專利名稱：圖像傳感器與晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器以及一種晶體管的制作方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的圖像傳感器通常可以分為兩類電荷稱合器件(Charge Coupled Device,(XD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。其中，CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，CMOS圖像傳感器易于集成在例如手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等便攜電子設(shè)備中，作為提供數(shù)字成像功能的攝像模組使用。CMOS圖像傳感器通常采用3T或4T的像素結(jié)構(gòu)。圖I即示出了一種傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的4T像素結(jié)構(gòu)，包括光電二極管11、轉(zhuǎn)移晶體管12、復(fù)位晶體管13、源跟隨晶體 管14以及行選擇晶體管15。其中，光電二極管11用于感應(yīng)光強(qiáng)變化而形成相應(yīng)的圖像電荷信號(hào)。轉(zhuǎn)移晶體管12用于接收轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX，在轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX的控制下，轉(zhuǎn)移晶體管12相應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而使得光電二極管11所感應(yīng)的圖像電荷信號(hào)被讀出到與該轉(zhuǎn)移晶體管12漏極稱接的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)(floating diffusion),進(jìn)而由該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)存儲(chǔ)圖像電荷信號(hào)。復(fù)位晶體管13用于接收復(fù)位控制信號(hào)RST，在該復(fù)位控制信號(hào)RST的控制下，復(fù)位晶體管13相應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而向源跟隨晶體管14的柵極提供復(fù)位信號(hào)。源跟隨晶體管14用于將轉(zhuǎn)移晶體管12獲得的圖像電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且該電壓信號(hào)可以通過行選擇晶體管15輸出到位線BL上。然而,傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器輸出的電壓信號(hào)中往往具有較大的閃爍噪聲,特別在光線較弱時(shí)，這種閃爍噪聲更為明顯。電壓信號(hào)中的閃爍噪聲會(huì)顯著地降低圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要提供一種具有較低閃爍噪聲的圖像傳感器。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器往往采用表面溝道晶體管來作為源跟隨晶體管。在這種源跟隨晶體管中，導(dǎo)電溝道位于襯底表面，并靠近襯底上的柵氧化層。然而，襯底與柵氧化層的界面容易形成界面態(tài)，該界面態(tài)會(huì)隨機(jī)地俘獲或釋放載流子，從而引起溝道電流的變化，進(jìn)而在源跟隨晶體管輸出的電壓信號(hào)中引入閃爍噪聲。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種圖像傳感器。該圖像傳感器包括像素陣列，該像素陣列中的一個(gè)或多個(gè)像素單元包括一個(gè)源跟隨晶體管，所述源跟隨晶體管是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括第一導(dǎo)電類型襯底；第二導(dǎo)電類型阱，位于所述第一導(dǎo)電類型襯底中；第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層，位于所述第一導(dǎo)電類型襯底表面外并至少部分位于所述第二導(dǎo)電類型阱上；第一導(dǎo)電類型源區(qū)，位于所述第二導(dǎo)電類型阱中；第一導(dǎo)電類型漏區(qū)，位于所述第一導(dǎo)電類型襯底中和/或位于所述第二導(dǎo)電類型阱中；第一導(dǎo)電類型摻雜層，至少部分位于所述第二導(dǎo)電類型阱與所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層之間，以使得所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)與所述第一導(dǎo)電類型漏區(qū)電連接，并在其與所述第二導(dǎo)電類型阱之間以及其與所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層之間分別形成PN結(jié)。相比于現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器，由于采用了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管替代表面溝道MOS晶體管作為源跟隨晶體管，這避免了導(dǎo)電溝道中的載流子因氧化層-半導(dǎo)體襯底界面處的界面態(tài)而被隨機(jī)俘獲或釋放，從而有效減少了輸出的電壓信號(hào)中的閃爍噪聲，進(jìn)而提高了圖像傳感器的成像質(zhì)量。此外，在該結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，導(dǎo)電溝道一側(cè)的PN結(jié)是通過位于第一導(dǎo)電類型襯底表面外的第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層以及與其相接觸的第一導(dǎo)電類型摻雜層形成的。由于第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的邊緣可以通過例如干法刻蝕來形成，其輪廓易于控制，因此采用該結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的圖像傳感器可靠性較高，并且不同像素單元之間的性能差異較小。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層包括摻雜的多晶硅層或非晶硅層。該摻雜的多晶硅或非晶硅可以通過化學(xué)氣相淀積方式或 其他適合的淀積方式形成在第一導(dǎo)電類型襯底表面外，而無(wú)需通過離子注入方式形成在第一導(dǎo)電類型襯底中。這可以減少一次離子注入，從而降低了圖像傳感器的制作成本。此外，由于減少了一次離子注入，因而源跟隨晶體管中導(dǎo)電溝道的輪廓易于控制，并且不會(huì)由于退火次數(shù)過多而造成較深的結(jié)深而影響其性能。因此，該源跟隨晶體管無(wú)需在其導(dǎo)電溝道外的第一導(dǎo)電類型襯底中制作較深的隔離槽來隔離相鄰區(qū)域，這可以降低制作工藝難度，并減少圖像傳感器的面積。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二導(dǎo)電類型阱與所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層在所述第一導(dǎo)電類型摻雜層外至少部分相互重疊，以使得所述第二導(dǎo)電類型阱與所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層相互電連接。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型漏區(qū)和/或第一導(dǎo)電類型摻雜層至少部分位于所述第二導(dǎo)電類型阱外，以使得所述第一導(dǎo)電類型漏區(qū)與所述第一導(dǎo)電類型襯底電連接。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的邊緣位于第一導(dǎo)電類型襯底表面的介電層上或者位于第一導(dǎo)電類型襯底中的隔離溝槽上。在刻蝕第二導(dǎo)電類型摻雜層的過程中，其邊緣與第一導(dǎo)電類型襯底之間的介電層可以使得第二導(dǎo)電類型摻雜層的刻蝕停止在介電層上或隔離溝槽上，從而避免第一導(dǎo)電類型襯底的損傷以及由此帶來的晶體管損傷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種晶體管的制作方法，包括下述步驟提供第一導(dǎo)電類型襯底，所述第一導(dǎo)電類型襯底中摻雜形成有第二導(dǎo)電類型阱；在所述第一導(dǎo)電類型襯底和/或所述第二導(dǎo)電類型阱中摻雜形成第一導(dǎo)電類型摻雜層；形成第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層，其位于所述第一導(dǎo)電類型襯底表面外并至少部分位于所述第一導(dǎo)電類型摻雜層上，以使得所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層與所述第一導(dǎo)電類型摻雜層之間形成PN結(jié)；在所述第二導(dǎo)電類型阱中形成第一導(dǎo)電類型源區(qū)，并在所述第二導(dǎo)電類型阱中和/或所述第一導(dǎo)電類型襯底中形成第一導(dǎo)電類型漏區(qū)，以使得所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)與所述第一導(dǎo)電類型漏區(qū)電連接。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的邊緣位于第一導(dǎo)電類型襯底表面的介電層上或者位于第一導(dǎo)電類型襯底中的隔離溝槽上。在一個(gè)實(shí)施例中，在形成所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的步驟之前，還包括在所述第一導(dǎo)電類型襯底表面形成所述介電層和/或在所述第一導(dǎo)電類型襯底中形成隔離溝槽；并且所述形成第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的步驟進(jìn)一步包括部分刻蝕所述介電層，以使得所述第一導(dǎo)電類型摻雜層至少部分露出；在所述露出的第一導(dǎo)電類型摻雜層上淀積摻雜的多晶硅或非晶硅以形成所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層；以及部分刻蝕所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層并使得被刻蝕的第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層邊緣位于所述介電層上和/或所述隔離溝槽上。在一個(gè)實(shí)施例中，所述部分刻蝕介電層的步驟進(jìn)一步包括部分刻蝕所述介電層，以使得所述第一導(dǎo)電類型摻雜層與所述第二導(dǎo)電類型阱至少部分露出。在一個(gè)實(shí)施例中，所述淀積摻雜的多晶硅或非晶硅的步驟進(jìn)一步包括在淀積所述多晶硅或非晶硅的同時(shí)對(duì)所淀積的多晶硅或非晶硅進(jìn)行摻雜，或者在淀積所述多晶硅或非晶硅之后，對(duì)所淀積的多晶硅或非晶硅進(jìn)行摻雜。本發(fā)明的以上特性及其他特性將在下文中的實(shí)施例部分進(jìn)行明確地闡述。


通過參照附圖閱讀以下所作的對(duì)非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述，能夠更容易地理解本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。其中，相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的裝置。圖I示出了一種傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的4T像素結(jié)構(gòu)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器200 ；圖3a示出了圖2中圖像傳感器200的源跟隨晶體管的一個(gè)例子300 ；圖3b示出了圖2中圖像傳感器200的源跟隨晶體管的另一例子；圖4a示出了圖2中圖像傳感器200的源跟隨晶體管的另一例子400 ；圖4b示出了圖4a的源跟隨晶體管沿AA’方向的剖面示意圖；圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶體管的制作方法500 ；圖5b至圖5e示出了圖5a中的制作方法500的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)討論實(shí)施例的實(shí)施和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所討論的具體實(shí)施例僅僅示范性地說明實(shí)施和使用本發(fā)明的特定方式，而非限制本發(fā)明的范圍。參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器200，該圖像傳感器200包括像素陣列，該像素陣列中的每個(gè)像素單元包括光電二極管201，用于感應(yīng)光強(qiáng)變化而生成相應(yīng)的圖像電荷信號(hào)；轉(zhuǎn)移晶體管202，用于轉(zhuǎn)移圖像電荷信號(hào)；以及源跟隨晶體管204，用于基于所轉(zhuǎn)移的圖像電荷信號(hào)生成電壓信號(hào)，其中，該源跟隨晶體管204是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。需要說明的是，在一些例子中，像素陣列中的多個(gè)像素單元可以具有一個(gè)源跟隨晶體管204，例如相鄰的2個(gè)、4個(gè)或更多個(gè)像素單元可以共用一個(gè)源跟隨晶體管204以輸出電壓信號(hào)。此外，在本實(shí)施例中，源跟隨晶體管204是P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在其他的實(shí)施例中，源跟隨晶體管204亦可為N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。具體地，光電二極管201耦接于參考電位線VSS，例如地或負(fù)電源電位，與轉(zhuǎn)移晶體管202的源極之間，用于感應(yīng)光強(qiáng)變化而形成相應(yīng)的圖像電荷信號(hào)。轉(zhuǎn)移晶體管202的漏極與源跟隨晶體管204的柵極相連，該轉(zhuǎn)移晶體管202的柵極用于接收轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX，在轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX的控制下，轉(zhuǎn)移晶體管202相應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而使得光電二極管201所感應(yīng)的圖像電荷信號(hào)被讀出到耦接在該轉(zhuǎn)移晶體管202的漏極的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，并由該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)存儲(chǔ)圖像電荷信號(hào)。源跟隨晶體管204耦接在參考電位線VSS與偏置電流源205之間，其漏極耦接至參考電位線VSS，其源極耦接至該偏置電流源205并用于輸出電壓信號(hào)，其柵極耦接至轉(zhuǎn)移晶體管202的漏極，即耦接到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，以獲取轉(zhuǎn)移晶體管202所轉(zhuǎn)移的圖像電荷信號(hào)。在偏置電流源205的偏置下，源跟隨晶體管204源極的電壓跟隨著其柵極所獲取的圖像電荷信號(hào)變化而變化，其電壓增益接近于I。在一個(gè)實(shí)施例中，源跟隨晶體管204的源極進(jìn)一步通過行選擇晶體管(圖中未示出)耦接到位線(圖中未示出)，并將該電壓信號(hào)提供給圖像傳感器的信號(hào)處理電路。在一個(gè)實(shí)施例中，該圖像傳感器還包括復(fù)位晶體管203，該復(fù)位晶體管203的漏極用于接收復(fù)位信號(hào)RSG，其源極耦接到轉(zhuǎn)移晶體管202的漏極與源跟隨晶體管204的柵極。該復(fù)位晶體管203的柵極用于接收復(fù)位控制信號(hào)RST，在該復(fù)位控制信號(hào)RST的控制下，復(fù)位晶體管203相應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而向源跟隨晶體管204的柵極提供復(fù)位信號(hào)。在該實(shí)施 例中，轉(zhuǎn)移晶體管202與復(fù)位晶體管203均為NMOS晶體管，可以理解，在其他的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移晶體管202與復(fù)位晶體管203亦可采用其他類型的晶體管，例如PMOS晶體管或結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。由于采用了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管替代表面溝道MOS晶體管作為源跟隨晶體管204，這避免了導(dǎo)電溝道中的載流子因氧化層-半導(dǎo)體襯底界面處的界面態(tài)而被隨機(jī)俘獲或釋放，從而有效減少了輸出的電壓信號(hào)中的閃爍噪聲，進(jìn)而提高了圖像傳感器200的成像質(zhì)量。在復(fù)位電容213與圖像電容211分別存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于復(fù)位信號(hào)與圖像電荷信號(hào)的電荷之后，放大單元215對(duì)這兩個(gè)電容上的電壓差進(jìn)行放大，并將經(jīng)過放大的輸出電壓提供給后續(xù)的處理電路。圖3a示出了圖2中圖像傳感器200的源跟隨晶體管的一個(gè)例子300，其中該源跟隨晶體管為P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其工作原理同樣適用于源跟隨晶體管為N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情形。如圖3a所示，該源跟隨晶體管包括P 型襯底 301;N型阱303，其位于P型襯底301中；N型淀積摻雜層305，其位于P型襯底301表面外，并至少部分位于N型阱303上；P型源區(qū)307，其位于N型阱303中；P型漏區(qū)309，其位于P型襯底301中和/或N型阱303中；P型摻雜層311，其至少部分位于N型阱303與N型淀積摻雜層305之間，以使得P型源區(qū)307與P型漏區(qū)309電連接，并且使得P型源區(qū)307與P型漏區(qū)309電連接，并在P型摻雜層311與N型阱303之間，以及在該P(yáng)型摻雜層311與N型淀積摻雜層305之間分別形成PN結(jié)。具體地，P型襯底301可以是P型摻雜的半導(dǎo)體晶片，或者是P型摻雜的絕緣體上硅(SOI)，或者是N型摻雜的半導(dǎo)體晶片中的P型阱區(qū)，或者其他類似襯底或阱區(qū)。
P型源區(qū)307全部位于N型阱303中。該N型阱303使得P型源區(qū)307與P型襯底301相互隔離。由于源區(qū)307用于輸出電壓信號(hào)，其可能具有較高的電位，而P型襯底301通常耦接到參考電位線，例如地。因此，源區(qū)307與P型襯底301相互隔離可以避免襯底穿通，以保證源跟隨晶體管的正常工作。根據(jù)具體實(shí)施例的不同，該P(yáng)型漏區(qū)309可以全部位于N型阱303外的P型襯底301中；或者全部位于N型阱303中；或者一部分位于N型阱303內(nèi)，而另一部分位于N型阱303外的P型襯底301中。在圖3a所示的例子300中，P型漏區(qū)309全部位于N型阱303中，因而其與P型源區(qū)307通過N型阱303內(nèi)的P型摻雜層311相互電連接。在實(shí)際應(yīng)用中，該P(yáng)型源區(qū)307以及P型漏區(qū)309分別與P型摻雜層311相互部分重疊(overlap)以實(shí)現(xiàn)其間的電連接。與P型摻雜層311對(duì)應(yīng)，N型淀積摻雜層305也可以全部或部分地位于N型阱303上，并位于源區(qū)307與漏區(qū)309之間。在圖3a的例子300中，該N型淀積摻
雜層305的布圖(layout)全部位于N型阱303的布圖內(nèi)。P型摻雜層311位于N型阱303與N型淀積摻雜層305之間，并電連接P型源區(qū)307與P型漏區(qū)309。由于P型摻雜層311至少部分位于N型阱303中，因而該P(yáng)型摻雜層311與N型阱303接觸，從而在其接觸界面附近形成了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)PN結(jié)。此外，P型摻雜層311還與位于其上的N型淀積摻雜層305至少部分相互接觸，從而在其接觸界面附近形成了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的另一個(gè)PN結(jié)。這使得N型阱303與N型淀積摻雜層305作用為該源跟隨晶體管的柵極，而兩個(gè)PN結(jié)之間的區(qū)域即為源跟隨晶體管300的導(dǎo)電溝道區(qū)。當(dāng)源跟隨晶體管工作時(shí)，N型淀積摻雜層305 (以及N型阱303)與源區(qū)307以及漏區(qū)309之間的電壓差的不同會(huì)引起這兩個(gè)PN結(jié)的結(jié)空間電荷區(qū)的寬度變化，即改變了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電溝道厚度，進(jìn)而改變了溝道電流的大小。需要說明的是，由于P型摻雜層311與N型淀積摻雜層305采用相同的材料，即由硅構(gòu)成，因而其接觸面位置的界面態(tài)缺陷遠(yuǎn)少于氧化層-襯底界面的界面態(tài)缺陷。由于溝道電流處于遠(yuǎn)離P型襯底301表面的P型摻雜層311內(nèi)，其基本上不會(huì)受到P型襯底301表面氧化層-襯底界面的界面態(tài)作用，從而大大降低了界面態(tài)缺陷隨機(jī)俘獲或釋放載流子的幾率，進(jìn)而有效減少了源跟隨晶體管輸出電壓信號(hào)中的閃爍噪聲。在一些實(shí)施例中，N型淀積摻雜層305與P型摻雜層311之間的電接觸可以通過移除P型襯底301表面的介電層304，例如氧化層，實(shí)現(xiàn)，即P型襯底301表面通常形成有一層氧化層，可以將P型摻雜層311上方的氧化層部分移除以將該P(yáng)型摻雜層311從P型襯底301表面露出；之后，再在P型襯底301上淀積例如摻雜的多晶硅或非晶硅以形成該N型淀積摻雜層305。該介電層304可以預(yù)先形成在P型襯底301表面。由于介電層304的隔離，N型淀積摻雜層305僅與P型摻雜層311接觸并構(gòu)成PN結(jié)，而不會(huì)與P型源區(qū)307以及P型漏區(qū)309電接觸。在一些例子中，摻雜的多晶硅層或非晶硅層可以在被淀積時(shí)一并對(duì)該多晶硅或非晶硅進(jìn)行摻雜，即在淀積的反應(yīng)腔體中加入具有摻雜離子的氣體。這就不需要再以離子注入的方式來?yè)诫s形成N型淀積摻雜層305，這可以減少一次離子注入，從而降低圖像傳感器的制作成本?？梢岳斫?，在一些其他的例子中，N型淀積摻雜層305也可以通過下述方式形成先淀積多晶硅或非晶硅，再對(duì)所淀積的多晶硅或非晶硅進(jìn)行摻雜，例如以尚子注入或擴(kuò)散方式摻雜。此外，N型淀積摻雜層305可以采用例如干法刻蝕來控制，其輪廓易于控制，因此采用該結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的圖像傳感器300可靠性較高。優(yōu)選地，在圖3a所示的實(shí)施例中，N型淀積摻雜層305的邊緣位于介電層304上。該介電層304使得N型淀積摻雜層305邊緣與P型襯底301隔離。在刻蝕N型淀積摻雜層305的過程中，其邊緣與P型襯底301之間的介電層304可以使得N型淀積摻雜層305的刻蝕停止在介電層304上，從而避免P型襯底301的損傷以及由此帶來的晶體管損傷。在一些例子中，N型淀積摻雜層305與P型襯底301接觸的部分位于介電層304的窗口內(nèi)，其邊緣超出該介電層304窗口邊緣一定長(zhǎng)度，例如5納米、10納米、50納米，等等。在一些例子中，N型阱303與N型淀積摻雜層305可以在P型摻雜層311外部分相互重疊，從而使得N型阱303與N型淀積摻雜層305相互電連接。這就不需要在N型阱303中制作額外的通孔或其他結(jié)構(gòu)來引出N型阱303，從而降低了制作成本?？梢岳斫猓诹硪恍├又?，N型阱303與N型淀積摻雜層305也可以不相互直接接觸，而是通過介電層304中的通孔來電連接。 圖3b示出了圖2中圖像傳感器200的源跟隨晶體管的另一例子。在圖3b中，還示出了圖像傳感器200的光電二極管，其由P型襯底301以及位于N型阱303外的N型摻雜區(qū)321構(gòu)成。如圖3b所示，P型襯底301中還包括隔離溝槽323，其位于N型阱303外，即位于N型摻雜區(qū)321與N型阱303之間。隔離溝槽323采用絕緣材料，例如氧化硅、氮化硅形成，因而具有較好的電學(xué)隔離效果。P型襯底301中的隔離溝槽323使得N型摻雜區(qū)321與N型阱303相互隔離，其可以有效避免光電二極管的負(fù)極與源跟隨晶體管的柵極之間發(fā)生短路(即穿通)而影響圖像傳感器的運(yùn)行?？梢钥闯?，由于減少了一次離子注入，導(dǎo)電溝道的輪廓易于控制，并且不會(huì)由于退火次數(shù)過多而造成較深的結(jié)深。因此，該圖像傳感器無(wú)需在導(dǎo)電溝道外的P型襯底301中制作較深的隔離槽來隔離相鄰區(qū)域，即隔離溝槽323可以采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(Shallow Trench Isolation),其占用的芯片面積相對(duì)較小，因而能夠有效減少圖像傳感器的面積。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，隔離溝槽323可以與P型源區(qū)307和/或N型摻雜區(qū)321相鄰，這可以進(jìn)一步減少圖像傳感器的面積，從而提高芯片集成度。特別地，在圖3b所示的例子中，隔離溝槽323與N型阱303以及P型源區(qū)307相鄰，這使得N型阱303與P型襯底301的接觸面積減小，從而有效減少了 N型阱303與P型襯底301之間的寄生電容。在圖像傳感器中，N型阱303會(huì)被耦接到圖像傳感器的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。可以理解，N型阱303與P型襯底301之間的寄生電容越小，圖像傳感器的靈敏度也越高。因此，與N型阱303以及P型源區(qū)307相鄰的隔離溝槽323能夠進(jìn)一步提高圖像傳感器的靈敏度。此外，在一些實(shí)施例中，N型淀積摻雜層305的邊緣也可以位于隔離溝槽323上。該隔離溝槽323使得N型淀積摻雜層305邊緣與P型襯底301隔離。在刻蝕N型淀積摻雜層305的過程中，其邊緣與P型襯底301之間的隔離溝槽323可以使得N型淀積摻雜層305的刻蝕停止在隔離溝槽323上，從而避免P型襯底301的損傷以及由此帶來的晶體管損傷。圖4a與圖4b示出了圖2中圖像傳感器200的源跟隨晶體管的另一例子400。其中，圖4b是圖4a中源跟隨晶體管沿AA’方向的剖面示意圖。如圖4a與圖4b所示，該源跟隨晶體管具有與圖3a中的源跟隨晶體管類似的結(jié)構(gòu)。但是，該源跟隨晶體管的漏區(qū)409位于N型阱403外的P型襯底401中，這使得P型摻雜的漏區(qū)409與P型襯底401電連接。在實(shí)際應(yīng)用中，該漏區(qū)409與P型襯底401均耦接至參考電位線，例如地，因此其間不具有電壓差，從而不會(huì)在漏區(qū)409與P型襯底401之間形成電流。相應(yīng)地，P型摻雜層411至少部分地由N型阱403延伸至P型襯底401中，以使得該P(yáng)型襯底401與P型摻雜層411共同電連接源區(qū)407與漏區(qū)409。這樣，當(dāng)該源跟隨晶體管導(dǎo)通時(shí)，溝道電流能夠由漏區(qū)409經(jīng)過該P(yáng)型襯底401以及P型摻雜層411而流向源區(qū)407。特別地，對(duì)于圖像傳感器200而言，其通常具有多個(gè)像素單元，而每個(gè)像素單元均具有源跟隨晶體管。對(duì)于這些源跟隨晶體管的漏區(qū)409，可以有部分或全部漏區(qū)409均至少部分地位于N型阱403外的P型襯底401中。這樣，這些位于N型阱403外的漏區(qū)409可以具有與P型襯底401相等的電位，從而其相互之間具有相等的電位。因而，這可以使得在 不增加芯片面積的情況下提高了接地的效果，例如可以通過P型襯底401來共享接地，這就避免不同像素單元接地電位不一致，從而進(jìn)一步提高了圖像傳感器的性能。參考圖4a，N型阱403與N型淀積摻雜層405在P型摻雜層411外至少部分相互重疊，從而使得N型阱403與N型淀積摻雜層405相互電連接。這就不需要在N型阱403中制作額外的通孔來引出N型阱403，從而降低了制作成本。圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶體管的制作方法500。如圖5a所示，該制作方法500包括執(zhí)行步驟S501，提供第一導(dǎo)電類型襯底，該第一導(dǎo)電類型襯底中摻雜形成有第二導(dǎo)電類型阱；執(zhí)行步驟S503，在第一導(dǎo)電類型襯底和/或第二導(dǎo)電類型阱中摻雜形成第一導(dǎo)電類型摻雜層；執(zhí)行步驟S505，形成第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層，其位于第一導(dǎo)電類型襯底表面外并至少部分位于第一導(dǎo)電類型摻雜層上，以使得第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層與第一導(dǎo)電類型摻雜層之間形成PN結(jié)；執(zhí)行步驟S507，在第二導(dǎo)電類型阱中形成第一導(dǎo)電類型源區(qū)，并在第二導(dǎo)電類型阱中和/或第一導(dǎo)電類型襯底中形成第一導(dǎo)電類型漏區(qū)，以使得第一導(dǎo)電類型源區(qū)與第一導(dǎo)電類型漏區(qū)電連接?？梢岳斫?，該晶體管的制作方法500可以用于制作圖像傳感器中的源跟隨晶體管。在實(shí)際應(yīng)用中，制作圖像傳感器的工藝還包括形成圖像傳感器像素單元中的光電二極管、以及其他晶體管，例如轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、行選擇晶體管的步驟，在此不再贅述。在一些例子中，第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的邊緣位于第一導(dǎo)電類型襯底表面的介電層上，或者位于第一導(dǎo)電類型襯底中的隔離溝槽上。在刻蝕第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的過程中，其邊緣與第一導(dǎo)電類型襯底之間的介電層或隔離溝槽可以使得第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的刻蝕自停止在介電層或隔離溝槽上，從而避免第一導(dǎo)電類型襯底的刻蝕損傷以及由此帶來的晶體管損傷。在一些例子中，在步驟S505之前，還包括在第一導(dǎo)電類型襯底表面形成介電層和/或在第一導(dǎo)電類型襯底中形成隔離溝槽；并且形成第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的步驟進(jìn)一步包括部分刻蝕介電層，以使得第一導(dǎo)電類型摻雜層至少部分露出；在露出的第一導(dǎo)電類型摻雜層上淀積摻雜的多晶硅或非晶硅以形成第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層；以及部分刻蝕第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層并使得被刻蝕的第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層邊緣位于介電層上和/或隔離溝槽上。在一個(gè)實(shí)施例中，部分刻蝕介電層的步驟進(jìn)一步包括部分刻蝕介電層以使得第一導(dǎo)電類型摻雜層與第二導(dǎo)電類型阱至少部分露出。因而，需要在露出的第一導(dǎo)電類型摻雜層與第二導(dǎo)電類型阱上淀積摻雜的多晶硅或非晶硅以形成第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層。直接形成在第二導(dǎo)電類型阱上的第二導(dǎo)電類型電極摻雜層可以與其下的第二導(dǎo)電類型阱電接觸，從而可以將該第二導(dǎo)電類型阱電引出，而無(wú)需制作通孔或其他電連接結(jié)構(gòu)來引出該第二導(dǎo)電類型阱。圖5b至圖5e示出了圖5a的制作方法500的剖面示意圖。其中，該制作方法500形成的晶體管為P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其工作原理同樣適用于晶體管為N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情形。接下來，參考圖5a至圖5e，對(duì)用于制作圖像傳感器的該晶體管的制作方法500的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳述。如圖5b所示，提供P型襯底501，該P(yáng)型襯底501中形成有光電二極管區(qū)502以及N型阱503。該N型阱503與光電二極管區(qū)502通過其間的P型襯底501相互分離。之后，如圖5c所示，形成P型摻雜層511，其至少部分位于N型阱503中。在圖5c中，P型摻雜層511全部位于N型阱503中。此外，N型阱503與位于其中的P型摻雜層511之間構(gòu)成了晶體管的一個(gè)PN結(jié)。在一些其他的實(shí)施例中，P型摻雜層511也可以部分地位于P型襯底501中，并且部分地位于N型阱503中。需要說明的是，形成P型摻雜層511以及N型阱503的步驟通常采用離子注入實(shí)現(xiàn)，在每次離子注入之后，還需要對(duì)該P(yáng)型襯底501進(jìn)行退火處理，例如快速退火處理，以激活離子并減少注入引起的晶格缺陷。接著，在P型襯底501表面形成介電層504。該介電層504例如為氧化娃或其他介材料，可以通過例如氧化工藝或淀積工藝形成該介電層504。可選地，在一些例子中，還可以在P型襯底501中形成隔離溝槽(圖中未示出)，該隔離溝槽通常位于N型阱511之外。然后，如圖5d所示，形成N型淀積摻雜層505，其位于P型襯底501表面外并至少部分位于N型阱503上，以使得N型淀積摻雜層505與N型阱503中的P型摻雜層511之間形成PN結(jié)。具體地，該N型淀積摻雜層505可以通過下述步驟形成首先，部分刻蝕介電層504，以在P型襯底501上形成窗口，該窗口使得P型摻雜層511至少部分露出；接著，在露出的P型摻雜層511上淀積摻雜的多晶硅或非晶硅以形成N型淀積摻雜層505 ;之后，部分刻蝕N型淀積摻雜層505并使得N型淀積摻雜層505邊緣位于介電層504上，或者使得N型淀積摻雜層505的邊緣位于隔離溝槽上，即使得該N型淀積摻雜層505的邊緣不直接位于P型襯底501上。在一些例子中，可以通過化學(xué)氣相淀積工藝淀積多晶硅或非晶硅，并在淀積該多晶硅或非晶硅的同時(shí)摻雜P型離子，例如磷或砷離子，以形成摻雜的多晶硅或非晶硅。在另一些例子中，可以通過化學(xué)氣相淀積工藝淀積多晶硅或非晶硅，之后，在所淀積的多晶硅或非晶硅中摻雜P型離子，例如通過擴(kuò)散或離子注入的方式摻雜。在還有一些例子中，可以先通過化學(xué)氣相淀積工藝淀積多晶硅或非晶硅，接著部分刻蝕所淀積的多晶硅或非晶 硅，之后再在形成源區(qū)與漏區(qū)之前或之后對(duì)被刻蝕的多晶硅或非晶硅進(jìn)行離子注入來?yè)诫s雜質(zhì)尚子。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，N型淀積摻雜層505還直接形成在N型阱503上。相應(yīng)地，介電層504被刻蝕為使得P型摻雜層511與N型阱503至少部分露出，并且在露出的P型摻雜層511與N型阱503上淀積摻雜的多晶硅或非晶硅來形成N型淀積摻雜層。可以看出，通過該介電層窗口，所淀積的多晶硅能夠與其下的P型摻雜層511直接接觸，從而形成結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶 體管導(dǎo)電溝道另一側(cè)的PN結(jié)。這個(gè)PN結(jié)連同P型摻雜層511與N型阱503之間的PN結(jié)共同限定該結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電溝道，而N型阱503與N型淀積摻雜層505則共同作為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的兩個(gè)柵極。接著，如圖5e所示，在N型阱503中形成P型源區(qū)507以及P型漏區(qū)509，并使得該P(yáng)型源區(qū)507以及P型漏區(qū)509相互電連接。在圖5e的例子中，P型源區(qū)507與P型漏區(qū)509通過其間的P型摻雜層511電連接?？梢岳斫猓谝恍?shí)施例中，P型漏區(qū)509亦可形成在N型阱503外的P型襯底501，該P(yáng)型漏區(qū)509可以通過其與N型阱503之間的P型襯底501來電連接到N型阱503，并進(jìn)一步地通過P型摻雜層511電連接到P型源區(qū)507?？梢钥闯觯捎谠揘型淀積摻雜層505可以通過淀積工藝形成，而無(wú)需通過離子注入方式形成在P型襯底501中。這可以減少一次離子注入與退火處理，從而降低了晶體管的制作成本。此外，由于減少了一次離子注入，導(dǎo)電溝道的輪廓易于控制，并且不會(huì)由于退火次數(shù)過多而造成較深的結(jié)深。因此，該結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管無(wú)需在導(dǎo)電溝道外的P型襯底501中制作較深的隔離槽來隔離相鄰區(qū)域，例如N型阱503與光電二極管區(qū)502之間，這可以降低制作工藝難度，并減少晶體管的面積。盡管在附圖和前述的描述中詳細(xì)闡明和描述了本發(fā)明，應(yīng)認(rèn)為該闡明和描述是說明性的和示例性的，而不是限制性的；本發(fā)明不限于所上述實(shí)施方式。那些本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以通過研究說明書、公開的內(nèi)容及附圖和所附的權(quán)利要求書，理解和實(shí)施對(duì)披露的實(shí)施方式的其他改變。在權(quán)利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)。在發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)零件可能執(zhí)行權(quán)利要求中所引用的多個(gè)技術(shù)特征的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為對(duì)范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，其特征在于，包括像素陣列，所述像素陣列中的一個(gè)或多個(gè)像素單元包括一個(gè)源跟隨晶體管，所述源跟隨晶體管是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括 第一導(dǎo)電類型襯底； 第二導(dǎo)電類型阱，位于所述第一導(dǎo)電類型襯底中； 第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層，位于所述第一導(dǎo)電類型襯底表面外并至少部分位于所述第二導(dǎo)電類型阱上； 第一導(dǎo)電類型源區(qū)，位于所述第二導(dǎo)電類型阱中； 第一導(dǎo)電類型漏區(qū)，位于所述第一導(dǎo)電類型襯底中和/或位于所述第二導(dǎo)電類型阱中； 第一導(dǎo)電類型摻雜層，至少部分位于所述第二導(dǎo)電類型阱與所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層之間，以使得所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)與所述第一導(dǎo)電類型漏區(qū)電連接，并在其與所述第二導(dǎo)電類型阱之間以及其與所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層之間分別形成PN結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層包括摻雜的多晶硅層或非晶硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二導(dǎo)電類型阱與所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層在所述第一導(dǎo)電類型摻雜層外至少部分相互重疊，以使得所述第二導(dǎo)電類型阱與所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層相互電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型漏區(qū)和/或所述第一導(dǎo)電類型摻雜層至少部分位于所述第二導(dǎo)電類型阱外，以使得所述第一導(dǎo)電類型漏區(qū)與第一導(dǎo)電類型襯底電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的邊緣位于第一導(dǎo)電類型襯底表面的介電層上或者位于第一導(dǎo)電類型襯底中的隔離溝槽上。
6.一種晶體管的制作方法，其特征在于，包括下述步驟 提供第一導(dǎo)電類型襯底，所述第一導(dǎo)電類型襯底中摻雜形成有第二導(dǎo)電類型阱； 在所述第一導(dǎo)電類型襯底和/或所述第二導(dǎo)電類型阱中摻雜形成第一導(dǎo)電類型摻雜層； 形成第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層，其位于所述第一導(dǎo)電類型襯底表面外并至少部分位于所述第一導(dǎo)電類型摻雜層上，以使得所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層與所述第一導(dǎo)電類型摻雜層之間形成PN結(jié)； 在所述第二導(dǎo)電類型阱中形成第一導(dǎo)電類型源區(qū)，并在所述第二導(dǎo)電類型阱中和/或所述第一導(dǎo)電類型襯底中形成第一導(dǎo)電類型漏區(qū)，以使得所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)與所述第一導(dǎo)電類型漏區(qū)電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的邊緣位于第一導(dǎo)電類型襯底表面的介電層上或者位于第一導(dǎo)電類型襯底中的隔離溝槽上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于， 在形成所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的步驟之前，還包括在所述第一導(dǎo)電類型襯底表面形成所述介電層和/或在所述第一導(dǎo)電類型襯底中形成隔離溝槽； 并且所述形成第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層的步驟進(jìn)一步包括 部分刻蝕所述介電層，以使得所述第一導(dǎo)電類型摻雜層至少部分露出；在所述露出的第一導(dǎo)電類型摻雜層上淀積摻雜的多晶硅或非晶硅以形成所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層；以及 部分刻蝕所述第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層并使得被刻蝕的第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層邊緣位于所述介電層上和/或所述隔離溝槽上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述部分刻蝕介電層的步驟進(jìn)一步包括部分刻蝕所述介電層，以使得所述第一導(dǎo)電類型摻雜層與所述第二導(dǎo)電類型阱至少部分露出。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述淀積摻雜的多晶硅或非晶硅的步驟進(jìn)一步包括在淀積所述多晶硅或非晶硅的同時(shí)對(duì)所淀積的多晶硅或非晶硅進(jìn)行摻雜，或者在淀積所述多晶硅或非晶硅之后，對(duì)所淀積的多晶硅或非晶硅進(jìn)行摻雜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖像傳感器與晶體管制作方法。圖像傳感器包括像素陣列，像素陣列的一個(gè)或多個(gè)像素單元包括一個(gè)源跟隨晶體管。源跟隨晶體管是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括第一導(dǎo)電類型襯底；第二導(dǎo)電類型阱，位于第一導(dǎo)電類型襯底中；第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層，位于第一導(dǎo)電類型襯底表面外并至少部分位于第二導(dǎo)電類型阱上；第一導(dǎo)電類型源區(qū)，位于第二導(dǎo)電類型阱中；第一導(dǎo)電類型漏區(qū)，位于第一導(dǎo)電類型襯底中和/或第二導(dǎo)電類型阱中；第一導(dǎo)電類型摻雜層，至少部分位于第二導(dǎo)電類型阱與第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層之間，以使得第一導(dǎo)電類型源區(qū)與第一導(dǎo)電類型漏區(qū)電連接，并在其與第二導(dǎo)電類型阱之間以及其與第二導(dǎo)電類型淀積摻雜層之間分別形成PN結(jié)。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102709302SQ20121017985
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者李文強(qiáng), 蔣珂瑋, 趙立新 申請(qǐng)人:格科微電子(上海)有限公司