[发明专利]CMOS图像传感器及其制备方法

说明书

本申请要求在2006年12月29日提交的韩国专利申请No.10-2006-0137350的权益，在这里将其全部作为参考。

技术领域

本发明涉及一种CMOS图像传感器，尤其涉及一种能够去除死区并防止暗电流发生的CMOS图像传感器及其制备方法。

背景技术

图像传感器是一种将光图像转换为电信号的器件。图像传感器一般可能分为互补金属-氧化物-硅(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。

比较而言，CCD图像传感器可能存在与CMOS图像传感器相比增强的光敏性和较低噪音，但难于实现高集成度和低功率消耗。相反，CMOS图像传感器具有简单的制备工艺并且更适于实现高集成度和低功率消耗。

由于改进的制备技术和CMOS图像传感器的特征，半导体器件制备技术的方面已经集中于发展CMOS图像传感器。CMOS图像传感器的每个像素可能包括用于接收光的多个光电二极管和用于控制输入的视频信号的多个晶体管。

根据晶体管数量，可能将CMOS图像传感器分为，诸如3T型、4T型等等。3T型CMOS图像传感器可包括一个光电二极管和三个晶体管，而4T型CMOS图像传感器可能包括一个光电二极管和四个晶体管。

如示例图1所示，4T型CMOS图像传感器可能包括光电二极管区PD、传输晶体管Tx、重置晶体管Rx和驱动晶体管Dx。光电二极管区PD可以在有源区1的最宽部分中形成。传输晶体管Tx、重置晶体管Rx和驱动晶体管Dx可以形成重叠除光电二极管区PD之外的有源区1。将省去选择晶体管Sx的描述。

光电二极管PD检测入射光并根据光强度产生电荷。传输晶体管Tx将在光电二极管PD中产生的电荷传送到浮置扩散区FD。为了检测信号，重置晶体管Rx释放存储在浮置扩散区FD中的电荷。驱动晶体管Dx可以作为用于将从光电二极管PD接收的电荷转换为电压信号的源极跟随器。

如示例图2所示，CMOS图像传感器还可包括P+-型半导体衬底2、P-型外延层4、器件隔离膜6、栅极电极10、n-型扩散区14、栅极间隔垫12、轻掺杂漏极(LDD)区16和n+-型扩散区18。

由光电二极管区PD、有源区1和器件隔离区可以限定P+-型半导体衬底2。P-型外延层4可形成在半导体衬底2上和/或之上。器件隔离膜6可形成在器件隔离区中。栅极电极10可形成在外延层4上和/或之上，且在它们之间插入栅极绝缘膜8。可在光电二极管区PD的外延层4中形成n-型扩散区14。在栅极电极10的至少一个侧壁上可形成栅极间隔垫12。在有源区1的传输晶体管Tx、重置晶体管Rx和驱动晶体管Dx之间形成LDD区16。通过将n+-型掺杂剂离子注入到浮置扩散区FD的外延层4中可形成n+-型扩散区18。

如示例图3和4所示，在这种CMOS图像传感器中，可在光电二极管区PD和传输晶体管Tx之间的界面中形成势垒或势坑。因此，在光电二极管区PD产生的电子可能停留在势坑中，并且由此，电子可能不能通过传输晶体管Tx传送到浮置扩散区FD。因此，可能发生时间延迟。

如示例图5所示，示出了示例图1和2所示的CMOS图像传感器的电压与时间的关系特征的曲线图。示例图5示出由于势垒和势坑，出现了死区，在其中虽然输入了信号但不能输出信号，由时间延迟产生了暗信号。

为了解决这种问题，可以使用增加传输晶体管Tx的驱动电压或降低注入到传输晶体管Tx的沟道区的掺杂剂离子剂量的方法。然而，在这种方法中，增加了暗电流。

如示例图6所示，试图解决该问题的另一个方法包括将n-型掺杂剂离子倾斜地注入到位于传输晶体管Tx下面的区域中以形成第二n-型扩散区20。然而，即使当形成第二n-型扩散区20时，仍然增加了暗电流。

发明内容

实施例涉及一种能够去除死区并防止暗电流发生的CMOS图像传感器及其制备方法。

实施例涉及一种可以包括下列至少其中之一的CMOS图像传感器：至少由在半导体衬底之上形成的光电二极管区和器件隔离区限定的外延层；在器件隔离区中形成的器件隔离膜；在外延层之上形成的栅极电极；和重叠光电二极管区的一部分和栅极电极的一部分的接触插塞。

实施例涉及一种可以包括下列至少其中之一的CMOS图像传感器：至少由在半导体衬底之上形成的光电二极管区和器件隔离区确定的外延层；在器件隔离区中形成的器件隔离膜；在外延层的光电二极管区中形成的n-型扩散区；和在外延层之上且部分地重叠n-型扩散区的栅极电极。