专利名称：Cmos图像传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种CMOS图像传感器，尤其涉及一种能够防止馈通现象的 CMOS图像传感器及其制备方法。
背景技术：
图像传感器将光学信号转换为电信号。图像传感器可分为互补型金属一氧 化物一硅(CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器。与CMOS 图像传感器相比，CCD图像传感器具有更好的感光性和较低的噪音。然而， CCD图像传感器可能更加难于制备成高度集成器件并且具有较高的能耗。相反，与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器具有较简单的制备工 艺、较高的集成度和较低的能耗。近年来，由于用于制备半导体器件的技术已 经发展，所以用于制备CMOS图像传感器的技术已经提高。CMOS图像传感 器的像素可包括用于接收光线的光电二极管和用于控制通过光电二极管输入 的图像信号的晶体管。CMOS图像传感器可根据晶体管的数量分为3T型、4T 型、或5T型。3T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和三个晶体管， 而4T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和四个晶体管。图1示出描述相关CMOS图像传感器的平面图。参考图1， 4T型CMOS 图像传感器包括光电二极管区PD、传送晶体管i;、重置晶体管Rx和驱动晶体 管Dx。光电二极管区PD在有源区域1的最宽部分中形成。为了覆盖除光电二 极管区PD之外的有源区域l,形成传送晶体管Tx、重置晶体管Rx和驱动晶体 管Dx。为了使晶体管总数量达到每个光电二极管对应4个晶体管，可包括选 择晶体管Sx。光电二极管PD检测入射光线并且根据光线强度产生电荷。传送晶体管
Tx将在光电二极管PD处产生的电荷传送到浮动扩散区FD。在传送电荷之前， 浮动扩散区FD将从光电二极管PD接收的电子转移到重置晶体管Rx，以便导 通重置晶体管Rx。因此，可将浮动扩散区FD设定成预定低电荷状态。
重置晶体管Rx释放存储在浮动扩散区FD中的电荷以检测信号。驱动晶 体管DJ乍为源极跟随器，用于将从光电二极管PD接收的电荷转换为电压信 号。
如图2所示，重置晶体管&可包括P型外延层4、 P-型沟道层6、栅极10、 栅间隔垫12和n+型扩散区14。P型外延层4在？++型半导体衬底2之上形成。 为了形成沟道，P型沟道层6在外延层4之上形成。栅极10在P型沟道层6 之上形成，在它们之间插入栅绝缘膜8。栅间隔垫12在栅极10的两个侧壁之 上形成。通过将掺杂剂离子注入到位于栅间隔垫12两侧的外延层4中形成n+ 型扩散区14。将重置晶体管K连接在浮动扩散区FD和电源电压Vdd之间。
如图3所示，当导通重置晶体管Rx时，将存储在浮动扩散区FD中的电 子释放到电源电压Vdd。相反，如图4所示，当截止重置晶体管Rx时，重置晶 体管Rx阻止存储在浮动扩散区FD中的电子释放到电源电压Vdd。
跨越浮动扩散区FD的电压由公式1表示。
公式l:VFD=Vdd — Vth其中，Vro表示跨越浮动扩散区FD的电压而Vth表示重置晶体管Rj勺阀 值电压。
当截止重置晶体管Rx时，在包括在位于重置晶体管Rx的栅极下面的沟道 区中的电子流入浮动扩散区FD和电源电压Vdd中时发生问题。这导致跨越浮 动扩散区FD的电压降低。该问题被称为馈通现象。由于馈通现象，不能均匀 地划分电子，并且可能转为随机划分。因此，跨越浮动扩散区FD的电压不能 保持恒定。因此，光电二极管的运行可能变得不均匀
发明内容
实施例涉及一种能够防止馈通现象的CMOS图像传感器及其制备方法。 实施例涉及一种包括重置晶体管的CMOS图像传感器，其中重置晶体管可包 括在半导体衬底之上形成的外延层。重置晶体管还包括在外延层之上形成的用
于形成沟道的沟道层。陷阱区可在重置晶体管的中央部分中形成。栅极可在外 延层之上形成，且在它们之间插入栅绝缘膜。栅间隔垫可在栅极两个侧壁之上 形成。扩散区可在栅间隔垫的两侧形成。实施例涉及一种制备包括重置晶体管的CMOS图像传感器的方法，其包 括在半导体衬底之上形成外延层。可在外延层上形成用于形成沟道的沟道层。 可形成光致抗蚀剂图案，用于暴露重置晶体管中央部分的沟道层。可将N-型 掺杂剂离子注入到暴露的沟道层和外延层中，以形成陷阱区。可在其中形成陷 阱区的沟道层之上形成栅绝缘膜。可该栅极绝缘层之上形成栅极。可在栅极两个侧壁之上形成栅间隔垫。可将N+型掺杂剂离子注入到位于栅间隔垫两侧的外延层中，以形成扩散区。
图1是示出相关CMOS图像传感器的平面图；图2是沿图1所示CMOS图像传感器的线A-A'提取的横截面视图； 图3是示出当在图2所示的重置晶体管导通时电子迁移的视图； 图4是示出当在图2所示的重置晶体管截止时电子迁移的视图； 示例图5是示出根据实施例的CMOS图像传感器的横截面视图； 示例图6A到6C是示出制备在示例图5中所示CMOS图像传感器的方法 的视图；示例图7是示出当在示例图5中所示的重置晶体管截止时电子迁移和电势 的视图。
具体实施方式
示例图5是示出根据实施例的CMOS图像传感器的横截面视图。参考示 例图5，根据实施例的CMOS图像传感器包括重置晶体管Rx。重置晶体管Rx 可包括P-型外延层104、 P-型沟道层106、陷阱区116、栅极110、栅间隔垫 112和n+型扩散区114。P-型外延层104可在？++型半导体衬底102之上形成。 P-型沟道层106可在外延层104之上形成以形成沟道。陷阱区116可通过将 n-型掺杂剂注入到在重置晶体管Rx中央部分的外延层104和沟道层106中形 成。栅极110可在外延层104之上形成，且在它们之间插入栅绝缘膜108。栅
间隔垫112可在栅极110侧壁之上形成。n+型扩散区114可通过将掺杂剂离子 注入到栅间隔垫112两侧的外延层104中形成。具有上述配置的重置晶体管Rx位于浮动扩散区FD和电源电压Vdd之间， 以连接到浮动扩散区FD和电源电压Vdd。当导通重置晶体管RJ寸，将存储在 浮动扩散区FD中的电子释放到功率电压施加区Vdd。相反，当截止重置晶体 管RJ寸时，重置晶体管RJ且止存储在浮动扩散区FD中的电子释放到电源电 压Vdd。示例图6A到图6C是示出制备示例图5所示CMOS图像传感器的方法的 视图。如在示例图6A中所示，外延层104、沟道层106和光致抗蚀剂图案118 在半导体衬底102之上形成。可在高浓度？++型半导体衬底102之上执行外延 工艺，以形成低浓度P-型外延层104。可在外延层104之上形成用于形成沟道 的P-型沟道层106，接下来，可形成用于暴露对应重置晶体管Rx中央部分的 沟道层106的光致抗蚀剂图案118。这里，所暴露的沟道层106的宽度可约为 0.1 ,至lj 0.15 ]um。此后，如示例图6B所示，为了形成陷阱区116，可使用光致抗蚀剂图案 118作为掩模将n-型掺杂剂离子注入到所暴露的沟道层106和外延层104中。 陷阱区116的深度可大于沟道层106的深度。就是说，陷阱区116可具有约为 20到80nm的深度而沟道层106可具有约为20到50nm的深度。接下来，栅绝缘膜108和栅极110可在其中形成陷阱区116的沟道层106 之上形成。特别地，栅绝缘膜和栅金属层可使用沉积方法在沟道层106之上形 成。随后，为了形成栅绝缘膜108和栅极110，可使用掩模通过光刻工艺构图 栅绝缘膜和栅金属层。如示例图6C所示，栅间隔垫112可在栅极110的侧壁之上形成。特别地， 绝缘层(SiN)可在栅极110之上形成并且可执行回蚀工艺以在栅极110的侧 壁之上形成栅间隔垫112。将参考示例图7描述重置晶体管Rx的运行。示例图7是示出当截止示例 图5所示重置晶体管时电子迁移和电势的视图。重置晶体管Rx连接在浮动扩 散区FD和电源电压Vdd之间。当导通重置晶体管Rx时，重置晶体管Rx将存 储在浮动扩散区FD中的电子释放到电源电压Vdd。相反，如图7所示，当截止重置晶体管Rx时，重置晶体管Rx阻止存储在
浮动扩散区FD中的电子释放到电源电压Vdd。在重置晶体管Rx中央部分形成的陷阱区116阻止包括在重置晶体管Rx的沟道区中的电子流入浮动扩散区FD 和电源电压Vdd中。根据实施例，可能防止跨越浮动扩散区FD的电压降低并且防止馈通现象。 因此，跨越浮动扩散区FD的电压可保持恒定并由此可使光电二极管的运行更 加均匀。根据实施例的重置晶体管Rx还可应用到3T型CMOS图像传感器。如上所述，在根据实施例的CMOS图像传感器及其制备方法中，通过将 n-型掺杂剂注入到重置晶体管Rx的中央沟道区形成陷阱区。因此，可能阻止 包括在重置晶体管Rx的沟道区中的电子流入浮动扩散区FD和电源电压Vdd 中。因此，在根据实施例的CMOS图像传感器及其制备方法中，可能防止跨 越浮动扩散区FD的电压明显降低并且防止馈通现象。因此，在根据实施例的 CMOS图像传感器及其制备方法中，可能保持跨越浮动扩散区FD的基本恒定 电压，从而使光电二极管的运行更加均匀。对于本领域技术人员，明显且显而易见的是可以对公开的实施例作出各种 修改和改变。因此，所公开的实施例意欲覆盖明显和显而易见的修改和改变， 只要它们在权利要求及其等效物的范围内。
权利要求
1.一种装置，包括在半导体衬底之上形成的外延层；在所述外延层之上形成的沟道层；在所述外延层之上形成的栅绝缘膜；在所述栅绝缘膜之上形成的栅极；在所述栅极的侧壁之上形成的栅间隔垫；在所述栅间隔垫的两侧形成的扩散区；以及在所述栅极中央部分之下形成的陷阱区。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陷阱区具有约为0.1|im 到0.15pm的宽度。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陷阱区的深度大于沟道 层的深度。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陷阱区具有约为20nm到 80nm的深度。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沟道层具有约为20nm到 50nm的深度。
6. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述外延层是P-型的。
7. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述沟道层是P-型的。
8. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陷阱区是通过将n-型掺 杂剂离子注入到包括所述沟道层的所述外延层中而形成。
9. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述扩散区是通过将n+型掺 杂剂离子注入到位于所述栅间隔垫两侧的所述外延层中而形成。
10. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述陷阱区是在所述沟道层 中形成的沟道的中央部分中形成。
11. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述外延层、沟道层、栅绝 缘膜、栅极、栅间隔垫、扩散区和陷阱区形成互补型金属一氧化物一硅图像传 感器中的重置晶体管。
12. —种方法，包括在半导体衬底之上形成外延层； 在所述外延层之上形成沟道层以形成沟道； 形成用于暴露部分沟道层的光致抗蚀剂图案； 将掺杂剂离子注入到所暴露的沟道层和外延层中以形成陷阱区； 在其中形成所述陷阱区的所述沟道层之上形成栅绝缘膜； 在所述栅绝缘膜之上形成栅极； 在所述栅极的两个侧壁之上形成栅间隔垫；以及将n-型离子注入到位于所述栅间隔垫两侧的所述外延层中以形成扩散区。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述陷阱区具有约为O.lpm 到0.15pm的宽度。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述陷阱区的深度大于所 述沟道层的深度。
15. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述陷阱区具有约为20nm 到80nm的深度。
16. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述沟道层具有约为20nm 到50nm的深度。
17. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述外延层是P-型的。
18. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述沟道层是P-型的。
19. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述扩散区是通过将n+型掺杂剂离子注入到位于所述栅间隔垫两侧的外延层中而形成。
20. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，形成所述外延层、沟道层、 栅绝缘膜、栅极、栅间隔垫、扩散区和陷阱区是在互补型金属一氧化物一硅图 像传感器中形成重置晶体管的工艺的一部分。
全文摘要
一种CMOS图像传感器及其制备方法能够防止馈通现象。CMOS图像传感器包括重置晶体管，该重置晶体管可包括在半导体衬底之上形成的外延层。该重置晶体管还包括在外延层之上形成的沟道层以形成沟道。陷阱区可在该重置晶体管的中央部分中形成。栅极可在外延层之上形成，且在它们之间插入栅绝缘膜。栅间隔垫可在栅极的两个侧壁之上形成。扩散区可在栅间隔垫两侧形成。
文档编号H01L29/66GK101211976SQ20071019489
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月27日 优先权日2006年12月29日
发明者任劤爀 申请人:东部高科股份有限公司