[发明专利]具有嵌入式光电二极管区域的图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有嵌入式光电二极管区域的图像传感器以及这种图像传感器的制造方法，并且特别涉及具有延伸至晶体管形成区域之下的嵌入式光电二极管区域的图像传感器以及这种图像传感器的制造方法。

背景技术

图像传感器包括CCD(电荷耦合器件)以及APS(有源像素传感器)；CMOS图像传感器是APS的代表性示例。CCD用于摄像机和其它器件中，而CMOS图像传感器用于价格不高的数码相机和其它器件中。两者中，CMOS图像传感器可以使用CMOS工艺制造，因此具有低制造成本，并且与CCD图像传感器相比具有更低的功耗，因此用于便携电话、便携信息终端以及其它电池驱动器件中。

CMOS图像传感器具有作为光电转换元件的光电二极管，通过使用源极跟随器晶体管或类似的晶体管读出积聚在光电二极管上的电荷量，并且捕获入射光强度作为电信号。已经商业化的CMOS图像传感器是三晶体管型器件，包括光电二极管、复位晶体管、源极跟随器晶体管以及选择器(selector)晶体管。另外，最近提出了四晶体管型APS，其中在光电二极管和复位晶体管之间提供转移栅(transfer gate)晶体管。

例如，在专利文件1(日本专利公开号2002-16243(2002年1月18日公开))中描述了三晶体管型和四晶体管型APS。

在四晶体管型APS中，在转移栅晶体管和复位晶体管之间的接触点处提供包括浮置扩散层的浮置扩散(FD)区域。而且，在将复位晶体管的复位电平设置于浮置扩散区域后，转移栅晶体管导电，使得积聚在光电二极管区域中的电荷转移到浮置扩散区域，从而引起浮置扩散区域的电势变化，并且通过源极跟随器晶体管在信号线中捕获这个电位变化。通过检测在复位时和在电荷从光电二极管转移时浮置扩散区域中电势的不同，可以捕获消除噪声的信号。

此外，已提出五晶体管型APS，该五晶体管型APS中增加了溢流漏极晶体管以防止光电二极管溢流。通过控制溢流漏极晶体管控制光电二极管的积聚开始时间，并且采用全局快门(global shutter)设计。

随着像素中的晶体管数量增加以伴随性能的增强，光电二极管区域的面积与像素面积的比率减小，导致所谓的孔径比减小。为了缓和这个问题，提出由相邻像素共同使用晶体管和其它元件。然而，就四晶体管型APS而言，相邻像素之间共同使用三个晶体管，所以每个像素的版图是不完全相同的，并且像素之间光学感光度的不均匀度增加，从而导致图案质量下降。

另外，为了防止孔径比的下降，提出了将光电二极管区域嵌入到像素内晶体管形成区域之下的结构。例如，在专利文件1中公开了这样的方法。

图1是专利文件1中描述的CMOS图像传感器的截面视图。在P型半导体衬底51上形成P型外延层52，在P型外延层52上形成转移栅晶体管TG的栅电极55、复位晶体管的栅电极58、以及源极跟随器晶体管的栅电极61，在P型外延层52与上述栅电极之间插入栅氧化膜56、63、61；在这些栅电极的任意一侧，设置源极和漏极区域57、59、60、62。从外延层52的表面在纵深方向形成高密度N型光电二极管区域53，并且将这个光电二极管区域53嵌入以便延伸至转移栅晶体管、复位晶体管和源极跟随器晶体管之下。将光电二极管区域53嵌入，并且通过形成在外延层52表面的高密度P+区域使光电二极管区域53在表面与绝缘膜54隔离，以抑制由来自绝缘膜54的漏电流引起的暗电流。

这样，在专利文件1中描述的CMOS图像传感器中，通过在单元内的晶体管形成区域之下重叠地嵌入光电二极管区域，可以防止孔径比降低，并且增强感光性。

然而，专利文件1中描述的CMOS图像传感器具有嵌入到像素内晶体管形成区域的整个区域之下的N型光电二极管区域53。这个埋置光电二极管区域53延伸至外延层52的较深区域，因此从表面入射的光在到达埋置在较深区域中的光电二极管区域53之前减弱，并且埋置光电二极管区域53不足以利于提高感光度。