图像传感器及形成其的方法技术

提供了一种可靠的图像传感器及形成其的方法。所述图像传感器包括光电探测器件。至少一个晶体管电连接到该光电器件用于输出存储在该光电探测器件中的电荷。直接连接到该光电探测器件的晶体管包括栅极电极图案和设置在该栅极电极图案上的离子注入阻隔图案。由于该离子注入阻隔图案位于光电探测器件附近的晶体管的栅极电极图案的上部，在该光电探测器件附近的晶体管的栅极电极图案的域值电压可调整到期望值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更具体而言，涉及一种互补金属-氧化物半导体(CMOS)。
技术介绍
最近，例如数字照相机的数字技术已经迅速发展。用于决定数字照相机的图像质量的主要元件是光学透镜和图像传感器。图像传感器将通过光学透镜入射的光转换成具有优异的图像质量的电子信号。图像传感器包括由多个像素组成的、二维排列成矩阵形式的像素阵列。每个像素包括光电检测器、传输器和读出器件。根据传输器和读出器件的类型，将图像传感器分为电荷耦合器件(下面称为CCD)或CMOS图像传感器(下面称为CIS)。CCD采用MOS电容器用于传送和读出操作。各个MOS电容器彼此相邻排列，由电势差引起的载流子存储在一个电容器中并传送到相邻的电容器。与此相反，CMOS设置有与像素相同数目的MOS(金属-氧化物半导体)晶体管，并通过使用MOS晶体管采用开关模式以顺序方式检测输出。CCD图像传感器比CIS具有更低噪音和更高的图像质量。CIS与CCD图像传感器相比，具有简单的运行方式并能实施各种扫描类型。CIS的单一接通电路可以整体结合到单一芯片，使得可能微型化产品。同样，使用兼容的CMOS技术提供了由低的和单一的电源引起的制造成本减少以及随机访问图像数据的优点。因此，CIS可以用在任何显示图像的器件中，例如数字照相机、监控摄影机、智能照片、个人数字助理、笔记本电脑、条码阅读器、高清晰度电视分辨率照相机(HDTV resolution camera)、玩具等。当前，CMOS图像传感器的使用和应用已经逐渐变得广泛。与CCD图像传感器不同，CIS适合与单元像素、外围模拟元件和MOS元件通过进行CMOS制造工艺而集成在单一芯片上。随着MOS晶体管集成度的提高，形成在外围电路区的MOS晶体管的每个栅极都变得高度降低。例如，当MOS晶体管中的栅极高度太高时，由于限定在栅极之间的孔径比变大而不可能注入卤族离子。因此，优选像素阵列区的MOS晶体管的栅极像CIS中的外围电路区的MOS晶体管一样浅地形成。图1是示出像素阵列区的像素的剖面图，示出了在CIS制造工艺中对光电二极管注入杂质离子，与当MOS晶体管的栅极的高度低时从CIS引起的问题有关。在图1中，参考标号11代表p型基底，参考标号13代表栅极绝缘层，且参考标号15a和15b代表栅极。参考标号17表示离子注入掩模，参考标号19表示用于形成光电二极管的N型离子注入，且参考标号21表示光电二极管的N型杂质扩散区。参照图1，光电二极管的N型杂质扩散区通过自对准方法形成在其附近的栅极15a上，如虚线示出的。然而，由于栅极15a和15b是浅的，它们就有例如500keV的高能量。当注入杂质离子穿过栅极15a时，在栅极15a的下部形成了N型杂质扩散区21。结果，很难调整具有栅极15a的MOS晶体管的域值电压。这样就不能实现可靠的图像传感器。
技术实现思路
本专利技术提出一种可靠的。根据第一方面，本专利技术提出一种包括光电探测器件和至少一个电连接到该光电探测器件用于输出存储在该光电探测器件中的电荷的晶体管的图像传感器。连接到该光电探测器件的晶体管包括栅极图案和设置在该栅极图案上的离子注入阻隔图案。在一个实施例中，离子注入阻隔图案覆盖栅极图案的一部分，且在光电探测器件附近的离子注入阻隔图案的一侧与在光电探测器件附近的栅极图案的一侧垂直对准。在一个实施例中，离子注入阻隔图案包括依次叠放的介电层图案和导电层图案。传感器还可以包括电连接到暴露于离子注入阻隔图案的外侧的栅极图案区的金属互联。光电探测器件是光电二极管，包括形成于第一导电类型的半导体基底的第一杂质扩散区，该第一杂质扩散区具有第二导电类型；和形成在第二导电类型的第一杂质扩散区中的第一导电类型的杂质扩散区。直接连接到光电探测器件的晶体管包括形成在位于面对光电探测器件的栅极图案的另一外侧的半导体基底上的第二导电类型的第二杂质扩散区。在一个实施例中，光电探测器件是光电二极管，包括形成于第一导电类型的基底的第一杂质扩散区，该第一杂质扩散区具有第二导电类型；和形成在第二导电类型的第一杂质扩散区中的具有第一导电类型的杂质扩散区。所述至少一个晶体管包括串连到光电探测器件的传输晶体管、复位晶体管、传感晶体管和存取晶体管。具有第二导电类型的第三杂质扩散区设置在各个晶体管的栅极图案之间的半导体基底中。传感晶体管的栅极图案电连接到位于传输晶体管和复位晶体管之间的具有第二导电类型的第三杂质扩散区。在一个实施例中，栅极图案和导电层图案由同样材料制成，介电层图案具有其中顺次叠放氧化层-氮化层-氧化层的结构。在一个实施例中，传感器还包括由顺次叠放在半导体基底上的栅极图案、介电层图案和导电层图案形成的电容器。在一个实施例中，离子注入阻隔图案比栅极图案小并且部分暴露栅极图案未与光电探测器件邻近的部分。根据另一方面，本专利技术提出一种包括光电二极管和直接连接到该光电二极管的晶体管的图像传感器。该光电二极管具有形成在具有第一导电类型的半导体基底上的第一杂质扩散区，该第一杂质扩散区具有第二导电类型，以及在具有第二导电类型的第一杂质扩散区中的具有第一导电类型的杂质扩散区。该晶体管包括在具有第二导电类型的第一杂质扩散区的附近的叠层栅极图案，和形成在面对具有第二导电类型的第一杂质扩散区的栅极图案外侧的半导体基底上的具有第二导电类型的第二杂质扩散区。所述叠层栅极图案包括顺次形成在半导体基底上的栅极图案、介电层图案和导电层图案，其中插入有栅极绝缘层。在一个实施例中，介电和导电层覆盖栅极图案的一部分，且在光电二极管附近的导电层图案的一侧与在光电二极管附近的栅极图案的一侧垂直对准。在一个实施例中，传感器还包括电连接到通过接触栓塞(plug)暴露于导电层图案的外侧的栅极图案区的金属互联。在一个实施例中，传感器还包括由顺次叠放在半导体基底上的栅极图案、介电层图案和导电层图案形成的电容器。根据再一方面，本专利技术提出一种用于输运存储在光电探测器件中的电荷的传输晶体管。传输晶体管包括施加有偏置电压的栅极图案；和叠放在该栅极图案上的介电层图案和导电层图案。该介电层图案和导电层图案比栅极图案小，且导电层图案的一侧和栅极图案的一侧在光电二极管附近彼此垂直对准。在一个实施例中，传输晶体管还包括电连接到通过接触栓塞暴露于导电层图案的外侧的栅极图案区的金属互联，用于向传输晶体管施加偏压。根据再一方面，本专利技术提出一种图像传感器，包括形成在半导体基底的像素阵列区中的光电探测器件；连接到该光电探测器件用于输运存储在该光电探测器件中的电荷的传输晶体管；和形成于半导体基底的外围电路区的电容器。传输晶体管的栅极和每个电容器都由第一导电层图案、介质层图案和第二导电层图案形成。传输晶体管的栅极的第二导电层图案部分覆盖传输晶体管的栅极的第一导电层图案，允许在光电探测器件附近的第一导电层图案的一侧与第二导体图案的一侧垂直对准。在一个实施例中，图像传感器还包括电连接到被传输晶体管的第二导电层图案通过接触栓塞而暴露的第一导电层图案的金属互联，用于向传输晶体管施加偏压。在一个实施例中，传输晶体管将存储在光电探测器件中的电荷输运到位于面对光电探测器件的传输晶体管的外侧的半导体基底的浮置(floating)扩散区。该图像传感器还包括连接到传输晶体管并复位浮置扩散区域的复位晶体管；传感存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：光电探测器件；和至少一个晶体管，可操作地连接到所述光电探测器件用于输出存储在该光电探测器件中的电荷，其中连接到所述光电探测器件的晶体管包括栅极电极图案和设置在该栅极电极图案上的离子注入阻隔图案。

【技术特征摘要】
KR 2004-9-16 74264/041.一种图像传感器，包括光电探测器件；和至少一个晶体管，可操作地连接到所述光电探测器件用于输出存储在该光电探测器件中的电荷，其中连接到所述光电探测器件的晶体管包括栅极电极图案和设置在该栅极电极图案上的离子注入阻隔图案。2.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述离子注入阻隔图案覆盖一部分栅极电极图案，且靠近所述光电探测器件的所述离子注入阻隔图案的一侧与靠近光电探测器件的栅极电极图案的一侧垂直对准。3.如权利要求2所述的图像传感器，其中所述离子注入阻隔图案包括依次层叠的介电层图案和导电层图案。4.如权利要求3所述的图像传感器，还包括电连接到暴露于所述离子注入阻隔图案外侧的栅极电极图案的金属互联。5.如权利要求3所述的图像传感器，其中所述光电探测器是光电二极管，包括第一杂质扩散区，形成在具有第一导电类型的半导体基底上，所述第一杂质扩散区具有第二导电类型；和具有第一导电类型的杂质扩散区，形成在具有第二导电类型的所述第一杂质扩散区内，其中直接连接到所述光电探测器件的晶体管包括形成在栅极电极图案相对于所述光电探测器件的另一外侧的半导体基底上的具有第二导电类型的第二杂质扩散区。6.如权利要求3所述的图像传感器，其中所述光电探测器件是光电二极管，包括第一杂质扩散区，形成在具有第一导电类型的半导体基底上，所述第一杂质扩散区具有第二导电类型；和具有第一导电类型的杂质扩散区，形成在具有第二导电类型的第一杂质扩散区中，其中所述至少一个晶体管包括串连到所述光电探测器件的传输晶体管、复位晶体管、传感晶体管和存取晶体管；其中具有第二导电类型的第三杂质扩散区设置在各个晶体管的栅极电极图案之间的半导体基底上；和其中所述传感晶体管的栅极电极图案被电连接到输运和复位晶体管之间的具有第二导电类型的第三杂质扩散区。7.如权利要求3所述的图像传感器，其中所述栅极电极图案和导电层图案由同样材料制成，所述介电层图案具有其中依次层叠氧化层-氮化层-氧化层的结构。8.如权利要求3所述的图像传感器，还包括由依次层叠在半导体基底上的栅极电极图案、介电层图案和导电层图案形成的电容器。9.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述离子注入阻隔图案比栅极电极图案小，并在未邻近所述光电探测器件的部分部分地暴露栅极电极图案。10.一种图像传感器，包括光电二极管，具有形成在具有第一导电类型的半导体基底上的第一杂质扩散区，所述第一杂质扩散区具有第二导电类型，以及在具有第二导电类型的第一杂质扩散区中的具有第一导电类型的杂质扩散区；和晶体管，可操作地连接到所述光电二极管，其中所述晶体管包括靠近具有第二导电类型的第一杂质扩散区的层叠栅极图案，和形成在栅极图案相对于所述具有第二导电类型的第一杂质扩散区的外侧的半导体基底上的具有第二导电类型的第二杂质扩散区；和其中所述层叠栅极图案包括在半导体基底上依次形成的栅极电极图案、介电层图案和导电层图案，在该半导体基底和该层叠栅极图案之间插入栅极绝缘层。11.如权利要求10所述的图像传感器，其中所述介电层和导电层图案覆盖一部分栅极电极图案，且在靠近所述光电二极管的导电层图案的一侧与在靠近所述光电二极管的栅极电极图案的一侧垂直对准。12.如权利要求11所述的图像传感器，还包括电连接到暴露于所述离子注入阻隔图案外侧的栅极电极图案的金属互联。13.如权利要求10所述的图像传感器，还包括由依次层叠在半导体基底上的栅极电极图案、介电层图案和导电层图案形成的电容器。14.一种用于输运存储在光电探测器件中的电荷的传输晶体管，包括栅极电极图案，施加有偏置电压；和介电层图案和导电层图案，层叠在所述栅极电极图案上，其中所述介电层图案和导电层图案比所述栅极电极图案小，且在靠近所述光电二极管的导电层图案的一侧和栅极电极图案的一侧彼此垂直对准。15.如权利要求14所述的传输晶体管，还包括电连接到暴露于所述离子注入阻隔图案的外侧的栅极电极图案的金属互联。16.一种图像传感器，包括光电探测器件，形成于半导体基底的像素阵列区；传输晶体管，连接到所述光电探测器件用于输运存储在该光电探测器件中的电荷；和电容器，形成在所述半导体基底的外围电路区，其中所述传输晶体管的栅极电极和电容器每个都由第一导电层图案、介电层图案和第二导电层图案形成，且其中所述传输晶体管的栅极电极的第二导电层图案部分覆盖传输晶体管的栅极电极的第一导电层图案，允许在靠近所述光电探测器件的第一导电层图案的一侧与所述第二导电层图案的一侧垂直对准。17.如权利要求16所述的图像传感器，还包括金属互联，其电连接到被传输晶体管的第二导电层图案通过接触栓塞而暴露的第一导电层图案，用于将偏压施加到所述传输晶体管。18.如权利要求16所述的图像传感器，其中所述传输晶体管将存储在所述光电探测器件中的电荷输运到位于传输晶体管相对于光电探测器件的外侧的半导体基底的浮置扩散区，且其中所述图像传感器还包括复位晶体管，连接到所述传输晶体管并复位所述浮置扩散区；传感晶体管，感应存储在所述浮置扩散区中的电荷；和存取晶体管，选择所述传感晶体管的输出。19.如权利要求18所述的图像传感器，其中所述复位晶体管、传感晶体管和存取晶体管的栅极电极形成有所述传输晶体管的第一导电层图案。20.一种形成图像传感器的方法，包括(i)在半导体基底上依次形成栅极氧化层、第一导电层、介电层和第二导电层；(ii)构图所述第二导电层和介电层以形成具有两侧的离子注入阻隔图案；(iii)构图所述第一导电层以形成具有两侧且比所述离子注入阻隔图案大的栅极电极图案，使得离子注入阻隔图案的一侧和栅极电极图案的一侧彼此垂直对准；(iv)在所述半导体基底上形成第一杂质扩散区，与离子注入阻隔图案的一侧和栅极电极图案的一侧对准；(v)在所述第一杂质扩散区形成具有第一导电类型的杂质扩散区，所述第一杂质扩散区具有第二导电类型；和(vi)在所述半导体基底上形成具有第二导电类型的第二杂质扩散区，与栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德珉，元成根，柳准烈，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]