40nm BSI CMOS Image Sensor预览

限制了传输栅极处的栅极重叠电容，这对最大化传感器的转换增益必不可少 [P3]。随后的去胶和清洗步骤将去除用于选择性定义这些 N+ 区域的光刻胶掩模，为专门的 N 型 FD 调节注入做好晶圆准备 [P1]。

离子注入工艺通过电离掺杂原子，利用外加电场对其加速，并将其引导至硅晶格的非掩模区域来完成 [T2]。当高能离子穿透衬底时，它们会与基体硅原子发生一系列弹性和非弹性碰撞，最终在由初始注入能量决定的投影射程处停止 [T2]。所得到的注入杂质的空间分布通常可以用高斯分布近似，其中总剂量决定了峰值浓度 [T2]。由于硅衬底具有严格的晶体对称性 [T3]，因此需要精确控制入射的倾角（tilt）和旋转角（twist）以防止沟道效应（channeling）[P1]。当离子与开放的晶面平行并异常深地进入衬底时，就会发生沟道效应，从而扭曲预期的浅结分布 [T1]。为了进一步随机化离子轨迹并捕获表面污染物，在注入过程中通常会在硅表面使用一层薄的非晶态屏蔽氧化层 [T1]。砷（As）常被选为 NMOS S/D 注入的掺杂物质，因为其原子质量大且扩散率低，有助于形成高度缩放的晶体管所需的浅而陡峭的结 [T1]。

对于浮空扩散区域，必须精心优化注入能量和剂量，以控制 p-n 结深度和横向扩散扩展 [P3]。由于 CMOS 图像传感器的转换增益与总 FD 电容成反比，因此通过精确的掺杂边界来限制结电容和栅极重叠电容是主要的设计目标 [P3]。然而，砷的重质量和所需的高剂量固有的会通过将硅原子从平衡位置置换出来，从而造成严重的晶格损伤 [T2]。为了抑制损伤的过度积累，必须仔细调节束流密度和辐照时间，因为未处理的晶体缺陷会充当产生-复合中心，从而增加暗电流 [P1]。此外，为了保护超灵敏的像素区域免受来自注入机等离子体源的金属杂质污染，需严格使用质量分析静电角度-能量过滤器和 RF 等离子体簇射器（plasma shower）[P1]。

在 纳米尺度 背照式（BSI）CMOS 图像传感器的背景下，像素尺寸的微缩要求对 FD 电容进行高度工程化，以实现光子计数灵敏度和亚电子读取噪声 [P3]。S/D 注入必须与随后的热预算完美平衡，以防止瞬态增强扩散（TED）导致掺杂剂驱动到传输栅极下过深 [T1]。如果 N+ 分布在横向上扩散太远，随之而来的寄生重叠电容会严重降低输入参考转换增益 [P3]。同时，掺杂分布的设计必须避免结处出现极端的局部电场，否则会加剧带间隧穿，并损害传感器的动态范围和暗电流性能 [P2] (工程实践)。