[發明專利]一種CMOS圖像傳感器的有源像素的制造方法

無效

• 申請號: 200710098045.7
• 申請日: 2007-04-26
• 公開（公告）號: CN101295724A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 高文玉;李秋德;彭川;王科軍
• 申請（專利權）人: 和艦科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L21/82;H01L21/8238
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司
• 代理人: 王光輝

技術領域

本發明涉及互補型金屬氧化物半導體(Complementary?Metal-OxideSemiconductor，以下簡稱CMOS)的技術領域，特別涉及一種CMOS圖像傳感器的有源像素的制造方法。

背景技術

圖像傳感器是將光學圖像轉換為電信號的器件。通常分為二類：電荷耦合器件(Charge?Coupled?Device，以下簡稱CCD)和CMOS。早期，CCD圖像傳感器圖像質量高，市場占有率很高。近年來，深亞微米CMOS技術快速發展使得CMOS圖像傳感器(CMOS?image?sensor，以下簡稱CIS)能和控制電路、信號處理電路、模數轉換電路等集成在同一芯片。此外，CIS具有低功耗、芯片面積小和制造成本低的優點。目前，CMOS圖像傳感器已經廣泛用于靜態數碼相機、照相手機、數碼攝像機、醫療用攝像裝置(例如胃鏡)、車用攝像裝置等。

CMOS圖像傳感器的基本感光單元被稱為像素(pixel)，目前市場上主要是有源像素(Active?Pixel?Sensor，簡稱APS)類型，是由一個感光二極管和3個或4個MOS晶體管構成，簡稱為3T或4T類型。其等效電路圖如圖1a和1b所示，圖1a所示的3T類型的感光二極管P端接地，N端與重置晶體管M1(Reset)源端串聯；圖1b所示的4T類型的感光二極管也是P端接地，但N端與轉移晶體管M4(Transfer?Gate，簡稱TG)源端串聯。他們都有一個放大晶體管或源極跟隨管M2(Source?Follower)與光電二極管N端直接或間接聯接，光電二極管重置后其N端電壓隨光強的變化可通過這個源極跟隨管和行選擇管M3讀出。詳細工作原理許多專利和文獻以有較詳細描述。無論是3T還是4T結構，技術上最主要的部分是光電二極管以及光電二極管和轉移晶體管或重置晶體管的源端連接部分的結構設計與工藝。除了要求光電二極管漏電流低、耗盡區盡量寬(對光的敏感度高)、噪聲小以外，還要求光電二極管和轉移晶體管或重置晶體管的源端之間能良好地進行電荷轉移或重置。特別是鉸接(PINNED)型光電二極管和轉移晶體管之間要避免有夾斷(pinch-off)區。夾斷區會造成光電二極管和轉移晶體管傳輸電荷受阻和隨機噪聲增大，嚴重時傳感器系統無法重置和獲得正確的圖像信息。

圖1c為早期CMOS圖像傳感器的光電二極管結構示意圖。該光電二極管包括P+Si襯底硅片10，外延P-層11，(其中有些不用P+/P-外延硅片，直接用P-型硅片)，利用局部氧化法(local?oxidation?on?Silicon，以下簡稱LOCOS)或淺溝槽鑲嵌隔離工藝(shallow?trench?isolation，以下簡稱STI)在硅表面形成的場區12，N型MOS管的P阱(PW或P-field)13，熱氧化SiO2柵介質14，多晶硅(poly)柵電極15，N-區16與硅襯底以及P阱形成PN光電二極管，N+區17是轉移晶體管或重置晶體管的漏端。但這種二極管的缺點是具有較大的暗電流，也就是即使在黑暗環境下也有信號輸出，這就增加了圖像背景噪聲和降低動態范圍(dynamicrange)。暗電流主要來源之一是來自側面PN結和SiO2的交界處1612，那里Si/SiO2界面的缺陷大大增強了PN結復合產生漏電流。另外，光電二極管的N區頂部沒有耗盡的部分會引起較大的重置噪聲(reset?noise)。