一種提高阱容量的圖像傳感器像素的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種提高阱容量的圖像傳感器像素，包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管以及電荷傳輸晶體管，光電二極管的側(cè)面設(shè)置有晶體管電容，晶體管電容的柵極位于所述半導(dǎo)體基體內(nèi)，晶體管電容的溝道位于光電二極管中。此晶體管電容加入到光電二極管中，有效提高了圖像傳感器的像素飽和阱容量，拓展了動(dòng)態(tài)范圍。
【專利說(shuō)明】一種提高阱容量的圖像傳感器像素

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種提高阱容量的圖像傳感器像素。

【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)手機(jī)、醫(yī)療器械、汽車和其他應(yīng)用場(chǎng)合。特別是制造CMOS (互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器和CCD (電荷耦合型器件)圖像傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，使人們對(duì)圖像傳感器的輸出圖像品質(zhì)有了更高的要求。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，隨著市場(chǎng)的需求和半導(dǎo)體制作工藝精度尺寸不斷縮小的進(jìn)步，圖像傳感器的分辨率不斷增加，而像素單元面積在不斷減小，例如市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了 1.4um,
1.lum，甚至0.9um的像素的圖像傳感器，但是圖像傳感器的像素面積越小飽和阱容量就會(huì)越低，從而影響了動(dòng)態(tài)范圍，使得使用小面積像素的圖像傳感器采集的圖像效果不盡人意。例如，1.1um像素的阱電容約為0.5fF，其信號(hào)飽和阱容量范圍一般為2500e-?3500e_，優(yōu)秀的像素噪聲為5e-，則動(dòng)態(tài)范圍最高僅為56.9dB。
[0004]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中像素采用N型光電二極管的切面示意圖，包含光電二極管N區(qū)101，光電二極管P型Pin層102，相鄰像素的光電二極管N區(qū)101’和P型Pin層102’，電荷傳輸晶體管103，103的漏極端104和柵極端TX，半導(dǎo)體基體105，STI為淺槽隔離區(qū)。圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中的像素阱電容僅包含101區(qū)電容部分，因?yàn)橄袼孛娣e所限制，101區(qū)電容是有限的；對(duì)于小面積像素來(lái)說(shuō)，阱電容一般不會(huì)高于IfF，因此阱電荷容量也不會(huì)高于 7000e-。
[0005]隨著圖像傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，在追求低廉成本產(chǎn)品的同時(shí)，圖像傳感器采集圖像的質(zhì)量也必須得到關(guān)注，因此提高小面積像素飽和阱容量至關(guān)重要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種提高阱容量的圖像傳感器像素，通過(guò)在光電二極管側(cè)面添加晶體管電容，達(dá)到提高阱電容的目的，因而有效提高了小面積像素信號(hào)飽和阱容量。
[0007]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本實(shí)用新型的提高阱容量的圖像傳感器像素，包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管以及電荷傳輸晶體管，所述光電二極管的側(cè)面設(shè)置有晶體管電容，所述晶體管電容的柵極位于所述半導(dǎo)體基體內(nèi)，所述晶體管電容的溝道位于所述光電二極管中。
[0009]由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型提供的提高阱容量的圖像傳感器像素，由于像素中的晶體管電容制作在光電二極管的側(cè)面，不占據(jù)像素有源區(qū)面積，不影響光電二極管自身電容，因此，此晶體管電容加入到光電二極管中，有效提高了圖像傳感器的像素飽和阱容量，拓展了動(dòng)態(tài)范圍。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的圖像傳感器像素切面示意圖。
[0011]圖2a是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的提高阱容量的圖像傳感器像素切面示意圖。
[0012]圖2b是本實(shí)用新型實(shí)施例中的晶體管電容電路示意圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中的像素中的晶體管電容制作工藝中的淀積多晶硅并在預(yù)定區(qū)域開(kāi)口步驟示意圖。
[0014]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中的像素中的晶體管電容制作工藝中的干法離子刻蝕步驟示意圖。
[0015]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中的像素中的晶體管電容制作工藝中的高溫氧化步驟示意圖。
[0016]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例中的像素中的晶體管電容制作工藝中的隔離離子注入步驟示意圖。
[0017]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例中的像素中的晶體管電容制作工藝中的淀積多晶硅步驟示意圖。
[0018]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例中的像素中的晶體管電容制作工藝中的化學(xué)機(jī)械研磨步驟示意圖。
[0019]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例中的像素中的晶體管電容制作工藝中的干法離子刻蝕步驟示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0021]本實(shí)用新型的提高阱容量的圖像傳感器像素，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0022]包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管以及電荷傳輸晶體管，所述光電二極管的側(cè)面設(shè)置有晶體管電容，所述晶體管電容的柵極位于所述半導(dǎo)體基體內(nèi)，所述晶體管電容的溝道位于所述光電二極管中。
[0023]所述晶體管電容的柵極被相鄰的兩個(gè)像素的晶體管電容共用。
[0024]所述晶體管電容的柵極多晶硅深度為0.2um?0.8um。
[0025]所述晶體管電容的柵極多晶硅與所述光電二極管之間設(shè)置有氧化層，其厚度為4nm ?15nm。
[0026]所述晶體管電容的柵極多晶硅下端設(shè)置有隔離注入層，其深度不小于0.2um，其離子濃度不小于lE+18Atom/cm3，其離子類型與所述光電二極管類型相反。
[0027]所述光電二極管種類包括N型光電二極管和P型光電二極管。
[0028]本實(shí)用新型的上述的提高阱容量的圖像傳感器像素的制作方法，包括步驟:
[0029]a.在緊鄰淺槽隔離制作工藝完畢后，淀積氮化硅保護(hù)層，其厚度為0.2um?0.3um,并在預(yù)定區(qū)域開(kāi)口 ；
[0030]b.干法離子刻蝕，將步驟a中氮化硅開(kāi)口區(qū)域的硅基體刻蝕掉，其深度為0.2um?0.8um ；
[0031]c.在氧氣環(huán)境下，高溫加熱，使步驟b中裸露的硅表面氧化生成氧化層，其厚度為4nm ?15nm ；
[0032]d.離子注入，注入離子類型與光電二極管類型相反，其注入深度不小于0.2um，其注入?yún)^(qū)離子濃度不小于lE+18Atom/cm3 ；
[0033]e.淀積多晶硅，將硅缺口填平，至高出半導(dǎo)體硅表面；
[0034]f.化學(xué)機(jī)械研磨，將氮化硅表面上的多晶硅研磨去除；
[0035]g.干法離子刻蝕，將氮化硅保護(hù)層去除。
[0036]本實(shí)用新型的提高阱容量的圖像傳感器像素，在圖像傳感器現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，為了提高像素信號(hào)飽和阱容量，在光電二極管側(cè)面添加了晶體管電容，其柵極位于半導(dǎo)體基體內(nèi)，其溝道位于光電二極管中；本實(shí)用新型的像素，由于添加的晶體管電容加入到光電二極管中，所以可以有效提高圖像傳感器的像素飽和阱容量。
[0037]為了更清晰地?cái)⑹霰緦?shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。本實(shí)用新型的像素中可以采用N型和P型兩種光電二極管，在實(shí)施例中本實(shí)用新型采用N型光電二極管加以闡述說(shuō)明。
[0038]實(shí)施例一:
[0039]如圖2a、圖2b所示，為本實(shí)用新型的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖2a為本實(shí)用新型的像素切面示意圖，圖2b為本實(shí)用新型像素中的晶體管電容電路示意圖。圖2a、圖2b中，201為N型光電二極管，201’為相鄰像素的N型光電二極管，202為P型Pin層，202’為相鄰像素的P型Pin層，203為電荷傳輸晶體管，204為203的漏極端，205為半導(dǎo)體基體，206為晶體管電容的柵極多晶硅，207為隔離離子注入層，208為硅氧化層；其中，TX與203的柵極相連，Vct與晶體管電容柵極206相連，STI為淺槽隔離區(qū)。圖2a中所標(biāo)記的虛線框部分的電路示意圖，如圖2b示意圖所示。
[0040]如圖2a所示，206的深度為0.2um?0.8um, 207的深度不小于0.2um, 208的厚度為4nm?15nm ;并且207區(qū)的離子類型為P型，離子濃度不小于lE+18Atom/cm3。如圖2a和圖2b所示，206位于相鄰兩個(gè)像素的光電二極管之間，206與201和201’分別組成晶體管電容，206同時(shí)被兩個(gè)像素的晶體管電容柵極共用。
[0041]從上述可知，本實(shí)用新型像素中的晶體管電容制作在相鄰的光電二極管之間，位于光電二極管側(cè)面，不占據(jù)像素的有源區(qū)，因此不會(huì)降低光電二極管的填充因子，不影響光電二極管自身的阱容量?，F(xiàn)有技術(shù)中的晶體管電容值大小約為5fF/um2，以1.4um像素為例，若206為0.8um,則本實(shí)用新型像素中的電容可以制作到4fF左右，4fF的電容加入到光電二級(jí)管中，可使光電二極管的總電容增大4倍左右，其阱容量也會(huì)增大4倍左右。由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型的像素，增加的阱容量相當(dāng)可觀。
[0042]由于晶體管電容加入到了光電二極管中，因此本實(shí)用新型有效提高了圖像傳感器的像素飽和阱容量，拓展了動(dòng)態(tài)范圍。
[0043]實(shí)施例二:
[0044]為了進(jìn)一步清楚地闡述本實(shí)用新型特征，圖3至圖9詳細(xì)表征了本實(shí)用新型像素中的晶體管電容工藝的制作流程。
[0045]在緊鄰STI (淺槽隔離)工藝之后，淀積氮化硅保護(hù)層，并在預(yù)定區(qū)域開(kāi)口，如圖3所示。圖3中，305為半導(dǎo)體基體，308為硅表面氧化層，309為氮化硅；其中309的厚度為0.2um ?0.3um。
[0046]下一步，干法離子刻蝕，將氮化硅開(kāi)口處的硅刻蝕掉，刻蝕深度為0.2um?0.8um,如圖4所示。
[0047]下一步，在氧氣環(huán)境下，高溫加熱，使裸露的硅表面生成一層氧化層，如圖5所示；其中，510為氧化層，厚度為4nm?15nm。
[0048]下一步，離子注入，如圖6所示；圖6中，在挖開(kāi)的硅底部形成一層隔離區(qū)607，用來(lái)隔離兩側(cè)的光電二極管，其離子類型與光電二極管類型相反，607的深度不小于0.2um,離子濃度不小于lE18Atom/cm3。
[0049]下一步，淀積多晶娃，形成晶體管電容棚極，如圖7所不。圖7中，706為多晶娃,其中多晶硅需填滿硅開(kāi)口區(qū)。
[0050]下一步，化學(xué)機(jī)械研磨，將氮化硅表面上的多晶硅全部去掉，如圖8所示。
[0051]下一步，干法離子刻蝕，將氮化硅保護(hù)層全部清除，如圖9所示。
[0052]至此，像素中的電容部分工藝制作完畢。
[0053]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高阱容量的圖像傳感器像素，包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管以及電荷傳輸晶體管，其特征在于，所述光電二極管的側(cè)面設(shè)置有晶體管電容，所述晶體管電容的柵極位于所述半導(dǎo)體基體內(nèi)，所述晶體管電容的溝道位于所述光電二極管中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高阱容量的圖像傳感器像素，其特征在于，所述晶體管電容的柵極被相鄰的兩個(gè)像素的晶體管電容共用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高阱容量的圖像傳感器像素，其特征在于，所述晶體管電容的柵極多晶硅深度為0.2um?0.8um。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高阱容量的圖像傳感器像素，其特征在于，所述晶體管電容的柵極多晶硅與所述光電二極管之間設(shè)置有氧化層，其厚度為4nm?15nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高阱容量的圖像傳感器像素，其特征在于，所述晶體管電容的柵極多晶硅下端設(shè)置有隔離注入層，其深度不小于0.2um。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高阱容量的圖像傳感器像素，其特征在于，所述光電二極管種類包括N型光電二極管和P型光電二極管。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK204067360SQ201420464020
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】郭同輝, 曠章曲, 陳多金, 陳杰, 劉志碧, 唐冕 申請(qǐng)人:北京思比科微電子技術(shù)股份有限公司