专利名称：Cmos图像传感器及其制造方法
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，本发明 还涉及该CMOS图像传感器的制造方法。
背景技术：
如图IA所示，为现有4T CMOS图像传感器结构剖面图及对应二极管能带图，包括 一光电二极管(PD，photo diode)、一浮动扩散区(FD，floating diffusion)、一传输晶体 管、一复位晶体管、一驱动晶体管、一选择晶体管，所述光电二极管作为光的感应部分，浮动 扩散区作为一个电容将光电子转换为电压。如图IA的能带图所示，所述传输晶体管的栅极 接一时钟控制信号，在其打开的时候将光电子从光电二极管传输到浮动扩散区，使浮动扩 散区的电压变化产生一 Vfd的电压信号。所述驱动晶体管为一源极跟随器，起到放大和缓冲 输入输出的作用，栅极接Vfd作为输入端，漏端接电源Vdd，源端接选择晶体管。选择晶体管 用于选择列地址，在其打开时，信号输出。所述复位晶体管，其栅极接一时钟控制信号，利用 时钟控制信号，在下次信号读取之前重置所述浮动扩散区。如图IB所示，为现有4T CMOS图像传感器的光电二极管的平面示意图，在X方向 从左到右依次为光电二极管、传输晶体管和浮动扩散区。如图IC所示，为现有4T CMOS图像传感器的光电二极管剖面图及能带图，光电二 极管的结构为在P衬底上形成一 N型轻掺杂区即N-区，其结深为X^ ；N-区和P衬底间则形 成PN结，其耗尽区为Xn、)(p间的区域，其宽度为W。该光电二极管的光吸收效率为
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1
exp I 耗尽区宽度为
ψα
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οι
2 /Iv 由上面公式(1)可知，吸收效率随着耗尽区宽度W的增加而迅速增加，但由公式 (2)可知，当外加偏压Vappl = 0时，耗尽区宽度完全由结两边的掺杂浓度Na和 决定，因此 W —般都比较小，成为制约提高所述光电二极管光吸收效率的重要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种CMOS图像传感器，能提高其光电二极管 的光吸收效率和降低漏电；为此，本发明还提供了该CMOS图像传感器的制造方法。为解决上述技术问题，本发明提供的CMOS图像传感器包括一光电二极管、一浮动 扩散区、一传输晶体管、一复位晶体管以及一驱动晶体管、一选择晶体管。所述光电二极管
3的侧面包含一个包围所述光电二极管的P型环，该P型环为一离子注入层并使所述光电二 极管形成一个横向完全耗尽的P-N-P结。所述P型环的离子注入的杂质为B或BF2、能量为 50-300kev，剂量为 kl2-5el3cnT2。本发明提供的CMOS图像传感器的制造方法为在P型衬底上形成有源区、阱区以 及栅极；在栅极形成侧墙前，利用光刻工艺定义所述P型环的注入区域，并进行离子注入 形成所述P型环，该离子注入的杂质为B或BF2、能量为50-300kev，剂量为kl2-5el3cm_2 ； 形成所述光电二极管以及传输晶体管、复位晶体管、驱动晶体管、选择晶体管以及浮动扩散 区。本发明通过在其光电二极管(PD，photo diode)的侧面利用P型离子注入，形成 一个包围PD的P型环，该环的存在使得PD形成一个横向完全耗尽的P-N-P结，从而该PD 的耗尽区宽度就完全取决于纵向PN结的结深，可以灵活调整，特别是能够做出很宽的耗尽 区，这个宽耗尽区的存在能明显提高PD对各种色光的吸收效率。另外，由于PD与场氧化层 之间被一圈P型环所隔开，因此在场氧化层形成过程中所产生的缺陷及应力均被P型环所 隔开而不会对PD产生影响，从而也降低了漏电(Dark current)。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图IA是现有4T CMOS图像传感器结构剖面图及对应二极管的能带图；图IB是现有4T CMOS图像传感器的光电二极管；图IC是现有4T CMOS图像传感器的光电二极管剖面图及能带图；图2是本发明实施例4T CMOS图像传感器的光电二极管平面示意图及其剖面图。
具体实施例方式如图2所示，为本发明实施例4T CMOS图像传感器的光电二极管平面示意图及其 剖面图，可以看出在光电二极管(PD)的外周侧面形成一个P型环，该P型环包围了所述光 电二极管。所述光电二极管的剖面图为Y方向的剖面图，可以看出，由于所述光电二极管的 N-区和其两侧的P型环形成P-N-P结，使得所述光电二极管的N-区在横向方向上完全耗 尽，这样所述光电二极管的耗尽区宽度就完全取决于纵向PN结的结深Xj，这样通过通过增 加该纵向结深Xj就能够做出很宽的耗尽区，从而PD对各种色光的吸收效率。另外，由于PD 与场氧化层之间被一圈P型环所隔开，因此在场氧化层形成过程中所产生的缺陷及应力均 被P型环所隔开而不会对PD产生影响，从而也降低了漏电。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限 制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种CMOS图像传感器，包括一光电二极管、一浮动扩散区、一传输晶体管、一复位晶 体管以及一驱动晶体管、一选择晶体管，其特征在于所述光电二极管的侧面包含一个包围 所述光电二极管的P型环，该P型环为一离子注入层并使所述光电二极管形成一个横向完 全耗尽的P-N-P结。
2.—种CMOS图像传感器，其特征在于所述P型环的离子注入的杂质为B或BF2、能量 为 50-300kev，剂量为 5el2-5el3cnT2。
3.—种CMOS图像传感器的制造方法，其特征在于在P型衬底上形成有源区、阱区以及栅极；在栅极形成侧墙前，利用光刻工艺定义所述P型环的注入区域，并进行离子注入形成 所述P型环；形成所述光电二极管、浮动扩散区、传输晶体管、复位晶体管、驱动晶体管以及选择晶 体管。
4.如权利要求3所述的CMOS图像传感器的制造方法，其特征在于所述P型环的离子 注入的杂质为B或BF2、能量为50-300kev，剂量为5el2-5el3cnT2。
全文摘要
本发明公开了一种CMOS图像传感器，包括光电二极管、浮动扩散区、传输晶体管、复位晶体管、驱动晶体管以及选择晶体管，光电二极管的侧面包含一个包围所述光电二极管的P型环，该P型环为一离子注入层并使所述光电二极管形成一个横向完全耗尽的P-N-P结。本发明还公开了该CMOS图像传感器的制造方法，包括在P型衬底上形成有源区、阱区以及栅极；在栅极形成侧墙前，利用光刻工艺定义所述P型环的注入区域，并进行离子注入形成所述P型环；形成所述光电二极管、浮动扩散区、传输晶体管、复位晶体管、驱动晶体管以及选择晶体管。本发明能提高其光电二极管的光吸收效率和降低漏电。
文档编号H01L27/146GK102097442SQ20091020194
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者熊涛, 罗啸, 陈华伦, 陈瑜, 陈雄斌 申请人:上海华虹Nec电子有限公司