CMOS图像传感器及其制造方法技术

一种ＣＭＯＳ图像传感器及其制造方法，包括：第一浅沟槽隔离层和第二浅沟槽隔离层，形成在外延层中预定区域的两侧；多晶硅栅极，与所述第一浅沟槽隔离层、第二浅沟槽隔离层相接触，形成在所述外延层的所述预定区域之上；以及多个沟道，形成在所述外延层中，位于所述多晶硅栅极之下。本发明专利技术可通过在传输晶体管（Ｔｘ）的栅极两侧设置包括连接到传输晶体管（Ｔｘ）栅极的多晶硅栅极的ＳＴＩ、形成在多晶硅栅极下的侧沟道和水平沟道，控制栅极电压。因此，电子可全部移动的通道变得更宽，使得电子能够迅速从光电二极管区（ＰＤ）传输到浮置扩散区（ＦＤ），从而能够更快、更好地获得饱和电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种CMOS图像传感器，尤其涉及一种适于改善图像特性的 CMOS图像传感器及其制造方法。
技术介绍
图像传感器是将光学图像转换为电子信号的器件。它可分为互补金属-氧化物-硅(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器在感光灵敏度和减少噪音方面特性优异。但是CCD图 像传感器难以实现高度集成，并且功耗率高。相反，CMOS图像传感器的制 造工艺步骤简单，并适用于要求高度集成、低功耗的场合。CMOS图像传感器的像素可包括多个光电二极管用于接收光以及多个 晶体管用于控制从光电二极管输入的图像信号。按照晶体管(T)的数目， CMOS图像传感器可以分为，例如，3T型和4T型。3T型可包括一个光电二 极管和三个晶体管，而4T型可包括一个光电二极管和四个晶体管。如图1所示，CMOS图像传感器可包括器件隔离层10，用于将半导体 衬底上的有源区1与器件隔离区隔离；光电二极管区PD，形成在有源区1 的最后区(lattermost area)，用于感测入射光并根据光量产生电荷；传输晶 体管(Tx)，叠置在有源区1除了光电二极管区(PD)外的区域之上，用于 将光电二极管(PD)产生的电荷传输到浮置扩散区(FD);复位晶体管(Rx); 以及驱动晶体管(Dx)。在传输晶体管(Tx)将光电二极管(PD)产生的电荷传输到浮置扩散区 (FD)之前，浮置扩散区(FD)将电子从光电二极管(PD)移动到复位晶 体管(Rx)，从而导通复位晶体管(Rx)，使得浮置扩散区(FD)被设定在预定的低电荷状态。复位晶体管(Rx)可用于释放储存在浮置扩散区(FD) 中的电荷以检测信号。驱动晶体管(Dx)可用作将电荷转换为电压信号的源 足艮随器(source follower)。为了实现高度集成，可以縮小光电二极管区(PD)和像素区，也可以縮 小传输晶体管(Tx)的总宽度，从而縮小传输晶体管(Tx)的沟道宽度。这 样就对电子从光电二极管区(PD)全部传输到浮置扩散区(FD)造成了限 制。这种细微差别对实际饱和电流有影响。也就是说，縮小传输晶体管(Tx) 的宽度可能会延迟待输出的饱和电流需要的时间，因此有可能恶化图像特 性。
技术实现思路
本实施例涉及一种CMOS图像传感器的制造方法，能够防止由于传输晶 体管(Tx)宽度的减小而造成饱和电流输出时间的延迟。本实施例涉及一种CMOS图像传感器，具有快速的饱和电流输出特性， 并通过加宽传输晶体管(Tx)的沟道总宽度，改善图像特性。本实施例涉及一种CMOS图像传感器，包括以下部分的至少其中一个-外延层，形成在半导体衬底之上；第一浅沟槽隔离层和第二浅沟槽隔离层， 形成在外延层中预定区域的两侧；多晶硅栅极，与所述第一浅沟槽隔离层、 第二浅沟槽隔离层相接触，形成在所述外延层的所述预定区域之上；以及多 个沟道，形成在所述外延层中，位于所述多晶硅栅极之下。本实施例涉及一种制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤的至少 其中一个在外延层的预定区域中形成第一沟道和第二沟道；在所述外延层 中所述预定区域的两侧形成第一浅沟槽隔离层和第二浅沟槽隔离层；在所述 第一浅沟槽隔离层中邻近所述预定区域的第一侧形成第一沟槽，在所述第二 浅沟槽隔离层中邻近所述预定区域的第二侧形成第二沟槽；在所述第一浅沟 槽隔离层的所述第一沟槽、所述第二浅沟槽隔离层的所述第二沟槽中形成一 对氧化物膜；在所述各氧化物膜之上形成导电膜；在所述预定区域形成第三 沟道，所述第三沟道相对于所述第一沟道、所述第二沟道基本上垂直地延伸， 并将所述第一沟道与所述第二沟道相互连接；在所述预定区域之上形成栅极氧化物膜，将所述氧化物膜相互连接；以及在所述外延层的所述预定区域和各导电膜之上形成多晶硅栅极。本实施例涉及一种制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤的至少 其中一个在外延层中形成第一多个沟槽；在所述外延层的预定区域中形成 第一沟道和第二沟道；在所述第一多个沟槽的每一个中形成氧化物膜；在所 述氧化物膜之上形成导电膜；利用CMP工艺在第二多个沟槽的每一个中填 入硅氧化物膜，形成一对器件隔离层；在所述预定区域形成第三沟道，相对 于所述第一沟道、所述第二沟道基本上垂直地延伸，并将所述第一沟道与所 述第二沟道相互连接；在所述预定区域之上形成栅极氧化物膜，将所述氧化 物膜相互连接；以及在所述导电膜和所述栅极氧化物膜之上形成多晶硅栅 极。附图说明图1示出CMOS图像传感器；图2A-图2B、图3A-图3E、以及图4A-图4G示出根据各实施例的CMOS 图像传感器。具体实施方式如图2A、图2B所示，根据本实施例的CMOS图像传感器可包括具有 整宽宽度的传输晶体管(Tx)。因此，能够在P型外延层100中传输晶体管 (Tx)栅极的两侧形成第一浅沟槽隔离(STI) 301和第二浅沟槽隔离(STI) 302。 STI301和STI302形成为与多晶硅栅极(polygate) 200—起，多晶硅 栅极200连接到传输晶体管(Tx)的栅极。在外延层100中多晶硅栅极200下面邻近STI 301和STI 302的位置形 成侧沟道120。为了控制栅极电压，可在多晶硅栅极200下面通过注入掺杂 剂形成水平沟道121与各个侧沟道120相连接。因此，相对于形成水平沟道 121，电子的移动通道变得更宽，使得所有电子都能够迅速传输到浮置扩散 区(FD)，从而能够更快、更好地获得饱和电流。图3A至图3E示出制造根据本实施例的CMOS图像传感器的方法，特 别是有关CMOS图像传感器的传输晶体管(Tx)区的制造工艺。如图3A所示，在半导体衬底上面和/或之上通过外延工艺(epitaxial process)形成低浓度P型外延层100。然后，利用STI工艺在P型外延层100中形成多个沟槽。在P型外延层 100的沟槽之间，具体而言，在随后将形成多晶硅栅极200的区域，通过注 入惨杂剂形成侧沟道120。然后在各个沟槽中填入硅氧化物膜，形成第一器 件隔离层301和第二器件隔离层302。然后如图3B所示，在第一器件隔离层301和第二器件隔离层302上面 和/或之上形成第一光致抗蚀剂图案，以形成多晶硅栅极200。然后利用第一 光致抗蚀剂图案作为掩膜进行蚀刻，在邻近各个侧沟道120的第一器件隔离 层301和第二器件隔离层302中形成沟槽。如图3C所示，在第一器件隔离层301和第二器件隔离层302的各沟槽 中形成衬垫氧化物膜111、 112，衬垫氧化物膜lll、 112配置为有沟槽的U 形。如图3D所示，形成衬垫氧化物膜lll、 112之后，在衬垫氧化物膜lll、 112的沟槽中填入多晶硅或导电材料，形成导电膜。然后进行CMP工艺，将 包括导电膜的P型外延层100的整个表面平坦化。然后在经过平坦化处理的 P型外延层100的上表面中邻近侧沟道120处注入掺杂剂，形成水平沟道121 与侧沟道120互相连接。具体而言，可在P型外延层IOO的上表面中将要形 成传输晶体管(Tx)的栅极的位置，也就是在器件隔离层301、 302中形成 的沟槽之间注入掺杂剂，形成水平沟道121。然后如图3E所示，通过形成第二光致抗蚀剂图案并利用第二光致抗蚀 剂图案作为掩膜沉积硅氧化物，在经过平坦化处理的P型外延层100上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：第一浅沟槽隔离层和第二浅沟槽隔离层，形成在外延层中预定区域的两侧；多晶硅栅极，与所述第一浅沟槽隔离层、第二浅沟槽隔离层相接触，形成在所述外延层的所述预定区域之上；以及多个沟道，形成在所述外延层中，位于所述多晶硅栅极之下。

【技术特征摘要】
KR 2006-12-29 10-2006-01373411、一种装置，包括第一浅沟槽隔离层和第二浅沟槽隔离层，形成在外延层中预定区域的两侧；多晶硅栅极，与所述第一浅沟槽隔离层、第二浅沟槽隔离层相接触，形成在所述外延层的所述预定区域之上；以及多个沟道，形成在所述外延层中，位于所述多晶硅栅极之下。2、 如权利要求3所述的装置，其中，还包括传输晶体管的栅极，形成 在所述外延层的所述预定区域之上。3、 如权利要求3所述的装置，其中，所述多晶硅栅极连接到所述传输 晶体管的栅极。4、 如权利要求3所述的装置，其中，所述多晶硅栅极包括多晶硅栅 极第一部分，与所述第一浅沟槽隔离层相接触；多晶硅栅极第二部分，与所 述第二浅沟槽隔离层相接触；以及多晶硅栅极第三部分，相对于所述多晶硅 栅极第一部分、所述多晶硅栅极第二部分基本上垂直地延伸，还将所述多晶 硅栅极第一部分与所述多晶硅栅极第二部分相互连接。5、 如权利要求4所述的装置，其中，所述多晶硅栅极第三部分设置在 所述外延层的所述预定区域之上。6、 如权利要求5所述的装置，其中，所述多个沟道包括第一沟道和 第二沟道，形成在所述外延层的所述预定区域的相对两侧；以及第三沟道， 相对于所述第一沟道、所述第二沟道基本上垂直地延伸，并将所述第一沟道 与所述第二沟道相互连接。7、 如权利要求6所述的装置，其中，所述第一沟道、所述第二沟道形 成为与所述多晶硅栅极第一部分、所述多晶硅栅极第二部分基本上平行地延 伸，所述第三沟道形成为与所述多晶硅栅极第三部分基本上平行地延伸。8、 如权利要求1所述的装置，其中，所述多个沟道包括第一沟道和 第二沟道，形成在所述外延层的所述预定区域的相对两侧；以及第三沟道， 相对于所述第一沟道、所述第二沟道基本上垂直地延伸，并将所述第一沟道 与所述第二沟道相互连接。9、 如权利要求1所述的装置，还包括栅极氧化物膜，设置在所述多晶硅栅极与所述外延层的所述区域之间。10、 如权利要求l所述的装置，其中，所述多晶硅栅极包括多晶硅和导 电材料的至少其中一种。11、 一种方法，包括步骤在外延层的预定区域中形成第一沟道和第二沟道；在所述外延层中所述预定区域的两侧形成第一浅沟槽隔离层和第二浅沟槽隔离层；在所述第一浅沟槽隔离层中邻近所述预定区域的第一侧形成第一沟槽， 在所述第二浅沟槽隔离层中邻近所述预定区域的第二侧形成第二沟槽；在所述第一浅沟槽隔离层的所述第一沟槽、所述第二浅沟槽隔离层的所 述第二沟槽中形成一对氧化物膜；在所述各氧化物膜之上形成导电膜；在所述预定区域形成第三沟道，所述第三沟道相对于所述第一沟道、...

【专利技术属性】
技术研发人员：金兑圭，
申请(专利权)人：东部高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]