提高背照式圖像傳感器的載流子傳輸效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種提高背照式圖像傳感器的載流子傳輸效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與CXD的制造工藝相比，CMOS圖像傳感器的制造工藝與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝兼容，具備低功耗、易集成、低成本等特點(diǎn)，因此CMOS圖像傳感器被越來越廣泛的應(yīng)用在各種電子設(shè)備中。CMOS圖像傳感器中的有源像素的結(jié)構(gòu)根據(jù)晶體管的數(shù)量不同可以分為不同種類。典型的4-T有源像素如圖1所示，包括用于感光的光電二極管(photod1de，H))，傳輸晶體管(transfer transistor, TX)，浮置擴(kuò)散區(qū)(floating diffus1n, FD)，復(fù)位晶體管(reset transistor, RST)，選擇晶體管(select transistor, SEL) 0
[0003]傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器采用正面照射，但是采用這種機(jī)制在光電二極管的上方存在著各種金屬層或氧化層等等，會導(dǎo)致很大的光損失。因此，背照式CMOS圖像傳感器，也就是采用從襯底的遠(yuǎn)離電路層的一側(cè)進(jìn)行照射的機(jī)制的圖像傳感器為業(yè)界廣泛使用，以增加光線的光通量，并防止相鄰圖像傳感器像素單元件的光線串?dāng)_(crosstalk)。
[0004]對于現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器中的傳輸晶體管來說，由于在半導(dǎo)體襯底和氧化層的界面處常常存在帶有負(fù)電的缺陷，因此，即便在光電二極管沒有受到光照的情況下，仍然可能存在著所謂的暗電流。暗電流會嚴(yán)重影響圖像傳感器的成像質(zhì)量。
[0005]可以通過在傳輸晶體管的柵極上施加負(fù)壓，吸引空穴到具有缺陷的界面區(qū)域，從而抑制暗電流。但是，當(dāng)傳輸晶體管關(guān)閉的時候，殘留在其溝道內(nèi)的光生載流子容易倒流至光電二極管中，發(fā)生所謂的饋通(feedthrough)現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)生圖像的質(zhì)量。另外，要想提高CMOS圖像傳感器的反應(yīng)速度和圖像質(zhì)量，就要提高傳輸晶體管的傳輸效率。，
申請?zhí)枮?01410172641.5的中國專利申請?zhí)峁┝艘环N具有非均勻摻雜的多晶硅柵極的傳輸晶體管。由于非均勻摻雜的多晶硅柵極會對溝道區(qū)域中的電勢分布產(chǎn)生不同的影響，從而使其呈現(xiàn)階梯狀的分布。這樣，在階梯電勢的作用下，可以提高光生載流子的轉(zhuǎn)移效率，又可以防止發(fā)生饋通現(xiàn)象，從而提高圖像質(zhì)量。然而在該申請中，通過同一電壓信號對非均勻摻雜的多晶硅柵極整體進(jìn)行控制，使得不同類型摻雜區(qū)域下的溝道區(qū)電勢同時提高或者同時降低，因而難以自由調(diào)節(jié)階梯電勢之間的差異，影響控制靈活性，對載流子傳輸效率的提尚造成限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種提高背照式圖像傳感器的載流子傳輸效率的方法，便于靈活調(diào)節(jié)傳輸晶體管的溝道區(qū)中的階梯電勢，提高圖像傳感器的反應(yīng)速度和圖像質(zhì)量。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種提高背照式圖像傳感器的載流子傳輸效率的方法，包括如下步驟:形成光電二極管和浮置擴(kuò)散區(qū)；形成傳輸晶體管，所述傳輸晶體管的源極為所述光電二極管的載流子收集區(qū)，漏極為所述浮置擴(kuò)散區(qū)；沿從傳輸晶體管的源極至漏極的方向所述傳輸晶體管的多晶硅柵極依次包括:p型摻雜柵極區(qū)域、N型摻雜柵極區(qū)域，所述P型摻雜柵極區(qū)域至少部分覆蓋所述光電二極管的載流子收集區(qū)，所述N型摻雜柵極區(qū)域至少部分覆蓋所述傳輸晶體管的溝道區(qū)；于所述P型摻雜柵極區(qū)域加第一電壓信號，于所述N型摻雜柵極區(qū)域加第二電壓信號，所述第一電壓信號不高于所述第二電壓信號，使得所述溝道區(qū)內(nèi)的電勢呈階梯形分布，以提高載流子由所述光電二極管至所述浮置擴(kuò)散區(qū)的傳輸效率。
[0008]優(yōu)選地，所述第一電壓信號為_3V~2V，所述第二電壓信號為_3V~4V。
[0009]優(yōu)選地，沿從傳輸晶體管的源極至漏極的方向所述P型摻雜柵極區(qū)域依次包括:P型重?fù)诫s柵極子區(qū)域、P型輕摻雜柵極子區(qū)域。
[0010]優(yōu)選地，沿從傳輸晶體管的源極至漏極的方向所述N型摻雜柵極區(qū)域依次包括:N型輕摻雜柵極子區(qū)域、N型重?fù)诫s柵極子區(qū)域。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述方法還包括:在所述P型摻雜柵極區(qū)域和所述N型摻雜柵極區(qū)域之間形成未摻雜柵極區(qū)域。
[0012]優(yōu)選地，所述形成光電二極管和浮置擴(kuò)散區(qū)的步驟包括:在P型襯底內(nèi)形成具有N型摻雜的載流子收集區(qū)，從而形成光電二極管；在P型襯底內(nèi)形成具有N型摻雜的浮置擴(kuò)散區(qū)。
[0013]優(yōu)選地，所述方法還包括:在所述光電二極管的載流子收集區(qū)至所述P型襯底表面之間形成具有P型摻雜的釘扎層。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)勢:
通過對非均勻摻雜的多晶硅柵極的不同類型摻雜區(qū)域分別施加不同的控制電壓信號，便于靈活調(diào)節(jié)不同類型摻雜區(qū)域下的溝道區(qū)電勢，由于多晶硅柵極不同區(qū)域的摻雜情況不同以及控制電壓不同，在多晶硅柵極以下的溝道區(qū)中分別產(chǎn)生了自源極至漏極的成階梯狀上升的電勢分布，于是由光電二極管產(chǎn)生的光生載流子就可以被快速高效的從傳輸晶體管的源極轉(zhuǎn)移到漏極，從而提高了圖像傳感器的反應(yīng)速度和圖像質(zhì)量。
【附圖說明】
[0015]通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述，能夠更容易地理解本申請的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。其中，相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的裝置。
[0016]圖1(a)所示為根據(jù)本申請一個實(shí)施例所述的CMOS圖像傳感器像素中的傳輸晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1(b)所示為圖1(a)所示的傳輸晶體管關(guān)閉時的電勢分布示意圖；
圖1(c)所示為圖1(a)所示的傳輸晶體管導(dǎo)通時的電勢分布示意圖；
圖2 (a)所示為根據(jù)本申請一個實(shí)施例所述的CMOS圖像傳感器像素中的傳輸晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2(b)所示為圖2(a)所示的傳輸晶體管關(guān)閉時的電勢分布示意圖；
圖2(c)所示為圖2(a)所示的傳輸晶體管導(dǎo)通時的電勢分布示意圖；
圖3 (a)所示為根據(jù)本申請一個實(shí)施例所述的CMOS圖像傳感器像素中的傳輸晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3(b)所示為圖3(a)所示的傳輸晶體管關(guān)閉時的電勢分布示意圖；以及圖3(c)所示為圖3(a)所示的傳輸晶體管導(dǎo)通時的電勢分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明通過對非均勻摻雜的多晶硅柵極的不同類型摻雜區(qū)域分別施加不同的控制電壓信號，便于靈活調(diào)節(jié)不同類型摻雜區(qū)域下的溝道區(qū)電勢，由于多晶硅柵極不同區(qū)域的摻雜情況不同以及控制電壓不同，在多晶硅柵極以下的溝道區(qū)中分別產(chǎn)生了自源極至漏極的成階梯狀上升的電勢分布，于是由光電二極管產(chǎn)生的光生載流子就可以被快速高效的從傳輸晶體管的源極轉(zhuǎn)移到漏極，從而提高了圖像傳感器的反應(yīng)速度和圖像質(zhì)量。
[0018]下面結(jié)合說明書附圖，采用多個實(shí)施例對該發(fā)明進(jìn)行具體說明。
[0019]實(shí)施例一
圖1 (a)所示為根據(jù)本申請一個實(shí)施例所示的CMOS圖像傳感器中傳輸晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，P型襯底102可以為半導(dǎo)體基底，也可以包括半導(dǎo)體基底與鋪設(shè)其上的外延層，半導(dǎo)體基底的材質(zhì)可以為硅、鍺、砷化鎵等通用的半導(dǎo)體基底材質(zhì)。在P型襯底102內(nèi)形成具有N型摻雜的載流子收集區(qū)104，從而形成光電二極管，光電二極管接收從圖像傳感器底部射入的光線，并產(chǎn)生光生載流子。在本實(shí)施例中，載流子為電子。該光電二極管的載流子收集區(qū)104作為傳輸晶體管的源極。此外，在P型襯底102內(nèi)形成具有N型摻雜的浮置擴(kuò)散區(qū)108，浮置擴(kuò)散區(qū)108作為傳輸晶體管的漏極。傳輸晶體管還包括柵氧化層120，以及位于柵氧化層120上的多晶硅柵極110。
[0020]在本實(shí)施例中，傳輸晶體管的多晶硅柵極110分為兩個部分，即靠近源極的P型摻雜柵極區(qū)域111，以及靠近漏極的N型摻雜柵極區(qū)域112，其中，P型摻雜柵極區(qū)域111至少部分覆蓋所述光電二極管的載流子收集區(qū)104，N型摻雜柵極區(qū)域112至少部分覆蓋所述傳輸晶體管的溝道區(qū)。這些多晶硅柵極的區(qū)域111、112是一體的、彼此之間沒有間隔或分離。摻雜濃度是根據(jù)設(shè)計的需要而確定的，例如二者的摻雜濃度可以大于1019，甚至達(dá)到102°至121的數(shù)量級。
[0021]于所述P型摻雜柵極區(qū)域111加第一電壓信號V1,于所述N型摻雜柵極區(qū)域112加第二電壓信號V2，所述第一電壓信號的優(yōu)選范圍為_3V~2V，所述第二電壓信號的優(yōu)選范圍為_3V~4V，但是所述第一電壓信號始終不得高于所述第二電壓信號。本領(lǐng)域公知，功函數(shù)導(dǎo)致P型摻雜柵極區(qū)域111和N型摻雜柵極區(qū)域112本身就會有將近IV的電勢差，外加的電壓\、V2會使得該電勢差進(jìn)一步增大，相應(yīng)地，P型摻雜柵極區(qū)域111和N型摻雜柵極區(qū)域112以下的溝道區(qū)內(nèi)的電勢差進(jìn)一步增大，載流子更加容易由光電二極管傳輸至浮置擴(kuò)散區(qū)。也就是說，通過控制V1S V2，使得