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(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，CMOS圖像傳感器在單元像素內(nèi)形成光電二極管和金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，并通過(guò)開(kāi)關(guān)方法順序檢測(cè)來(lái)自每個(gè)單元像素的電信號(hào)來(lái)形成圖像。
基于其晶體管的數(shù)目，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器分為3T型、4T型、5T型等。
4T型CMOS圖像傳感器包括為光電轉(zhuǎn)換器的光電二極管、傳輸(transfer)晶體管、重置晶體管、驅(qū)動(dòng)晶體管和選擇晶體管。
在具有包括每像素4個(gè)晶體管的4T光電二極管的現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器中，從進(jìn)入光電二極管(PD)的光所形成的電子e開(kāi)啟傳輸晶體管的柵電極，并且電子e通過(guò)在柵電極的下部的溝道區(qū)C存儲(chǔ)在浮置擴(kuò)散區(qū)中。
隨后，存儲(chǔ)在浮置擴(kuò)散區(qū)中的電子用作驅(qū)動(dòng)晶體管的柵電壓。
然而，光不僅僅進(jìn)入光電二極管，而是所有區(qū)域，包括浮置擴(kuò)散區(qū)，使得形成過(guò)剩的載流子并發(fā)生泄漏。
在現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器中，光電二極管的操作精確度下降，由于在浮置擴(kuò)散區(qū)中形成的電子/空穴，而不是在光電二極管中形成的電子/空穴參與到CMOS傳感器的操作中。

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，其基本上避免了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和不利的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其通過(guò)阻擋入射到浮置擴(kuò)散區(qū)的光來(lái)防止光電二極管的故障。
本發(fā)明的額外的優(yōu)勢(shì)、目標(biāo)和特性將部分地在下面的說(shuō)明書(shū)中闡述，部分地對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在審查下文時(shí)是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中學(xué)習(xí)。可以通過(guò)在文本的說(shuō)明書(shū)及其權(quán)利要求以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)勢(shì)。
為了獲得這些目標(biāo)和其他優(yōu)勢(shì)，以及與本發(fā)明的目標(biāo)一致，如在此實(shí)施并概括描述，提供一種CMOS圖像傳感器，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的柵電極，具有插入柵絕緣層；光電二極管區(qū)，形成在位于柵電極一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上；晶體管區(qū)，形成在位于柵電極另一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上；以及光阻擋材料，形成在晶體管區(qū)上，用于阻擋光。
在本發(fā)明的另一方面，提供制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極，具有插入柵絕緣層；在位于柵電極一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上形成光電二極管區(qū)；在位于柵電極另一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上形成晶體管區(qū)；以及在晶體管區(qū)上形成用于阻擋光的光阻擋材料。
應(yīng)理解，本發(fā)明的上述概括說(shuō)明和下面詳細(xì)描述是示例性和解釋性的，并旨在提供如所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


所包括的以提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解并且合并在此并構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同說(shuō)明書(shū)用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的布局；圖2是沿著圖1中的線IV-IV’的CMOS圖像傳感器的截面圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中說(shuō)明了其實(shí)例，只要可能，將在整個(gè)附圖中使用相同的參考標(biāo)號(hào)來(lái)指示相同或相似的部件。
第一實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的布局，而圖2是沿著圖1中的線IV-IV’的CMOS圖像傳感器的截面圖。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，描述了包括四個(gè)晶體管的4T型CMOS圖像傳感器。然而，第一實(shí)施例不限制于4T型的CMOS圖像傳感器，并可以采取3T或5T型CMOS圖像傳感器。
參照?qǐng)D1，在包括光電二極管210和4個(gè)晶體管的結(jié)構(gòu)中形成做為光電轉(zhuǎn)換器的CMOS單元傳感器的單元像素200。
這里，各個(gè)4個(gè)晶體管是傳輸晶體管220、重置晶體管230、驅(qū)動(dòng)晶體管240和選擇晶體管250。
根據(jù)本發(fā)明的4T CMOS圖像傳感器的單元像素200具有有源區(qū)20(由粗線限定)以及在不是有源區(qū)20的區(qū)域中形成的器件分隔層。
在具有粗的寬度的部分有源區(qū)20上形成一個(gè)光電二極管210，以及形成四個(gè)晶體管的柵電極221、231、241和251，以在有源區(qū)20的剩余部分上彼此重疊。
即，通過(guò)傳輸晶體管的柵電極221形成傳輸晶體管220，通過(guò)重置晶體管的柵電極231形成重置晶體管230，通過(guò)驅(qū)動(dòng)晶體管的柵電極241形成驅(qū)動(dòng)晶體管240，以及通過(guò)選擇晶體管的柵電極251形成選擇晶體管250。
這里，除了每個(gè)柵電極221、231、241和251的下部的例外之外，每個(gè)晶體管的有源區(qū)20具有注入其中的雜質(zhì)離子，以為每個(gè)晶體管形成源區(qū)/漏區(qū)(S/D)。
同樣，由金屬線206連接驅(qū)動(dòng)晶體管240的浮置擴(kuò)散(FD)區(qū)和S/D區(qū)。金屬線206形成為重疊傳輸晶體管的柵電極221和重置晶體管的柵電極231的預(yù)設(shè)部分。
為了進(jìn)一步參照?qǐng)D2描述該結(jié)構(gòu)，在P++型半導(dǎo)體襯底201的器件分隔區(qū)上形成器件分隔層202，該半導(dǎo)體襯底201被分為有源區(qū)20(用粗線限定)和器件分隔區(qū)。
在圖2中，在半導(dǎo)體襯底201上插入用于傳輸晶體管220的柵絕緣層203，以形成傳輸晶體管柵電極221。在半導(dǎo)體襯底201的表面中形成光電二極管的n-型擴(kuò)散區(qū)210，至傳輸晶體管柵電極221的一側(cè)。
在有源區(qū)20上形成浮置擴(kuò)散區(qū)205，至傳輸晶體管柵電極221的另一側(cè)。
在包括柵電極221的半導(dǎo)體襯底201的整個(gè)表面上形成層間絕緣層270。形成穿過(guò)層間絕緣層270的金屬線206，以重疊柵電極221的預(yù)設(shè)部分，以將浮置擴(kuò)散區(qū)205與驅(qū)動(dòng)晶體管240的源區(qū)/漏區(qū)相接觸。
金屬線206可以由鋁、鉬(molybden)、鋁釹(aluminum neodium)、銅鋁(AlCu)以及其他不透明金屬構(gòu)成。
金屬線206不限制于在前金屬(premetal)介質(zhì)(PMD)上形成的第一金屬線，而是可以為用于阻擋光的金屬線，例如阻擋光的第二金屬線，或者更多的金屬線。
在根據(jù)本發(fā)明的上述構(gòu)造的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的具有每像素4個(gè)晶體管的4T光電二極管中，由進(jìn)入光電二極管的光所形成的電子e開(kāi)啟傳輸晶體管220的柵電極221，以及電子e通過(guò)在傳輸晶體管柵電極221的下部的溝道區(qū)C存儲(chǔ)在浮置擴(kuò)散區(qū)205中。
此外，存儲(chǔ)在浮置擴(kuò)散區(qū)205中的電子用作驅(qū)動(dòng)晶體管240的柵電壓。
然而，當(dāng)光進(jìn)入時(shí)，在除了光電二極管210的區(qū)域上由金屬線206阻擋該光。
因此，光僅進(jìn)入光電二極管210，由于在浮置擴(kuò)散區(qū)205上的金屬線206阻擋該光以防止形成過(guò)剩載流子，并因此阻擋發(fā)生泄漏。
具體地，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器允許僅在光電二極管210中形成的電子/空穴進(jìn)入浮置擴(kuò)散區(qū)205，使得可以增大光電二極管的操作精度。
第二實(shí)施例圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的截面圖。
本發(fā)明的第二實(shí)施例不同于第一實(shí)施例在于，在晶體管區(qū)上形成的不透明雜質(zhì)用作光阻擋媒質(zhì)(agent)。
即，在第一實(shí)施例中的金屬線206用于防止光在浮置擴(kuò)散區(qū)205上反射。
在第二實(shí)施例中，可以在浮置擴(kuò)散區(qū)205上形成金屬線207以及不透明絕緣層204，例如，氮化硅(Si3N4)，以防止將光反射進(jìn)入浮置擴(kuò)散區(qū)205。
根據(jù)本發(fā)明的上述CMOS圖像傳感器具有如下優(yōu)勢(shì)。
首先，通過(guò)阻擋光進(jìn)入浮置擴(kuò)散區(qū)，可以防止在浮置擴(kuò)散區(qū)形成過(guò)剩的載流子，因此防止泄漏。
其次，增加了光電二極管的操作精度，由于其僅操作在光管二極管中形成的電子。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很明顯在本發(fā)明中可以做出各種改進(jìn)和變化。因此，本發(fā)明旨在覆蓋本發(fā)明的改進(jìn)和變化，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求及其等效的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的柵電極，具有插入柵絕緣層；光電二極管區(qū)，形成在位于柵電極一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上；晶體管區(qū)，形成在位于柵電極另一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上；以及光阻擋材料，形成在晶體管區(qū)上，用于阻擋光。
2.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中柵電極是傳輸晶體管的柵電極。
3.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中晶體管區(qū)還用作浮置擴(kuò)散區(qū)。
4.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中光阻擋材料是不透明金屬線。
5.如權(quán)利要求4的CMOS圖像傳感器，其中金屬線是在PMD(前金屬介質(zhì))上形成的第一金屬線。
6.如權(quán)利要求5的CMOS圖像傳感器，其中光阻擋材料由選自包括鋁、鉬、鋁釹、以及AlCu(銅鋁)的組的一種材料所構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中光阻擋材料形成為重疊柵電極的預(yù)設(shè)上部。
8.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中半導(dǎo)體襯底具有在其上形成的傳輸晶體管、重置晶體管、驅(qū)動(dòng)晶體管和選擇晶體管；以及光阻擋材料是金屬線，該金屬線重疊傳輸晶體管的柵電極和重置晶體管的柵電極的一部分。
9.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中光阻擋材料是在晶體管區(qū)上形成的不透明絕緣層。
10.如權(quán)利要求9的CMOS圖像傳感器，其中不透明絕緣層是氮化硅層。
11.一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極，具有插入柵絕緣層；在位于柵電極一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上形成光電二極管區(qū)；在位于柵電極另一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上形成晶體管區(qū)；以及在晶體管區(qū)上形成用于阻擋光的光阻擋材料。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中柵電極是傳輸晶體管的柵電極。
13.如權(quán)利要求11的方法，還包括在形成光電二極管區(qū)的部分半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣層，其中光阻擋材料是在層間絕緣層上形成的金屬線。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中層間絕緣層是PMD(前金屬介質(zhì))，以及金屬線是第一金屬線。
15.如權(quán)利要求13的方法，其中金屬線由選自包括鋁、鉬、鋁釹、以及AlCu(銅鋁)的組的一種材料所構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求11的方法，其中光阻擋材料形成為重疊柵電極的預(yù)設(shè)上部
17.如權(quán)利要求11的方法，其中半導(dǎo)體襯底具有在其上形成的傳輸晶體管、重置晶體管、驅(qū)動(dòng)晶體管和選擇晶體管，以及光阻擋材料是金屬線，該金屬線重疊傳輸晶體管的柵電極和重置晶體管的柵電極的一部分。
18.如權(quán)利要求11的方法，其中形成光阻擋材料包括在晶體管區(qū)上形成不透明的絕緣層。
19.如權(quán)利要求11的方法，其中形成光阻擋材料包括在晶體管區(qū)上形成不透明絕緣層；以及該方法進(jìn)一步包括在形成不透明絕緣層的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成層間絕緣層。
20.如權(quán)利要求18的方法，其中不透明絕緣層是氮化硅層。
全文摘要
提供了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法。該CMOS圖像傳感器包括柵電極、光電二極管、晶體管區(qū)以及光阻擋材料。柵電極在半導(dǎo)體襯底上形成，具有插入柵絕緣層。光電二極管區(qū)形成在位于柵電極一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上。晶體管區(qū)形成在位于柵電極另一側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底上。光阻擋材料形成在晶體管區(qū)上，以阻擋光。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1897291SQ20061010583
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者任劤爀 申請(qǐng)人:東部電子有限公司