專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS圖像傳感器，特別涉及能夠減小殘像的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器(CIS)采用開關(guān)模式，并使用多個MOS晶體管探測并實現(xiàn)像素單元的輸出。請參考圖I所示的4T型CMOS圖像傳感器的像素單元結(jié)構(gòu)示意圖，的每個像素由光敏二極管(ro)、復(fù)位晶體管(Rx)、轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)、源跟隨晶體管(Sx)和行選通開關(guān)晶體管(Rs)組成。請繼續(xù)參考圖1，轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)被用來將光敏二極管(PD)連接至源跟隨晶體管·(Sx)，并通過復(fù)位晶體管(Rx)與VDD相連。源跟隨晶體管的作用是實現(xiàn)對信號的放大和緩沖，改善成像系統(tǒng)的噪聲問題。行選通開關(guān)晶體管是用來將信號與列總線相連。電路的工作過程是這樣的，電路首先進(jìn)入復(fù)位(reset)狀態(tài)，復(fù)位晶體管打開，對光敏二極管復(fù)位；然后電路進(jìn)入取樣狀態(tài)(sampling)，復(fù)位晶體管關(guān)閉，光照射到光敏二極管上產(chǎn)生光生載流子，經(jīng)過轉(zhuǎn)移晶體管到達(dá)浮動擴(kuò)散區(qū)(FD)，并通過源跟隨晶體管放大輸出；最后進(jìn)入讀出狀態(tài)(read)，這時行選通晶體管打開，信號通過列總線輸出。在實際中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的4T型圖像傳感器存在殘像的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供了一種新的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法，消除了殘像的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管，所述光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管相互電連接；氧化層，覆蓋所述光敏二極管和轉(zhuǎn)移晶體管的表面；張應(yīng)力層，覆蓋所述氧化層的表面，所述張應(yīng)力層用于在所述轉(zhuǎn)移晶體管的溝道內(nèi)產(chǎn)生張應(yīng)力?？蛇x地，所述張應(yīng)力層的材質(zhì)為氮化硅，其厚度范圍為5(Γ400埃?？蛇x地，所述氧化層的厚度范圍為5(Γ400埃。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種CMOS圖像傳感器的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底中形成光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管；形成覆蓋所述光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管表面的氧化層；進(jìn)行金屬化工藝，將所述光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管電連接；形成張應(yīng)力層，所述張應(yīng)力層覆蓋所述氧化層的表面?？蛇x地，所述氧化層的厚度范圍為5(Γ400埃?？蛇x地，所述氧化層利用等離子體化學(xué)氣相沉積工藝制作?？蛇x地，所述張應(yīng)力層的材質(zhì)為氮化硅，其厚度范圍為5(Γ400埃?？蛇x地，所述張應(yīng)力層利用等離子化學(xué)氣相沉積工藝制作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明在光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管的表面形成氧化層和張應(yīng)力層，所述張應(yīng)力層能夠提高轉(zhuǎn)移晶體管的溝道中的張應(yīng)力，從而該張應(yīng)力有助于將光敏二極管中的電子全部轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移晶體管的浮動擴(kuò)散區(qū)，從而消除光敏二極管中的電子殘留，消除圖像傳感器的殘像問題。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的像素單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明一個實施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明一個實施例的CMOS圖像傳感器的制作方法流程示意圖；圖Γ圖5是本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器存在殘像問題。具體地，由于4T型圖像傳感器工作時，電子從光電二極管到轉(zhuǎn)移晶體管的浮動擴(kuò)散區(qū)的傳輸需要一定的時間。如果前一次脈沖讀取時，光電二極管曝光后產(chǎn)生的電子不能完全迅速的傳輸?shù)礁訑U(kuò)散區(qū)中，留有一定的電子殘余，這樣在下一次脈沖讀取時，前一次沒有傳輸?shù)碾娮訒B加到本次傳輸上，從而產(chǎn)生電子傳輸不完全的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)成像滯后(image lag)的問題。為了解決上述問題，發(fā)明人提出一種CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管，所述光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管相互電連接；氧化層，覆蓋所述光敏二極管和轉(zhuǎn)移晶體管的表面；張應(yīng)力層，覆蓋所述氧化層的表面，所述張應(yīng)力層用于在所述轉(zhuǎn)移晶體管的溝道內(nèi)產(chǎn)生張應(yīng)力。下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。請結(jié)合圖2所示的本發(fā)明的一個實施例的CMOS圖像傳感器的像素單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成有光敏二極管101，傳輸晶體管的柵極103位于半導(dǎo)體襯底100的上方，傳輸晶體管的浮動擴(kuò)散區(qū)102位于柵極104的一側(cè)，光敏二極管101位于傳輸晶體管。所述半導(dǎo)體襯底100的材質(zhì)為硅。所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)還形成有構(gòu)成CMOS圖像傳感器的像素單元的其他晶體管，所述其他晶體管的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器的像素單元的結(jié)構(gòu)相同，在圖中并未示出。所述CMOS圖像傳感器的像素單元的光敏二極管101和晶體管上方形成有金屬連線104，用于晶體管之間、晶體管與光敏二極管101之間的電連接以及CMOS像素單元與外部的電連接。所述金屬連線104的材質(zhì)可以為鎢、鈦、鎳、鈷中的一種或其混合。半導(dǎo)體襯底100的表面覆蓋有氧化層105，所述氧化層的厚度范圍為5(Γ400埃，可以利用等離子體化學(xué)氣相沉積工藝制作。所述氧化層105可以用于保護(hù)半導(dǎo)體襯底100以及其中形成的光敏二極管101、傳輸晶體管103及其浮動擴(kuò)散區(qū)102和其他的構(gòu)成CMOS圖像傳感器的像素單元。所述氧化層105上方覆蓋有張應(yīng)力層106。所述張應(yīng)力層106能夠提高轉(zhuǎn)移晶體管的溝道中的張應(yīng)力，從而該張應(yīng)力有助于將光敏二極管101中的電子全部轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移晶體管的浮動擴(kuò)散區(qū)102，從而消除光敏二極管101中的電子殘留，消除圖像傳感器的殘像問題。所述張應(yīng)力層102的材質(zhì)為氮化硅，其厚度范圍為5(Γ400埃。 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種CMOS圖像傳感器的制作方法，請參考圖3所示的本發(fā)明一個實施例的CMOS圖像傳感器的制作方法流程示意圖，所述方法包括步驟SI，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底中形成光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管；步驟S2，形成覆蓋所述光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管表面的氧化層；步驟S3，進(jìn)行金屬化工藝，將所述光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管電連接；步驟S4，形成張應(yīng)力層，所述張應(yīng)力層覆蓋所述氧化層的表面。請結(jié)合圖Γ圖5所示的本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先，請參考圖4，提供半導(dǎo)體襯底100，其材質(zhì)可以為硅、鍺等材質(zhì)。本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材質(zhì)為娃。然后，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成光敏二極管101、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管。所述光敏二極管101、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管的制作方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不作贅述。所述轉(zhuǎn)移晶體管的柵極103與所述光敏二極管101相鄰，所述轉(zhuǎn)移晶體管的浮動擴(kuò)散區(qū)102位于柵極103的另一側(cè)。所述復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相同，在圖中并未示出。在圖像傳感器工作期間，光敏二極管101接受光信號，產(chǎn)生載流子，所述載流子經(jīng)過轉(zhuǎn)移晶體管的溝道到達(dá)浮動擴(kuò)散區(qū)102。然后，請參考圖5，形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底100表面的氧化層104。所述氧化層104的厚度范圍為50 400埃，比如所述氧化層104的厚度可以為50埃，150埃，300?；?00埃。作為一個實施例，所述氧化層104利用等離子體化學(xué)氣相沉積工藝制作。作為其他的實施例，所述氧化層104還可以利用爐管氧化或低壓化學(xué)氣相沉積工藝制作。接著，請繼續(xù)參考圖5，形成覆蓋所述氧化層105的張應(yīng)力層106。所述張應(yīng)力層106用于在轉(zhuǎn)移晶體管的溝道內(nèi)形成張應(yīng)力，從而有利于將光敏二極管101內(nèi)的載流子轉(zhuǎn)移至浮動擴(kuò)散區(qū)102。作為一個實施例，所述張應(yīng)力層106的材質(zhì)為氮化硅。在其他的實施例中，所述張應(yīng)力層106還可以為氮氧化硅、碳化硅等能夠在轉(zhuǎn)移晶體管的溝道內(nèi)形成張應(yīng)力的材質(zhì)。作為一個實施例，所述張應(yīng)力層106的厚度范圍為5(Γ400埃。所述張應(yīng)力層106可以利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝制作。綜上，本發(fā)明在光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管的表面形成氧化層和張應(yīng)力層，所述張應(yīng)力層能夠提高轉(zhuǎn)移晶體管的溝道中的張應(yīng)力，從而該張應(yīng)力有助于將光敏二極管中的電子全部轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移晶體管的浮動擴(kuò)散區(qū)，從而消除光敏二極管中的電子殘留，消除圖像傳感器的殘像問題。
因此，上述較佳實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有光敏ニ極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管，所述光敏ニ極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管相互電連接； 氧化層，覆蓋所述光敏ニ極管和轉(zhuǎn)移晶體管的表面； 張應(yīng)カ層，覆蓋所述氧化層的表面，所述張應(yīng)力層用于在所述轉(zhuǎn)移晶體管的溝道內(nèi)產(chǎn)生張應(yīng)カ。
2.如權(quán)利要求I所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述張應(yīng)力層的材質(zhì)為氮化硅，其厚度范圍為5(Γ400埃。
3.如權(quán)利要求I所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述氧化層的厚度范圍為50 400埃。
4.ー種CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底中形成光敏ニ極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管； 形成覆蓋所述光敏ニ極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管表面的氧化層； 進(jìn)行金屬化工藝，將所述光敏ニ極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管電連接； 形成張應(yīng)カ層，所述張應(yīng)力層覆蓋所述氧化層的表面。
5.如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器的制造方法，其特征在于，所述氧化層的厚度范圍為50 400埃。
6.如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述氧化層利用等離子體化學(xué)氣相沉積エ藝制作。
7.如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述張應(yīng)力層的材質(zhì)為氮化硅，其厚度范圍為5(Γ400埃。
8.如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述張應(yīng)カ層利用等離子化學(xué)氣相沉積エ藝制作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制作方法，所述結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管，所述光敏二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管和選通晶體管相互電連接；氧化層，覆蓋所述光敏二極管和轉(zhuǎn)移晶體管的表面；張應(yīng)力層，覆蓋所述氧化層的表面，所述張應(yīng)力層用于在所述轉(zhuǎn)移晶體管的溝道內(nèi)產(chǎn)生張應(yīng)力。本發(fā)明消除了CMOS圖像傳感器的殘像的問題。
文檔編號H01L27/146GK102709303SQ20121020908
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者劉格致, 肖海波 申請人:上海華力微電子有限公司