图；
图13是本申请一个实施例提供的形成漂浮扩散有源区P型离子区的示意图；
图14是本申请一个实施例提供的步骤S10的流程示意图。
附图标记：
201：光电二极管；202：传输晶体管；203：复位晶体管；204：源跟随晶体管；205：像素选择晶体管；FD：漂浮扩散有源区；
301：栅氧化物层；302：晶体管栅极多晶硅；303：漂浮扩散有源区FD中的P型离子区；304：漂浮扩散有源区FD中的N型离子区；305：器件隔离结构；P-epi：硅基外延层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
本申请提供一种像素，其中，图1为本申请一个实施例提供的图像传感器的电路原理图，结合图1所示，图像传感器像素包括像素阵列，所述像素阵列包括多个按行和按列排列的所述像素，所述像素包含感光区201、传输晶体管202、复位晶体管203、源跟随晶体管204、漂浮扩散有源区FD。
其中，感光区201用于将光信号转换为电信号，传输晶体管202用于将感光区201产生的电信号转移至漂浮扩散有源区FD，源跟随晶体管204用于将漂浮扩散有源区FD的电信号放大输出，复位晶体管203用于至少对漂浮扩散有源区FD进行复位。
具体的，传输晶体管202的源极与感光区201的输出端连接，传输晶体管202的漏极、复位晶体管203的源极以及源跟随晶体管204的栅极共接，传输晶体管202的栅极用于接收传输控制信号TX。在一示例中，可以是感光区201作为传输晶体管202的源极、漂浮扩散有源区FD作为传输晶体管202的漏极，同时，漂浮扩散有源区FD作为复位晶体管的源极。
复位晶体管203的漏极接第一电源Vdd1；源跟随晶体管204的漏极接第二电源Vdd2，源跟随晶体管204的源极连接至传感器像素信号输出端Output，复位晶体管203的栅极用于接收复位信号RST。其中，第一电源和第二电源可以是不同的电源，当然，二者也可以是同一电源。
传感器像素在工作过程中，通常由感光区201将接收到的光信号转换为光电电荷信号，光电电荷被传输到漂浮扩散有源区FD后，传感器像素中的源跟随晶体管204将光电电荷信号转换为光电信号输出，供后级信号处理系统进行处理。
由传感器像素的输出端Output输出的光电信号中，通常含有信号噪声，其主要来源于源跟随晶体管204的随机噪声，而且该噪声大小与源跟随晶体管204的面积以及漂浮扩散有源区FD的寄生电容相关。
本申请通过优化源跟随晶体管和漂浮扩散有源区的工艺结构，可以减少图像传感器像素输出的光电信号中包含的信号噪声。
具体的，结合图2和图3所示，图2中的虚线206表征指向硅基内部的切面位置，切面结构示意图如图3所示。206的切面AB位置与图2中的206虚线AB位置保持一致。301为栅氧化物层，302为源极跟随晶体管栅极多晶硅，303为漂浮扩散有源区FD中的P型离子区，304为漂浮扩散有源区FD中的N型离子区，305为器件隔离结构，306为硅基的P型阱区，P-epi为硅基外延层。
传输晶体管202的漏极与复位晶体管203的源极共用漂浮扩散有源区FD，漂浮扩散有源区FD包括N型离子区304，源跟随晶体管204的栅极延伸至半导体衬底中并与N型离子区304相接触。
其中，半导体衬底可以是用于制备CMOS图像传感器的各部件的衬底，例如，半导体衬底可以是初始衬底(如硅基衬底)以及形成在初始衬底表面的外延层，各部件制备在所述外延层中，当然，所述硅基衬底还可以是其他常用的替代衬底。另外，所述半导体衬底还可以是硅、锗、锗硅、绝缘体上硅、绝缘体上锗、绝缘体上锗硅、碳化硅、三五族半导体化合物等衬底。
通常，漂浮扩散有源区与源跟随晶体管204的栅极通过金属线连接，源跟随晶体管204为平面结构，且位于硅基有源区上方。漂浮扩散有源区的寄生电容与光电信号的转换增益呈反比，寄生电容越小，转换增益越高，传感器像素输出的信号噪声越低。
在具体应用中，漂浮扩散有源区的寄生电容包括金属线寄生电容和硅基有源区寄生电容两部分，由于硅基有源区面积受到金属接触孔(例如图2中的接触孔401、接触孔402、接触孔403、接触孔404、接触孔405以及接触孔406)设计约束而不能太小，则通过减小硅基有源区面积以降低寄生电容受到限制，另一方面，源跟随晶体管204的面积受到传感器像素面积的约束，因此，在小面积传感器像素中，源跟随晶体管204的面积不能过大，因此通过减小源跟随晶体管204的面积以减小随机噪声的方式受到极大的限制。
而在本实施例中，由于源跟随晶体管204的栅极多晶硅与漂浮扩散有源区FD中的N型离子区304在半导体硅基内部直接相接，避免了使用金属线作为互连线，消除了金属线产生的寄生电容，并且漂浮扩散有源区FD无需金属接触孔设计，相对现有技术可进一步缩小有源区面积从而降低寄生电容。因此，本申请一个实施例中的图像传感器像素通过使传输晶体管的漏极与复位晶体管的源极共用漂浮扩散有源区FD可有效降低漂浮扩散有源区FD的寄生电容，升高光电转换增益，从而降低了像素输出的信号噪声。CMOS图像传感器像素中的源跟随晶体管面积越大，漂浮扩散有源区的寄生电容越小，像素输出的等效信号噪声就会越低。
在一个实施例中，漂浮扩散有源区FD还包括P型离子区303，N型离子区304至少位于P型离子区203的下方，且源跟随晶体管204的栅极与P型离子区203之间具有间距，以避免源跟随晶体管204的栅极与P型离子区203接触。在一示例中，N型离子区304位于P型阱区306中，且二者上表面相平齐，所述P型离子区303位于所述N型离子区304中，且P型离子区303与N型离子区304的上表面相平齐。在进一步示例中，可以理解为，所述N型离子区304位于所述P型离子区303的下方并扩展至P型离子区303侧部，即，P型离子区303侧部边缘与N型离子区304侧部边缘之间具有间距。
在一个实施例中，漂浮扩散有源区FD上设有介质层，P型离子区203设于介质层与N型离子区304之间，
在本实施例中，通过设置于漂浮扩散有源区FD上层的P型离子区303，将下层的N型离子区304与漂浮扩散有源区FD表面的介质层隔离开，可有效降低漂浮扩散有源区的暗电流噪声。
在一个实施例中，该介质层可以为氧化物介质层，例如氧化硅等，通过氧化漂浮扩散有源区FD表面的硅材料形成，也可以是沉积工艺形成，该介质层也可以为氮化硅等绝缘介质层。在一个实施例中，漂浮扩散有源区FD上设有氧化物介质层，P型离子区设于氧化物介质层与N型离子区之间。
在一个实施例中，源跟随晶体管204的栅极呈“L”型结构。
在本实施例中，源跟随晶体管204的栅极的一部分位于半导体衬底表面，源跟随晶体管204的栅极的另一部分位于半导体衬底内部，从而形成一个躺平的“L”型，且位于器件内部的栅极部分与漂浮扩散有源区的N型离子区连接，从而避免了使用金属线作为互连线，消除了金属线产生的寄生电容。
在本实施例中，源跟随晶体管204栅极的面积为硅基有源区表面的栅极多晶硅与半导体内部的栅极多晶硅两部分面积之和，从而可以在有限的像素面积内有效增加源跟随晶体管204的面积，降低了源跟随晶体管204所导致的噪声。
在一个实施例中，N型离子区304可以通过在P型阱区中注入N型离子形成。
例如，通过在P型阱区中注入磷离子或者砷离子。
在一个实施例中，P型离子区303可以通过在N型离子区304中注入P型离子形成。
例如，通过在N型离子区304注入更高浓度的硼离子或者氟化硼离子，从而在N型离子区304上形成P型离子区303。
在一个实施例中，参见图4所示，图像传感器还包括像素选择晶体管205，像素选择晶体管205的漏极与源跟随晶体管204的源极相连，像素选择晶体管205的源极为传感器像素信号输出端Output。
在本实施例中，像素选择晶体管205的栅极用于接收像素选择信号RS，像素选择晶体管205用于根据接收的像素选择信号RS进行开关以筛选出需要的传感器像素信号。
在一个实施例中，参见图4所示，感光区201包括光电二极管，光电二极管的第一端接地，光电二极管的第二端作为传输晶体管202的源极。
在本实施例中，光电二极管用于感应光信号，并将光信号转换为电信号。
在一个实施例中，参见图5所示，复位晶体管203的漏极、源跟随晶体管204的漏极共接电源正极VDD。
为了解决上述技术问题，本申请一个实施例还提供了一种图像传感器的制备方法，该制备方法可以应用于上述任一项实施例的图像传感器，具体的，参见图6所示，该制备方法包括步骤S10、步骤S20、…、步骤S50。
在步骤S10中，在P型阱区形成器件隔离结构，对器件隔离结构305进行刻蚀形成填充沟槽，其中，填充沟槽的深度小于器件隔离结构305的深度，器件隔离结构305位于源跟随晶体管204与漂浮扩散有源区FD之间。
参见图7所示，在本实施例中，P型阱区306形成于外延层P-epi上，该外延层P-epi可以采用外延生长工艺形成在初始衬底上，所述初始衬底可以是硅衬底，且P型阱区306内设有多个器件隔离结构305，多个器件隔离结构305用于隔离相邻的晶体管结构，通过掩膜311定义出填充沟槽的刻蚀区域，对位于源跟随晶体管204与漂浮扩散有源区FD之间的器件隔离结构305进行刻蚀，以形成填充沟槽。
在一个实施例中，外延层P-epi中的P型离子的掺杂浓度小于P型阱区306中的P型离子的掺杂浓度。
在步骤S20中，在填充沟槽表面形成栅氧化物层301。
在本实施例中，通过在P型阱区306表面和填充沟槽表面形成栅氧化物层301，为后续的刻蚀工艺提供保护，形成栅氧化物层301的结构图参见图8所示。
在一个具体实施例中，可以在P型阱区306表面和填充沟槽表面使用化学气相淀积法或者热氧化工艺生成氧化物层301，以作为晶体管器件的栅氧介质，如图8所示。
在一个实施例中，栅氧化物层301的厚度小于10nm，如，可以是6nm、8nm。
在本实施例中，通过控制栅氧化物层301的厚度小于10nm，可以在起到作为栅氧介质的作用下，同时避免氧化层过厚导致后续步骤的离子注入困难。
在步骤S30中，去除靠近漂浮扩散有源区FD一侧的栅氧化物层，并形成栅极材料填充沟槽。
在本实施例中，参见图9所示，填充沟槽表面形成有栅氧化物层，通过掩膜312定义出栅氧化物层的刻蚀区域，即靠近传输晶体管一侧的区域，以用于填充栅极材料(例如多晶硅等)，通过去除靠近传输晶体管一侧的栅氧化物层301，从而使得填充的栅极材料与漂浮扩散有源区中的N型离子区304相接触。
在步骤S40中，形成栅极材料层302，并对栅极材料层302刻蚀，以至少形成源跟随晶体管204的栅极，如图10所示。
在本实施例中，源跟随晶体管204的栅极躺平L型结构，晶体管面积为硅基有源区表面的多晶硅面积与半导体内部的多晶硅面积部分两部分的面积之和，在有限的传感器像素面积内可有效增加了源跟随晶体管204的面积，从而降低了源跟随晶体管204所导致的信号噪声。
在一个具体实施例中，栅极材料可以为多晶硅，可以采用沉积多晶硅的方法在填充沟槽填充多晶硅。
在一个具体实施例中，通过旋涂光刻胶、显影出刻蚀区，对刻蚀区进行刻蚀的方式以进行多晶硅刻蚀。
在步骤S50中，在漂浮扩散有源区FD的区域形成N型离子区304，其中，传输晶体管202的漏极与复位晶体管203的源极共用漂浮扩散有源区FD，源跟随晶体管204的栅极延伸至半导体衬底中并与N型离子区相接。
在本实施例中，参见图11所示，半导体衬底可以为硅基半导体(例如包括P型阱区306)，由于源跟随晶体管204的栅极多晶硅与漂浮扩散有源区FD中的N型离子区304在半导体硅基内部直接相接，避免了使用金属线作为互连线，消除了金属线产生的寄生电容，并且漂浮扩散有源区FD无需金属接触孔设计，相对现有技术可进一步缩小有源区面积从而降低寄生电容。因此，本申请一个实施例中的图像传感器像素通过使传输晶体管的漏极与复位晶体管的源极共用漂浮扩散有源区FD可有效降低漂浮扩散有源区FD的寄生电容，升高光电转换增益，从而降低了像素输出的信号噪声。
在一个具体实施例中，漂浮扩散有源区FD的区域形成N型离子区304采用离子束注入的方式进行掺杂，可按照N型离子区304的离子浓度和注入深度进行掺杂。
在一个实施例中，离子束注入可是使用磷离子注入也可是砷离子注入。
在一个实施例中，注入深度小于器件隔离结构的深度，并大于源跟随晶体管204栅极多晶硅深入半导体硅基内部(栅极材料填充凹槽)的深度，如图11所示。
在一个实施例中，形成栅极材料层，并对所述栅极材料层刻蚀还包括至少同时形成所述传输晶体管的栅极，其中，形成所述N型离子区之后还包括步骤：
在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区上形成栅极侧墙，并基于栅极侧墙在所述N型离子区形成P型离子区。当然，还可以是形成栅极侧墙之后还在器件结构上形成P型离子注入掩膜层，并基于所述P型离子注入掩膜层形成所述P型离子区。
在本实施例中，在形成栅极材料层之后，通过对栅极材料层刻蚀，还可以形成传输晶体管的栅极，并在形成N型离子区之后通过P型离子注入形成P型离子区，其制备步骤为：在源跟随晶体管204的栅极与传输晶体管202的栅极之间的漂浮扩散有源区FD上形成栅极侧墙11，并在所述N型离子区304形成P型离子区305。
参见图12和图13所示，通过在源跟随晶体管204的栅极与传输晶体管202的栅极之间的漂浮扩散有源区FD上形成栅极侧墙313，定义出P型离子区的掺杂区域，并避免形成的P型离子区305与源跟随晶体管204的栅极接触，使两者之间保持一定的间距。
在一个具体实施例中，在漂浮扩散有源区FD上形成栅极侧墙工艺可以在栅极区域执行化学气相淀积，淀积后在栅极两侧形成侧墙薄膜，然后执行各向异性的干法刻蚀，刻蚀后的栅极侧墙成对称结构，最后执行源漏重掺杂以及退火工艺，源极和漏极两侧的掺杂离子距离器件沟道的距离均由栅极侧墙的宽度决定。
在一个具体实施例中，N型离子区304的区域形成P型离子区303采用离子束注入的方式进行掺杂，可按照P型离子区303的离子浓度和注入深度进行掺杂。
在一个实施例中，栅极侧墙宽度小于0.1um，例如，可以是0.08μm、0.05μm。
在一个实施例中，可以是在栅极侧墙进行刻蚀的同时去除N型离子区304表面的栅氧化物。
在一个实施例中，离子束注入可是使用硼离子注入也可是氟化硼离子注入。
在一个实施例中，P型离子区303位于N型离子区304表面，深度小于N型离子区304的深度，如图13所示。
在一个实施例中，参见图14所示，对器件隔离结构进行刻蚀形成填充沟槽之前还包括步骤S11和步骤S12。
在步骤S11中，在所述P型阱区上形成保护层，在所述保护层上制备刻蚀掩膜层，以露出刻蚀区域，并基于所述刻蚀掩膜层对刻蚀区域刻蚀形成填充沟槽，如图7所示。
在步骤S12中，去除所述刻蚀掩膜层，并去除所述P型阱区表面的保护层。
在一个具体应用实施例中，在所述P型阱区306上形成保护层，并在保护层上制备用于定义刻蚀区域的刻蚀掩膜层，并基于刻蚀掩膜层对露出的刻蚀区域刻蚀形成填充沟槽。
在一个实施例中，刻蚀掩膜层可以为光刻胶，通过光刻胶显影露出刻蚀区域，刻蚀区域位于器件隔离结构上方，刻蚀深度小于器件隔离结构305的深度，如图7所示。
在一个实施例中，保护层上方形成的刻蚀掩膜层的材料还可以是氮化硅材料或者是氮化硅材料与光刻胶材料的组合。
在一个实施例中，保护层可以为氧化硅绝缘层或者氮化硅绝缘层。
在一个实施例中，保护层的厚度可以为1-20nm，例如，可以是10nm、15nm。
在刻蚀完成之后，清洗光刻胶，并去除P型阱区表面的保护层。
在一个实施例中，在步骤S20中，在所述填充沟槽表面形成栅氧化物层，包括：在所述P型阱区表面以及所述填充沟槽内表面采用热氧化工艺形成栅氧化物层；所述栅氧化物层的厚度小于10nm。
在本实施例中，P型阱区306主要是通过在外延层P-epi注入P型离子形成，由于外延层P-epi形成于半导体衬底上，通过对半导体衬底进行氧化即可在其表面形成氧化层，氧化层的厚度可以根据氧化条件进行控制，例如，通过热氧化工艺将P型阱区表面以及填充沟槽内表面的硅基半导体进行氧化得到氧化硅，从而形成栅氧化物层，参见图8所示。
在一个实施例中，在步骤S30中，去除靠近所述传输晶体管一侧的栅氧化物层，并形成栅极材料填充沟槽，包括：在所述栅氧化物层上遮蔽掩膜层，并露出填充槽刻蚀区域，其中，所述填充槽刻蚀区域靠近所述传输晶体管一侧；去除所述填充槽刻蚀区域的栅氧化物层，并去除所述遮蔽掩膜层。
在本实施例中，结合图9所示，通过在栅氧化物层301上遮蔽掩膜层，并露出填充槽刻蚀区域，具体的，由掩膜312定义出栅氧化物层的刻蚀区域，即靠近传输晶体管一侧的区域，去除所述填充槽刻蚀区域的栅氧化物层，以用于填充栅极材料(例如多晶硅等)，使得填充的栅极材料与漂浮扩散有源区中的N型离子区304相接触。
在一个实施例中，在步骤S50中，在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区区域形成N型离子区，包括：在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区区域注入N型离子形成N型离子区，所述N型离子的注入深度小于所述器件隔离结构的深度且大于所述源跟随晶体管延伸至半导体衬底的深度。
在本实施例中，源跟随晶体管204的栅极多晶硅与漂浮扩散有源区FD的N型离子区304在半导体硅基内部直接相接，避免了使用金属线作为互连线，消除了金属线产生的寄生电容，并且漂浮扩散有源区FD无需金属接触孔设计，相对现有技术可进一步缩小有源区面积从而降低寄生电容。因此，本申请的传感器像素可有效降低漂浮扩散有源区FD的寄生电容，升高光电转换增益，从而降低了传感器像素输出的信号噪声。
进一步地，漂浮扩散有源区FD上层形成有P型离子区303，将下层的N型离子区304与漂浮扩散有源区FD表面的氧化物介质层隔离开，可有效降低漂浮扩散有源区FD产生的暗电流噪声。
由此可见，本申请的像素、CMOS图像传感器及其工艺方法，优化了漂浮扩散有源区结构和源跟随晶体管结构的设计，有效地降低了传感器像素输出的噪声。
以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种像素，其特征在于，所述像素包括：感光区、传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、漂浮扩散有源区；
所述感光区用于将光信号转换为电信号；所述传输晶体管用于将所述感光区产生的所述电信号转移至所述漂浮扩散有源区；所述源跟随晶体管用于将所述漂浮扩散有源区的电信号放大输出；所述复位晶体管用于至少对所述漂浮扩散有源区进行复位；
所述传输晶体管的源极连接至所述感光区的输出端，所述传输晶体管的漏极、所述复位晶体管的源极以及所述源跟随晶体管的栅极共接；
所述复位晶体管的漏极连接至第一电源；
所述源跟随晶体管的漏极连接至第二电源；
所述源跟随晶体管的源极连接至传感器像素信号输出端；
其中，所述传输晶体管的漏极与所述复位晶体管的源极共用所述漂浮扩散有源区，所述漂浮扩散有源区包括N型离子区，所述源跟随晶体管的栅极延伸至半导体衬底中并与所述N型离子区相接触。
2.如权利要求1所述的像素，其特征在于，所述漂浮扩散有源区的还包括P型离子区，所述N型离子区至少位于所述P型离子区下方，且所述源跟随晶体管的栅极与所述P型离子区之间具有间距。
3.如权利要求2所述的像素，其特征在于，所述漂浮扩散有源区上设有介质层，所述P型离子区设于所述介质层与所述N型离子区之间。
4.如权利要求1所述的像素，其特征在于，所述源跟随晶体管的栅极呈“L”型结构。
5.如权利要求1所述的像素，其特征在于，所述像素还包括像素选择晶体管，所述像素选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极相连，所述像素选择晶体管的源极为传感器像素信号输出端；和/或，所述感光区包括光电二极管，所述光电二极管的第一端接地，所述光电二极管的第二端与所述传输晶体管的源极相连；和/或，所述复位晶体管的漏极、所述源跟随晶体管的漏极共接电源正极。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的像素，其特征在于，所述像素包括若干个器件隔离结构，所述源跟随晶体管的栅极的部分位于邻近的所述器件隔离结构中并基于所述器件隔离结构与所述N型离子区相接触。
7.如权利要求6所述的像素，其特征在于，所述源跟随晶体管的下表面高于所述N型离子区的下表面，所述N型离子区的下表面高于所述器件隔离结构的下表面。
8.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个如权利要求1-7任意一项所述的像素。
9.一种图像传感器的制备方法，应用于如权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述制备方法包括：
在P型阱区形成器件隔离结构，对所述器件隔离结构进行刻蚀形成填充沟槽，其中，所述填充沟槽的深度小于所述器件隔离结构的深度，所述器件隔离结构位于所述源跟随晶体管与所述漂浮扩散有源区之间；
在所述填充沟槽表面形成栅氧化物层；
去除靠近所述漂浮扩散有源区一侧的栅氧化物层，形成栅极材料填充沟槽；
形成栅极材料层，并对所述栅极材料层刻蚀，以至少形成所述源跟随晶体管的栅极；
在所述漂浮扩散有源区区域形成N型离子区，其中，所述传输晶体管的漏极与所述复位晶体管的源极共用所述漂浮扩散有源区，所述源跟随晶体管的栅极延伸至半导体衬底中并与所述N型离子区相接触。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，形成所述源跟随晶体管的栅极的同时还至少形成所述传输晶体管的栅极，其中，形成所述N型离子区之后还包括步骤：
在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区上形成栅极侧墙，并在所述N型离子区形成P型离子区。
11.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，对器件隔离结构进行刻蚀形成所述填充沟槽之前还包括：
在所述P型阱区上形成保护层，在所述保护层上制备刻蚀掩膜层，以露出刻蚀区域，并基于所述刻蚀掩膜层对刻蚀区域刻蚀形成所述填充沟槽；
去除所述刻蚀掩膜层，并去除所述P型阱区表面的保护层。
12.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述填充沟槽表面形成栅氧化物层，包括：
在所述P型阱区表面以及所述填充沟槽内表面采用热氧化工艺形成所述栅氧化物层；所述栅氧化物层的厚度小于10nm。
13.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，去除靠近所述传输晶体管一侧的栅氧化物层，并形成所述栅极材料填充沟槽，包括：
在所述栅氧化物层上遮蔽掩膜层，并露出填充槽刻蚀区域，其中，所述填充槽刻蚀区域靠近所述传输晶体管一侧；
去除所述填充槽刻蚀区域的栅氧化物层，并去除所述遮蔽掩膜层。
14.如权利要求9-13所述的制备方法，其特征在于，所述在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区区域形成N型离子区，包括：
在所述源跟随晶体管的栅极与所述传输晶体管的栅极之间的漂浮扩散有源区区域注入N型离子形成N型离子区，所述N型离子的注入深度小于所述器件隔离结构的深度且大于所述栅极材料填充沟槽的深度。
15.一种图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置包括如权利要求1-8任一项所述的像素，或者包括如权利要求9-14任一项所述的制备方法所制备的图像传感器。
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