CMOS图像传感器及其制造方法技术

所公开的是一种ＣＭＯＳ图像传感器。器件隔离膜形成在半导体衬底的器件隔离区中，以限定有源区和器件隔离区。栅绝缘膜形成在半导体衬底上。栅绝缘膜在器件隔离膜的界面区域处和在器件隔离膜之间的有源区处具有不同厚度。栅电极形成在栅绝缘膜上。浮动扩散区形成在栅电极一侧的半导体衬底中。光电二极管区形成在栅电极另一侧的半导体衬底中。还公开了一种制造该ＣＭＯＳ图像传感器的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种COMS图像传感器，更具体而言，涉及一种具有改良特性的COMS图像传感器及其制造方法。
技术介绍
通常，图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体IC器件。图像传感器主要分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。CCD包括多个垂直电荷耦合器件(VCCD)、水平电荷耦合器件(HCCD)和感测放大器(sense amplifier)，在所述多个垂直电荷耦合器件中以矩阵形式设置了用于将光信号转换为电信号的多个光电二极管(PD)。VCCD形成于以矩阵形式垂直设置的光电二极管之间，并在垂直方向上传送从每个光电二极管生成的电荷。HCCD在水平方向上传送由VCCD所传送的电荷。感测放大器对水平方向上所发送的电荷进行感测并根据所检测的电荷来产生电信号。但是，这种CCD具有复杂的驱动，消耗大量功率并且需要多步光刻步骤，导致了复杂的制造工艺。此外，在传统的CCD中，难以将控制电路、信号处理器、A/D转换器等集成在一个CCD芯片上。这使得难以将CCD小型化。近来，为了克服电荷耦合器件的以上缺点，作为下一代图像传感器，CMOS图像传感器正在引起广泛关注。在CMOS图像传感器中，将控制电路、信号处理电路用作外围电路的CMOS技术被用来在半导体衬底中形成与单元像素的数目对应的MOS晶体管。这样，利用MOS晶体管顺序地对来自每个单元像素的输出进行检测，即，采用切换模式(switching mode)。即，在CMOS图像传感器中，在单元像素中形成光电二极管和MOS晶体管。CMOS图像传感器适合于按照切换方法，通过对各个单元像素的电信号顺序地进行检测来形成图像。由于CMOS图像传感器是通过CMOS制造技术制造的，因此它具有如下优点，如相对低的功耗，以及通过相对较少次数的光刻步骤而简化的制造工艺。此外，CMOS图像传感器具有如此构造，其中可以将控制电路、模拟数字转换器等集成在图像传感器芯片上，由此提供了产品小型化的优点。因此，这种CMOS图像传感器已经被广泛用于各个应用中，如数字相机和数字摄像机等。按照晶体管的数量，CMOS图像传感器被分为3T、4T和5T型等。例如，3T型包括一个光电二极管和三个晶体管且4T型包括一个光电二极管和四个晶体管。此后，将对用于4T CMOS传感器中的单元像素的布局进行描述。图1为用于普通4T CMOS图像传感器的等效电路。图2为示出了普通4T CMOS图像传感器中单元像素的布局。如图1所示，CMOS图像传感器的单元像素100包括作为光电变换器的光电二极管10和四个晶体管。四个晶体管包括转移晶体管20、复位晶体管30、驱动晶体管40和选择晶体管50。另外，负载晶体管60电连接到单元像素100的输出端(OUT)。标号FD、Tx、Rx、Dx和Sx分别表示漂移扩散区、转移晶体管20的栅电压、复位晶体管30的栅电压、驱动晶体管40的栅电压和选择晶体管50的栅电压。如图2所示，在普通4T CMOS图像传感器的单元像素中，限定了有源区，并且在有源区以外的区域中形成器件隔离膜。在有源区的较宽区域中形成单个PD，并在有源区的剩余部分中形成四个晶体管的栅电极23、33、43和53，以便进行重叠。即，由栅电极23形成转移晶体管20，由栅电极33形成复位晶体管30，由栅电极43形成驱动晶体管40，并由栅电极53形成选择晶体管50。这里，将杂质离子注入到除了各栅电极23、33、43和53的底部以外的各个晶体管的有源区中，由此形成每个晶体管的源极/漏极区(S/D)。图3为沿着图2的线I-I′获得的截面视图，示出了常规的CMOS图像传感器。如图3中所示，低浓度P-型外延层62形成在高浓度P++型半导体衬底61中。器件隔离膜63形成在其中形成P-外延层62的半导体衬底61的器件隔离区中。此后，栅绝缘膜64形成在半导体衬底61的整个表面上，且转移晶体管的栅电极65形成在栅绝缘膜64上。这里，在栅电极65下的器件隔离膜63之间的P-外延层62形成了沟道区C。另一方面，以上配置的转移晶体管起在没有损失的情况下平稳地将电子从光电二极管(图2中PD)转移到浮动扩散区(图1和2中的FD)的作用。即，电子通过形成在转移晶体管栅电极65下的沟道区C，从光电二极管转移到浮动扩散区。然而，以上常规CMOS图像传感器包括以下缺点。由于器件隔离膜的界面缺陷，在沟道区和器件隔离膜之间的界面附近流动的少量电子被损失(即，由于器件隔离膜的界面中漏电流的损失)，由此降低了图像传感器的特性。
技术实现思路
为了解决以上问题而进行了本专利技术，且本专利技术的一个目的是提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其防止在器件隔离膜的界面中出现漏电流，以提高图像传感器的特性。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供一种CMOS图像传感器，包括器件隔离膜，形成在半导体衬底的器件隔离区中，限定有源区和器件隔离区；形成在半导体衬底上的栅绝缘膜，所述栅绝缘膜在器件隔离膜之间的有源区处和在器件隔离膜的界面区域处具有不同的厚度；形成在栅绝缘膜上的栅电极；形成在栅电极一侧的半导体衬底中的浮动扩散区；以及形成在栅电极另一侧的半导体衬底中的光电二极管区。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造CMOS图像传感器的方法，所述方法包括以下步骤在半导体衬底的器件隔离区中形成器件隔离膜，所述半导体衬底限定了器件隔离区和有源区；在半导体衬底上形成栅绝缘膜，所述栅绝缘膜在器件隔离膜之间的有源区处和在器件隔离膜的界面处具有不同的厚度；在半导体衬底上的晶体管区中形成栅绝缘膜，以具有不同的厚度；在栅绝缘膜上形成栅电极；在栅电极一侧的半导体衬底中形成浮动扩散区；以及在栅电极另一侧的半导体衬底中形成光电二极管区。附图说明图1为用于普通4T CMOS图像传感器的等效电路。图2为示出了普通4T CMOS图像传感器中单元像素的布局。图3为沿着图2的线I-I′获得的截面视图，示出了常规的CMOS图像传感器。图4a为沿着图2的线I-I′获得的截面视图，示出了根据本专利技术的CMOS图像传感器。图4b为沿着图2的线IV-IV′获得的截面视图，示出了根据本专利技术的CMOS图像传感器。图5a到5d为沿着图2中的线I-I′获得的截面视图，示出了根据本专利技术的制造CMOS图像传感器的方法。图6a到6c为沿着图2中的线IV-IV′获得的截面视图，且图示了在形成了图5a至5d的栅电极后根据本专利技术的制造CMOS图像传感器的方法。具体实施例方式此后将参照附图，对根据本专利技术的CMOS图像传感器及其制造方法进行详细描述。图4a为沿着图2的线I-I′获得的截面视图，示出了根据本专利技术的CMOS图像传感器。图4b为沿着图2的线IV-IV′获得的截面视图，示出了根据本专利技术的CMOS图像传感器。如图4a和4b所示，低浓度P-外延层102形成在高浓度P++型半导体衬底101的表面中，且器件隔离膜103形成在其中形成P-外延层102的半导体衬底101的器件隔离区中。在半导体衬底103的整个表面上形成了具有不同厚度的栅绝缘膜104。在栅绝缘膜104上所形成的是转移晶体管的栅电极106。这里，通过在栅电极106下的器件隔离膜103之间的P-外延层限定了沟道区C。另外，n-型扩散区108形成在栅电极106一侧的有源区中，且n+型扩散区110形成在栅电极10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ图像传感器，包括：形成在半导体衬底的器件隔离区中的器件隔离膜，以限定有源区和器件隔离区；形成在所述半导体衬底上的栅绝缘膜，所述栅绝缘膜在所述器件隔离膜的界面区域处和在所述器件隔离膜之间的所述有源区处具有不同的厚度 ；形成在所述栅绝缘膜上的栅电极；形成在所述栅电极一侧的所述半导体衬底中的浮动扩散区；以及形成在所述栅电极另一侧的所述半导体衬底中的光电二极管区。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：全寅均，
申请(专利权)人：东部电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]