專利名稱：圖像傳感器、包括圖像傳感器的照相機系統(tǒng)及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括半導體主體的圖像傳感器，該半導體主體為第一導電類型并具有一個表面，該表面上具有多個單元，所述單元包括光敏元件和復位晶體管，復位晶體管包括源區(qū)、漏區(qū)和柵區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)具有與第一導電類型相反的第二導電類型，復位晶體管的源區(qū)與光敏元件電連接。
本發(fā)明進一步涉及包括圖像傳感器的照相機系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟通過將摻雜劑原子提供到具有第一導電類型的半導體襯底中從而在該半導體襯底中形成光敏元件，在該區(qū)域中摻雜劑原子具有與第一導電類型相反的第二導電類型，利用光敏元件區(qū)之上的保護掩模，其后通過將具有第一導電類型的離子注入到半導體襯底中形成阱區(qū)，通過淀積柵材料層并且布圖該層形成柵區(qū)。
US-A6,177,293公開了一種形成CMOS圖像傳感器的方法，它使圖像中出現(xiàn)的白像素最少。在該方法中，形成了圍繞單元的光敏區(qū)的場氧化物，并且內(nèi)角大于90度和/或連續(xù)彎曲。以這種方式，使圍繞單元的光敏區(qū)的場氧化物中的機械應力和電應力最小。制造過程中經(jīng)受過量機械應力的區(qū)域和在器件工作過程中經(jīng)歷過量電應力的區(qū)域表現(xiàn)出過大的漏電流。為了使得對這些經(jīng)受應力的區(qū)域不致太敏感，復位柵極從有源像素單元的光敏區(qū)偏移0.25μm以上的距離。
已經(jīng)確定來自光敏(例如光電二極管)區(qū)的過量漏電流是CMOS圖像傳感器中白像素問題的重要原因。
問題在于盡管采用上述措施，在CMOS圖像傳感器中仍然存在大量的白像素。在顯示器或監(jiān)視器上可見的白點缺陷或斑點是局部電荷載流子產(chǎn)生位置的結果，該局部電荷載流子產(chǎn)生位置在所有情況下都在其附近集合的電荷包中產(chǎn)生附加的電荷載流子。
此外，稱作固定圖形噪聲的、在圖像中像素之間的暗電流變化是主要問題。暗電流的產(chǎn)生在單元之間不均勻。暗電流的產(chǎn)生中心以一定概率分布于整個半導體。這意味著并非所有的單元都具有相同數(shù)量的產(chǎn)生中心。另一方面，每個中心的產(chǎn)生率也隨著類型而變。所有的這些改變都使暗電流不再均勻。產(chǎn)生的非均勻暗電流給信號添加了固定的圖形噪聲。固定的圖形噪聲非常難以去除。只有當此非均勻假信號的分布為已知時才有可能。
本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的圖像傳感器，其具有減少數(shù)量的白像素和減少的固定圖形噪聲。
為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的特征在于，存在阱區(qū)，該阱區(qū)從表面延伸到半導體主體中，并且至少部分地在柵極區(qū)下面延伸，且該阱區(qū)具有第一導電類型，源區(qū)至少基本上在光敏元件的摻雜區(qū)中延伸，該摻雜區(qū)具有第二導電類型。
對白像素和固定圖形噪聲(FPN)的重要貢獻來源于與光敏元件連接的MOS場效應晶體管(MOSFET)的源擴散。本發(fā)明基于白像素和固定圖形噪聲主要由源-阱結引起的觀點。由于穿過耗盡層的電荷載流子的隧穿，該結引起大的漏電流。隧道電流可以是陷阱協(xié)助的隧道電流或者是直接的隧道電流。通過作為施加在結兩端上的電壓的函數(shù)的電流的指數(shù)特性可以使由于源-阱結隧穿而導致的漏電流有別于規(guī)則的Shockly-Read-Hall復合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在源-阱結中漏電流的指數(shù)特性、白像素的數(shù)量和固定圖形噪聲之間存在一種關聯(lián)關系。
通過主要在光敏元件的摻雜區(qū)中定位源區(qū)，減小了源-阱結面積，因此減小了白像素和FPN的數(shù)量。由于源區(qū)和光敏元件的摻雜區(qū)具有相同的導電類型，因此幾乎可以忽略由于源-光敏元件之間的結而導致的漏電流。
優(yōu)選，半導體主體的摻雜劑原子的濃度存在于源以下。半導體主體的相對低的濃度形成了與源的底部區(qū)域的結。耗盡層的寬度大，主要在半導體主體中延伸。導致白像素的漏電流和來自該底部區(qū)域的FPN的貢獻可以忽略。
在離源一定的距離處定位阱的側壁以顯著減小隧道電流是非常有利的。這可以解釋為由于源和阱之間的分離距離增加了耗盡層寬度。實際上，耗盡層寬度的增加約等于分離距離。由于耗盡寬度較大，因此白像素的數(shù)量和固定圖形噪聲降低。希望在漏側具有阱。該阱減小了短溝道效應、漏感應勢壘降低和穿通。
非常有利的是在柵極下面定位阱的側壁。阱的橫向向外擴散區(qū)具有比阱的中心更低的摻雜劑濃度。由于該較低的摻雜劑濃度，源和阱之間的耗盡層寬度變大，并且更多地在阱中延伸。減小了電場峰值以及阱中的電場梯度。阱的源側中較低的摻雜劑濃度引起了閾值電壓的較高絕對值。該閾值電壓的絕對值的增加可以用較長的柵極長度補償。
與現(xiàn)有技術相反，沿著光敏元件的邊緣定位柵極使得源區(qū)整個延伸到光敏元件的摻雜區(qū)中是有利的。在該情況下，使源-阱結面積最小。通過這樣做，在源中有效地聚集了所有電荷，并且可以容易地通過在復位晶體管的柵極上施加電壓而運輸所有電荷從而形成溝道。阱在向外的方向上從光敏元件的邊緣延伸，并且貢獻于光敏元件的耗盡層。當光落在光敏元件上時，產(chǎn)生了電子-空穴對。由于耗盡層中的電場，在光敏元件的耗盡層中分離了電子-空穴對。第二導電類型的電荷載流子例如電子在高摻雜源的方向上加速。只要復位晶體管閉合，電荷就聚集在源上。過了一些時間，例如10ms后，將電壓設置在柵極上，并使復位晶體管斷開。電荷可以容易地穿過復位晶體管的溝道傳輸。
在CMOS技術中可以實現(xiàn)兩種不同類型的傳感器。它們是無源和有源像素傳感器(APS)。這兩種類型之間的差別在于，無源像素不進行信號放大，而有源像素進行信號放大。無源像素傳感器簡單地是具有晶體管的光電二極管(MOS或者p-n結二極管)，它將光電產(chǎn)生的信號電荷傳遞到像素陣列外部的放大器。在有源像素中，集中的電荷通過源跟隨器晶體管放大并且在復位晶體管的溝道中傳輸。源跟隨器晶體管的柵極與復位晶體管的源極連接。
當復位晶體管的柵極長度與源跟隨器的柵極長度相同時，復位晶體管的閾值電壓絕對值將低于源跟隨器晶體管。復位晶體管的阱僅部分存在于復位晶體管的柵極的下面，使得摻雜劑原子的濃度低于源跟隨器晶體管的柵極下面的濃度。為了補償復位晶體管的閾值電壓的較低的絕對值，增加了復位晶體管的柵極長度。因此將復位晶體管的柵極長度設計得比源跟隨器晶體管的柵極長度長是有利的。
有源像素圖像傳感器可以是照相機系統(tǒng)的一部分，例如數(shù)字照相機、網(wǎng)絡攝影機、視頻攝像記錄器(攝像機)或者例如蜂窩電話的移動應用。
本發(fā)明的進一步的目的是上述種類的方法，以減小白像素的數(shù)量和固定圖形噪聲，而在標準的CMOS工藝中不使用附加的掩模步驟。
為了達到該目的，根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的制造方法的特征在于，在阱區(qū)的側壁之上形成柵極區(qū)，該側壁存在于光敏元件區(qū)和阱區(qū)之間。
本發(fā)明進一步基于這一認識，為了形成光敏元件而注入的第二導電類型離子導致半導體襯底和金屬原子的范圍損傷得以結束。這些金屬原子像Fe、Au、Pt被半導體襯底的帶隙俘獲。如果金屬原子位于形成光敏元件的注入?yún)^(qū)和阱之間的耗盡層中，那么它們是造成陷阱協(xié)助隧道電流的原因。電子能夠隧穿到陷阱，與空穴復合，引起較大數(shù)量的白斑點和較大的固定圖形噪聲。當在耗盡層上存在施加的電壓時，陷阱協(xié)助隧道電流增加。
為了防止該陷阱協(xié)助隧道電流，在阱的側壁之上形成柵極。相對于柵極長度，該阱縮回一定的距離?，F(xiàn)在在光敏元件的注入?yún)^(qū)和阱之間存在分離距離。由于該分離距離，耗盡層大至僅能夠發(fā)生Shockley-Read-Hall復合，并且陷阱協(xié)助隧道電流不再起作用。此外，在注入?yún)^(qū)和半導體襯底之間形成耗盡層，具有比阱更低的摻雜劑濃度。因此，減小了漏電流，導致白斑點數(shù)量減少和固定圖形噪聲減小。
優(yōu)選與柵極自對準形成源區(qū)，并且至少基本上在光敏元件的注入?yún)^(qū)中定位源區(qū)。由于源極具有與光敏元件相同的導電類型，因此漏電流幾乎可以忽略。
通常通過與柵極自對準注入第二導電類型的離子而形成源區(qū)和漏區(qū)。當在源極和阱之間存在距離時是非常有利的。源極是高摻雜的。源-阱結引起隧道電流。這些隧道電流可以是陷阱協(xié)助隧道電流或者穿過耗盡層的直接的隧道電流。該間隔減小了摻雜劑濃度，因此增加了耗盡層寬度。源和阱之間的距離有效地增加了耗盡層寬度。應選擇該距離，使得對于出現(xiàn)陷阱協(xié)助隧道電流而言，耗盡寬度在工作電壓處過大。當耗盡層寬度小于大約40nm時，在硅中會出現(xiàn)陷阱協(xié)助隧穿。對于直接隧穿，耗盡層應小于約25nm。
當在半導體襯底上形成場隔離并且通過穿過場隔離注入第二導電類型的離子形成光敏元件時是有利的。光敏元件的表面不再是硅襯底，而是場隔離的底部。該場隔離可以是在LOCOS工藝中形成的氧化硅?？梢詼p小通常在半導體表面處存在的懸空鍵數(shù)量。在場氧化物下面，硅形成SiO2鍵，使得能夠減小漏電流，并且結果是減少了白斑點數(shù)量和固定圖形噪聲。
光敏元件具有通過場隔離形成的邊緣。沿著該邊緣定位柵極使得整個源區(qū)位于形成光敏元件的注入?yún)^(qū)中是有利的。源和光電二極管的注入?yún)^(qū)具有相同的導電類型。高摻雜的源區(qū)和較低的摻雜區(qū)之間的漏電流可以忽略。復位晶體管的源區(qū)的底部區(qū)域不再貢獻于漏電流。僅有源結的相對小的側壁能夠貢獻于漏電流。顯著地減小了漏電流以及白像素的數(shù)量和固定的圖形噪聲。
參考下述


本發(fā)明的上述和其它方面，使其清楚明白。
圖1是已知的圖像傳感器的示意圖；圖2是已知的圖像傳感器的三個晶體管單元的電路；圖3是三個晶體管單元的工作原理示意圖；圖4a是根據(jù)本發(fā)明的光敏元件和復位晶體管的第一實施例的頂視圖；圖4b是圖4a中沿線A-A’得到的截面圖；圖4c是圖4a中沿線B-B’得到的截面圖；圖5是n+源區(qū)和p-阱之間的結中的漏電流；圖6是在升高溫度下具有480×640個單元的圖像傳感器的暗電流分布；圖7a是根據(jù)本發(fā)明的光敏元件和復位晶體管的第二實施例的頂視圖；圖7b是圖7a中沿線A-A’得到的截面圖；圖8a是根據(jù)本發(fā)明的光敏元件和復位晶體管的第三實施例的頂視圖；圖8b是圖8a中沿線A-A’得到的截面圖；圖9a是根據(jù)本發(fā)明的光敏元件和復位晶體管的第四實施例的頂視圖；圖9b是圖9a中沿線A-A’得到的截面圖；圖10示出了對于不同實施例來說白像素數(shù)量與漏電流的相互關系的柱狀圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的制造方法；
圖12是不同實施例的摻雜劑分布的模擬。
有源像素傳感器(APS)成像器在互補金屬氧化物半導體(CMOS)集成電路(IC)工藝中通常實施為固態(tài)成像器。在正常使用中，APS成像器可以是照相機系統(tǒng)例如數(shù)字照相機、網(wǎng)絡攝影機、視頻攝像記錄器(攝像機)或如蜂窩電話的移動應用中的部件。
圖1的圖像傳感器包括以水平行和垂直列的二維圖形設置的大量單元4。這些單元在垂直方向連接到讀線30。讀線30向讀出元件31傳遞信號。在水平方向，單元連接到選擇線32，通過選擇線32可以將選擇信號發(fā)送到要被讀出的行，通過尋址裝置33選擇行。在水平方向，單元還可以通過圖中未示出的水平復位線連接。
沿著半導體主體2的表面3形成單元4，每個單元周期地產(chǎn)生信號，該信號具有表示入射到該單元的光強度的電流或電壓電平。圖2示出了在目前的CMOS圖像傳感器中使用的典型的三晶體管單元。使用該技術的傳感器經(jīng)常被稱作COMS有源像素傳感器(APS)。
圖3示出了三晶體管單元4的工作時序圖。在一般的工作中，節(jié)點N1通過導通n溝道復位晶體管6設置到預定電壓Vdd’(該電壓可以與電路工作電壓Vdd不同)。通過控制復位電壓(V復位)確定復位晶體管的狀態(tài)。在圖3中，V復位在時間T0升高，使節(jié)點N1升到Vdd’。在時間T1，復位晶體管6截止，在光電二極管5形式的光敏元件上通過入射光產(chǎn)生光電子。光電子注入到節(jié)點N1中，由Vsense＝Vdd’-(IphotoxTilluminate/CN1)的值減小該節(jié)點上的電壓。在該等式中，Iphoto是由入射光感應的光電流，Tilluminate是照射時間周期，CN1是節(jié)點N1上的電容。Vdd’和Vsense原則上可以通過激勵行選擇晶體管25由源跟隨晶體管16從像素讀出。在二維單元陣列中，一般存在行選擇晶體管和列選擇晶體管，以允許單元依次采樣。通過操縱行選擇信號激勵行選擇晶體管25。那么單元上的照射與Vdd’-Vsense＝IphotoxTilluminate/CN1成比例。本領域技術人員稱該操作為雙取樣。取樣出現(xiàn)在Tilluminate之前的時間T2和Tilluminate期間的時間T3。由于V復位升高，因此單元在時間T4復位。
可以使用該取樣技術除去高性能成像系統(tǒng)中的幾種噪聲。雙取樣包括抽取傳感器輸出的兩個樣本。首先，取得包含背景噪聲和由設備不匹配產(chǎn)生的噪聲的參考樣本。接著取得背景噪聲、設備不匹配和數(shù)據(jù)信號的第二樣本。對兩個樣本進行減法操作消除了二者公共的(或者與二者都相關的)任何噪聲，僅留下數(shù)據(jù)信號。
在硅制造中，對于好的圖像分辨率而言，為了得到最小的像素尺寸和使寄生電容最小，通常將具有最小尺寸的NMOS開關器件用作復位晶體管。
圖4a給出了在根據(jù)本發(fā)明的半導體主體2中的光敏元件5和復位晶體管6的有利的第一實施例的頂視圖。在本實施例中，半導體主體是硅襯底，但是該半導體襯底并不限于硅，且例如可以是Ge或者GaAs。P型硅襯底具有n阱。該n阱與p型襯底一起形成光電二極管5形式的光敏元件。復位晶體管、本例中的n溝道晶體管的源區(qū)和漏區(qū)分別由在襯底中設置的n型區(qū)7和8形成。
具有從表面3延伸到半導體主體2中的p阱區(qū)10。在本實施例中，該p阱區(qū)10在整個柵區(qū)9下面延伸。在深亞微米CMOS晶體管中，需要阱來減小子閾值電壓漏電流和補償短溝道效應。相對于源反向偏置MOS晶體管的背觸點或者整體是已經(jīng)用來調(diào)整閾值電位的方法。該電調(diào)整方法利用所謂的體效應或者襯底偏置效應。實際上，反偏置將半導體中的逆轉點從2ФF改變到2ФF-VBS。反偏置總是增加理想器件閾值電壓的絕對值大小。
通過降低n+源7和p阱10之間的結面積可以減小隧道電流。P阱和源之間的結用粗虛線表示。通過在光電二極管的方向移動復位晶體管的柵極來減小P阱中的n+源區(qū)，如圖4a和圖4b中的箭頭所示。源區(qū)7至少基本上在光敏元件5的n型摻雜區(qū)11中延伸。n+源和n阱之間的結貢獻于暗電流，但不產(chǎn)生任何的隧道電流。
在圖4b的截面圖中，P阱10和源7之間的結也用粗虛線表示。p阱和n源之間的結的總面積主要確定了隧道電流量。源中的摻雜劑濃度一般為1020原子/cm3的As或者P。p阱具有一般幾倍于1017原子/cm3的峰值硼濃度。
n型源和p阱中的摻雜劑濃度越高，耗盡層寬度越小。對于上述典型的摻雜劑濃度，耗盡層約為46nm。如果沒有電壓施加到源，那么在耗盡層中僅存在Shockley-Read-Hall復合。
然而，當給源施加電壓(例如Vdd＝3.3V)時，在源-阱結中本征電場增加。增加的導帶和價帶的彎曲引起了陷阱協(xié)助隧道電流。大部分陷阱是存在于硅帶隙中的金屬原子。相信在注入步驟中產(chǎn)生了陷阱。
n源或者p阱中摻雜劑濃度的進一步增加會引起耗盡層的直接隧穿。
通過減小n源和p阱之間的結面積可以減小隧道電流。通過在光電二極管的方向上移動復位晶體管的柵極減小p阱中的n+源區(qū)，如圖4b中的箭頭所示。
n+源和n阱之間的結貢獻于暗電流，但是不產(chǎn)生任何的隧道電流。
在圖5中，對于具有相對較大的0.5μm×3μm(曲線a)的p阱-n+源結面積的第一實施例和在結面積減小到0.5μm×0.5μm(曲線b)的情況下，測量漏電流。
漏電流的減小是顯著的，尤其在較高的電壓下，例如在3V的反偏壓。
由此得出，在p阱-n+源結中測量的漏電流的水平和形狀與檢測的白像素數(shù)量和像素中的固定圖形噪聲之間存在清楚的相互關系。
在圖6中，示出了在330ms積分時間過程中在60攝氏度的溫度下測量的、在480×640像素圖像傳感器中像素的固定圖形噪聲的分布。選擇該積分時間為正常積分時間的10倍。
測量的輸出電壓示出了具有尾狀物的高斯分布。當輸出電壓大于200mV時，p阱-n+源結的漏電流高，并且在3V以上顯示出指數(shù)增長。
當輸出電壓大于400mV時，稱呼像素為白斑點。
發(fā)現(xiàn)的p阱-n+源結中的漏電流之間的相互關系使其能夠進一步減小白斑點的數(shù)量和減小固定圖形噪聲。
圖7a示出了第二個有利的實施例，其中減小了p阱-n源結中的漏電流。在該例子中，p阱10移動得更接近復位晶體管的柵極9。在圖7b的截面圖中可以看出，p型襯底2存在于光電二極管的n阱11和柵極9之間的n+源的底部12。n源-p外延層結對暗電流的貢獻遠小于n+源-p阱結。減小了p阱中的n+源區(qū)。
在圖8a的第三非常有利的實施例中，p阱10與柵極9對準，并使整個n+源7區(qū)位于光電二極管的n阱11中。
將p阱-n+源結面積減小到僅在柵極側的源的周邊。該結構具有由于柵極位于p阱10的側壁14處會改變MOST閾值電壓的缺點。通過硼的注入和退火形成p阱。在p阱11的側壁14附近硼的濃度小于p阱中心的濃度。通過橫向向外擴散硼原子形成p阱的側壁區(qū)。在p阱的側壁區(qū)處存在摻雜劑濃度梯度。P阱側壁區(qū)處較低的摻雜劑濃度減小了閾值電壓VT。
通過增加復位晶體管的柵極長度18可以補償復位晶體管的閾值電壓的減小量ΔVT。
可以容易地測量作為柵極長度的函數(shù)的NMOS復位晶體管閾值電壓的降低，即所謂的VT下降。在設計中，可以使復位晶體管的柵極長度18適應于正確補償由于p阱邊緣較低的摻雜劑濃度而導致的ΔVT。
在圖9的第四實施例中，p阱10僅在柵極9的下面部分延伸。在n+源7和p阱10之間存在距離13。完全消除了在n+源-p阱結面積中的隧道電流。
在圖10中，示出了n+源-p阱二極管中的漏電流和在480×640像素圖像傳感器中白像素的相對數(shù)量之間清楚的相互關系。在60攝氏度的溫度下確定白像素的數(shù)量。參考情況是具有0.5μm柵極長度的復位晶體管、1μm的柵極-光電二極管距離和1014原子/cm3的襯底摻雜劑濃度。
在第一實施例中，在光電二極管的方向上移動復位晶體管的柵極，移動距離在0.15μm、0.3μm和0.45μm以上。
在第二實施例中，向復位柵極移動p阱，移動距離在0.15μm和0.3μm以上。
在第三實施例中，復位柵極的長度增加0.15μm和0.3μm。圖10示出了每個實施例中的不同變量。
在頂部的圖中，示出了在4.5V的反偏壓下測量的n+源-p阱結中的漏電流?？梢钥闯鲈谙旅娴闹鶢顖D中示出的n+源-p阱結中的漏電流量和白像素相對數(shù)量之間清楚的相互關系。每個實施例中的漏電流越小，觀察到的白像素數(shù)量越小。
對于具有較長復位柵極的第三實施例，發(fā)現(xiàn)了關于白像素的最佳結果。圖10清楚地示出，在所有實施例中都顯著減少了白像素的數(shù)量。
還發(fā)現(xiàn)在反偏壓(例如2.1V)測量的漏電流表示了與暗電流的高斯分布寬度的相互關系(例如參見圖6)。因此固定的圖形噪聲也取決于源-p阱漏電流。
在制造CMOS圖像傳感器的有利方法中，使用p型硅襯底40。利用如圖11a所示的多晶硅緩沖LOCOS工藝形成了場隔離區(qū)23。在光刻膠掩模41中存在開口，通過該開口在500keV的能量下以1013原子/cm3的劑量注入P離子。該注入與CMOS工藝中的n阱注入相同。通過相同的掩模開口，接著進行反穿通注入(anti punch throughimplatation)和閾值電壓注入。
除去光刻膠掩模，且使用保護掩模22覆蓋n阱區(qū)11。在本實施例中保護掩模是光刻膠掩模，具有開口以注入p阱，如圖11b所示。該保護掩模還可以是硬掩模，例如由氧化硅或者氮化硅形成的硬掩模。
在160keV的能量下以6×1012原子/cm2將B硼離子注入p阱10。在p阱中反穿通注入和閾值電壓注入過程中也使用了保護掩模22。
除去保護掩模22，并且在爐中退火活化摻雜劑原子。7.5nm的薄熱氧化硅形成柵極氧化物。接著淀積和布圖多晶硅層，形成柵極區(qū)9。在圖11c中，柵極長度為0.5μm。通過在相對于柵極成角度的情況下注入As或者P離子形成與柵極自對準的輕摻雜源區(qū)和漏區(qū)。淀積TEOS層，由此形成隔離層。
以100keV的能量和4×1015原子/cm2的劑量將As離子注入到高摻雜的源區(qū)和漏區(qū)。退火之后，源區(qū)和漏區(qū)一般具有120nm的深度。源區(qū)7至少基本上位于光電二極管的n阱11中，以減小n+源-p阱結面積。在源7和p阱10之間存在距離13。源7和p阱10之間的距離13主要確定了耗盡層寬度。
在圖11d中，示出了圖11a步驟的替換步驟，其中光敏元件幾乎形成在整個場隔離23的下面。沿著圖8a中的線A-A’截取截面圖。通過將第二導電類型的離子(例如As或者P)注入穿過場隔離23來形成該光敏元件5。LOCOS的虛線表示在背景部分看到的LOCOS。在LOCOS中形成有小的有源區(qū)，其中隨后形成了源區(qū)。LOCOS下面的n阱的位置具有下列優(yōu)點，即通常存在于表面的懸空鍵形成SiO2鍵，使得由于懸空鍵而導致的漏電流顯著地減小。利用在包含氫的氣氛中進行退火以便鈍化剩余懸空鍵，甚至可以進一步減小漏電流。
在圖11e中，n型光敏元件5具有通過場氧化物23形成的邊緣15(在背景部分的虛LOCOS線)，且柵極9沿著該邊緣定位。源區(qū)7整個位于光電二極管的n阱中。這樣進一步減小了漏電流。通常使源區(qū)盡可能的小，但是足夠大以便在該源區(qū)上形成接觸。該接觸可以是具有例如0.4μm直徑的鎢插塞。
將在這些制造步驟之后的結果示于圖12中。對于上面已經(jīng)描述的實施例1、2和4來說示出了摻雜劑分布。
在第一實施例中，柵極區(qū)9和光電二極管的n阱11之間的距離在掩模上為0.5μm。
在第二實施例中，柵極區(qū)9和光電二極管的n阱11之間的距離在掩模上為0μm。
在第四實施例中，只有部分柵極區(qū)9與p阱區(qū)10疊加。柵極的邊緣和p阱的側壁14之間的距離在掩模上為0.3μm(在柵極的長度方向上)。
在實施例中，利用白實線表示源和p阱之間的結。源中As的濃度為1020原子/cm3，且p阱中硼的濃度大約為2×1017原子/cm3。在所有的實施例中，由于n+源和p阱之間的距離13，因此在源和p阱之間沒有重疊。這極大地減小了n+源和p阱結之間的漏電流。
權利要求
1.一種包含半導體主體的圖像傳感器，所述半導體主體具有第一導電類型并包含一個表面，在該表面上具有多個單元，所述單元包括光敏元件和復位晶體管，該復位晶體管包括源區(qū)、漏區(qū)和柵區(qū)，源區(qū)和漏區(qū)具有與第一導電類型相反的第二導電類型，復位晶體管的源區(qū)與光敏元件電連接，其中存在阱區(qū)，該阱區(qū)從表面延伸到半導體主體中，并且至少部分地在柵區(qū)下面延伸，該阱區(qū)具有第一導電類型，源區(qū)至少基本上在光敏元件的摻雜區(qū)中延伸，該摻雜區(qū)具有第二導電類型。
2.如權利要求1所述的圖像傳感器，其中源區(qū)具有至少部分由半導體主體劃界的底部區(qū)域。
3.如權利要求1所述的圖像傳感器，其中漏區(qū)在阱區(qū)中延伸，并且在阱區(qū)和源區(qū)之間存在距離。
4.如權利要求3所述的圖像傳感器，其中柵區(qū)在阱區(qū)的側壁之上延伸。
5.如權利要求1所述的圖像傳感器，其中沿著光敏元件的邊緣定位柵極。
6.如權利要求5所述的圖像傳感器，其中存在源跟隨器晶體管，其具有與復位晶體管源極連接的柵極，復位晶體管的柵極具有比源跟隨器晶體管的柵極更長的長度。
7.一種照相機系統(tǒng)，包括如前述任一權利要求所述的圖像傳感器。
8.一種CMOS圖像傳感器的制造方法，包括步驟通過將摻雜劑原子提供到具有第一導電類型的半導體襯底的區(qū)域中，從而在該半導體襯底中形成光敏元件，在該區(qū)域中，該摻雜劑原子具有與第一導電類型相反的第二導電類型，使用光敏元件的區(qū)域上的保護掩模，在其之后通過在半導體襯底中注入具有第一導電類型的離子以形成阱區(qū)，通過淀積柵極材料層并且布圖該層以形成柵區(qū)，其中在阱區(qū)的側壁之上形成該柵區(qū)，該側壁存在于光敏元件的區(qū)域和阱區(qū)之間。
9.如權利要求8所述的方法，其中通過與柵極自對準地注入第二導電類型的離子從而形成源區(qū)，且該源區(qū)至少基本上形成在光敏元件的區(qū)域中。
10.如權利要求8或者9所述的方法，其中在源區(qū)和阱區(qū)之間形成距離。
11.如權利要求8或者9所述的方法，其中在半導體襯底上形成場隔離，穿過場隔離注入第二導電類型的離子從而形成光敏元件。
12.如權利要求11所述的方法，其中光敏元件具有通過場隔離形成的邊緣，并且沿著該邊緣定位柵極。
全文摘要
一種圖像傳感器(1)，其包含具有第一導電類型且具有表面(3)的半導體主體(2)，該表面具有大量的單元(4)，單元包括光敏元件(5)和復位晶體管(6)，復位晶體管包括源區(qū)(7)、漏區(qū)(8)和柵區(qū)(9)。源區(qū)(7)和漏區(qū)(8)具有與第一導電類型相反的第二導電類型，復位晶體管(6)的源區(qū)(7)與光敏元件(5)電連接。存在阱區(qū)(10)，該阱區(qū)從表面(3)延伸到半導體主體(2)中，并且至少部分地在柵區(qū)(9)下面延伸，且阱區(qū)具有第一導電類型。源區(qū)(7)至少基本上在光敏元件(5)的摻雜區(qū)(11)中延伸，該摻雜區(qū)(11)具有第二導電類型。源－阱結面積被減小，從而減少了白像素的數(shù)量和固定的圖形噪聲。在制造圖像傳感器的方法中，在柵區(qū)(9)的下面部分定位阱區(qū)(10)，使得在高摻雜源區(qū)(7)和阱區(qū)(10)之間存在距離(13)。該距離(13)增加了源和阱結之間的耗盡層寬度，使得隧道電流不再控制漏電流，白像素的相對數(shù)量和固定的圖形噪聲也被減小。
文檔編號H01L27/146GK1679167SQ03820267
公開日2005年10月5日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權日2002年8月30日
發(fā)明者H·O·福克特斯, J·P·V·馬亞斯, D·W·E·維布格特, N·V·魯基亞諾瓦, D·H·J·M·赫梅斯, W·霍伊克斯特拉, A·J·米伊羅普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司