[发明专利]一种CMOS图像传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，具体地，本发明涉及一种CMOS图像传感器及其制备方法。

背景技术

通常，图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器包括电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器。

由于CMOS图像传感器(CIS)具有改善的制造技术和特性，因此半导体制造技术各方面都集中于开发CMOS图像传感器。CMOS图像传感器利用CMOS技术制造，并且具有较低功耗，更容易实现高度集成，制造出尺寸更小的器件，因此，CMOS图像传感器广泛的应用于各种产品，例如数字照相机和数字摄像机等。

CMOS图像传感器的个像素可以包括用于接收光的多个光电二极管以及用于控制输入视频信号的多个晶体管。按照晶体管的数目，CMOS图像传感器可以分为3T型、4T型等。3T型CMOS图像传感器可以包括一个光电二极管和三个晶体管，而4T型CMOS图像传感器可以包括一个光电二极管和四个晶体管。

图1所示是4T型CIS，包括：光电二极管区PD、传输晶体管Tx、复位晶体管RST、源跟随晶体管SF和行选通晶体管SEL。其中，浮置扩散区FD可以从光电二极管PD接收电子，然后将电子转换为电压。

目前CMOS图像传感器的结构如图1b和1c所示，所述CMOS图像传感器包括在半导体衬底101和/或位于半导体衬底上方的外延层102，所述衬底或外延层102可以分为有源区和器件隔离区，所述有源区中包括光电二极管区（PD）103、浮置扩散区（FD）105以及传输晶体管（Tx）区107，所述外延层102上具有栅极结构104，所述栅极结构中包含栅绝缘层、栅极材料层，所述栅极结构具有绝缘材料的侧墙，所述CMOS图像传感器还包括位于浮置扩散区（FD）105上方的接触塞106，所述接触塞106将有源区中浮置扩散区（FD）105与所述源跟随晶体管SF的栅极结构相连。

工作时，所述光电二极管PD可以感测入射光，然后根据光强的变化产生电荷，传输晶体管Tx将PD产生的电荷转移到浮置扩散区FD，源跟随晶体管SF将电荷转换为电压信号。在转移之前，浮置扩散区FD将电子从光电二极管PD传输到复位晶体管RST以使其导通，由此，浮置扩散区FD可设定为在预定电平下具有低电荷状态。复位RST可以释放存储在浮置扩散区FD中的电荷，用于进行信号检测，而源跟随晶体管SF可充当源跟随器，用于将电荷转换为电信号。

在上述所述的CMOS图像传感器中，如果将所述光电二极管产生的电荷转移到浮置扩散区FD，则复位晶体管RST导通，电荷被传送到源跟随晶体管SF，然后转换为电信号，浮置扩散区则起到了电容的作用，此外，浮置扩散区由源/漏掺杂(N+)与外延层(P)形成结电容，所述结电容主要通过掺杂浓度来控制电容量，但是由此也会引起低电容量的问题。特别是，浮置扩散区FD可以从光电二极管区PD接受电子，然后将电子转换为电压。如果出现低电容量，则引起噪声增加。

因此，如何提高所述CMOS图像传感器中电容量，降低噪声，增加对来自光电二极管PD的电荷接受量，提高整体饱和水平成为目前需要解决的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前CMOS图像传感器中电容量低，容易增加噪声的问题，提供了一种CMOS图像传感器，包括：

半导体衬底以及位于所述衬底上的外延层；

第一栅极结构和第二栅极结构，位于所述外延层上；

光电二极管区，形成于所述外延层中；

第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，位于所述第二栅极结构两侧；

层间介质层，形成于所述栅极结构和外延层上方；

第一接触塞和第二接触塞，位于所述层间介质层中，其中，所述第一接触塞位于所述第一浮置扩散区上方并与所述第一浮置扩散区电连接，所述第二接触塞位于与所述第二栅极结构上方，并与所述第二栅极结构电连接；

导线，位于所述层间介质层上，并与所述第一接触塞和所述第二接触塞电连接；

所述第一浮置扩散区通过第一接触塞、导线、第二接触塞与所述第二栅极结构形成的电容相连，用于增加第一浮置扩散区电容量。