專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電路設計領域，具體涉及一種圖像傳感器以及制造該圖像傳感器的方法。
背景技術：
圖像傳感器是組成數(shù)字攝像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD (Charge Coupled Device,電荷耦合元件)和 CMOS (Compl ementaryMetal-Oxidekmiconductor，金屬氧化物半導體元件)兩大類。在圖像傳感器中，采用傳輸管(transfer transistor)來傳輸光電二極管中的光生電子。如圖1，光電二極管1與傳輸管2相連，在浮置擴散區(qū)3注入大劑量的N型離子(如磷，砷)，和P阱形成結電容。浮置擴散區(qū)3與源跟隨晶體管5的柵極相連，其起到了電荷-電壓轉換作用。如圖1所示，圖像傳感器包括光電二極管1、傳輸管2、重置晶體管4、源跟隨晶體管5、輸出晶體管6 (選擇器件)、以及負載RL。光電二極管1連接至傳輸管2 ；傳輸管2的浮置擴散區(qū)3與源跟隨晶體管5的柵極相連；重置晶體管4與源跟隨晶體管5相連；并且源跟隨晶體管5連接至輸出晶體管6以及負載7。對于P阱與浮置擴散區(qū)3之間的PN結的電容，電容隨電壓變化很大；而且，輸出電壓的線性區(qū)范圍很小，限制了傳感器在高動態(tài)領域的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠增大輸出電壓的線性區(qū)范圍，提高圖像傳感器動態(tài)范圍的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種圖像傳感器，其包括光感元件、傳輸管、重置晶體管以及源跟隨晶體管；其中，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴散區(qū)層上布置了一個多晶硅層以形成MOS電容，所述MOS電容與浮置擴散區(qū)PN結電容并聯(lián)。優(yōu)選地，所述浮置擴散區(qū)多晶硅層中間開孔，并且金屬接觸填充了所述孔。優(yōu)選地，所述光感元件是光電二極管。優(yōu)選地，所述圖像傳感器是CMOS圖像傳感器。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種圖像傳感器制造方法，其包括在襯底上涂覆光致抗蝕劑；利用光致抗蝕劑執(zhí)行離子注入以形成浮置擴散區(qū)層；去除光致抗蝕劑；在硅片表面提供多晶硅層；以及使多晶硅層形成圖案，從而形成浮置擴散區(qū)多晶硅層。所述圖像傳感器制造方法還可包括形成柵極側墻，以及通過離子注入形成晶體管溝道區(qū)域。所述圖像傳感器制造方法還可包括形成層間介質，并且形成接觸孔并用導電材料填充接觸孔。根據(jù)本發(fā)明，在增加MOS電容的情況下，浮置擴散區(qū)總電容的電壓系數(shù)降低，即，總電容隨電壓變化的波動變小，使輸出端電壓的線性區(qū)范圍變大，有利于提高圖像傳感器的動態(tài)范圍。并且，對于同樣的電容大小，具有MOS電容的圖像傳感器相對于現(xiàn)有技術具有更小的尺寸。


結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的圖像傳感器的電路結構。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的部分截面圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的部分等效電路圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的輸出電壓與光生電子的關系曲線圖。圖6至圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器制造方法的示意圖。需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內容進行詳細描述。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器。可以看出，該結構的連接關系實際上與圖1所示的電路結構的一個電路分支相對應。如圖2所示，光電二極管1、傳輸管2、重置晶體管4、源跟隨晶體管5以及可選的輸出晶體管6 (選擇器件)依次連接。需要說明的是，光電二極管1是光感元件的一個具體示例，在其它應用中，可以采用其它合適的光感元件。與圖1所示的結構不同的是，圖2所示的圖像傳感器在傳輸管2和重置晶體管4之間的浮置擴散區(qū)層3上附加地布置了一個多晶硅層(8)以形成MOS電容，該MOS電容與浮置擴散區(qū)PN結電容并聯(lián)。由于浮置擴散區(qū)襯底的N型離子摻雜濃度很高(如背景技術所述，在制作圖像傳感器，會在浮置擴散區(qū)FD注入大劑量的N型離子)，因此MOS電容電壓系數(shù)非常小，即MOS電容隨電壓變化波動非常小。與傳統(tǒng)浮置擴散區(qū)PN結電容比較，它的電容-電壓曲線近似于一條水平直線?？蛇M一步布置用于浮置擴散區(qū)多晶硅層8下方的有源區(qū)的連接的源區(qū)接觸CTACT以及用于浮置擴散區(qū)多晶硅層8的連接的多晶硅接觸CTP0LY。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的部分截面圖。圖3所示的截面圖是沿著圖2所示的線A-A截取的結構圖。如圖3所示，可在浮置擴散區(qū)多晶硅層8中間開孔，并且金屬接觸9填充了該孔，從而金屬接觸9可連接至浮置擴散區(qū)多晶硅層8下方的有源區(qū)。可在浮置擴散區(qū)多晶硅層8之間通過金屬接觸9而連接至光電二極管1的陽極11。圖4示出了浮置擴散區(qū)多晶硅層8引入的電容的等效電路圖。如圖4所示，可在浮置擴散區(qū)多晶硅層8之間通過金屬接觸9而連接至光電二極管1的陽極11。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器以及根據(jù)現(xiàn)有技術的圖像傳感器的輸出電壓Vout與光生電子Q的關系曲線圖。其中，曲線Cl表示根據(jù)現(xiàn)有技術的圖像傳感器的輸出電壓與光生電子的關系曲線；曲線C2表示在僅僅增加MOS電容的情況下關系曲線。如圖5所示，在僅僅增加MOS電容的情況下，浮置擴散區(qū)3總電容隨電壓變化波動減小，輸出電壓Vout的線性區(qū)范圍變大，有利于提高像傳感器的動態(tài)范圍。并且，對于同樣的電容大小，具有MOS電容的圖像傳感器相對于現(xiàn)有技術具有更小的尺寸。在一個具體示例中，例如，上述圖像傳感器是一個CMOS圖像傳感器。下面將詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器制造方法。圖6至圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器制造方法的示意圖。如圖6所示，首先在襯底12上涂覆光致抗蝕劑13，并利用光致抗蝕劑13執(zhí)行離子注入以形成浮置擴散區(qū)層3。之后去掉光致抗蝕劑13。如圖7所示，隨后，在硅片表面提供柵氧14和多晶硅層8。如圖8所示，隨后，使多晶硅層8以及14形成圖案，從而形成浮置擴散區(qū)多晶硅層8以及傳輸管2和重置晶體管4的柵極多晶硅層。如圖9所示，隨后，形成柵極側墻，以及通過離子注入形成晶體管溝道區(qū)域。如圖10所示，最后，形成層間介質10，并且形成接觸孔并用導電材料填充接觸孔，由此形成例如如圖10所示的用于浮置擴散區(qū)多晶硅層8下方的有源區(qū)的連接的源區(qū)接觸9CTACT以及用于浮置擴散區(qū)多晶硅層8的連接的多晶硅接觸9CTP0LY。可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種圖像傳感器，其特征在于包括光感元件、傳輸管、重置晶體管以及源跟隨晶體管；其中，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴散區(qū)層上布置了一個多晶硅層以形成MOS電容，所述MOS電容與浮置擴散區(qū)PN結電容并聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述浮置擴散區(qū)多晶硅層中間開孔，并且金屬接觸填充了所述孔。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述光感元件是光電二極管。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器是CMOS圖像傳感器。
5.一種圖像傳感器制造方法，其特征在于包括在襯底上涂覆光致抗蝕劑；利用光致抗蝕劑執(zhí)行離子注入以形成浮置擴散區(qū)層；去除光致抗蝕劑；在硅片表面提供多晶硅層；以及使多晶硅層形成圖案，從而形成浮置擴散區(qū)多晶硅層。
6.根據(jù)權利要求5所述的圖像傳感器制造方法，其特征在于還包括形成柵極側墻，以及通過離子注入形成晶體管溝道區(qū)域。
7.根據(jù)權利要求6所述的圖像傳感器制造方法，其特征在于還包括形成層間介質，并且形成接觸孔并用導電材料填充接觸孔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種圖像傳感器及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器包括光感元件、傳輸管、重置晶體管以及源跟隨晶體管；其中，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴散區(qū)層上布置了一個多晶硅層以形成MOS電容，所述MOS電容與浮置擴散區(qū)PN結電容并聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明，在增加MOS電容的情況下，浮置擴散區(qū)總電容的電壓系數(shù)降低，即，總電容隨電壓變化的波動變小，使輸出端電壓的線性區(qū)范圍變大，有利于提高圖像傳感器的動態(tài)范圍。并且，對于同樣的電容大小，具有MOS電容的圖像傳感器相對于現(xiàn)有技術具有更小的尺寸。
文檔編號H04N5/374GK102569322SQ20121003043
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權日2012年2月10日
發(fā)明者吳小利, 張克云, 饒金華 申請人:上海宏力半導體制造有限公司