CN113937114A - 一种cmos图像传感器转移晶体管的形成方法 - Google Patents

一种cmos图像传感器转移晶体管的形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，包括：形成光电二极管、浮置扩散区；形成至少一个转移晶体管；于所述光电二极管上方对应沉积p型掺杂多晶硅，做为转移晶体管栅极或栅极的一部分；在所述光电二极管电荷积累状态时，所述转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V。本发明通过采用p型掺杂的转移晶体管栅极，光电二极管电荷积累状态时，仅需要施加一个0V或0V以上的电压，就可以实现钉扎效果，不需要采用大电容以及额外的电路结构，节省面积，降低工艺成本，同时电压信号的稳定性较高。

Description

一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法。
背景技术
CMOS图像传感器作为将光信号转化为数字电信号的器件单元，广泛应用于智能手机、平板电脑、汽车、医疗等各类新兴领域。像素阵列作为图像传感器的核心模块，主要由光电二极管、传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管等组成。其中，传输晶体管位于光电二极管与浮置扩散区之间实现开关功能，浮置扩散区的作用是收集光电二极管转化的电子，并根据其转化增益能力将电子信号转化为相应的电压信号。
现有技术中，转移晶体管采用n型掺杂的多晶硅栅极，光电二极管电荷积累状态时，需施加一个负电压，以实现转移晶体管的关断以及光电二极管上表面的钉扎。在模拟电路中，负压信号需要通过“电荷泵”来实现，该结构存在以下两个问题：“电荷泵”产生的负压信号稳定性较差，同时该信号与浮置扩散区的信号存在耦合效应，因此该结构会导致较大的输出信号噪声；“电荷泵”需要通过大电容以及额外的电路结构实现，因此需要占用较大的面积，增加工艺成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，用于降低工艺成本，提高CMOS图像传感器性能。
基于以上考虑，本发明提供一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，包括：
形成光电二极管、浮置扩散区、至少一个转移晶体管；
所述光电二极管上方对应沉积有p型掺杂多晶硅，做为转移晶体管栅极或栅极的一部分；
在所述光电二极管电荷积累状态时，所述转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V。
可选地，所述转移晶体管栅极还包括靠近所述浮置扩散区一侧的n型掺杂多晶硅，沿从转移晶体管的源极至漏极的方向所述转移晶体管栅极的电势呈梯度分布，以实现增强的电荷传输的性能。
可选地，在光电二极管电荷积累状态时，所述转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V，以减小栅诱导漏极泄露电流效应。
可选地，通过设置于所述转移晶体管栅极表面的金属硅化物，实现p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的电性连接。
可选地，通过分别设置于p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的接触孔形成金属互联，实现p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的电性连接。
可选地，其特征在于，p型掺杂多晶硅完全覆盖所述光电二极管的载流子收集区，实现对光电二极管上表面的钉扎作用。
可选地，沿从转移晶体管的源极至漏极的方向所述转移晶体管栅极包括: p型重掺杂多晶硅，p型轻掺杂多晶硅、n型轻掺杂多晶硅、n型重掺杂多晶硅。
本发明的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，具有以下有益效果：
1）采用p型掺杂的转移晶体管栅极，在光电二极管电荷积累状态时，于转移晶体管栅极仅需要施加一个0V或0V以上的电压，就可以实现钉扎效果，不需要采用大电容以及额外的电路结构，节省面积，降低工艺成本，同时电压信号的稳定性较高；
2）在靠近浮置扩散区的一侧设置n型掺杂区，靠近光电二极管一侧设置p型掺杂区，在光电二极管电荷读取状态下，能够形成电势梯度，有利于电子的传输；
3）在靠近浮置扩散区的一侧设置n型掺杂区，靠近光电二极管一侧设置p型掺杂区，在光电二极管电荷积累状态下，转移晶体管栅极与浮置扩散区的电压差降低，有利于减小栅诱导漏极泄露电流效应，减少暗电流或白点的产生；
4）p型掺杂区全部覆盖光电二极管的上表面，可以替代光电二极管上表面的p型钉扎区，降低工艺成本。
附图说明
通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1显示为实施例一提供的CMOS图像传感器转移晶体管的结构示意图；
图2显示为实施例二提供的CMOS图像传感器转移晶体管的结构示意图。
图3显示为实施例三提供的CMOS图像传感器转移晶体管的结构示意图。
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
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，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，以下结合附图对本发明的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法进行详细描述。
本发明提供一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，包括：形成光电二极管、浮置扩散区；
形成至少一个转移晶体管；
于所述光电二极管上方对应沉积p型掺杂多晶硅，做为转移晶体管栅极或栅极的一部分；
在所述光电二极管电荷积累状态时，所述转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V。
通过采用p型掺杂的转移晶体管栅极，在光电二极管电荷积累状态时，仅需要施加一个0V或0V以上的电压，就可以实现钉扎效果，不需要采用大电容以及额外的电路结构，节省面积，降低工艺成本，同时电压信号的稳定性较高。
以下通过具体实施例及附加进行详细说明。
实施例一
参照图1，本实施例提供一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，包括：提供一衬底11，于衬底11内形成光电二极管12、浮置扩散区13及形成至少一个转移晶体管；
在光电二极管12上方对应沉积p型掺杂多晶硅14，作为转移晶体管栅极，在光电二极管电荷积累状态时，转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V。
采用p型掺杂的转移晶体管栅极转移晶体管栅极，光电二极管电荷积累状态时，仅需要施加一个0V或0V以上的电压，就可以实现钉扎效果，不需要采用大电容以及额外的电路结构，节省面积，降低工艺成本，同时电压信号的稳定性较高。
衬底11为p型半导体基底，半导体基底的材质可以为硅、锗、砷化镓等通用的半导体基底材质。在衬底11内设有光电二极管12。光电二极管接收从图像传感器底部摄入的光线，并产生光生载流子。光电二极管的载流子收集区作为转移晶体管的源极。在衬底11内形成具有N型掺杂的浮置扩散区13，浮置扩散区13作为转移晶体管的漏极。转移晶体管栅极还设有绝缘侧壁15。
在本实施例中，光电二极管12上部还具有p型钉扎区16，用于抑制衬底表面的缺陷导致的暗电流，以实现对光电二极管的钉扎作用。当然，p型钉扎区可以根据需要进行设置，也可以不设置p型钉扎区。
本实施例提供的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，以p型掺杂多晶硅作为转移晶体管栅极，并在光电二极管电荷积累状态时，仅需要施加一个0V或0V以上的电压，就可实现钉扎效果，不需要采用大电容以及额外的电路结构，节省面积，降低工艺成本。
实施例二
参照图2，本实施例提供一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，包括：提供一半导体衬底21，于衬底21内形成光电二极管22、浮置扩散区23及形成至少一个转移晶体管；
在光电二极管22上方对应沉积p型掺杂多晶硅24，作为转移晶体管栅极的一部分，在光电二极管电荷积累状态时，转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V。
转移晶体管栅极可以全部为p型掺杂多晶硅，也可以部分为p型掺杂多晶硅。在本实施例中，转移晶体管栅极还包括靠近浮置扩散区23一侧的n型掺杂多晶硅25，在光电二极管电荷积累状态时，施加于传输晶体管栅极的电压大于等于0V，能够减小栅诱导漏极泄露电流效应。
衬底21为p型半导体基底，半导体基底的材质可以为硅、锗、砷化镓等通用的半导体基底材质。在衬底21内设有光电二极管22。光电二极管接收从图像传感器底部摄入的光线，并产生光生载流子。光电二极管的载流子收集区作为转移晶体管的源极。在衬底21内形成具有N型掺杂的浮置扩散区23，浮置扩散区23作为转移晶体管的漏极。转移晶体管栅极还设有绝缘侧壁27。
在本实施例中，转移晶体管栅极包括n型掺杂多晶硅25与p型掺杂多晶硅24，沿从转移晶体管的源极至漏极的方向转移晶体管栅极的电势呈梯度分布，以实现增强的电荷传输的性能。在光电二极管电荷读取状态下，能够形成电势梯度，有利于电子的传输；在光电二极管电荷积累状态下，转移晶体管栅极转移晶体管栅极与浮置扩散区的电压差降低，有利于减小栅诱导漏极泄露电流效应，减少暗电流或白点的产生。需要说明的是，优选地，n型掺杂多晶硅25与p型掺杂多晶硅24的界面更靠近浮置扩散区23一侧。
p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的电性连接方式包括：于转移晶体管栅极表面形成金属硅化物26，或通过分别设置于p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的接触孔形成金属互联。在本实施例中，通过金属硅化物26实现p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的电性连接，还能够提高背照式图像传感器的入射光反射，增强红外及可见光量子效率。在其他的实施例中，金属硅化物可以部分覆盖p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅。
可选地，转移晶体管栅极还设置为沿从转移晶体管的源极至漏极的方向包括：p型重掺杂多晶硅，p型轻掺杂多晶硅、n型轻掺杂多晶硅、n型重掺杂多晶硅，以形成电势梯度。
在本实施例中，光电二极管上部还具有p型钉扎区28，用于抑制衬底表面的缺陷导致的暗电流，以实现对光电二极管的钉扎作用。当然，p型钉扎区可以根据需要进行设置，也可以不设置p型钉扎区。
本实施例提供的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，转移晶体管栅极在靠近浮置扩散区的一侧设置n型掺杂多晶硅，靠近光电二极管一侧设置p型掺杂多晶硅，在光电二极管电荷积累状态时，转移晶体管栅极与浮置扩散区的电压差降低，有利于减小栅诱导漏极泄露电流效应，减少暗电流或白点的产生。
实施例三
本实施例提供一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，其技术方案与实施例二相似，与实施例二不同的是，p型掺杂多晶硅完全覆盖所述光电二极管的载流子收集区，实现对光电二极管上表面的钉扎作用。
具体的，参照图3，提供一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，包括：提供一半导体衬底31，于衬底31内形成光电二极管32、浮置扩散区33及形成至少一个转移晶体管；
在光电二极管32上方对应沉积p型掺杂多晶硅34，作为转移晶体管栅极或栅极的一部分，在光电二极管电荷积累状态时，转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V。
在本实施例中，p型掺杂多晶硅34完全覆盖光电二极管的载流子收集区，实现对光电二极管的钉扎作用。
本实施例提供的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，通过将p型掺杂多晶硅全部覆盖光电二极管的上表面，可以替代光电二极管上表面的p型钉扎区，实现对光电二极管的钉扎作用，降低工艺成本。
综上所述，本发明通过采用p型掺杂的转移晶体管栅极，在光电二极管电荷积累状态时，仅需要施加一个0V或0V以上的电压，就可以实现钉扎效果，不需要采用大电容以及额外的电路结构，节省面积，降低工艺成本，同时电压信号的稳定性较高；通过在靠近浮置扩散区的一侧设置n型掺杂区，靠近光电二极管一侧设置p型掺杂区，在光电二极管电荷读取状态下，能够形成电势梯度，有利于电子的传输；通过在靠近浮置扩散区的一侧设置n型掺杂区，靠近光电二极管一侧设置p型掺杂区，在光电二极管电荷积累状态状态下，转移晶体管栅极与浮置扩散区的电压差降低，有利于减小栅诱导漏极泄露电流效应，减少暗电流或白点的产生；通过将p型掺杂区全部覆盖光电二极管的上表面，可以替代光电二极管上表面的p型钉扎区，降低工艺成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
形成光电二极管、浮置扩散区、至少一个转移晶体管；
所述光电二极管上方对应沉积p型掺杂多晶硅，做为转移晶体管栅极或栅极的一部分；
在所述光电二极管电荷积累状态时，所述转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，其特征在于，所述转移晶体管栅极还包括靠近所述浮置扩散区一侧的n型掺杂多晶硅，沿从转移晶体管的源极至漏极的方向所述转移晶体管栅极的电势呈梯度分布，以实现增强的电荷传输的性能。
3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，其特征在于，在光电二极管电荷积累状态时，所述转移晶体管栅极上施加的电压大于等于0V，以减小栅诱导漏极泄露电流效应。
4.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，其特征在于，通过设置于所述转移晶体管栅极表面的金属硅化物，实现p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的电性连接。
5.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，其特征在于，通过分别设置于p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的接触孔形成金属互联，实现p型掺杂多晶硅与n型掺杂多晶硅的电性连接。
6.根据权利要求1或2任一项所述的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，其特征在于，p型掺杂多晶硅完全覆盖所述光电二极管的载流子收集区，实现对光电二极管上表面的钉扎作用。
7.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器转移晶体管的形成方法，其特征在于，沿从转移晶体管的源极至漏极的方向所述转移晶体管栅极包括: p型重掺杂多晶硅，p型轻掺杂多晶硅、n型轻掺杂多晶硅、n型重掺杂多晶硅。
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