[發明專利]一種CMOS圖像傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201210258467.7
• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號: CN103579261A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 陳建奇
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

技術領域

本發明涉及圖像傳感器領域，具體地，本發明涉及一種CMOS圖像傳感器及其制備方法。

背景技術

通常，圖像傳感器是將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。圖像傳感器包括電荷耦合器件（CCD）和互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器。

由于CMOS圖像傳感器(CIS)具有改善的制造技術和特性，因此半導體制造技術各方面都集中于開發CMOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器利用CMOS技術制造，并且具有較低功耗，更容易實現高度集成，制造出尺寸更小的器件，因此，CMOS圖像傳感器廣泛的應用于各種產品，例如數字照相機和數字攝像機等。

CMOS圖像傳感器的個像素可以包括用于接收光的多個光電二極管以及用于控制輸入視頻信號的多個晶體管。按照晶體管的數目，CMOS圖像傳感器可以分為3T型、4T型等。3T型CMOS圖像傳感器可以包括一個光電二極管和三個晶體管，而4T型CMOS圖像傳感器可以包括一個光電二極管和四個晶體管。

圖1a所示是4T型CIS，包括：光電二極管區PD、傳輸晶體管Tx、復位晶體管RST、源跟隨晶體管SF和行選通晶體管SEL。其中，浮置擴散區FD可以從光電二極管PD接收電子，然后將電子轉換為電壓。

目前CMOS圖像傳感器的結構如圖1b和1c所示，所述CMOS圖像傳感器包括在半導體襯底101和/或位于半導體襯底上方的外延層102，所述襯底或外延層102可以分為有源區和器件隔離區，所述有源區中包括光電二極管區（PD）103、浮置擴散區（FD）105以及傳輸晶體管（Tx）區107，所述外延層102上具有柵極結構104，所述柵極結構中包含柵絕緣層、柵極材料層，所述柵極結構具有絕緣材料的側墻，所述CMOS圖像傳感器還包括位于浮置擴散區（FD）105上方的接觸塞106，所述接觸塞106將有源區中浮置擴散區（FD）105與所述源跟隨晶體管SF的柵極結構相連。

工作時，所述光電二極管PD可以感測入射光，然后根據光強的變化產生電荷，傳輸晶體管Tx將PD產生的電荷轉移到浮置擴散區FD，源跟隨晶體管SF將電荷轉換為電壓信號。在轉移之前，浮置擴散區FD將電子從光電二極管PD傳輸到復位晶體管RST以使其導通，由此，浮置擴散區FD可設定為在預定電平下具有低電荷狀態。復位RST可以釋放存儲在浮置擴散區FD中的電荷，用于進行信號檢測，而源跟隨晶體管SF可充當源跟隨器，用于將電荷轉換為電信號。

在上述所述的CMOS圖像傳感器中，如果將所述光電二極管產生的電荷轉移到浮置擴散區FD，則復位晶體管RST導通，電荷被傳送到源跟隨晶體管SF，然后轉換為電信號，浮置擴散區則起到了電容的作用，此外，浮置擴散區由源/漏摻雜(N+)與外延層(P)形成結電容，所述結電容主要通過摻雜濃度來控制電容量，但是由此也會引起低電容量的問題。特別是，浮置擴散區FD可以從光電二極管區PD接受電子，然后將電子轉換為電壓。如果出現低電容量，則引起噪聲增加。

因此，如何提高所述CMOS圖像傳感器中電容量，降低噪聲，增加對來自光電二極管PD的電荷接受量，提高整體飽和水平成為目前需要解決的問題。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

本發明為了克服目前CMOS圖像傳感器中電容量低，容易增加噪聲的問題，提供了一種CMOS圖像傳感器，包括：

半導體襯底以及位于所述襯底上的外延層；

柵極結構，位于所述外延層上；

淺溝槽隔離、光電二極管區，形成于所述外延層中；

第一浮置擴散區和第二浮置擴散區，位于所述淺溝槽隔離兩側；

自對準硅化物阻擋層，至少位于所述第二浮置擴散區上方；

層間介質層，形成于所述柵極結構和外延層上方；

第一接觸塞和第二接觸塞，位于所述層間介質層中，其中，所述第一接觸塞位于第一浮置擴散區上方并與所述第一浮置擴散區電連接，所述第二接觸塞位于與所述第二浮置擴散區對應的所述自對準硅化物阻擋層上方；

導線，位于所述層間介質層上，并與所述第一接觸塞和所述第二接觸塞電連接；

所述第一浮置擴散區通過第一接觸塞、導線、第二接觸塞與自對準硅化物阻擋層形成的電容相連，用于增加第一浮置擴散區電容量。

作為優選，所述第一接觸塞與所述第一浮置擴散區之間具有金屬硅化物層。