CN108281436A - Cmos图像传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种CMOS图像传感器及其形成方法，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及沟道区域；在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。本发明方案可以减少在光电二极管区域远端的电荷残留，有助于提高器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器及其形成方法。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件，由于CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。
在现有技术中，CIS通常包括光电二极管、浮置扩散区以及传输栅极，并且在读取时，通过传输栅极开启导电沟道，将光电二极管的电荷转移至浮置扩散区。然而由于光电二极管的深度通常较深，位于较深位置的电荷往往难以耗尽，从而存在有电荷残留，在输出图像时引起图像信息出错或图像信息失真等问题，例如导致图像拖尾。
如公告日为2014年6月4日、授权公告号为CN203631555U的实用新型专利，其公开了一种CIS，通过设置传输栅极的一部分置于浅槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)内，缩短传输栅极至光电二极管深处的距离，从而减轻在光电二极管深处的电荷残留的问题。
然而，在光电二极管内，仍然存在与传输栅极的距离较远的区域，该区域内的电荷难以被转移出去，仍然会发生图像信息出错或图像信息失真等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种CMOS图像传感器及其形成方法，可以减少在光电二极管区域远端的电荷残留，有助于提高器件性能。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种CMOS图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域；在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极，所述隔离介质层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，所述延伸栅极填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。
可选的，所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。
可选的，所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分。
可选的，所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以使所述传输栅极与所述延伸栅极连接。
可选的，所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接。
可选的，所述CMOS图像传感器的形成方法还包括：形成源区和漏区，其中一个位于所述光电二极管与所述传输栅极之间，另一个位于所述浮置扩散区与所述传输栅极之间。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域，所述光电二极管区域内形成有光电二极管，所述掺杂区域内形成有浮置扩散区；栅介质层，位于所述沟道区域的半导体衬底的表面；传输栅极，位于所述栅介质层表面；沟槽，位于所述光电二极管区域周围的半导体衬底内，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；隔离介质层，覆盖所述沟槽的底部和侧壁；延伸栅极，填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。
可选的，所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。
可选的，所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分。
可选的，所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以所述与所述延伸栅极连接。
可选的，所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。采用上述方案，通过设置在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内的沟槽，进而在沟槽内形成与传输栅极连接的延伸栅极，可以延长传输栅极与光电二极管区域的接近区域，进而在接近区域形成耗尽层，从而使得在读取时，光电二极管区域远离传输栅极的一端的电荷容易在传输栅极电压的作用下，往传输栅极的边缘积累，且顺利读出，从而减少在光电二极管区域远端的电荷残留，有助于减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生。同时相比于现有技术中传输栅极仅位于沟道区域附近，采用本发明实施例的方案，由于传输栅极与光电二极管区域的接近区域增大，可以在更大的区域内形成所述耗尽层，有助于更好地防止电子串扰，提高CIS的器件性能；进一步地，相比于现有技术中先形成STI隔离层，进而蚀刻STI隔离层中的氧化物，工艺较为复杂且难以控制各向蚀刻的均匀性，在本发明实施例中，通过先形成沟槽，再沉积氧化层形成适当厚度的隔离介质层，然后在隔离介质层中形成延伸栅极，有助于降低工艺复杂度，且提高器件性能。
进一步，通过设置所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔，可以实现所述传输栅极与所述延伸栅极的两段分别连接，从而更大程度地减少在光电二极管区域远处的电荷残留，减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生。
进一步，通过设置所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分，可以使所述延伸栅极延伸至最远区域，进一步减少在光电二极管区域远处的电荷残留，减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生。
进一步，通过设置所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以所述与所述延伸栅极连接，有助于通过调整传输栅极的延伸程度，实现传输栅极与延伸栅极连接。
进一步，通过设置所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接，有助于通过调整延伸栅极的高度，实现传输栅极与延伸栅极连接。
附图说明
图1是现有技术中一种CMOS图像传感器的俯视图；
图2是图1沿切割线A1-A2的剖面结构示意图；
图3是现有技术中另一种CMOS图像传感器的俯视图；
图4是图3沿切割线B1-B2的剖面结构示意图；
图5是本发明实施例中一种CMOS图像传感器的形成方法的流程图；
图6至图19是本发明实施例中一种CMOS图像传感器的形成方法中各步骤对应器件的结构示意图；
图20是本发明实施例中的CMOS图像传感器在未施加电压状态下的俯视图；
图21是本发明实施例中的CMOS图像传感器在读取状态下的电荷运动示意图。
具体实施方式
在现有技术中，CMOS图像传感器通常包括光电二极管、浮置扩散区以及传输栅极，并且在读取时，通过传输栅极开启导电沟道，将光电二极管的电荷转移至浮置扩散区。然而容易存在有电荷残留，在输出图像时引起图像信息出错或图像信息失真等问题，例如导致图像拖尾。
结合参照图1以及图2，图1是现有技术中一种CMOS图像传感器的俯视图，图2是图1沿切割线A1-A2的剖面结构示意图。
所述CMOS图像传感器可以包括：半导体衬底100、栅介质层132、传输栅极130以及浅槽隔离110。
其中，所述半导体衬底100包括光电二极管121以及浮置扩散区125。
所述栅介质层132位于所述光电二极管121和浮置扩散区125之间的半导体衬底100的表面；所述传输栅极130位于所述栅介质层132的表面。
所述浅槽隔离110位于所述光电二极管121周围的半导体衬底内。
进一步地，由于光电二极管121的深度通常较深且占用面积较大，距离传输栅极130较远位置(例如M处)的电荷以及距离较深位置(例如N处)的电荷往往难以耗尽，从而存在有电荷残留，在输出图像时引起图像信息出错或图像信息失真等问题，例如导致图像拖尾。
结合参照图3以及图4，图3是现有技术中另一种CMOS图像传感器的俯视图，图4是图3沿切割线B1-B2的剖面结构示意图。
所述另一种CMOS图像传感器与图1至图2示出的CMOS图像传感器不同的地方在于：传输栅极134向浅槽隔离110的方向延伸，且一部分置于浅槽隔离110内。
本领域技术人员可以理解的是，栅介质层132也会随传输栅极134一起向浅槽隔离110的方向延伸，以保持传输栅极134位于所述栅介质层132的表面。
在所述另一种CMOS图像传感器中，通过设置传输栅极134的一部分置于浅槽隔离110内，可以缩短传输栅极134至光电二极管121深处的距离，从而减轻在光电二极管121深处的电荷残留的问题，其中，所述光电二极管121深处的电荷例如可以为位于图2示出的N处的电荷。
本发明的发明人经过研究发现，位于图2示出的M处的电荷，仍然远离传输栅极134，因此仍然存在难以被传输栅极134转移出去，导致电荷残留的问题，进而在输出图像时仍会引起图像信息出错或图像信息失真等问题，降低设备性能。
在本发明实施例中，提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域；在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极，所述隔离介质层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，所述延伸栅极填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。
采用上述方案，通过设置在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内的沟槽，进而在沟槽内形成与传输栅极连接的延伸栅极，可以延长传输栅极与光电二极管区域的接近区域，进而在接近区域形成耗尽层，从而使得在读取时，光电二极管区域远离传输栅极的一端的电荷容易在传输栅极电压的作用下，往传输栅极的边缘积累，且顺利读出，从而减少在光电二极管区域远端的电荷残留，有助于减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生；同时相比于现有技术中传输栅极仅位于沟道区域附近，采用本发明实施例的方案，由于传输栅极与光电二极管区域的接近区域增大，可以在更大的区域内形成所述耗尽层，有助于更好地防止电子串扰，提高CIS的器件性能；进一步地，相比于现有技术中先形成STI隔离层，进而蚀刻STI隔离层中的氧化物，工艺较为复杂且难以控制各向蚀刻的均匀性，在本发明实施例中，通过先形成沟槽，再沉积氧化层形成适当厚度的隔离介质层，然后在隔离介质层中形成延伸栅极，有助于降低工艺复杂度，且提高器件性能。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图5，图5是本发明实施例中一种CMOS图像传感器的形成方法的流程图。所述CMOS图像传感器的形成方法可以包括步骤S51至步骤S55：
步骤S51：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域；
步骤S52：在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；
步骤S53：在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极，所述隔离介质层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，所述延伸栅极填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；
步骤S54：对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；
步骤S55：在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。
下面结合图6至图19对上述各个步骤进行说明。
图6至图19是本发明实施例中一种CMOS图像传感器的形成方法中各步骤对应器件的结构示意图。
结合参照图6以及图7，图6是俯视图，图7是图6沿切割线C1-C2的剖面结构示意图。提供半导体衬底200，在所述半导体衬底200内形成沟槽211。
其中，所述半导体衬底包括光电二极管区域220、掺杂区域224以及位于所述光电二极管区域220和掺杂区域224之间的沟道区域222。
在所述光电二极管区域220周围的半导体衬底200内形成沟槽211，所述沟槽211自所述沟道区域222开始并向所述光电二极管区域220的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域220远离所述沟道区域222的一端。
在具体实施中，所述半导体衬底200可以为硅衬底，或者所述半导体衬底200的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，所述半导体衬底200还可以为绝缘体表面的硅衬底或者绝缘体表面的锗衬底，或者是生长有外延层(Epitaxy layer，Epi layer)的衬底。
优选地，所述半导体衬底200为轻掺杂的半导体衬底，且掺杂类型与漏区相反。具体地，可以通过向所述半导体衬底200进行离子注入，实现深阱掺杂(Deep Well Implant)。
具体地，所述半导体衬底200的掺杂能量可以设置为30keV至110keV；所述半导体衬底200的掺杂剂量可以设置为2E15atom/cm3至1E17atom/cm3。
更具体而言，所述光电二极管区域220以及掺杂区域224的掺杂离子的类型与所述半导体衬底200的掺杂类型相反。如果所述光电二极管区域220以及掺杂区域224的掺杂离子的类型为N型，则所述半导体衬底200的掺杂离子为P型离子，例如包括B、Ga或In；反之，如果所述光电二极管区域220以及掺杂区域224的掺杂离子的类型为P型，则所述半导体衬底100的掺杂离子为N型离子，例如包括P、As或Sb。
进一步地，通过刻蚀工艺，可以在光电二极管区域220周围的半导体衬底200内形成沟槽211。
具体地，可以在半导体衬底200的表面形成图案化的光刻胶层(Photo Resist，PR)，进而以所述图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀形成所述沟槽211。
优选地，可以根据STI的版图，在预设的STI区域的一部分刻蚀形成所述沟槽211。
优选地，所述沟槽211的宽度可以设置为50nm至100nm。
优选地，所述沟槽211的深度可以设置为10nm至100nm。
进一步地，所述沟槽211可以包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域222相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。
在本发明实施例中，通过设置所述沟槽211包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔，可以实现传输栅极与延伸栅极的两段分别连接，相比于仅在传输栅极的单侧设置连接的延伸栅极，可以更大程度地减少在光电二极管区域远处的电荷残留，减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生。
在图6示出的本发明实施例中一种CMOS图像传感器的俯视图中，沟槽211包围所述远端的一部分。
在图8示出的本发明实施例中另一种CMOS图像传感器的俯视图中，沟槽212向所述光电二极管区域220的远端延伸，但并未延伸至远端。
在图9示出的本发明实施例中又一种CMOS图像传感器的俯视图中，沟槽213延伸至与所述远端齐平。
可以理解的是，沟槽延伸得越远，越有助于更大程度地减少在光电二极管区域远处的电荷残留，减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生，然而形成延伸栅极的成本也越高。在具体实施中，可以根据具体情况选择图6至图9示出的任意一种CMOS图像传感器。
在本发明实施例中，通过设置沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分，可以使所述延伸栅极延伸至最远区域，进一步减少在光电二极管区域220远处的电荷残留，减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生。
结合参照图10至图11，图10是俯视图，图11是图10沿切割线C1-C2的剖面结构示意图。在所述沟槽211(参照图6)内形成隔离介质层210以及延伸栅极236，所述隔离介质层210覆盖所述沟槽211的底部和侧壁，所述延伸栅极236填充所述沟槽211并位于所述隔离介质层210上。
进一步地，所述隔离介质层210的厚度可以占所述沟槽211深度的1％至15％，从而确保沟槽211具有足够空间容纳延伸栅极236。
进一步地，所述隔离介质层210可以为绝缘介质，例如为氧化硅、氮化硅或者无定形碳(Amorphous Carbon)。
更进一步地，在所述沟槽211内形成隔离介质层210的步骤可以包括：采用现场水汽生成(In-situ Steam Generation，ISSG)工艺形成所述隔离介质层210。所述ISSG工艺被视为一种低压快速氧化热退火技术，在对淀积的薄膜进行热退火的同时进行补偿氧化生长，有助于形成致密度更高、更均匀的隔离介质层210。
所述延伸栅极236可以是多晶硅栅，例如可以包括依序形成于所述隔离介质层210表面的多晶硅层与顶盖层；所述延伸栅极236还可以金属栅极，例如为高介电系数金属栅极(High-k metal gate，HKMG)；所述延伸栅极236还可以是N型重掺杂栅极或者N型轻掺杂栅极。需要指出的是，在本发明实施例中，对于形成延伸栅极236的具体方式不作限制。
优选地，所述延伸栅极236可以是原位掺杂(Insitu-doping)多晶硅，原位掺杂工艺用于在淀积多晶硅的同时通入含有杂质的气体，使多晶硅均匀的掺杂。相比于其他掺杂方法，需要在淀积本征多晶硅之后，再进行一次注入或扩散工艺，采用原位掺杂的工艺，可以提高生产效率且节约成本。
如前所述，可以根据STI的版图，在预设的STI区域的一部分刻蚀形成所述沟槽211。因此优选地，所述隔离介质层210以及延伸栅极236可以位于所述浅槽隔离区域内。
参照图12，对所述光电二极管区域220以及掺杂区域224进行离子注入，以在所述光电二极管区域220内形成光电二极管221，在所述掺杂区域224内形成浮置扩散区225。
具体地，当所述光电二极管区域220以及掺杂区域224的掺杂离子的类型为N型时，可以设置为包括P、As或Sb；当所述光电二极管区域220以及掺杂区域224的掺杂离子的类型为P型时，可以设置为包括B、Ga或In。
优选地，所述光电二极管区域220的掺杂离子可以为硼离子(P)或砷离子(As)，所述掺杂区域224的掺杂离子可以为硼离子或砷离子。
优选地，可以设置所述光电二极管区域220的掺杂能量为250keV至4500keV；设置所述光电二极管区域的掺杂剂量为1E17atom/cm3至5E19atom/cm3。
可以设置所述掺杂区域224的掺杂能量为5keV至30keV；设置所述掺杂区域224的注入角度为7度；设置所述掺杂区域224的掺杂剂量为5E19atom/cm3至5E21atom/cm3。
图13至图15示出的是在所述沟道区域222的半导体衬底200表面依次形成栅介质层和传输栅极的一种具体实施方式。
结合参照图13至图15，图13是俯视图，图14是图13沿切割线C1-C2的剖面结构示意图，图15是图13沿切割线D1-D2的剖面结构示意图。在所述沟道区域222的半导体衬底200表面依次形成栅介质层232和传输栅极230，所述传输栅极230位于所述栅介质层232表面，其中，所述传输栅极230与所述延伸栅极236连接。
具体地，可以设置所述延伸栅极236的上表面高度高于所述栅介质层232，且高出的部分与所述传输栅极230连接。
随着高密度集成电路特征尺寸的不断减小，栅介质层的厚度也随之降低，例如在关键特征尺寸为65nm的工艺或更为先进的工艺中，栅介质层的厚度可以为5nm以下。因此，可以采用常规的形成栅极的方式，通过增加栅极的厚度，使形成的延伸栅极236的上表面高度高于所述栅介质层232。
在本发明实施例中，通过设置所述延伸栅极236的上表面高度高于所述栅介质层232，且高出的部分与所述传输栅极230连接，有助于通过调整延伸栅极236的高度，实现传输栅极230与延伸栅极236连接。
进一步地，当所述传输栅极230的材料为多晶硅时，可以对所述传输栅极230进行掺杂，所述传输栅极230的掺杂离子的类型可以与所述光电二极管221以及浮置扩散区225的掺杂离子的类型一致。
图16至图18示出的是在所述沟道区域222的半导体衬底200表面依次形成栅介质层和传输栅极的另一种具体实施方式。
结合参照图16至图18，图16是俯视图，图17是图16沿切割线C1-C2的剖面结构示意图，图18是图16沿切割线D1-D2的剖面结构示意图。在所述沟道区域222的半导体衬底200表面依次形成栅介质层232和传输栅极234，所述传输栅极234位于所述栅介质层232表面，其中，所述传输栅极234与所述延伸栅极236连接。
具体地，可以设置所述传输栅极234向所述沟道区域222以外延伸，以使所述传输栅极234与所述延伸栅极236连接。
在本发明实施例中，通过设置所述传输栅极234向所述沟道区域222以外延伸，以所述与所述延伸栅极236连接，有助于通过调整传输栅极234的延伸程度，实现传输栅极234与延伸栅极236连接。
进一步地，所述传输栅极230(234)可以是多晶硅栅，例如可以包括依序形成于所述栅极介质232表面的多晶硅层与顶盖层；所述传输栅极230(234)还可以金属栅极，例如为高介电系数金属栅极；所述传输栅极230(234)还可以是鳍式场效应晶体管(Fin FieldEffect Transistor，FinFET)中覆盖凸出于半导体衬底表面的鳍部的顶部和侧壁的栅极；所述传输栅极230(234)还可以是N型重掺杂栅极或者N型轻掺杂栅极。需要指出的是，在本发明实施例中，对于形成230(234)的具体方式不作限制。
当所述传输栅极234的材料为多晶硅时，可以对所述传输栅极234进行掺杂，所述传输栅极234的掺杂离子的类型可以与所述光电二极管221以及浮置扩散区225的掺杂离子的类型一致。
参照图19，在图14示出的CMOS图像传感器的基础上，形成源区和漏区240，所述源区和漏区240的其中一个位于所述光电二极管221与所述传输栅极230之间，另一个位于所述浮置扩散区225与所述传输栅极230之间。
在具体实施中，所述源区和漏区240的掺杂离子的类型可以与所述光电二极管221以及浮置扩散区225的掺杂离子的类型一致
优选地，所述源区和漏区240的掺杂离子可以为硼离子或砷离子。
优选地，所述源区和漏区240的掺杂能量可以为1keV至30keV；所述源区和漏区240的掺杂剂量可以为5E18atom/cm3至1E20atom/cm3。
在具体实施中，形成传输栅极230(234)之后，形成所述源区和漏区240之前，还可以包括形成轻掺杂离子注入漏区(Lightly Doped Drain，LDD)以及形成偏移侧墙(Spacer)的步骤。
其中，所述LDD的注入角度可以设置为30度至60度。
结合参照图20和图21，图20是本发明实施例中的CMOS图像传感器在未施加电压状态下的俯视图，图21是本发明实施例中的CMOS图像传感器在读取状态下的电荷运动示意图。
具体地，在未施加电压的情况下，由于存在包围光电二极管221的延伸栅极236，会在光电二极管221内接近延伸栅极236的区域，形成耗尽层242(又称为反型层242)，所述耗尽层242可以有效地防止电子串扰。
进一步地，在施加电压的状态下，光电二极管221边缘的耗尽层242消失，形成电子读取通道，最后从传输栅极230读出。具体而言，以光电二极管221的掺杂离子的类型为N型为例，在读取状态下，会在传输栅极230上施加正电压，则延伸栅极236也带正电压，导致耗尽层242减薄甚至消失，光电二极管221深处的负电荷在正电压的作用下，往延伸栅极236边缘积累，进而从传输栅极230顺利读出。
在本发明实施例中，通过设置在所述光电二极管区域220(参照图19)周围的半导体衬底200内的沟槽211(参照图6)，进而在沟槽211内形成与传输栅极230连接的延伸栅极236，可以延长传输栅极230与光电二极管区域220的接近区域，进而在接近区域形成耗尽层242，从而使得在读取时，光电二极管区域220远离传输栅极230的一端的电荷容易在传输栅极230电压的作用下，往传输栅极230的边缘积累，且顺利读出，从而减少在光电二极管区域220远端的电荷残留，有助于减轻图像信息出错或图像信息失真问题的发生；同时相比于现有技术中传输栅极仅位于沟道区域附近，采用本发明实施例的方案，由于传输栅极230与光电二极管区域220的接近区域增大，可以在更大的区域内形成所述耗尽层242，有助于更好地防止电子串扰，提高CMOS图像传感器的器件性能；进一步地，相比于现有技术中先形成STI隔离层，进而蚀刻STI隔离层中的氧化物，工艺较为复杂且难以控制各向蚀刻的均匀性，在本发明实施例中，通过先形成沟槽211，再沉积氧化层形成适当厚度的隔离介质层210，然后在隔离介质层210中形成延伸栅极236，有助于降低工艺复杂度，且提高器件性能。
接下来，可以实施常规的半导体器件后端制造工艺，包括：多个互连金属层的形成，通常采用双大马士革工艺来完成；金属焊盘的形成，用于实施器件封装时的引线键合。
在本发明实施例中，还提供了一种半导体器件，结合参照图13至图15，所述CMOS图像传感器可以包括：
半导体衬底200，所述半导体衬底200包括光电二极管区域220、掺杂区域224以及位于所述光电二极管区域220和掺杂区域224之间的沟道区域222，所述光电二极管区域220内形成有光电二极管221，所述掺杂区域224内形成有浮置扩散区225；
栅介质层232，位于所述沟道区域222的半导体衬底200的表面；
传输栅极230，位于所述栅介质层232表面；
沟槽211(参照图6)，位于所述光电二极管区域220周围的半导体衬底200内，所述沟槽211自所述沟道区域222开始并向所述光电二极管区域220的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域220远离所述沟道区域222的一端；
隔离介质层210，覆盖所述沟槽211的底部和侧壁；
延伸栅极236，填充所述沟槽211并位于所述隔离介质层210上；
其中，所述传输栅极230与所述延伸栅极236连接。
进一步地，所述沟槽211可以包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域222相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。
进一步地，所述沟槽211可以延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分。
进一步地，所述传输栅极234(参照图18)可以向所述沟道区域222以外延伸，以所述与所述延伸栅极236连接。
进一步地，所述延伸栅极236的上表面高度可以高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极230连接。
在本发明实施例中，所述CMOS图像传感器可以包括前照式(Front-sideIllumination，简称FSI)CMOS图像传感器和后照式(Back-side Illumination，简称BSI)CMOS图像传感器。其中，后照式CMOS图像传感器也可以称为背照式CMOS图像传感器。
关于该图像传感器的原理、具体实现和有益效果请参照前文及图5至图19示出的关于图像传感器的形成方法的相关描述，此处不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (11)
1.一种CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域；
在所述光电二极管区域周围的半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；
在所述沟槽内形成隔离介质层以及延伸栅极，所述隔离介质层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，所述延伸栅极填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；
对所述光电二极管区域以及掺杂区域进行离子注入，以在所述光电二极管区域内形成光电二极管，在所述掺杂区域内形成浮置扩散区；
在所述沟道区域的半导体衬底表面依次形成栅介质层和传输栅极，所述传输栅极位于所述栅介质层表面，其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以使所述传输栅极与所述延伸栅极连接。
5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接。
6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：
形成源区和漏区，其中一个位于所述光电二极管与所述传输栅极之间，另一个位于所述浮置扩散区与所述传输栅极之间。
7.一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底包括光电二极管区域、掺杂区域以及位于所述光电二极管区域和掺杂区域之间的沟道区域，所述光电二极管区域内形成有光电二极管，所述掺杂区域内形成有浮置扩散区；
栅介质层，位于所述沟道区域的半导体衬底的表面；
传输栅极，位于所述栅介质层表面；
沟槽，位于所述光电二极管区域周围的半导体衬底内，所述沟槽自所述沟道区域开始并向所述光电二极管区域的远端延伸，所述远端为所述光电二极管区域远离所述沟道区域的一端；
隔离介质层，覆盖所述沟槽的底部和侧壁；
延伸栅极，填充所述沟槽并位于所述隔离介质层上；
其中，所述传输栅极与所述延伸栅极连接。
8.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于，
所述沟槽包括分离的两段沟槽，分别自所述沟道区域相对的两侧开始，且延伸至所述远端的两段沟槽之间具有间隔。
9.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述沟槽延伸至与所述远端齐平，或者包围所述远端的一部分。
10.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述传输栅极向所述沟道区域以外延伸，以所述与所述延伸栅极连接。
11.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述延伸栅极的上表面高度高于所述栅介质层，且高出的部分与所述传输栅极连接。
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