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，可通过将三角形的光电二极管区设置成使其与ＳＴＩ相接触的界面最小化，或进行氘退火以去除来自于与氧化物相接触的界面的不饱和键，来减小光电二极管的泄漏电流。该ＣＭＯＳ图像传感器包括：半导体衬底；在半导体衬底上的器件隔离层；以及多个光电二极管，每一个光电二极管均具有使其边界与器件隔离层相接触的面积最小化的形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像传感器，更特别地，涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法。尽管本专利技术适于更广范围的应用领域，但是其尤其适于减小光电二极管的泄漏电流，采用的方式为，设置三角形的光电二极管区，以使其与STI浅沟道隔离(STI)相接触的界面最小化，或在有氘存在的情况下退火，以从与氧化物接触的界面中去除不饱和键。
技术介绍
一般而言，图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器可以分为使用金属氧化物半导体(MOS)电容器的电荷耦合器件(CCD)和使用MOS晶体管的互补MOS(CMOS)图像传感器。在CCD图像传感器中，多个MOS电容器彼此紧密排列以转移和存储电荷载流子。在CMOS图像传感器中，根据使用控制电路和信号处理电路作为外围电路的CMOS技术制造对应多个像素的多个MOS晶体管，以及应用了使用MOS晶体管逐个地检测输出的开关系统(switching system)。CCD具有复杂的激励系统(drive system)，消耗大量的功率，具有太多掩模的复杂制造过程，并且由于难以在CCD芯片中实现信号处理电路而难以实现单芯片。CMOS图像传感器通过在单元像素中设置光电二极管和MOS晶体管并使用开关系统顺序地检测信号来处理图像。与需要至少30-40个掩模的CCD处理相比，CMOS图像传感器采用CMOS制造技术，其制造过程需要大约20个掩模。此外，CMOS图像传感器使得能够实现使用单一处理电路的单芯片。下面详细说明根据相关技术的CMOS图像传感器电路和该CMOS图像传感器的光电二极管。图1是根据相关技术的具有三个晶体管和一个光电二极管的CMOS图像传感器的单元像素的布局图。图像传感器的单元像素包括矩形光电二极管10，用于接收光以产生光电荷；复位晶体管11，通过其栅电极接收Rx信号，以复位从光电二极管10产生的光电荷；激励晶体管12，通过其栅电极接收Dx信号，以起到源跟随缓冲放大器的作用；以及选择晶体管13，起到寻址处理作用。形成STI(浅沟道隔离)层14，以隔离多个器件。图2是图1所示的CMOS图像传感器沿线II-II截取的剖视图。在重掺P型衬底15上生长轻掺P型外延层(未示出)。在外延层上形成轻掺N型光电二极管10和STI层14。在外延层上顺序地形成复位晶体管11的栅极氧化层17和栅电极18。在栅电极18的两个侧壁上分别形成隔离物(spacer)19。图3是根据相关技术的具有四个晶体管和一个光电二极管的CMOS图像传感器的单元像素的布局图。图像传感器的单元像素包括矩形光电二极管10，用于接收光以产生光电荷；转移晶体管21，通过其栅电极接收Tx信号，以转移由光电二极管10产生的光电荷；复位晶体管11，通过其栅电极接收Rx信号以复位光电荷；激励晶体管12，通过其栅电极接收Dx信号，以用作源跟随缓冲放大器；以及选择晶体管13，起到寻址作用。形成STI层14，以隔离多个器件。图4是图1所示的CMOS图像传感器沿剖线IV-IV截取的剖视图。在重掺P型衬底15上生长轻掺P型外延层(未示出)。在外延层上形成轻掺N型光电二极管10和STI层14。在外延层上顺序地形成转移晶体管21的栅极氧化层17和栅电极18。在栅电极18的两个侧壁上分别形成隔离物24。在栅电极18旁边的外延层上形成重掺N型扩散区25。图5和图6分别是图1和图3所示的CMOS图像传感器的像素阵列的布局图。参照图5和图6，通过STI层14将单元像素彼此隔离。特别地，如图5所示，同一行中的单元像素共用选择晶体管13的栅电极。图7是根据相关技术的CMOS图像传感器的像素阵列的示意图。在第一行中交替地布置绿色和红色像素27和28。在第二行中交替地布置蓝色和绿色像素29和27。在相关技术的CMOS图像传感器中，由于光电二极管为矩形，所以使光电二极管10的四个侧面与STI层14接触。因此，存在于STI 14与光电二极管10之间界面20处的缺陷使光电二极管10的泄漏电流增大。而且，在相关技术的CMOS图像传感器中，由于是在有氢存在的情况下(氢退火工艺)将半导体衬底15退火以使在STI层14与光电二极管10之间的界面20和在半导体衬底15与栅极氧化层17之间的另一界面22变稳定，所以由热电子注入所导致的热电子破坏了Si-H键，以至于增多了来自于界面20和22的阱。从而，增大了光电二极管10的泄漏电流。而且，由于STI层14包括通过活性离子蚀刻(RIE)形成的沟道，所以STI层14与光电二极管10之间的界面20的特性比半导体衬底15和栅极氧化层17之间的另一界面22的特性差，这对光电二极管产生了不利影响。因此，前者的界面20的泄漏电流会比后者的界面22的泄漏电流更加严重。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及一种CMOS图像传感器的制造方法，其充分地消除了由相关技术的局限性和缺陷所导致的一个或多个问题。本专利技术可提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其中，通过将三角形光电二极管区配置成最小化与STI相接触的界面，或在有氘存在的情况下退火以去除来自于与氧化物相接触的界面的不饱和键，来减小光电二极管的泄漏电流。本专利技术的其它优点、目的和特征将至少部分地在随后的说明书中阐述，部分地在本领域普通技术人员分析以下内容的基础上变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求、以及附图中所特别指出的结构来实现和达到。为了实现这些目标和其它优点，并根据本专利技术的目的，如本文中所体现和概括描述的，一种根据本专利技术典型实施例的CMOS图像传感器包括半导体衬底；器件隔离层，位于所述半导体衬底上；以及多个光电二极管，每一个所述光电二极管均具有使其边界与所述器件隔离层相接触的面积最小化的形状。在一个实施例中，所述多个光电二极管中的每一个均为三角形。CMOS图像传感器还可包括晶体管区，所述晶体管区包括转移晶体管、复位晶体管、激励晶体管、以及选择晶体管。沿所述多个光电二极管的侧面而形成的所述晶体管区可以是三角形。所述多个光电二极管可布置成使所述三角形光电二极管的每个顶点相交替地布置。在本专利技术一个典型实施例的另一方面中，一种CMOS图像传感器的制造方法包括以下步骤在半导体衬底上形成器件隔离层，以限定有源区；在所述有源区中的所述半导体衬底上形成光电二极管；以及在有氘存在的情况下退火所述半导体衬底。所述退火步骤可在有氮存在的情况下进行。氘与氮的成分比可为2∶8。所述退火步骤可在400℃下进行30分钟。在本专利技术的一个典型实施例的又一方面中，一种CMOS图像传感器的制造方法包括以下步骤在半导体衬底上形成器件隔离层，以限定有源区；在所述有源区中的所述半导体衬底上形成光电二极管，以使所述光电二极管的边界与所述器件隔离层相接触的面积最小化；以及在有氘存在的情况下退火所述半导体衬底。所述光电二极管可形成为三角形。所述退火步骤可在有氘与氮存在的情况下进行。氘与氮的成分比可为2∶8。所述退火步骤可在400℃下进行30分钟。应该理解，本专利技术的先前的概述和随后的详述都是示例性的和说明性的，目的在于提供对所要求的本专利技术的进一步说明。附图说明附图构成本说明书的一部分，有助于进一步理解本专利技术，这些附图示出了本专利技术的一些实施例，并可与说明书一起用来说明本专利技术的原理。附图中图1是根据相关技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ图像传感器，包括：半导体衬底；器件隔离层，位于所述半导体衬底上；以及多个光电二极管，每一个所述光电二极管均大致上为三角形。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：玄祐硕，
申请(专利权)人：东部亚南半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]