图像传感器及其形成方法与流程

本发明涉及一种前图像传感器及其形成方法。

背景技术：

1、cmos图像传感器（cmos image sensor, cis）是将光学图像转化为电信号的半导体器件。cis包括用于感光的光电二极管（photodiode, pd）和用于将所感测的光处理为电信号的逻辑电路。

2、多晶硅栅极的耗尽问题是mos器件中存在的一个关键挑战。传统mos器件采用多晶硅作为栅极材料，然而，由于多晶硅的掺杂难以保持均匀性，当栅极材料中的载流子密度较低，栅极电压施加时，会导致栅极下的沟道区域出现部分“耗尽”现象，这个现象可能导致器件的阈值电压过高，关态漏电流增加，甚至影响器件的开启电流，从而影响芯片的性能和功耗。目前，多晶硅的掺杂通常借助源漏重掺自对准注入完成，对于finfet器件，由于栅极存在一定高度，自对准源漏注入可能会存在多晶硅底部无法被有效掺杂的情况，因此需要对nfet和pfet的多晶硅额外增加多晶硅的n+掺杂和p+掺杂，这将增加工艺的步骤和成本。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的问题，本发明提出了一种无结晶体管的设计与制备流程，将其应用于图像传感器领域，规避了多晶硅耗尽问题，同时简化了多晶硅掺杂的工艺流程，降低制造成本，提高逻辑电路性能，实现电路功耗的降低。

2、本发明提供了一种图像传感器的形成方法，通过一次栅极掺杂工艺，并通过一次栅极图形化，形成包含nmos管和pmos管在内的完整图像传感器电路的栅极结构，以简化制备工艺和优化电路功耗。

3、在一些实施例中，所述图像传感器中的nmos管和pmos管栅极结构的离子掺杂为通过一次n型离子注入形成，以简化制备工艺。

4、在一些实施例中，所述图像传感器中的nmos管和pmos管栅极结构为一次形成的n型栅极材料，以简化制备工艺。

5、在一些实施例中，所述图像传感器中的pmos管使用掺杂类型定义的核壳结构，适当调整沟道截面积，以降低器件关断电流，降低图像传感器静态功耗。

6、在一些实施例中，所述pmos管的p型沟道的外围通过被n型掺杂离子包围，以调整沟道的截面面积，或者所述pmos管的p型沟道通过包围n型掺杂离子，以调整沟道的截面面积。

7、在一些实施例中，所述nmos管包括n型鳍式晶体管或n型全环绕栅极晶体管；所述pmos包括沟道区和源/漏区为相同离子掺杂的无结型p型鳍式晶体管或者p型全环绕栅极晶体管。

8、在一些实施例中，形成所述nmos管和所述pmos管的过程包括：提供衬底；通过离子注入，分别形成所述nmos管的阱区和所述pmos管的阱区；通过刻蚀所述衬底，形成所述nmos管的沟道结构和所述pmos管的沟道结构；其中，由栅极控制的沟道部分为鳍结构，或者不与下方衬底接触的悬空结构；在所述衬底上形成多晶硅层，并对其进行一次的n型离子掺杂；通过一次栅极图形化，刻蚀所述多晶硅层，形成包含nmos管和pmos管在内的完整图像传感器电路的栅极结构。

9、在一些实施例中，在形成所述沟道结构之后还包括：对所述pmos管的沟道结构进行p型离子掺杂；或者对所述pmos管的沟道结构采用bsg覆盖之后热处理的方式在表面形成p型离子掺杂，使所述pmos管的p型沟道的外围p型沟道包围n型掺杂离子，形成核壳结构；或者对所述pmos管的沟道结构进行p型离子掺杂之后，采用psg覆盖之后热处理的方式在表面形成n型掺杂区，使所述pmos管的p型沟道的外围被n型掺杂离子包围，形成核壳结构。

10、在一些实施例中，在通过一次栅极图形化，刻蚀所述多晶硅层，形成包含nmos管和pmos管在内的完整图像传感器电路的栅极结构之后，还包括：在所述nmos管的多晶硅栅极结构和所述pmos管的多晶硅栅极结构的侧壁形成第一侧墙；对所述nmos管的多晶硅栅极结构进行n型的ldd注入，再对所述pmos管的多晶硅栅极进行p型的ldd注入；或对所述pmos管的多晶硅栅极结构进行p型的ldd注入，再对所述nmos管的多晶硅栅极结构进行n型的ldd注入。

11、在一些实施例中，所述图像传感器为非堆栈型单芯片图像传感器。

12、本发明还提供了一种图像传感器，通过上述方法形成。

13、与现有技术相比，本发明通过一次多晶硅掺杂工艺 nmos和pmos晶体管的栅极注入，可以简化工艺步骤，提高逻辑电路性能，降低图像传感器的电路功耗。

1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，通过一次栅极掺杂工艺，并通过一次栅极图形化，形成包含nmos管和pmos管在内的完整图像传感器电路的栅极结构，以简化制备工艺和优化电路功耗。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述nmos管包括n型鳍式晶体管或n型全环绕栅极晶体管；所述pmos包括沟道区和源/漏区为相同离子掺杂的无结型p型鳍式晶体管或者p型全环绕栅极晶体管。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述nmos管和所述pmos管的过程包括：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在形成所述沟道结构之后还包括：

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在通过一次栅极图形化，刻蚀所述多晶硅层，形成包含nmos管和pmos管在内的完整图像传感器电路的栅极结构之后，还包括：

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像传感器为非堆栈型单芯片图像传感器。

11.一种图像传感器，其特征在于，通过权利要求1至10中的任一方法形成。