專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種用于圖像傳感器的浮置擴(kuò)散區(qū)結(jié)構(gòu)以及采用了該浮置擴(kuò)散區(qū)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD (Charge Coupled Device,電荷耦合元件)和 CMOS (Complementary Metal-Oxidekmiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類(lèi)。在圖像傳感器中，采用傳輸管(transfer transistor)來(lái)傳輸光電二極管中的光生電子。如圖1，光電二極管1與傳輸管2相連，在浮置擴(kuò)散區(qū)3注入大劑量的N型離子(如磷，砷)，和P阱形成結(jié)電容。浮置擴(kuò)散區(qū)3與源跟隨晶體管SF的柵極相連，其起到了電荷-電壓轉(zhuǎn)換作用。如圖1所示，圖像傳感器包括光電二極管1、傳輸管2、重置晶體管4、源跟隨晶體管5、輸出晶體管6 (選擇器件)、以及負(fù)載RL。光電二極管1連接至傳輸管2 ；傳輸管2的浮置擴(kuò)散區(qū)3與源跟隨晶體管5的柵極相連；重置晶體管4與源跟隨晶體管5相連；并且源跟隨晶體管5連接至輸出晶體管6以及負(fù)載7。對(duì)于P阱與浮置擴(kuò)散區(qū)3之間的PN結(jié)的電容，電容隨電壓變化很大；而且，輸出電壓的線性區(qū)范圍很小，限制了傳感器在高動(dòng)態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠增大輸出電壓的線性區(qū)范圍，提高圖像傳感器動(dòng)態(tài)范圍的方法。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種圖像傳感器，其包括光感元件、傳輸管、重置晶體管以及源跟隨晶體管；其中，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴(kuò)散區(qū)層上布置了一個(gè)多晶硅層以形成MOS電容；并且MOS電容與浮置擴(kuò)散區(qū)PN結(jié)電容并聯(lián)。由于浮置擴(kuò)散區(qū)襯底的N型離子摻雜濃度很高，因此MOS電容電壓系數(shù)非常小，即MOS電容隨電壓變化波動(dòng)非常小。與傳統(tǒng)MOS電容比較，它的電容-電壓曲線近似于平板電容。并且，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴(kuò)散區(qū)層的體內(nèi)形成了一個(gè)二氧化硅層。優(yōu)選地，所述二氧化硅層是通過(guò)離子注入以及退火工藝形成的。優(yōu)選地，所述浮置擴(kuò)散區(qū)多晶硅層中間開(kāi)孔，并且金屬接觸填充了所述孔。
優(yōu)選地，所述光感元件是光電二極管。優(yōu)選地，所述圖像傳感器是CMOS圖像傳感器。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在P阱的浮置擴(kuò)散區(qū)中處注入氧元素，通過(guò)熱處理形成二氧化硅層，從而有效降低P阱與浮置擴(kuò)散區(qū)之間的PN結(jié)電容。由此，在僅僅增加MOS電容的情況下，浮置擴(kuò)散區(qū)總電容的電壓系數(shù)降低，即，總電容隨電壓變化的波動(dòng)變小，使輸出端電壓的線性區(qū)范圍變大，有利于提高圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍。進(jìn)一步，在增加MOS電容并注入氧以形成二氧化硅層的情況下，浮置擴(kuò)散區(qū)3端總電容隨電壓變化的波動(dòng)變得更小，輸出電壓的線性區(qū)范圍更大，進(jìn)一步提高像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍。


結(jié)合附圖，并通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的部分截面圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的輸出電壓與光生電子的關(guān)系曲線圖。需要說(shuō)明的是，附圖用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類(lèi)似的元件標(biāo)有相同或者類(lèi)似的標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器。可以看出，該結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系實(shí)際上與圖1所示的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)電路分支相對(duì)應(yīng)。如圖2所示，光電二極管1、傳輸管2、重置晶體管4、源跟隨晶體管5以及可選的選擇器件SEL依次連接。需要說(shuō)明的是，光電二極管1是光感元件的一個(gè)具體示例，在其它應(yīng)用中，可以采用其它合適的光感元件。與圖1所示的結(jié)構(gòu)不同的是，圖2所示的圖像傳感器在傳輸管2和重置晶體管4之間的浮置擴(kuò)散區(qū)層3上附加地布置了一個(gè)多晶硅層(8)以形成MOS電容，該MOS電容與浮置擴(kuò)散區(qū)PN結(jié)電容并聯(lián)。由于浮置擴(kuò)散區(qū)襯底的N型離子摻雜濃度很高(如背景技術(shù)所述，在制作圖像傳感器，會(huì)在浮置擴(kuò)散區(qū)3注入大劑量的N型離子)，因此MOS電容電壓系數(shù)非常小，即MOS電容隨電壓變化波動(dòng)非常小。與傳統(tǒng)MOS電容比較，它的電容-電壓曲線近似于平板電容?？蛇M(jìn)一步布置用于浮置擴(kuò)散區(qū)多晶硅層8下方的有源區(qū)的連接的源區(qū)接觸CTACT以及用于浮置擴(kuò)散區(qū)多晶硅層8的連接的多晶硅接觸CTP0LY。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的部分截面圖。圖3所示的截面圖是沿著圖2所示的線A-A截取的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器在圖像傳感器在傳輸管2和重置晶體管4之間的浮置擴(kuò)散區(qū)層3中進(jìn)行了氧元素注入，通過(guò)熱處理以形成二氧化硅層10。如圖3所示，二氧化硅層10不在表面處，而是位于浮置擴(kuò)散區(qū)層3的一定深度處(浮置擴(kuò)散區(qū)層3體內(nèi))；即，二氧化硅層10與浮置擴(kuò)散區(qū)層3的表面相距一定距離，通常位于浮置擴(kuò)散區(qū)PN結(jié)深位置。由此，通過(guò)在P阱的浮置擴(kuò)散區(qū)3中處注入氧元素，通過(guò)熱處理形成二氧化硅層，從而有效降低P阱與浮置擴(kuò)散區(qū)3之間的PN結(jié)電容。并且，如圖3所示，浮置擴(kuò)散區(qū)多晶硅層8中間開(kāi)孔，并且金屬接觸9填充了該孔，從而金屬接觸9可連接至浮置擴(kuò)散區(qū)多晶硅層8下方的有源區(qū)。可在浮置擴(kuò)散區(qū)多晶硅層8之間通過(guò)金屬接觸9而連接至光電二極管1的陽(yáng)極。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器以及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的輸出電壓Vout與光生電子Q的關(guān)系曲線圖。其中，曲線Cl表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的輸出電壓與光生電子的關(guān)系曲線；曲線C2表示在僅僅增加MOS電容的情況下關(guān)系曲線；曲線C3表示在增加MOS電容并注入氧以形成二氧化硅層的情況下的關(guān)系曲線。如圖4所示，在僅僅增加MOS電容的情況下，浮置擴(kuò)散區(qū)3總電容隨電壓變化波動(dòng)減小，輸出電壓Vout的線性區(qū)范圍變大，有利于提高像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍。進(jìn)一步，在增加MOS電容并注入氧以形成二氧化硅層的情況下，浮置擴(kuò)散區(qū)3電容變得更穩(wěn)定，輸出電壓Vout的線性區(qū)范圍更大，進(jìn)一步提高像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍。在一個(gè)具體示例中，例如，上述圖像傳感器是一個(gè)CMOS圖像傳感器。可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，其特征在于包括光感元件、傳輸管、重置晶體管以及源跟隨晶體管；其中，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴(kuò)散區(qū)層上布置了一個(gè)多晶硅層以形成MOS電容，所述MOS電容與浮置擴(kuò)散區(qū)PN結(jié)電容并聯(lián)；并且，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴(kuò)散區(qū)層的體內(nèi)形成了一個(gè)二氧化硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述二氧化硅層是通過(guò)離子注入以及退火工藝形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述浮置擴(kuò)散區(qū)多晶硅層中間開(kāi)孔，并且金屬接觸填充了所述孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述光感元件是光電二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器是CMOS圖像傳感器。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器包括光感元件、傳輸管、重置晶體管、以及源跟隨晶體管；其中，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴(kuò)散區(qū)層上布置了一個(gè)多晶硅層以形成MOS電容，所述MOS電容與浮置擴(kuò)散區(qū)PN結(jié)電容并聯(lián)；并且，在所述傳輸管和所述重置晶體管之間的浮置擴(kuò)散區(qū)層的體內(nèi)形成了一個(gè)二氧化硅層。
文檔編號(hào)H01L29/94GK102569429SQ20121003043
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者吳小利, 張克云, 饒金華 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司