技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及圖像傳感器。

背景技術

圖像傳感器是一種廣泛應用于數碼成像、航空航天以及醫療影像領域的電子元器件。電荷耦合器件（Charge?Coupled?Device，CCD）圖像傳感器和互補金屬氧化物半導體（C1mplementary?Metal?Oxide?Semiconductor，CMOS）圖像傳感器是常見的兩種圖像傳感器。

CCD具有低的讀出噪音和暗電流噪音，同時具有高光子轉換效率，所以既具有高信噪比，又具有高靈敏度，很低光照強度的入射光也能被偵測到，其信號不會被掩蓋。另外，CCD還具有高動態范圍，提高系統環境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號反差現象。但其功耗比較大，供給電壓不一致，與傳統的CMOS工藝不匹配，集成度不高，所以成本偏高。

與CCD相比，CMOS圖像傳感器對光線的靈敏度、信噪比都相對較差，導致它在成像質量上難以與CCD抗衡，所以以前主要用于成像質量要求不是很高的中低端市場。但是，隨著新的CMOS技術不斷改進，CMOS圖像傳感器在成像質量方面也越來越具有與CCD相抗衡的實力，而且它固有的諸如像元內放大、列并行結構，以及深亞微米CMOS處理等獨特的優點更是CCD器件所無法比擬的。而且與CCD技術相比，CMOS技術集成度高、采用單電源和低電壓供電、成本低和技術門檻低。低成本、單芯片、功耗低和設計簡單等優點。從目前的發展趨勢來看，CMOS圖像傳感器正逐步取代CCD。

圖1為現有4T型CMOS圖像傳感器的電路結構示意圖。4T型CMOS圖像傳感器的像素單元主要包括兩部分：感光區域II和像素讀出電路I，其中，感光區域II即為一光電二極管PD，像素讀出電路I則包括轉移晶體管TX、復位晶體管RST、源跟隨晶體管APS和行選晶體管RS。目前傳統的光電二極管PD大多采用PN結感光二極管結構，圖2和圖4為現有的兩種PN結感光二極管結構CMOS圖像傳感器示意圖。

如果采用圖2所示的PN結感光二極管來制作CMOS圖像傳感器，當在轉移晶體管的柵極TX上加工作電壓、轉移晶體管導通時，在轉移晶體管柵極TX的柵壓作用下，半導體襯底位于柵極TX下方的部分形成一P型反型層，但受PN結感光二極管N-well區域靠近轉移晶體管柵極TX一側的載流子運動影響，表現在能帶圖上，位于轉移晶體管柵極TX下方的部分P+摻雜區（即：在PN結感光二極管中P+摻雜區在水平方向上超出N-well區域的那一部分）位置會形成一個勢壘（barrier），其電勢分布圖如圖3所示，使得PN結感光二極管PD中產生的光生電荷必須先躍過該勢壘Barrier，才能在柵極TX的控制下轉移至浮動擴散區FD并讀出。

如果采用圖4所示的PN結感光二極管來制作CMOS圖像傳感器，同樣的，當在轉移晶體管的柵極TX上加工作電壓、轉移晶體管導通時，在轉移晶體管柵極TX的柵壓作用下，半導體襯底位于柵極TX下方的部分形成一N型反型層，但受PN結感光二極管的P+摻雜區靠近轉移晶體管TX柵極一側的載流子運動影響，表現在能帶圖上，位于轉移晶體管柵極TX下方的部分N摻雜區（即：在PN結感光二極管中N-well區域在水平方向上多出P+摻雜區的那一部分）位置會形成一個電勢下陷（pocket），其電勢分布圖如圖5所示，由于該下陷的存在，在像素讀出過程中，PN結感光二極管PD中產生光生電荷轉移時會有部分電荷被限制在電勢下陷pocket區域中，由于無法躍過下陷電勢而導致無法在柵極TX的控制下移至浮動擴散區FD進行讀出。

因此，在現有技術中，PN結感光二極管中的barrier效應和pocket效應阻礙了光生電荷的傳輸，圖像傳感器中光生電荷的讀出過程受到較大影響，從而影響了器件靈敏度、動態范圍、響應速度、信噪比等參數性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種圖像傳感器及其制備方法，可以有效地降低甚至消除光電二極管的電勢偏差，即：勢壘（barrier）或下陷（pocket），提高圖像傳感器光生電荷的傳輸效果，進而提高器件性能。

為解決上述技術問題，本發明公開了一基于半導體襯底的圖像傳感器，其中包括光電二極管和像素讀出電路，該像素讀出電路包括至少一個金屬氧化物半導體場效應晶體管，該光電二極管包括第二半導體類型的第一摻雜區和第一半導體類型的第二摻雜區，第一摻雜區和第二摻雜區以半導體襯底表面為界面形成PN結，第一摻雜區位于襯底內，第二摻雜區位于襯底表面上方；