专利名称：图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及到图像传感器，且更具体而言，涉及到CMOS(互补金 属氧化物半导体)图像传感器，其具有带有不对称结区的驱动晶体管，以最 小化闪烁噪声(flicker noise )。
背景技术：
图像传感器是一种半导体器件，其将光学图像转换成电信号。图像传感 器可以是电荷耦合器件(CCD)或CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传 感器(CIS)。 CMOS图像传感器的单位像素包括从图像聚集电荷的光学敏感 器件(PSD)。此外，单位像素包括诸如转移晶体管、复位晶体管和驱动晶 体管的晶体管，用于将所聚集的电荷转换成信号处理电路的电信号。然而，尤其是在CMOS图像传感器单位像素的驱动晶体管中，具有这 种结构的CMOS图像传感器由于在硅(Si)和氧化硅(Si〇2)之间界面中俘 获的电荷而具有闪烁噪声。这种闪烁噪声降低了再现图像的质量。因此，需 要一种具有最小化闪烁噪声的CMOS图像传感器。发明内容根据CMOS图像传感器的驱动晶体管形成有不对称结区，用于最小化 CMOS图像传感器中的闪烁噪声。根据本发明 一 个方面的图像传感器包括光敏器件和用于从光敏器件中 聚集的电荷产生电信号的驱动晶体管。驱动晶体管包括第一导电类型的源区 和邻接一部分源区且为与第一导电类型相反的第二导电类型的不对称结区。在本发明的一个实施例中，第一导电类型是N型且第二导电类型是P型。在本发明的另 一个实施例中，驱动晶体管进一步包括第 一导电类型的漏 区并包括设置在半导体衬底沟道区上方的栅极电介质和栅电极。该沟道区设 置在漏区和源区之间。在本发明的另一实施例中，源区被偏置，以通过不对称结区增加沟道区 的有效沟道长度。例如，将源区耦合到复位电压源。在本发明的另一实施例中，不对称结区形成在源区的底部拐角处，以面 对驱动晶体管的沟道区。在本发明的另一实施例中，图像传感器进一步包括浮置扩散区、转移晶 体管和复位晶体管。浮置扩散区耦合到驱动晶体管的栅电极。转移晶体管耦 合在光敏器件和浮置扩散区之间。浮置扩散区经由转移晶体管接收在光敏器 件中聚集的电荷。复位晶体管耦合在浮置扩散区和复位电压源之间。在制造图像传感器的方法中，第一导电类型的第一掺杂剂基本垂直于半 导体衬底注入以在驱动晶体管栅电极两侧的半导体衬底中形成漏区和源区。 第二导电类型的第二掺杂剂以 一倾斜角度注入用于形成邻接部分源区的不 对称结区。当图像传感器是CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器时，本发明具有特殊的优点。通过加长驱动晶体管的有效沟道长度，不对称结区最小化了驱动晶体管中以及CMOS图像传感器中的闪烁噪声。
当参考附图更详细地描述示范性实施例时本发明的上述和其他特征以 及优点将更加明显，其中图1是包括在根据本发明实施例的CMOS图像传感器中的单位像素的 电路图；图2示出了根据本发明实施例的图1的单位像素的布局图；图3示出了根据本发明实施例的沿着图2的线in - III取得的图1和2的单位像素的截面图；以及图4、 5、 6、 7、 8和9是根据本发明实施例在制造图3的单位像素期间的顺序截面图。为了清楚的说明而画出在此涉及到的图且不必按照比例画。与图l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8和9中相同附图标记的元件指的是具有相似结构和/或功 能的元件。
具体实施例方式
现在，将参考附图在下面更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的 实施例。然而，本发明可实施为很多不同形式并且不认为限于在此列出的实 施例。而是，提供这些实施例以使本公开更全面且完整，并且更全面地将本 发明的范围传达给本领域技术人员。在图中，为了清楚起见放大了层和区域 的尺寸和相对尺寸。通篇都用相同的附图标记表示相同的元件。
将理解，当将元件称作是"连接"或"耦合"到另一个元件时，其可直 接连接或耦合到另一个元件或者存在中间元件。相反，当将元件称作是"直 接连接"或"直接耦合"到另一个元件时，不存在中间元件。如在此所使用 的，术语"和/或"包括一个或多个所列相关项中的任一个或者所有组合， 且可以简化为"/，，。
将理解，尽管术语第一、第二等在此用于描述各个元件，但是这些元件 不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个。例如，第 一信号可称作第二信号，且相似的，第二信号可称作第一信号，而不会脱离 本公开的教导。
在此使用术语学的目的仅是描述特定实施例，且并不表示限制本发明。 如在此所使用的，单数形式的"一个"和"该"表示也包括复数形式，除非 上下文清楚地另外指明。将进一步理解，当在该说明书中使用时，术语"包 括"和/或"包括有"或者"包含"和/或"包含有"指定存在规定的部件、 区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或者附加一个 或多个其他部件、区域、.整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
除非另外限定，在此使用的所有术语(包括技术的和科学的术语)都具 有相同含义，如本发明所属领域技术人员通常所理解的。将进一步理解，术
或本申请上下文中的含义相一致的含义，并且不被理想化或者过渡形式化的 意义解释，除非在此明确地如此限定。
图1是包括在冲艮据本发明实施例的CMOS (互补金属氧化物半导体)图 像传感器中的单位像素的电路图。如图1中所示，单位像素包括从入射光产 生电荷的光敏器件(PSD)。 PSD可由光电二极管、光电晶体管、光栅(photo gate)、插脚光电二极管(pinned photo diode ,PPD )或者其组合来实现。 '除了图l中的之外，单位像素还包括转移晶体管Tx、复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx。转移晶体管Tx将由PSD产生的电荷转移 到浮置扩散区FD。复位晶体管Rx将浮置扩散区FD处的电势周期性地复位 成复位电压源VDD的电压。驱动晶体管Dx被构成为源极跟随緩沖放大器， 用于产生与存储在浮置扩散区FD中的电荷对应的电信号。当选择图1的单 位像素以产生信号时选择晶体管Sx进行开关。在图1中，"RS"指的是施加 到复位晶体管Rx的栅极的控制信号，且"TG"指的是施加到转移晶体管 Tx的栅极的控制信号。
图1的单位像素包括单个PSD和四个MOS晶体管Tx、 Rx、 Dx和Sx, 但是本发明不限于此。本发明还可以通过具有至少三个晶体管的任意单位像 素来实施，该至少三个晶体管包括PSD以及晶体管区中的转移晶体管Tx和 源极跟随緩沖放大器Dx。
现在描述图1的单位像素的操作。复位晶体管Rx、转移晶体管Tx以及 复位晶体管Sx开启，以复位单位像素。而且，耗尽PSD,并且电荷在浮置 扩散区FD中聚集，其与复位电压源VDD成比例。
之后，转移晶体管Tx截止，且选择晶体管Sx开启，并且之后复位晶体 管Rx截止。第一输出电压V1 (即复位信号)自单位像素输出端子OUT读 出并且存储在缓沖器中。同时，PSD已经聚集了与所接受的光强度成比例的 电荷。之后，转移晶体管Tx开启以使在PSD处聚集的电荷被转移到浮置扩 散区FD。接下来，第二输出电压V2 (即图像信号)从输出端子OUT读出。 对于关联复式取样，将相应于在复位和图像信号之间差值(Vl-V2)的模拟 数据转换成数字数据，由此完成单位像素的操作循环。
将参考图2和3更详细地描述这种CMOS图像传感器。图2示出了根 据本发明示范性实施例的图1的单位像素的布局图。图3是沿着图2的线ffl -III取得的单位像素的截面图。
参考图2,单位像素包括有源区120 (由图2中的粗实线限定)和在有 源区120外部的器件隔离区(图3中的115)。转移晶体管Tx的栅极147、 复位晶体管Rx的栅极157、驱动晶体管Dx的栅极167以及选择晶体管Sx 的栅极177与有源区120交叉设置。
图3示出了复位晶体管Rx 158、驱动晶体管Dx 168以及选择晶体管Sx 178的截面图，其形成于半导体衬底105中。例如，本发明一个实施例中， 复位晶体管158、驱动晶体管168和选择晶体管78是NMOSFFT (N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)。
如图3中所示，根据本发明一个实施例，形成深导电路径的深P型阱10
设置在半导体衬底105中有源区120下方。本发明一个实施例中半导体衬底 105是硅衬底。掺杂有来自例如硼(B )或氟化硼(BF2)的P型掺杂剂的P 型杂质离子的P型阱125设置在深P型阱110上。
此外，设置在P型阱125中的器件隔离区115界定了有源区120。在本 发明的一个实施例中，器件隔离区115使用浅沟槽隔离(STI)工艺或者硅 的局部氧化(LOCOS)工艺形成。在本发明的一个实施例中，器件隔离区 115由沟道^f亭止区130包围。在本发明的一个实施例中，沟道停止区30是 P型杂质掺杂区并且与深P型阱110接触。
复位晶体管158的复位栅极157、驱动晶体管168的驱动栅极167以及 选择晶体管178的选择柵极177设置在半导体衬底105的有源区120上,，复 位栅极157、驱动栅极167和选择栅极177分别包括栅极电介质150、 160 和170，且分别包括栅电极155、 165和175。
在本发明的一个实施例中，栅极电介质150、 160和170由相同材料如 氧化石圭或氮化硅构成。相似地，在本发明一个实施例中，栅电极155、 165 和175由相同材料如多晶硅、钨(W )、氮化钛(TiN )、钽(Ta )、氮化钽(TaN ) 或其组合构成。
如图3所示，源/漏区192、 194、 196和198形成在复位栅极157、驱 动栅极167和选择栅极177侧的半导体衬底105的有源区120中。区域194 形成复位晶体管158的漏区并耦合到复位电压源VDD。区域192形成复位 晶体管158的源区并耦合到作为浮置扩散区FD的浮置节点l卯。
驱动晶体管168与复位晶体管158共用漏区194并与选择晶体管178共 用源区196。例如，复位晶体管158的漏区194对应于驱动晶体管168的源 区194，以及选择晶体管178的源区196对应于驱动晶体管168的漏区196。 选择晶体管178的漏区198耦合到产生输出电压V叫T的输出节点OU丁。在 本发明一个实施例中，源/漏区192、 194、 196和198#^杂N型掺杂剂。区 域192、 194、 196和198中每一个指定为每个晶体管158、 168和178的源 或漏区仅作为实例，且可以互换。
沟道区135、 ，140和145分别形成于栅极157、 167和177下方，分别用 于晶体管158、 168和178。此外，沟道区135设置在源/漏区192和194之间，沟道区M0设置在源/漏区194和196之间，且沟道区145设置在源 /漏区196和198之间。
将杂质离子注入到这种沟道区135、 140和145中，分别用于控制复位 晶体管158、驱动晶体管168和选择晶体管178的阈值电压。例如，在本发 明一个实施例中，将P型4参杂剂注入到沟道区135、 140和145中。此外，N 型掺杂剂也可以注入到沟道区135、 140和145中的P型掺杂层下方，用于 在其中形成多个掺杂层的叠置结构。
根据本发明的一个方面，形成结区(以下称作"不对称结区")195以与 驱动晶体管168的一部分源区194邻接。例如硼(B)的P型掺杂剂用于掺 杂不对称结区196。根据本发明的示范性实施例，驱动晶体管168的源区194 具有如N型导电性的第一导电类型，且不对称结区196具有与源区194的第 一导电类型相反的如P型导电性的第二导电类型。
在本发明的一个实施例中，不对称结区195具有从驱动晶体管168源区 194的一部分底部拐角向驱动晶体管168的沟道区140突起的口袋形状驱 动晶体管168的源区194具有施加于其上的复位电压源VDD的电压。例如 复位电压源VDD的电压趋向于是相对高的电压。由此，源区194具有较驱 动晶体管168的漏区196高的电势，以使驱动晶体管168的漏区196附近电 场强度最小化。
有利的是，由于以下两个方面，具有不对称结区195的驱动晶体管168 具有降低的闪烁噪声。第一，由于驱动晶体管168的漏区196附近电场强度 降低到沟道区140中，因此降低了夹断(pinch-off)区长度以增加有效沟道 长度。由于闪烁噪声与有效沟道长度成反比，因此有效沟道长度的增加最小 化了闪烁噪声。
此外，随着附近具有不对称结区195的驱动晶体管168的源区194中电 场的增加，沟道区140中的平均载流子速度也增加了。通常，沟道区中载流 子迁移率的瓶颈在具有小电场的源区附近。随着源区194中电场的增加，沟 道区140中平均载流子速度也增加，以降低驱动晶体管168驱动预定电流量 所需的反型层电荷(inversion charge)量。由于闪烁噪声与反型层电荷量成 反比，因此降低的反型层电荷导致最小化的闪烁噪声。
现在将参考图4、 5、 6、 7、 8和9描述根据本发明实施例制造图1和3 单位像素的方法。图4、 5、 6、 7、 8和9示出了根据本发明实施例在顺序制造步骤期间单位像素的截面图。参考图4，深P型阱110形成在例如由硅构成的半导体衬底105中。在 本发明的一个示范性实施例中，通过将例如硼(B)或者氟化硼(BF2)的P 型掺杂剂深注入到半导体衬底105中而形成深P型阱110。之后，使用如浅沟槽隔离(STI)工艺或硅的局部氣化(LOCOS)工艺 在半导体衬底105中形成器件隔离区115,以在半导体衬底105中限定有源 区120。接下来，在有源区中形成P型阱125以使NMOSFET (N沟道金属 氧化物场效应晶体管)形成于其中。此外，在本发明的一个实施例中，接触 深P型阱110的沟道停止区130形成在器件隔离区U5下方。例如，在本发 明一个实施例中，沟道停止区130通过注入P型掺杂剂形成。随后参考图5,在半导体衬底105的有源区120上顺序形成栅极电介质 层(未示出)和栅电极层(未示出)。例如，栅极电介质层可以使用热氧化 形成或者可以通过用化学气相沉积(CVD )沉积氣化物或氮化物来形成在 本发明的实施例中，栅电极层由多晶硅、钨(W)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、 氮化钽(TaN)或其组合构成。之后，使用光刻工艺例如从该栅极电介质层和该栅电极层图案化复位栅 极157、驱动4册极167和选4奪4册极177。以这种方式，乂人该4册极电介质图案 化栅极电介质150、 160和170,分别用于复位栅极157、驱动栅极167和选 才奪栅极177。相似地，栅电极155、 165和175从该栅电极层图案化，分别用 于复位栅极157、驱动栅极167和选择4册极177。尽管未示出，但是在形成栅极157、 167和177之前，可以注入P型掺 杂剂，用于在栅极157、 167和177下方的沟道区(图3中的135、 140和145 ) 中形成P —型区，上述栅极分别用于控制复位、驱动和选择晶体管(图3中 的158、 168和178)的阈值电压。此外，N型掺杂剂也可以注入到沟道区 135、 140和145中该P —型区下方，以在每个沟道区135、 140和145的I) 型区下方形成N —型区的各个叠置结构。在此，用于形成该P —型区和N型区 的P型掺杂剂和N型掺杂剂的注入顺序不限于任何特定顺序。随后参考图6, N型掺杂剂基本垂直于半导体衬底105注入以形成源/ 漏区192、 194、 196和198,其实质上是在栅极157、 167和177之间的有源 区120中形成的N+型结。这种情况下，栅极157、 167和177用作注入掩模。 在本发明的替换实施例中，在形成源和漏区192、 194、 196和198之前，可以在栅极157、 167和177的侧壁上形成栅极间隙壁(未示出)。将区域192、 194、 196和198中的每一个指定为漏或源仅是实例且可互换。之后参考图7，在半导体衬底105上形成注入掩模200以暴露出驱动品 体管168的源区194。此外，在本发明的实施例中， 一部分复位栅极157和 一部分驱动栅极167也暴露出来。随后，关于半导体衬底105以从约5到约 15度的倾斜角度在方向"a，，上注入例如硼(B)的P型掺杂剂以形成P +型 不对称结区195。通过该倾斜角度注入，不对称结区195形成在驱动晶体管168源区194 底部拐角处，以使不对称结区195面对驱动晶体管168的沟道区140。因此， 不对称结区195邻接驱动晶体管168的一部分源区194。源区194的剩余部 分与P型阱125相邻。通常，指定为P +型的掺杂区具有至少为大于指定为P型区域数量级大 小的掺杂剂浓度。此外，指定为P —型的掺杂区具有至少为小于指定为P型 区数量级大小的掺杂剂浓度。相似地，指定为N+型的掺杂区具有至少为大 于指定为N型区数量级大小的掺杂剂浓度。此外，指定为N型的掺杂区具 有至少为小于指定为N型区数量级大小的掺杂剂浓度。如参考图3所述，不对称结区195增加了驱动晶体管168的有效沟道长 度，并且还降低了驱动晶体管168中所需的反型层电荷量。因此，在具有带 有不对称结区195的驱动晶体管的CMOS图像传感器中闪烁噪声有利地降 低。在图6和7中，不对称结区195在形成源/漏区192、 194、 196和198 之后形成。本发明也可通过在形成源/漏区192、 194、 196和198之前形成不 对称结区195而实施如，图8和9所示。参考图8，在形成复位栅极157、 驱动栅极167和选择栅极177之后且在形成源/漏区192、 194、 196和198 之前在半导体衬底105上形成注入掩模202。另外在图8中，接着以倾斜角度注入P型掺杂剂以形成不对称结区95', 之后，参考图9,去除注入掩模202,且使用栅极157、 167和177作为注入 掩模关于半导体衬底105基本垂直地注入N型掺杂剂以形成N+型源/漏区 192、 194、 196和198。之后，使用本领域技术人员公知的典型CMOS制造 方法形成光接收透镜(未示出)和金属布线(未示出)，从而完成CMOS图 像传感器。ii虽然已经示出并参考其实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理 解，在不超出由权利要求所限定的本发明的精神和范围下，其中可进行形式 和细节的各种改变。本发明仅由权利要求以及其等同特征限定。本申请要求2007年1月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第 2007-10062号的优先权，将其整个内容引用结合于此。
权利要求
1.一种图像传感器，其包括光敏器件；和驱动晶体管，用于从所述光敏器件中聚集的电荷产生电信号，该驱动晶体管包括第一导电类型的源区；和不对称结区，其邻接一部分源区，且是与第一导电类型相反的第二导电类型。
2. 如权利要求1的图像传感器，其中第一导电类型是N型且第二导电类 型是P型。
3. 如权利要求1的图像传感器，其中所述驱动晶体管还包括 第一导电类型的漏区；设置在半导体衬底沟道区上方的栅极电介质和栅电极，该沟道区设置在 所述漏区和所述源区之间。
4. 如权利要求3的图像传感器，其中所述源区被偏置，以使所述沟道区 的有效沟道长度通过所述不对称结区而增加。
5. 如权利要求4的图像传感器，其中所述源区耦合到复位电压源。
6. 如权利要求3的图像传感器，其中所述不对称结区形成在源区底部拐 角处以面对所述驱动晶体管的沟道区。
7. 如权利要求3的图像传感器，还包括浮置扩散区，其耦合到所述驱动晶体管的栅电极。
8. 如权利要求7的图像传感器，还包括转移晶体管，其耦合在所述光敏器件和所述浮置扩散区之间； 其中所述浮置扩散区经由所述转移晶体管接收在所述光敏器件处聚集 的电荷。
9. 如权利要求8的图像传感器，还包括复位晶体管，其耦合在所述浮置扩散区和复位电压源之间； 其中所述驱动晶体管的源区耦合到所述复位电压源。
10. 如权利要求1的图像传感器，其中所述图像传感器是互补金属氣化物 半导体图像传感器。
11. 一种图像传感器，其包括 光敏器件；和驱动晶体管，其用于从所述光敏器件中聚集的电荷产生电信号，该驱动 晶体管包括第一导电类型的源区；和使用与 一 部分源区相邻的不对称结区增加所述驱动晶体管的沟道区的装置。
12. 如权利要求11的图像传感器，其中第一导电类型是N型且第二导电 类型是P型。
13. 如权利要求11的图像传感器，其中所述驱动晶体管还包括 第一导电类型的漏区；设置在半导体衬底的所述沟道区上方的栅极电介质和栅电极，所述沟道 区设置在所述漏区和所述源区之间。
14. 如权利要求13的图像传感器，其中所述源区被偏置，以使所述沟道 区的有效沟道长度通过所述不对称结区而增加。
15. 如权利要求14的图像传感器，其中所述源区耦合到复位电压源。
16. 如权利要求13的图像传感器，其中所述不对称结区形成在所述源区 底部拐角处以面对所述驱动晶体管的沟道区。
17. 如权利要求13的图像传感器，还包括 浮置扩散区，其耦合到所述驱动晶体管的栅电极。
18. 如权利要求17的图像传感器，还包括转移晶体管，其耦合在所述光敏器件和所述浮置扩散区之间； 其中所述浮置扩散区经由所述转移晶体管接收在所述光敏器件处聚集 的电荷。
19. 如权利要求18的图像传感器，还包括复位晶体管，其耦合在所述浮置扩散区和复位电压源之间； 其中所述驱动晶体管的源区耦合到所述复位电压源。
20. 如权利要求11的图像传感器，其中所述图像传感器是互补金属氧化 物半导体图像传感器。
全文摘要
一种图像传感器包括光敏器件和用于从光敏器件中聚集的电荷产生电信号的驱动晶体管。该驱动晶体管包括第一导电类型的源区和与一部分源区相邻并且是与第一导电类型相反的第二导电类型的不对称结区。驱动晶体管被偏置以使不对称结区降低了驱动晶体管的有效沟道长度。
文档编号H01L29/78GK101257033SQ20081009511
公开日2008年9月3日 申请日期2008年1月15日 优先权日2007年1月31日
发明者安正车, 权赫寅, 金利泰, 陆根讚 申请人:三星电子株式会社