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Cmos圖像傳感器及其制造方法

文檔序號:6857486閱讀:262來源:國知局
專利名稱:Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器,并且更具體地,涉及一種CMOS圖像傳感器及其制造方法,其通過防止光電二極管的N型區(qū)域與器件介電膜鄰接并減少暗電流來改善色彩再現(xiàn)(reproduction)。
背景技術(shù)
圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器分為電荷耦合器件(CCD)和CMOS圖像傳感器。CCD將載荷子存儲在MOS電容器中,并將載荷子轉(zhuǎn)移到MOS電容器。MOS電容器彼此接近。CMOS圖像傳感器應(yīng)用切換模式,其能夠通過使用將控制電路和信號處理電路用作外圍電路的CMOS技術(shù)形成對應(yīng)于單位像素的數(shù)量的MOS晶體管,使用MOS晶體管來順序檢測單位像素的輸出。
CCD具有驅(qū)動模式復(fù)雜、功率消耗高、以及由于多個掩模處理步驟導(dǎo)致的處理步驟復(fù)雜的缺點。此外,難以在CCD的一個芯片上集成信號處理電路。為了克服這些缺點,已經(jīng)開發(fā)了一種基于用于制造亞微米CMOS的方法的CMOS圖像傳感器。
為了顯示圖像,CMOS圖像傳感器通過在單位像素中形成光電二極管和MOS晶體管,以切換方式順序檢測信號。此外,由于CMOS圖像傳感器使用CMOS技術(shù),因此需要低功率消耗,并且掩模數(shù)量比CCD所需的三十至四十個掩模少二十個。通過這種方式,在CMOS圖像傳感器中,簡化了處理步驟并且各種信號處理電路可以集成到一個芯片上。因此,CMOS圖像傳感器已經(jīng)作為下一代圖像傳感器受到了極大關(guān)注。CMOS圖像傳感器廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機、PC攝像機、便攜式電視攝像機等。
圖1是示出相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的單位像素的電路圖。如圖1所示,CMOS圖像傳感器的單位像素包括光電二極管(PD)10和四個NMOS晶體管。四個NMOS晶體管包括轉(zhuǎn)移柵Tx 30,用于將在光電二極管10中收集的光電荷傳輸?shù)礁訑U散(FD)區(qū)20;復(fù)位柵Rx 40,用于通過將浮動擴散區(qū)20的電勢設(shè)定為期望值并使電荷放電,來復(fù)位浮動擴散區(qū)20;驅(qū)動?xùn)臘x 50,用作源跟隨器緩沖放大器;以及選擇柵Sx 60,用于尋址。形成負載晶體管,以允許在單位像素外讀取輸出信號。
圖2是示出相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的布局的截面圖。如圖2所示,pnp型光電二極管設(shè)置有在p+型襯底上生長的p型外延層。在p型外延層中形成n-型區(qū)70,并且在n-型區(qū)70和p型外延層的表面上形成P0型區(qū)80。
在n-型區(qū)70和p型區(qū)(P0型區(qū)80和p型外延層)之間施加反偏壓,使得當(dāng)n-型區(qū)70的雜質(zhì)離子與p型區(qū)的雜質(zhì)離子被適當(dāng)混合時,n-型區(qū)70被完全耗盡。因此,耗盡區(qū)擴大到在n-型區(qū)70之下的p型外延層和n-型區(qū)70上的P0型區(qū)80。此時,耗盡區(qū)更大量地擴大到具有相對低摻雜物濃度的p型外延層。因為由入射光產(chǎn)生的光電荷可以被積累并存儲在耗盡區(qū)中,因此耗盡區(qū)用于圖像再現(xiàn)。
圖3示出取決于到相關(guān)技術(shù)的光電二極管的入射光的波長的吸收系數(shù)和穿透深度。如圖3所示,隨著到光電二極管的入射光的波長增加,吸收系數(shù)不斷地減小,而穿透深度不斷地增加。在相關(guān)技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)中,具有0.3μm的穿透深度的藍色波長導(dǎo)致圖像的色彩再現(xiàn)困難。相反,紅光具有10μm的穿透深度。因此,在使用紅色、綠色、和藍色的彩色再現(xiàn)時,難以以1∶1的比例再現(xiàn)各個色彩。這樣不能在色彩再現(xiàn)中獲得各個色彩的理想比例1∶1∶1,從而減少了色彩再現(xiàn)。
圖4示出取決于到硅襯底的入射光的波長的、相關(guān)技術(shù)的硅襯底中的穿透深度。如圖4所示,穿透深度用百分率來標(biāo)記。波長為700nm的紅光的主穿透區(qū)域的穿透深度為4000至15000。相反地,藍光和綠光的主穿透區(qū)域的穿透深度小于4000。

發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器及其制造方法,其能夠基本上消除由于相關(guān)技術(shù)的局限性和缺陷而導(dǎo)致的一個或多個問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法,其中,防止了光電二極管的N型區(qū)與器件介電膜鄰接,并減小了暗電流。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的、和特征將部分地在隨后的說明書中闡述,部分在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員驗證以下內(nèi)容的基礎(chǔ)上變得顯而易見,或者可通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點,如本文中具體和概括描述的,提供了一種CMOS圖像傳感器,包括層間介電膜,形成于柵極復(fù)晶矽(gate poly)和電源線之間;接觸件,形成于層間介電膜中;以及外延層,與接觸件連接并僅形成在藍色光電二極管區(qū)域中。
本發(fā)明的另一方面,提供了一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法,該方法包括在柵極復(fù)晶矽和電源線之間形成層間介電膜;在層間介電膜中形成接觸件;形成與接觸件連接的外延層;以及允許外延層保留在具有短波長(low wavelength)的藍色光電二極管區(qū)域中,并去除在除藍色光電二極管區(qū)域之外的區(qū)域中的外延層。
應(yīng)該明白,本發(fā)明的以上概括描述以下詳細描述均是示范性和說明性的,目的在于提供對所主張的發(fā)明的進一步的說明。


附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解,其被結(jié)合到本申請中,并構(gòu)成本申請的一部分,本發(fā)明的示范性實施例和說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是示出相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的單位像素的電路圖;圖2是示出相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的布局的截面圖;圖3示出取決于到相關(guān)技術(shù)的光電二極管的入射光的波長的吸收系數(shù)和穿透深度;
圖4示出取決于到硅襯底的入射光的波長的、在相關(guān)技術(shù)的硅襯底中的穿透深度;以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的橫截面圖。
具體實施例方式
以下將詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例,其實例在附圖中示出。任何可能的情況下,附圖中將使用相同的附圖標(biāo)號來表示相同或相似的部件。
如圖5所示,示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器,形成光電二極管100,并且在光電二極管100上形成電源線層110。柵極復(fù)晶矽120被連接在電源線層110和第一金屬層140之間。層間介電膜130形成于光電二極管100和第一金屬層140之間。第一金屬層140和第二金屬層160順序沉積在層間介電膜130上。第一金屬間介電層150使第一金屬層140與第二金屬層160絕緣。第二金屬間介電層170在第二金屬層160上形成。第二金屬間介電層170使第二金屬層160與沉積在第二金屬間介電層170上的氮化物層180絕緣。濾色器陣列190沉積在氮化物層180上。平面化層200沉積在濾色器陣列190上。在本發(fā)明中,僅藍濾色器陣列用作濾色器陣列190,這是因為,光電二極管是基于藍色光電二極管區(qū)域描述的。此外,微透鏡210沉積在PL層200上。
下面將描述用于制造本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的方法。
首先,層間介電膜130形成于柵極復(fù)晶矽120與電源線層110之間。
形成與N型外延層220連接的接觸件230,并且N型外延層220形成為具有300至500的厚度。優(yōu)選地,N型外延層220的厚度為400。
外延層不與柵極復(fù)晶矽接觸,并且外延層不超過梯形區(qū)域A的中心軸。
外延層220保留在對應(yīng)于短波長區(qū)域的藍色光電二極管區(qū)域中。外延層220在除藍色光電二極管區(qū)域之外的區(qū)域中被去除。換言之,藍色光電二極管區(qū)域在對應(yīng)于濾色器陣列190的寬度的范圍內(nèi)形成。因此,外延層220保留與濾色器陣列190的寬度相同的寬度,同時外延層220被從濾色器陣列190的寬度之外的區(qū)域(其不對應(yīng)于藍色光電二極管區(qū)域)去除。與使用硅襯底作為具有短波長藍光的感光層的相關(guān)技術(shù)的光電二極管不同,在本發(fā)明中,通過使用外延層220作為藍光的感光層來提高光敏性。
如上所述制造的CMOS圖像傳感器如下被構(gòu)造。層間介電膜130形成于柵極復(fù)晶矽120和電源線110之間。接觸件230形成在層間介電膜130中并與外延層220連接。此外,外延層220僅保留在藍色光電二極管區(qū)域中。
如上所述,在本發(fā)明中,當(dāng)形成光電二極管的N型區(qū)域時,掩模氧化物用于防止光電二極管的N型區(qū)域與器件介電膜鄰接,從而減小暗電流。此外,以特定角度向器件介電膜和光電二極管的N型區(qū)注入重摻雜離子,以進一步減小暗電流,從而改善CMOS圖像傳感器的特性。
不同于相關(guān)技術(shù)的光電二極管,在本發(fā)明中,使用N型外延層而不是硅襯底作為具有短波長的藍光的感光層,以提高光敏性。由于在器件介電膜上面的部分被用作藍光的感光區(qū),因此光電二極管區(qū)域擴大。此外,由于N型外延層形成為比相關(guān)技術(shù)的硅襯底高,因此焦點的深度變淺,以有效地收集光。
如上所述,用于改善彩色再現(xiàn)的CMOS圖像傳感器及其制造方法具有以下優(yōu)點通過改善具于短波長的藍光的再現(xiàn)來提高圖像傳感器的分辨率。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器,包括層間介電膜,形成于柵極復(fù)晶矽和電源線之間;接觸件,形成在所述層間介電膜中;以及外延層,與所述接觸件連接,并僅形成于藍色光電二極管區(qū)域中。
2.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法,包括在柵極復(fù)晶矽和電源線之間形成層間介電膜;在所述層間介電膜中形成接觸件;形成與所述接觸件連接的外延層;以及使得所述外延層保留在具有短波長的藍色光電二極管區(qū)域中,并去除在除所述藍色光電二極管區(qū)域之外的區(qū)域中的所述外延層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述外延層不與柵極復(fù)晶矽接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述外延層不超過梯形區(qū)域(A)的中心軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述外延層的厚度為300至500。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述外延層是N型的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法,其中,防止了光電二極管的N型區(qū)與器件絕緣膜鄰接,并減小了暗電流。CMOS圖像傳感器包括層間介電膜,形成于柵極復(fù)晶矽和電源線之間;接觸件,形成于層間介電膜中;以及外延層,與接觸件連接并僅形成于藍色光電二極管區(qū)域中。
文檔編號H01L21/822GK1819235SQ20051013514
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者韓昌勛 申請人:東部亞南半導(dǎo)體株式會社
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