[發明專利]圖像傳感器及其制造方法

無效

• 申請號: 200710305323.1
• 申請日: 2007-12-26
• 公開（公告）號: CN101211950A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 洪志勛
• 申請（專利權）人: 東部高科股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L21/822
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭小軍

技術領域

本發明涉及圖像傳感器及其制造方法。

背景技術

圖像傳感器是將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。電荷藕合器件和互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器是最典型的圖像傳感器裝置。

在CCD中，金屬氧化物硅(MOS)電容器彼此緊密地排列，電荷載體存儲在MOS中，并在MOS電容器之間傳輸。

CMOS圖像傳感器可以包括與多個像素對應的多個MOS晶體管。可以利用作為外圍電路的控制電路和信號處理電路基于CMOS技術形成MOS晶體管。CMOS圖像傳感器可作為使用MOS晶體管來連續檢測輸出的切換裝置。

光電二極管和多個MOS晶體管可以包括在CMOS圖像傳感器的每個像素中。光電二極管可用以響應于入射光產生光電荷。

多個MOS晶體管可以包括轉移晶體管(transfer?transistor)、復位晶體管、存取晶體管和選擇晶體管。轉移晶體管可以連接到光電二極管以將光電荷從光電二極管轉移到浮置擴散區。復位晶體管可以用于將浮置擴散區的電勢設置成期望值，并通過對浮置擴散區放電來復位浮置擴散區。可將浮置擴散區的電壓施加到存取晶體管的柵極，以使存取晶體管用作源極跟隨緩沖放大器。選擇晶體管可以通過使用切換功能來選址。

轉移晶體管可以包括：柵極、電荷載體移動所經過的溝道和用作浮置擴散區漏極(以下，稱作浮置擴散區)。在半導體襯底表面上和/或上方用以定義有源區和場效應區的器件隔離區圖案(device?isolation?pattern)線之間形成柵極。柵極可以包括柵極絕緣層和多晶硅層。

溝道可以用于控制閾值電壓以及將光電子從光電二極管轉移到浮置擴散區。溝道可以與柵極相應地形成在半導體襯底中。溝道可以通過將離子到半導體襯底中形成。

光電二極管和浮置擴散區可以形成在溝道的兩側。浮置擴散區存儲從光電二極管通過溝道轉移的電荷。

現在將簡略描述轉移晶體管的操作。首先，光電二極管響應于入射光產生光電荷，然后，轉移晶體管的柵極導通。結果，由溝道控制的閾值電壓降低，因此，光電荷可以通過溝道從光電二極管轉移到浮置擴散區。

然而，在這樣的CMOS圖像傳感器中，轉移晶體管的特性會由于結構缺點而降低。在這種情況下，當柵極斷開時，能產生泄漏電流。此外，當柵極導通時，光電荷不能完全從光電二極管轉移到浮置擴散區，從而導致飽和度和圖像質量降低。

這個問題是由于轉移晶體管的柵極絕緣層的厚度造成的。例如，柵極絕緣層的厚度的增加可以增大閾值電壓，從而阻止光電二極管中產生的光電荷在通過溝道時泄漏。然而，在這種情況下，當柵極導通時，如上所述光電荷不能完全從光電二極管轉移到浮置擴散區。

另一方面，柵極絕緣層的厚度的降低可以降低閾值電壓，從而在柵極導通時，完全地將光電荷從光電二極管轉移到浮置擴散區。然而，在這種情況下，通過溝道來自光電二極管的光電荷會泄漏。

發明內容

本發明實施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，可以用于降低電流泄漏。

本發明實施例涉及一種圖像傳感器，其可包括：用于轉移晶體管的柵極絕緣層，形成在半導體襯底上，該柵極絕緣層包括具有中央開口的第一柵極絕緣層和在具有該中央開口的第一柵極絕緣層上形成的第二柵極絕緣層；柵極，形成在所述柵極絕緣層上；光電二極管，形成在該半導體襯底中且位于所述柵極的一側；和浮置擴散區，形成在該半導體襯底中且與所述光電二極管相對地位于所述柵極的另一側，該浮置擴散區通過溝道電連接到所述光電二極管。。

本發明實施例涉及一種圖像傳感器的制造方法，包括：在半導體襯底上沉積第一柵極絕緣材料；通過圖案化所述第一柵極絕緣材料形成在中心部分具有開口的第一柵極絕緣層；在包括所述第一柵極絕緣層的半導體襯底上依次沉積第二柵極絕緣材料和柵極材料；通過圖案化所述第二柵極絕緣材料和所述柵極材料依次形成第二柵極絕緣層和柵極；通過在該半導體襯底中注入多個離子，在該半導體襯底中且在所述柵極的一側形成光電二極管；和通過在該半導體襯底中注入離子，在該半導體襯底中且與所述光電二極管相對地在所述柵極的另一側形成浮置擴散區。