图像传感器及图像传感器像素结构的形成方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112259569A(43)申请公布日2021.01.22(21)申请号202011187225.4(22)申请日2020.10.30(71)申请人上海华力微电子有限公司地址201315上海市浦东新区良腾路6号(72)发明人黄斌冰张磊王奇伟陈昊瑜(74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务所(普通合伙)31237代理人曹廷廷(51)Int.Cl.H01L27/146(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称图像传感器及图像传感器像素结构的形成方法(57)摘要本发明提供了一种图像传感器及图像传感器像素结构的形成方法，应用于半导体技术领域。在本发明提供的图像传感器像素结构的形成方法中，通过将像素结构中的传输晶体管的栅极结构的一部分以具有缺口的非闭合环(例如，C形)沟槽的形成扩展到半导体衬底中光电二极管区内，由于该非闭合环形状的栅极沟槽为具有内外两个表面的特殊结构，因此，可以利用该栅极沟槽内外两个表面都可以进行电子传输的特性，实现增大传输晶体管栅极结构有效面积，同时在横向方向上延伸光电二极管的宽度，进而增加了电子传输沟通面积，提高光生电子传输速率，减少二极管底部的电子残留，最终提升光电二极管的满阱容量。CN112259569ACN112259569A权利要求书1/2页1.一种图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，包括：提供一半导体衬底，所述半导体衬底中形成有器件隔离结构以及通过所述器件隔离结构定义出的至少一个光电二极管区；至少对所述光电二极管区的半导体衬底进行刻蚀，以形成每个所述光电二极管区所需的至少一个栅极沟槽，所述栅极沟槽的平行于所述半导体衬底的截面形状为具有缺口的非闭合环；形成每个所述光电二极管区所需的图形化栅极结构，在每个所述光电二极管区中，所述图形化栅极结构填满各个所述栅极沟槽，且各个所述光电二极管区的图形化栅极结构相互分离。2.如权利要求1所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述器件隔离结构为P型隔离阱。3.如权利要求2所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，提供具有器件隔离结构和光电二极管区的半导体衬底的步骤，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成图形化的硬掩膜层；以所述图形化的硬掩膜层为掩膜，对所述半导体衬底进行P型离子注入，以形成P型隔离阱结构，并在形成P型隔离阱结构之前或者之后，采用第一导电类型离子对所述半导体衬底进行阱离子注入，以形成光电二极管区；采用第二导电类型离子对所述光电二极管区的表层进行离子注入，以在所述光电二极管区中形成光电二极管。4.如权利要求3所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，每个所述光电二极管区所需的各个栅极沟槽完全位于所述光电二极管区内，每个所述光电二极管区所需的所述图形化栅极结构完全位于所述光电二极管区内；或者，每个所述光电二极管区的至少一个栅极沟槽延伸到所述光电二极管区外围的部分器件隔离结构中，每个所述光电二极管区所需的所述图形化栅极结构还延伸覆盖在所述光电二极管区外围的部分器件隔离结构上。5.如权利要求4所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，形成每个所述光电二极管区所需的图形化栅极结构的步骤，包括：通过热氧化工艺或者沉积工艺形成栅氧化层；沉积栅极层于所述栅氧化层上，沉积的所述栅极材料至少填满各个所述栅极沟槽；对所述栅极层进行平坦化，直至所述栅极层的厚度满足要求；对所述栅极层和所述栅氧化层进行光刻和刻蚀，以形成在相邻两个光电二极管区上相互分离的所述图形化栅极结构。6.如权利要求1所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述非闭合环为具有缺口的圆环、椭圆环或者多边形环。7.如权利要求6所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，当所述非闭合环为具有缺口的圆环时，所述非闭合环的内圆半径的取值范围为0.1μm～0.2μm，所述非闭合环的内圆半径a与其外圆半径b之比为1:5～1:1。8.如权利要求1所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，所述栅极沟槽在沿垂直于所述半导体衬底的上表面方向上的深度取值范围为0.3μm～0.5μm。2CN112259569A权利要求书2/2页9.如权利要求1所述的图像传感器像素结构的形成方法，其特征在于，各个所述光电二极管区按阵列排布，且在四个所述光电二极管区组成的2*2阵列区域中，各个所述栅极沟槽设置在四个所述光电二极管区相互紧挨的角区域，各个所述栅极沟槽的所述缺口面向所述角区域的顶角设置。10.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括多个像素结构，其中每个所述像素结构采用权利要求1至9中任一项所述的图像传感器像素结构的形成方法形成。3CN112259569A说明书1/7页图像传感器及图像