一种CMOS图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种CMOS图像传感器及其制备方法，所述传感器包括：半导体衬底以及位于衬底上的外延层；第一栅极结构和第二栅极结构，位于所述外延层上；光电二极管区，形成于所述外延层中；第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，位于所述第二栅极结构两侧；层间介质层，形成于所述栅极结构和外延层上方；第一接触塞和第二接触塞，位于所述层间介质层中，其中，所述第一接触塞位于所述第一浮置扩散区上方并与所述第一浮置扩散区电连接，所述第二接触塞位于与所述第二栅极结构上方，并与所述第二栅极结构电连接；所述第一浮置扩散区通过第一接触塞、导线、第二接触塞与所述第二栅极结构形成的电容相连，用于增加第一浮置扩散区电容量。

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS图像传感器及其制备方法
本专利技术涉及图像传感器领域，具体地，本专利技术涉及一种CMOS图像传感器及其制备方法。
技术介绍
通常，图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器包括电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器。由于CMOS图像传感器(CIS)具有改善的制造技术和特性，因此半导体制造技术各方面都集中于开发CMOS图像传感器。CMOS图像传感器利用CMOS技术制造，并且具有较低功耗，更容易实现高度集成，制造出尺寸更小的器件，因此，CMOS图像传感器广泛的应用于各种产品，例如数字照相机和数字摄像机等。CMOS图像传感器的个像素可以包括用于接收光的多个光电二极管以及用于控制输入视频信号的多个晶体管。按照晶体管的数目，CMOS图像传感器可以分为3T型、4T型等。3T型CMOS图像传感器可以包括一个光电二极管和三个晶体管，而4T型CMOS图像传感器可以包括一个光电二极管和四个晶体管。图1所示是4T型CIS，包括：光电二极管区PD、传输晶体管Tx、复位晶体管RST、源跟随晶体管SF和行选通晶体管SEL。其中，浮置扩散区FD可以从光电二极管PD接收电子，然后将电子转换为电压。目前CMOS图像传感器的结构如图1b和1c所示，所述CMOS图像传感器包括在半导体衬底101和/或位于半导体衬底上方的外延层102，所述衬底或外延层102可以分为有源区和器件隔离区，所述有源区中包括光电二极管区（PD）103、浮置扩散区（FD）105以及传输晶体管（Tx）区107，所述外延层102上具有栅极结构104，所述栅极结构中包含栅绝缘层、栅极材料层，所述栅极结构具有绝缘材料的侧墙，所述CMOS图像传感器还包括位于浮置扩散区（FD）105上方的接触塞106，所述接触塞106将有源区中浮置扩散区（FD）105与所述源跟随晶体管SF的栅极结构相连。工作时，所述光电二极管PD可以感测入射光，然后根据光强的变化产生电荷，传输晶体管Tx将PD产生的电荷转移到浮置扩散区FD，源跟随晶体管SF将电荷转换为电压信号。在转移之前，浮置扩散区FD将电子从光电二极管PD传输到复位晶体管RST以使其导通，由此，浮置扩散区FD可设定为在预定电平下具有低电荷状态。复位RST可以释放存储在浮置扩散区FD中的电荷，用于进行信号检测，而源跟随晶体管SF可充当源跟随器，用于将电荷转换为电信号。在上述所述的CMOS图像传感器中，如果将所述光电二极管产生的电荷转移到浮置扩散区FD，则复位晶体管RST导通，电荷被传送到源跟随晶体管SF，然后转换为电信号，浮置扩散区则起到了电容的作用，此外，浮置扩散区由源/漏掺杂(N+)与外延层(P)形成结电容，所述结电容主要通过掺杂浓度来控制电容量，但是由此也会引起低电容量的问题。特别是，浮置扩散区FD可以从光电二极管区PD接受电子，然后将电子转换为电压。如果出现低电容量，则引起噪声增加。因此，如何提高所述CMOS图像传感器中电容量，降低噪声，增加对来自光电二极管PD的电荷接受量，提高整体饱和水平成为目前需要解决的问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本专利技术为了克服目前CMOS图像传感器中电容量低，容易增加噪声的问题，提供了一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底以及位于所述衬底上的外延层；第一栅极结构和第二栅极结构，位于所述外延层上；光电二极管区，形成于所述外延层中；第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，位于所述第二栅极结构两侧；层间介质层，形成于所述栅极结构和外延层上方；第一接触塞和第二接触塞，位于所述层间介质层中，其中，所述第一接触塞位于所述第一浮置扩散区上方并与所述第一浮置扩散区电连接，所述第二接触塞位于与所述第二栅极结构上方，并与所述第二栅极结构电连接；导线，位于所述层间介质层上，并与所述第一接触塞和所述第二接触塞电连接；所述第一浮置扩散区通过第一接触塞、导线、第二接触塞与所述第二栅极结构形成的电容相连，用于增加第一浮置扩散区电容量。作为优选，所述第二栅极结构下方的所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区之间具有与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区同型高剂量掺杂区，以增加所述第二栅极结构电容的电容量。作为优选，所述高剂量掺杂能量和剂量与MOS的Vt掺杂相同。作为优选，所述图像传感器还包括位于整个外延层上方的接触孔蚀刻停止层。作为优选，所述第一接触塞与所述第一浮置扩散区之间具有金属硅化物层。作为优选，所述栅极结构包括栅绝缘层、栅材料层以及金属硅化物层。作为优选，所述栅材料层为硅材料层或多晶硅材料层。本专利技术还提供了一种制备上述CMOS图像传感器的方法，包括：提供半导体衬底并在所述半导体衬底上形成外延层；在所述外延层上形成第一栅极结构和第二栅极结构；在所述第一栅极结构的一侧注入掺杂离子形成光电二极管区；在所述第一栅极结构的另一侧的所述第二栅极结构两侧注入掺杂离子形成第一浮置扩散区和第二浮置扩散区；沉积层间介质层；在所述层间介质层中所述第一浮置扩散区上方和所述第二栅极结构上方分别形成第一接触塞和第二接触塞；在所述层间介质层上形成导线，以电连接所述第一接触塞和第二接触塞。作为优选，所述方法还包括在所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区之间注入与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区同型高剂量掺杂的步骤。作为优选，所述高剂量掺杂能量和剂量与MOS的Vt掺杂相同。作为优选，在整个所述半导体衬底上方形成接触孔蚀刻停止层。作为优选，在沉积层间介质层之前还包括在所述第一浮置扩散区上方形成金属硅化物层的步骤。作为优选，所述栅极结构形成步骤包括：在所述外延层上方沉积栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上沉积栅极材料层；在所述栅极材料层上方沉积金属硅化物层。作为优选，在所述栅极结构两侧形成LDD区。作为优选，所述第一接触塞和第二接触塞的形成方法为：蚀刻所述层间介质层，在所述第一浮置扩散区上方和所述第二浮置扩散区对应的所述接触孔蚀刻停止层上方形成第一接触孔和第二接触孔，填充传导材料并进行平坦化步骤，形成第一接触塞和第二接触塞。本专利技术所述的CMOS图像传感器包含硅衬底及外延层、光电二极管、传输晶体管和浮置扩散区。其中在浮置扩散区源/漏掺杂(N+)上面，通过MOS栅极形成MOS电容，在MOS栅极下面加入高剂量掺杂(N+)，增加电容量，进而减少噪声并增加对PD的电荷接收量，提高饱和水平。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的装置及原理。在附图中，图1a-c为现有技术中CMOS图像传感器的实例；图2a-b为本专利技术中CMOS图像传感器的实例；图3本专利技术中CMOS图像传感器制备流程图；图4a-g为本专利技术中CMOS图像传感器制备示意图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些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：半导体衬底以及位于所述衬底上的外延层；第一栅极结构和第二栅极结构，位于所述外延层上；光电二极管区，形成于所述外延层中；第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，位于所述第二栅极结构两侧；层间介质层，形成于所述栅极结构和外延层上方；第一接触塞和第二接触塞，位于所述层间介质层中，其中，所述第一接触塞位于所述第一浮置扩散区上方并与所述第一浮置扩散区电连接，所述第二接触塞位于与所述第二栅极结构上方，并与所述第二栅极结构电连接；导线，位于所述层间介质层上，并与所述第一接触塞和所述第二接触塞电连接；所述第一浮置扩散区通过第一接触塞、导线、第二接触塞与所述第二栅极结构形成的电容相连，用于增加第一浮置扩散区电容量。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底以及位于所述衬底上的外延层；第一栅极结构和第二栅极结构，位于所述外延层上；光电二极管区，形成于所述外延层中；第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，位于所述第二栅极结构两侧；层间介质层，形成于所述第一栅极结构、所述第二栅极结构和外延层上方；第一接触塞和第二接触塞，位于所述层间介质层中，其中，所述第一接触塞位于所述第一浮置扩散区上方并与所述第一浮置扩散区电连接，所述第二接触塞位于与所述第二栅极结构上方，并与所述第二栅极结构电连接；导线，位于所述层间介质层上，并与所述第一接触塞和所述第二接触塞电连接；所述第一浮置扩散区通过第一接触塞、导线、第二接触塞与所述第二栅极结构形成的电容相连，用于增加第一浮置扩散区电容量；所述第二栅极结构下方的所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区之间具有与所述第一浮置扩散区和第二浮置扩散区同型高剂量掺杂区，以增加所述第二栅极结构电容的电容量。2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述高剂量掺杂能量和剂量与MOS调整阈值电压的掺杂的能量和剂量相同。3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括位于整个外延层上方的接触孔蚀刻停止层。4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第一接触塞与所述第一浮置扩散区之间具有金属硅化物层。5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第一栅极结构和所述第二栅极结构包括栅绝缘层、栅材料层以及金属硅化物层。6.根据权利要求5所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述栅材料层为多晶硅材料层。7.一种制备权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建奇，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：