互补式金属氧化物半导体图像传感器及其制作方法技术

一种整合单晶体管静态随机存取存储器的互补式金属氧化物半导体图像传感器，包括一衬底，该衬底具有一像素阵列、一逻辑电路、以及多个单晶体管静态随机存取存储器（１Ｔ－ＳＲＡＭ），且该素阵列、该逻辑电路、以及该些１Ｔ－ＳＲＡＭ是由多个浅沟隔离所隔离。且该１Ｔ－ＳＲＡＭ是于各元件的逻辑工艺中仅增加一光掩模即可整合于该互补式金属氧化物半导体图像传感器内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种整合静态随机存取存储器的互补式金属氧化物半导体图像传感器。尤其涉及一种具有高密度的单晶体管静态随机存取存储器(1T-SRAM)的图像传感器。
技术介绍
互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)图像传感器(image sensor)是采用传统的CMOS电路工艺制作，可将图像传感器以及其所需要的相关周围电路制作在一起。相较于现有的电荷偶合装置(charge-coupled devices，CCDs)工艺中需要30至40个光掩模工艺，CMOS图像传感器仅需大约20个光掩模工艺，其工艺不仅简化许多，制造成本也比电荷偶合装置低廉。此外，CMOS图像传感器还具有小尺寸、高量子效率(quantum efficiency)以及低读出噪声(read-out noise)等优势。然而，现有的CMOS图像传感器因其存储器，如DRAMs，与图像传感器是分别制作于不同芯片上，致使该图像系统难以缩小化。因此美国专利第6,563,187号便揭示一种CMOS图像传感器，特别指将图像传感器、相关图像信号处理电路以及存储器元件如DRAMs或SRAMs整合于同一芯片以降低成本及耗电量的CMOS图像传感器。但由于DRAM必须周期性的检查电容器上的电压，并且需要经常充电或放电以免数据遗失，以完成存储器更新。若使用不需进行更新动作的SRAM，又因其每位元具有4至6个晶体管，在芯片上所占据的面积为DRAM的四倍，集成度因此降低许多，不符合元件尺寸日益精巧短小的要求。另外，根据该专利所揭示的技术，存储器的整合步骤是于各逻辑元件皆已形成后才进行，因此仍具有较复杂的工艺。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的在于提供一种具有高密度(ultra-high density)的单晶体管静态随机存取存储器的。根据本专利技术的一优选实施例，提供一半导体衬底，该衬底定义有一像素阵列区、一逻辑电路区以及一存储器区，且该像素阵列区、该逻辑电路区及该存储器区间是由多个浅沟隔离所隔离。该像素阵列区内具有多个互补式金属氧化物半导体图像传感元件，该逻辑电路区内具有一逻辑电路，而该存储器区内具有多个单晶体管静态随机存取存储器。该单晶体管静态随机存取存储器是由一电容结构及一晶体管组成。该电容结构包含一藉由离子注入形成于该衬底内作为电容下电极(bottom capacitor plate)的掺杂区、一设于该掺杂区上的电容介电层、一设于该电容介电层上的电容上电极(topcapacitor plate)；该晶体管是具有一栅极介电层、一栅极、一漏极及一延伸至该电容上电极下方而与该掺杂区电性连接的源极。值得注意的是，该电容结构的该电容介电层与该晶体管的该栅极介电层为同一层。由于本专利技术提供的电容结构的电容介电层与晶体管的栅极介电层可为同一层，即该电容介电层与该栅极介电层可同时形成，而电容结构的电容上电极与晶体管的栅极也可同时形成。故本专利技术所提供的方法是于制作互补式金属氧化物半导体图像传感器各元件的逻辑工艺中，仅增加一光掩模工艺，即可整合此高密度单晶体管静态随机存取存储器与逻辑电路于互补式金属氧化物半导体图像传感器上。为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本专利技术加以限制。附图说明图1至图7为根据本专利技术制作整合单晶体管静态随机存取存储器的互补式金属氧化物半导体图像传感器的方法优选实施例的示意图；图8至图9为本专利技术第二优选实施例的部分放大示意图；图10至图11为本专利技术第三优选实施例的部分放大示意图。主要元件符号说明100 衬底 102 P型掺杂井104、106 N型掺杂井 108 浅沟隔离 200、404、504、800、820 光致抗蚀剂层 202、222 掺杂区300 介电层 400 多晶硅层402 金属硅化层 500 栅极502 电容上电极 506 深N型掺杂区508 浅P型掺杂区 602 N型轻掺杂漏极604 P型轻掺杂漏极700 侧壁子702 N型重掺杂漏极704 P型重掺杂漏极802 凹槽 822 深沟渠具体实施方式请参阅图1至图7。图1至图7为本专利技术于半导体衬底100上整合互补式金属氧化物半导体晶体管图像传感器的图像传感元件、逻辑电路元件、及存储器的示意图。首先提供一衬底100，例如一半导体晶片(wafer)，且衬底100表面定义有一像素阵列区40、一逻辑电路区60、以及一存储器区80。如图1所示，一P型掺杂井102形成于像素阵列区40内，一N型掺杂井104形成于逻辑电路区60内，以及另一N型掺杂井106形成于存储器区80内。此外，衬底100中还形成有多个浅沟隔离(swallow trench isolation，STI)108，用以隔离像素阵列区40、逻辑电路区60、以及存储器区80。请参阅图2，接着形成一具有开口的图案化光致抗蚀剂层200于衬底100上，并通过光致抗蚀剂层200的开口进行一离子注入工艺，以于存储器区的N型掺杂井106内形成一掺杂区202当作电容下电极。请参阅图3，移除光致抗蚀剂层200后，于衬底100上形成一介电层300，例如硅氧化合物和氮硅化合物，且介电层300的厚度可依电路设计或元件特性所需作调整，使得形成于像素阵列区40、逻辑电路区60、以及存储器区80的介电层300具有相同或不同的厚度。为了方便说明起见，图3所示的实施例是揭露一相同厚度的介电层300，且介电层300是作为像素阵列区40与逻辑电路区60内各晶体管的栅极介电层，以及存储器区80内的单晶体管静态随机存取存储器的晶体管的栅极介电层，同时也作为单晶体管静态随机存取存储器的电容结构的电容介电层。然而，于其他实施例中，各栅极介电层与电容介电层也可利用多次工艺步骤使其分别具有不同的厚度，或由不同的介电层组成。举例来说，电容介电层可由氮化硅、氮化硅与氧化硅的混合物或高介电常数材料构成；而栅极介电层则可由氧化硅、氮氧化硅或高介电常数材料所构成。请参阅图4及图5，随后于介电层300上形成一多晶硅层400，并选择性地于多晶硅层400上再形成一多晶金属硅化物(polycide)层402，并于后续进行一自对准金属硅化物工艺(salicide)。于本实施例中，是利用多晶硅层400与金属硅化物402构成栅极，但本专利技术的应用并不限于此，而可仅利用多晶硅层400制作栅极。接着，于金属硅化层402上形成一图案化的光致抗蚀剂层404，用来定义像素阵列区40、逻辑电路区60、存储器区80内的各晶体管的栅极，与存储器区80内电容结构的电容上电极。接着，利用光致抗蚀剂层404当作一蚀刻掩模来对多晶硅层400及金属硅化物层402进行一蚀刻工艺。之后，移除光致抗蚀剂层404，在像素阵列区40、逻辑电路区60、存储器区80内同时形成多个晶体管的栅极500以及电容结构的电容上电极502。请再参阅图5，于衬底100上再形成一具有开口的图案化光致抗蚀剂层504，用以定义图像传感元件的感光区域。接着对衬底100进行一离子注入工艺，以于衬底100中形成一深N型掺杂区506；并于深本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整合单晶体管静态随机存取存储器的互补式金属氧化物半导体图像传感器，包括：一衬底，该衬底定义有一像素阵列区、一逻辑电路区、以及一存储器区；一像素阵列，设于该像素阵列区；一逻辑电路，设于该逻辑电路区；以及多个 单晶体管静态随机存取存储器，设于该存储器区。

【技术特征摘要】
1.一种整合单晶体管静态随机存取存储器的互补式金属氧化物半导体图像传感器，包括一衬底，该衬底定义有一像素阵列区、一逻辑电路区、以及一存储器区；一像素阵列，设于该像素阵列区；一逻辑电路，设于该逻辑电路区；以及多个单晶体管静态随机存取存储器，设于该存储器区。2.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体图像传感器，还包括多个浅沟隔离设于该衬底上，分别用以隔绝该像素阵列、该逻辑电路与该单晶体管静态随机存取存储器。3.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体图像传感器，还包括多个掺杂井，设于该像素阵列区的该衬底内、该逻辑电路区的该衬底内，以及该存储器区的该衬底内。4.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体图像传感器，其中该单晶体管静态随机存取存储器包括一电容结构，该电容结构包括一掺杂区，设于该存储器区的该衬底内作为电容下电极；一电容介电层，设于该掺杂区的表面；以及一电容上电极，设于该电容介电层的表面；一电连接该电容结构的晶体管，该晶体管包括一栅极介电层，设于该存储器区的该衬底上；一栅极，设于该栅极介电层上；一源极，设于该栅极与该电容结构间的该衬底内，且该源极电连接该掺杂区；以及一漏极，设于该栅极相对于该电容结构另一侧的该衬底内。5.如权利要求4所述的互补式金属氧化物半导体图像传感器，其中该电容介电层与该栅极介电层具有不同的厚度。6.如权利要求4所述的互补式金属氧化物半导体图像传感器，其中该衬底还包括一凹槽，位于该存储器区，且至少部分的该掺杂区及部分的该电容介电层设置于该凹槽的至少一侧壁。7.一种整合单晶体管静态随机存取存储器的互补式金属氧化物半导体图像传感器，包括一像素阵列，设于一衬底的一像素阵列区内；一逻辑电路，设于该衬底的一逻辑电路区内；以及多个单晶体管静态随机存取存储器，设于该衬底的一存储器区内，且该单晶体管静态随机存取存储器包括一电容结构，设于该存储器区内，该电容结构包括一掺杂区；一电容介电层，设于该掺杂区的表面；以及一电容上电极，设于该电容介电层的表面；一晶体管，设于该存储器区内并相邻该电容结构，该晶体管包括一栅极介电层；一栅极，设于该栅极介电层上；一源极，设于该栅极与该电容结构之间并电连接该掺杂区；以及一漏极，设于该栅极相对于该电容结构的另一侧。8.如权利要求7所述的互补式金属氧化物半导体图像传感器，还包括多个浅沟隔离设于该衬底上，分别用以隔绝该像素阵列、该逻辑电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨进盛，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]