CN100499148C - 互补金属氧化物半导体图像感测器以及其制造方法 - Google Patents
互补金属氧化物半导体图像感测器以及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100499148C CN100499148C CNB2006100870804A CN200610087080A CN100499148C CN 100499148 C CN100499148 C CN 100499148C CN B2006100870804 A CNB2006100870804 A CN B2006100870804A CN 200610087080 A CN200610087080 A CN 200610087080A CN 100499148 C CN100499148 C CN 100499148C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gate electrode
- active area
- image sensor
- cmos image
- barrier layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 54
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 33
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 15
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 12
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 79
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101150064138 MAP1 gene Proteins 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 241000251730 Chondrichthyes Species 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/785—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
- H01L29/7851—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET with the body tied to the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/785—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
- H01L29/7853—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET the body having a non-rectangular crossection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
本发明提供一种互补金属氧化物半导体图像感测器及其制造方法。该互补金属氧化物半导体图像感测器具有重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管，包括：直线状有源区；该驱动晶体管的栅电极，其与该有源区相交；阻挡层，其插入于该有源区与该栅电极之间，其中在该有源区与该栅电极的一交叉区上形成该阻挡层；以及金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触通过该阻挡层而不电连接至该有源区。
Description
技术领域
本发明关于一种图像感测器，且更具体地，关于一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器，其包括的一单元像素配置有三或四个晶体管，能防止一驱动晶体管的逆偏压特性及阈值电压的匹配特性恶化，及其制造方法。
背景技术
众所周知，图像感测器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像感测器主要分成电荷耦合器件(Charge Coupled Device；CCD)与互补金属氧化物半导体(CMOS)图像器件。
在CCD中，各金属氧化物半导体电容器被配置为使得其相互间极为靠近，并在电容器中储存电荷载子并将其传送。
与之相反，互补金属氧化物半导体图像感测器通过使用半导体互补金属氧化物半导体制程而包括多个单元像素，其中单元像素配置有一光二极管与用于驱动该单元像素的三或四个晶体管。同时，将一互补金属氧化物半导体技术应用于互补金属氧化物半导体图像感测器的制造，使得使用一控制电路与一信号处理电路作为一外围电路，并提供多个互补金属氧化物半导体晶体管来驱动多个单元像素。因此，互补金属氧化物半导体图像感测器使用一开关方案以使用该外围电路与互补金属氧化物半导体晶体管来连续地侦测输出。
在制造该些各种图像感测器中，已采取许多努力来改良图像感测器的光敏性，其中之一为聚光技术。互补金属氧化物半导体图像感测器配置有用于感测一物体的入射光的光二极管与用于将在该光二极管处感测的光处理成为一预定电信号并创建对应于该电信号的数据的一互补金属氧化物半导体逻辑电路。因此，为改良光敏性，已作出许多尝试来增加光二极管区域对图像感测器的总体区域的占有率，其一般称为填充因子。
图1说明一传统互补金属氧化物半导体图像感测器的单元像素的电路图，其中一个单元像素包括四个晶体管。
在图1所示的传统互补金属氧化物半导体图像感测器的单元像素中，使用一亚微米互补金属氧化物半导体外延制程以便改良光敏性并减小单元像素之间的串扰。
参考图1，传统互补金属氧化物半导体图像感测器的单元像素(U/C)包括具有PNP结、PNPN结或类似物的光二极管PD、传送晶体管Tx、浮动扩散节点FD、重置晶体管Rx、驱动晶体管Dx及选择晶体管Sx。本文中，光二极管PD接收来自物体的光以产生对应的电子孔穴对，即，光产生的电荷。当开启晶体管Tx时，传送晶体管Tx将在光二极管PD处累聚的光产生电荷传送至浮动扩散节点FD。当开启传送晶体管Tx时，浮动扩散节点FD接收从传送晶体管Tx传送的光产生电荷。重置晶体管Rx响应一重置信号将浮动扩散节点FD重置为一电源电压VDD电平。在驱动晶体管Dx中，开启一驱动栅极的数量随对应从浮动扩散节点FD所传送的光产生电荷的一电信号而变化，使得驱动晶体管Dx输出与所述光产生电荷的数量成比例的电信号。响应一选择信号而开启的选择晶体管Sx输出通过驱动晶体管Dx而输出的单元像素的预定信号。
本文中，符号Lx表示一负载晶体管，且浮动扩散节点FD具有一预定电容Cfd。
下面将更全面地说明从具有上面传统配置的单元像素获得一输出电压的操作原理。
首先，关闭传送、重置及选择晶体管Tx、Rx及Sx。此时，光二极管PD处于完全空乏状态。开始聚光使得在光二极管PD处累聚光产生电荷。
在开启重置晶体管Rx重置浮动扩散节点FD之后，开启选择晶体管Sx以便在重置操作时测量单位像素的输出电压V1。此测量值仅意味着浮动扩散节点FD的直流(DC)电压电平移动。
其后，在一适当聚光时间过去之后，当开启传送晶体管Tx时，将在光二极管PD处累聚的所有光产生电荷传送至浮动扩散节点FD。然后，关闭传送晶体管Tx。
接下来，测量由于传送至浮动扩散节点FD的电荷所产生的输出电压V2。
随后，从输出电压V1与V2之间的差获得为所述光产生电荷的传送结果的输出电压V1-V2。即，输出电压V1-V2纯粹是其中排除噪声的信号电压。此方法称为关联双取样(Correlated Double Sampling；CDS)。
然后，重复上面程序。
图2为显示图1包括驱动晶体管Dx的单元像素的平面图。
参考图2，有源区(active region)ACT形成一直线状。在有源区ACT的预定区域内置放一P型阱(未显示)，在该P型阱上面配置驱动晶体管Dx。将驱动晶体管Dx的漏极连接至电源电压VDD而将选择晶体管Sx(未显示)的源极连接至一输出节点(未显示)。驱动晶体管Dx并入横跨该P型阱上面的栅极G。
在有源区ACT的两侧上均配置方形光二极管PD。在光二极管PD的一侧上置放传送晶体管Tx。
在该互补金属氧化物半导体图像感测器的各单元像素中存在作为源极跟随器的单一放大器，其为驱动晶体管Dx。在驱动晶体管Dx中，栅极端子与漏极端子用作输入端口而源极端子与漏极端子用作输出端口。在互补金属氧化物半导体图像感测器中，透过输入端子来输入感测节点的累聚电荷，即，透过驱动晶体管的栅极来施加对应累聚电荷的一电压，而输出电压随累聚电荷数量而变化。因此，亮度随入射光数量而变化。透过此方式，可在互补金属氧化物半导体图像感测器内显示一最终图像。
驱动晶体管Dx，即，源极跟随器的特性对图像具有较大影响。具体的，在像素之间的驱动晶体管的匹配特性极为重要。
然而，随着像素比例缩小以满足一高集成器件的需要，传统驱动晶体管Dx具有阈值电压的匹配特性可能由于有源区ACT宽度减小及逆偏压效应而恶化的问题。结果，由于驱动晶体管Dx的匹配特性的恶化而发生噪声，使得最终劣化图像质量。
从图2可明白，随着像素比例缩小，一般也要求减小尺寸A。此外，因为考虑基于设计规则的最小尺寸来决定有源区ACT的宽度C，阈值电压可能由于匹配特性的恶化而严重滚动。
而且，随着光二极管PD的尺寸D减小，填充因子也随之相应减小，从而导致图像质量的劣化。
此外，由于考虑到栅极氧化物层的可靠性，仅在场氧化物层上的一预定区域内可允许第一金属接触M1C，因此由于尺寸B的限制而存在比例缩小像素的限制。
发明内容
因此，本发明的一目的是提供一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器，其可防止因该图像感测器的比例缩小所引起的驱动晶体管的匹配特性恶化，并保护该驱动晶体管的栅极的第一金属接触的可靠性，及其制造方法。
依据本发明的一方面，提供一种包括重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器，该互补金属氧化物半导体图像感测器包括：直线状有源区；该驱动晶体管的栅电极，该栅电极与该有源区相交；阻挡层，其插入于该有源区与该栅电极之间，形成于该有源区与该栅电极的交叉区上；以及金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触通过该阻挡层而不电连接至该有源区。
依据本发明的另一方面，提供一种包括传送晶体管、重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管与光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器，该互补金属氧化物半导体图像感测器包括：直线状有源区；该驱动晶体管的栅电极，该栅电极与该有源区相交；阻挡层，其插入于该有源区与该栅电极之间，形成于该有源区与该栅电极的交叉区上；以及金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触通过该阻挡层而不电连接至该有源区。
依据本发明的另一方面，提供一种包括重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器，该互补金属氧化物半导体图像感测器包括：沟槽状场氧化物层，其形成于一基板内以限定一有源区；沟槽，其具有一预定深度，通过移除邻接该有源区的该场氧化物层的一部分而形成；栅极氧化物层，其形成于该沟槽所暴露的有源区的侧壁上；阻挡层，其形成于有源区上；栅电极，其形成于该沟槽与该阻挡层上面；以及金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触通过该阻挡层而不电连接至该有源区。
依据本发明的其它方面，提供一种包括传送晶体管、重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器，该互补金属氧化物半导体图像感测器包括：沟槽状场氧化物层，其形成于基板内以限定一有源区；沟槽，其具有一预定的深度，通过移除邻接该有源区域的该场氧化物层的一部分而形成；栅极氧化物层，其形成于该沟槽所暴露的有源区的侧壁上；阻挡层，其形成于有源区上；栅电极，其形成于该沟槽与该阻挡层上面；以及金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触通过该阻挡层而不电连接至该有源区。
依据本发明的其它方面，提供一种制造包括重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管与光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器的方法，该方法包括：形成多个沟槽状场氧化物层以限定一有源区；在该有源区上形成一阻挡层；通过移除邻接该有源区的该场氧化物层的一部分而形成具有一预定深度的沟槽；在该沟槽所暴露的有源区的侧壁上形成一栅极氧化物层；在该沟槽与该阻挡层上面形成一栅电极；以及形成电连接至该栅电极的一金属接触，其中该金属接触通过该阻挡层而不电连接至该有源区。
依据本发明的其它方面，提供一种制造包括传送晶体管、重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器的方法，该方法包括：形成多个沟槽状场氧化物层以限定一有源区；在该有源区上形成一阻挡层；通过移除邻接该有源区的该场氧化物层的一部分而形成具有一预定深度的沟槽；在该有源区的侧壁上形成一栅极氧化物层；在该沟槽与该阻挡层上面形成一栅电极；以及形成电连接至该栅电极的一金属接触，其中该金属接触通过该阻挡层而不电连接至该有源区。
附图说明
参考联系附图给出的范例性具体实施例的上述说明，将明白本发明的上面及其它目的与特征，其中：
图1为说明一传统互补金属氧化物半导体图像感测器的一单元像素的一电路图，其中一个单元像素包括四个晶体管；
图2为显示图1的包括驱动晶体管的传统单元像素的一平面图；
图3为依据本发明的一具体实施例的一互补金属氧化物半导体图像感测器的平面图；
图4为沿图3的直线P-P’所截取的一断面图；
图5为显示依据本发明的一具体实施例的驱动晶体管的鳍式场效应晶体管(FINFET)的透视图；
图6为显示测量FINFET的逆偏压效应的仿真结果的曲线图；
图7为显示FINFET的漏极电流变化对栅极电压的曲线图；以及
图8A至8E为显示依据本发明的一具体实施例的互补金属氧化物半导体图像感测器的单元像素的驱动晶体管的制造方法的断面图。
具体实施方式
将参考附图详细地说明依据本发明的范例性具体实施例的一互补金属氧化物半导体图像感测器及其制造方法。
图3为依据本发明的一具体实施例的互补金属氧化物半导体图像感测器的平面图。
参考图3，一有源区ACT形成一直线状。在有源区ACT内的一预定区域设置一P型阱(未显示)，而在该P型阱上面置放一驱动晶体管Dx。将驱动晶体管Dx的漏极连接至一电源电压VDD，且将选择晶体管的源极(未显示)连接至一输出节点(未显示)。驱动晶体管Dx并入横跨该P型阱上面的一栅极G。
在有源区ACT的两侧上均设置方形光二极管PD。在光二极管PD的一侧上置放一传送晶体管Tx。
同时，在驱动晶体管Dx与有源区ACT相互重迭的一区域内形成连接至驱动晶体管Dx的栅极G的第一金属接触M1C。为此目的，在驱动晶体管Dx的栅极G与有源区ACT之间置放一阻挡层BL，阻挡层BL防止将第一金属接触M1C连接至有源区ACT。
此外，驱动晶体管Dx形成一FINFET，使得可增加沟道长度。
由于该沟道宽度满足一不相等条件，即，C<a+a’，因此增加沟道长度使得可抑制阈值电压的滚动现象。
在驱动晶体管Dx的栅极G下面置放阻挡层BL。在驱动晶体管Dx与有源区ACT相互重迭的区域内形成第一金属接触M1C，第一金属接触M1C由于阻挡层BL而不连接至有源区ACT。因此，本发明的像素大小A’变得比传统单元像素(图2)的像素大小A更小，使得可比例缩小该图像感测器。
此外，控制沟道的栅极G存在于主动区ACT的两侧上，以便抑制逆偏压效应。结果，可提高阈值电压的匹配特性。
图4为沿图3的直线P-P’所截取的一断面图。
参考图4，在一基板100的预定区域上置放两个沟槽状场氧化物层101，其中通过在其之间插入的有源区ACT来相互分离该两个场氧化物层101。通过场氧化物层101，在基板100内限定有源区ACT。在邻近有源区ACT的一部分处部分地蚀刻各场氧化物层101以形成沟槽102。形成配置有氧化物层103与氮化物层104的阻挡层，使得该阻挡层覆盖有源区ACT的顶面，其中有源区ACT因为沟槽102而具有一突起形状。在沟槽102所暴露的有源区ACT的两个侧壁上均放置栅极氧化物层105。在包括沟槽102、栅极氧化物层105及该阻挡层的整个表面上形成图案化成一预定配置的栅电极106在有源区ACT上面形成一第一金属接触107，其中第一金属接触107连接至栅电极106，但由于该阻挡层与有源区ACT电绝缘。
图5为显示依据本发明的一具体实施例的一驱动晶体管的鳍式场效晶体管(FINFET)的透视图。
为改良器件性能并最小化泄漏电流，半导体制造商们已探索可应用于100nm或更小的下一代半导体器件的新结构晶体管。新结构之一使用FINFET，其具有类似鲨鱼鳍的一高且细薄沟道。在FINFET设计中，鳍的各侧用作一栅极，因而一个鳍提供两个栅极。从而，当使用FINFET结构时执行器件的开关较容易。由于FINFET具有此类双栅极结构，因此FINFET还称为双栅极MOSFET(金属氧化物场效晶体管)。互补金属氧化物半导体为水平构造而FINFET为垂直构造。因而，FINFET为可应用于高集成器件的具有创造性和有前途的概念。此外，不像其它双栅极结构，FINFET可使用一标准互补金属氧化物半导体制程来制造。
本文中，参考数字100与105分别表示基板与栅极氧化物层。
具有图5的构成的FINFET具有多个优点，例如，低晶片成本、低缺陷密度、无逆偏压、至基板的高热传送率、高制程兼容性等等。
图6为显示测量FINFET的逆偏压效应的仿真结果的图，图7为示出FINFET的漏极电流变化对栅极电压的图。
参考图6及7，证实在一预定逆偏压时阈值电压VT不会增加。
图8A至8E为说明制造依据本发明的一具体实施例的互补金属氧化物半导体图像感测器的单元像素的驱动晶体管的方法的断面图。
参考图8A，在基板10的预定区域内形成一沟槽状场氧化物层11。
为形成场氧化物层11，首先蚀刻基板10以先形成一沟槽，其后将一氧化物层填充在该沟槽内并平面化。在所述场氧化物层11之间置放一有源区，其中符号A与B分别表示在该处将形成具有FINFET结构的驱动晶体管的栅极的有源区(以下称为栅极区域)与在该处将形成光二极管的有源区(以下称为光二极管区)。
在该处形成场氧化物层11的基板10的整个表面上依序形成一氧化物层12与一氮化物层13。本文中，氧化物层12与氧化物层13用作一阻挡层。
该阻挡层防止第一金属接触接触在栅极区域A中的有源区，其中该第一金属接触将形成在该阻挡层上面置放的驱动晶体管的栅极上。稍后将对此点作更全面的说明。
本文中，尽管使用具有氧化物层12与氮化物层13的双堆栈结构作为阻挡层，但还可使用氧化物层或氮化物层的单层或三层或更多层的多层堆栈结构。
较佳的为采用范围在大约10
至大约1,000之间的厚度来形成该阻挡层，使得该阻挡层不受拓扑及外部电压应力的影响。
随后，执行一光微影术制程来形成第一光阻图案14以限定驱动晶体管Dx的栅极区域A。本文中，形成第一光阻图案14来限定有源区及围绕该有源区的区域。
通过使用该第一光阻图案114作为一蚀刻光罩选择性地蚀刻该光阻层来限定栅极区域A。即，使用第一光阻图案14选择性地移除氮化物层13。
参考图8B，形成第二光阻图案15使得第二光阻图案15暴露围绕栅极区域A的各场氧化物层11的一部分与栅极区域A自身。
然后，使用第二光阻图案15作为一蚀刻光罩来选择性地移除氧化物层12。
在围绕栅极区域A的暴露场氧化物层11上面形成的开口16，即，在场氧化物层11上面未覆盖有第二光罩图案15的开口16，为在以后制程中形成FINFET沟道的区域。
参考图8C，使用第二光阻图案15作为一蚀刻光罩来蚀刻场氧化物层11的一部分，因而将围绕栅极区域A的场氧化物层11的部分局部移除来形成一沟槽17，该沟槽17从有源区的侧壁延伸至场氧化物层11的一预定区域。
此时，考虑设计规则所允许的在一相邻光二极管的有源区与栅极区域A之间的一最小空间，形成沟槽17的区域具有一预定尺寸。可使用湿式或干式制程来执行蚀刻。可将场氧化物层11蚀刻至对应沟道深度的预定深度。其后，通过熟知的移除制程来移除第二光阻图案15。
参考图8D，执行一氧化制程来在沟槽17所暴露的有源区的侧壁上形成一硅氧化物层18。
硅氧化物层18为在其上形成沟道的一栅极氧化物层。由于FINFET沟道形成在场氧化物层11的侧壁上，因此通过栅极氧化制程来形成氧化硅层，使得在该有源区的顶表面与侧壁上相等地生长该氧化硅层。
其后，在该产生的结构的整个表面上沉积一导电层之后，选择性地蚀刻该导电层以形成一栅电极19。
形成栅电极19使得将栅电极19延伸至场氧化物层11的顶面的一部分以及沟槽17。可由多晶硅、钨等来形成该导电层。
参考图8E，执行形成晶体管的一典型制程，例如，形成源极/漏极的制程及形成层间绝缘层的制程。其后，形成第一金属接触20，其电连接至该驱动晶体管的栅电极19。
此时，由于该阻挡层存在于栅电极19下，因此即使在该有源区上面形成第一金属接触20，第一金属接触20也不电连接至该有源区。
如上所述，依据本发明，将作为源极跟随器的互补金属氧化物半导体图像感测器的驱动晶体管具体化为FINFET，由此增加有源区的宽度。由于在该有源区上面形成连接至该驱动晶体管的栅极的第一金属接触，因此通过减小逆偏压效应提高晶体管匹配特性，从而进一步可比例缩小器件。因此，本发明提供净晶粒增加并由于减小芯片大小而可实施以较小尺寸制造的图像感测器的有利效果。
在本发明中，尽管将互补金属氧化物半导体图像感测器的驱动晶体管实施为FINFET，但还可将其它晶体管应用于该驱动晶体管。
本申请包含与在2005年6月17日向韩国专利局提交的韩国专利申请第KR 2005-52352号的相关的主题，其全部内容以引用形式并入本文。
尽管根据特定较佳具体实施例说明本发明，但本专业技术人员应明白，可作各种变化及修改而不背离所附权利要求中限定的发明的精神及范畴。
主要组件符号说明
U/C 互补金属氧化物半导体
图像感测器的单元像素
PD 光二极管
Tx 传送晶体管
FD 浮动扩散节点
Rx 重置晶体管
Dx 驱动晶体管
Sx 选择晶体管
Lx 负载晶体管
ACT 有源区
VDD 电源电压
G 栅极
M1C 第一金属接触
BL 阻挡层
Cfd 电容
10 基板
11 场氧化物层
12 氧化物层
13 氮化物层
14 第一光阻图案
15 第二光阻图案
16 开口
17 沟槽
18 硅氧化物层
19 栅电极
20 第一金属接触
A 栅极区域
B 光二极管区
100 基板
101 场氧化物层
102 沟槽
103 氧化物层
104 氮化物层
105 栅极氧化物层
106 栅电极
107 第一金属接触
Claims (24)
1.一种包括重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器，该互补金属氧化物半导体图像感测器包含：
直线状有源区；
形成在该有源区的侧壁上的栅极绝缘层；
该驱动晶体管的栅电极，该栅电极与该有源区相交叉；
阻挡层，其插入于该有源区与该栅电极之间，形成于与该栅电极交叉的该有源区上；以及
金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触形成于该有源区和该栅电极的交叉区上。
2.如权利要求1的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该阻挡层包括氧化物层与氮化物层之一。
3.如权利要求1的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该阻挡层的厚度在大约
至大约
范围内。
4.如权利要求1的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该栅电极为该驱动晶体管的栅电极。
5.一种包括传送晶体管、重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器，该互补金属氧化物半导体图像感测器包含：
直线状有源区；
形成在该有源区的侧壁上的栅极绝缘层；
该驱动晶体管的栅电极，该栅电极与该有源区相交叉；
阻挡层，其插入于该有源区与该栅电极之间，并且形成于与该栅电极交叉的该有源区上；以及
金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触形成于该有源区和该栅电极的交叉区上。
6.如权利要求5的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该阻挡层包括氧化物层与氮化物层之一。
7.如权利要求5的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该阻挡层的厚度在大约
至大约
范围内。
8.如权利要求5的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该栅电极为该驱动晶体管的栅电极。
9.一种包括重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器，该互补金属氧化物半导体图像感测器包含：
第一沟槽状的场氧化物层，其形成于基板内以限定有源区；
第二沟槽，其具有一预定深度，通过移除邻近该有源区的该场氧化物层的一部分而形成；
栅极氧化物层，其形成于由该第二沟槽暴露的该有源区的侧壁上；
阻挡层，其形成于该有源区上；
栅电极，其形成于该第二沟槽与该阻挡层上面；以及
金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触形成于该有源区和该栅电极的交叉区上。
10.如权利要求9的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该阻挡层包括氧化物层与氮化物层之一。
11.如权利要求9的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该阻挡层的厚度在大约
至大约
范围内。
12.如权利要求9的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该栅电极为该驱动晶体管的栅电极。
13.一种包括传送晶体管、重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器，该互补金属氧化物半导体图像感测器包含：
第一沟槽状的场氧化物层，其形成于基板内以限定有源区；
第二沟槽，其具有一预定深度，通过移除邻近该有源区的该场氧化物层的一部分来形成；
栅极氧化物层，其形成于由该第二沟槽所暴露的该有源区的侧壁上；
阻挡层，其形成于该有源区上；
栅电极，其形成于该第二沟槽与该阻挡层上面；以及
金属接触，其电连接至该栅电极，其中该金属接触形成于该有源区和该栅电极的交叉区上。
14.如权利要求13的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该阻挡层包括氧化物层与氮化物层之一。
15.如权利要求13的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该阻挡层的厚度在大约
至大约
范围内。
16.如权利要求13的互补金属氧化物半导体图像感测器，其中该栅电极为该驱动晶体管的栅电极。
17.一种制造包括重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器的方法，该方法包含：
形成多个第一沟槽状的场氧化物层以限定有源区；
在该有源区上形成阻挡层；
通过移除邻近该有源区的该场氧化物层的一部分来形成具有预定深度的第二沟槽；
在由该第二沟槽所暴露的该有源区的侧壁上形成栅极氧化物层；
在该第二沟槽及该阻挡层上面形成栅电极；以及
形成电连接至该栅电极的金属接触，其中该金属接触形成于该有源区和该栅电极的交叉区上。
18.如权利要求17的方法，其中该阻挡层包括氧化物层与氮化物层之一。
19.如权利要求17的方法，其中该阻挡层的厚度在大约
至大约
范围内。
20.如权利要求17的方法，其中该栅电极为该驱动晶体管的栅电极。
21.一种用于制造包括传送晶体管、重置晶体管、选择晶体管、驱动晶体管及光二极管的互补金属氧化物半导体图像感测器的方法，该方法包含：
形成多个第一沟槽状的场氧化物层以限定有源区；
在该有源区上形成阻挡层；
通过移除邻近该有源区的该场氧化物层的一部分来形成具有预定深度的第二沟槽；
在由该第二沟槽所暴露的有源区的侧壁上形成栅极氧化物层；
在该第二沟槽及该阻挡层上面形成栅电极；以及
形成电连接至该栅电极的金属接触，其中该金属接触形成于该有源区和该栅电极的交叉区上。
22.如权利要求21的方法，其中该阻挡层包括氧化物层与氮化物层之一。
23.如权利要求21的方法，其中该阻挡层的厚度在大约
至大约范围内。
24.如权利要求21的方法，其中该栅电极为该驱动晶体管的栅电极。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050052352A KR100644019B1 (ko) | 2005-06-17 | 2005-06-17 | 씨모스 이미지센서 및 그 제조 방법 |
| KR1020050052352 | 2005-06-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1881603A CN1881603A (zh) | 2006-12-20 |
| CN100499148C true CN100499148C (zh) | 2009-06-10 |
Family
ID=37519707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2006100870804A Active CN100499148C (zh) | 2005-06-17 | 2006-06-16 | 互补金属氧化物半导体图像感测器以及其制造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7863658B2 (zh) |
| JP (1) | JP5089090B2 (zh) |
| KR (1) | KR100644019B1 (zh) |
| CN (1) | CN100499148C (zh) |
| TW (1) | TWI310238B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100712524B1 (ko) * | 2005-08-09 | 2007-04-30 | 삼성전자주식회사 | 확장된 게이트 표면적을 갖는 드라이브 트랜지스터를구비한 ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| KR100814391B1 (ko) * | 2006-10-10 | 2008-03-18 | 삼성전자주식회사 | 핀 트랜지스터를 포함하는 디램 장치의 구동 방법 및 디램장치 |
| US8682116B2 (en) * | 2007-08-08 | 2014-03-25 | Infineon Technologies Ag | Integrated circuit including non-planar structure and waveguide |
| KR100949237B1 (ko) | 2007-12-22 | 2010-03-24 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| US8120073B2 (en) * | 2008-12-31 | 2012-02-21 | Intel Corporation | Trigate transistor having extended metal gate electrode |
| CN103842817A (zh) * | 2010-09-29 | 2014-06-04 | 得克萨斯系统大学评议会 | 具有改进的灵敏度和特异性的鳍型fet生物传感器 |
| US20130020640A1 (en) * | 2011-07-18 | 2013-01-24 | Chen John Y | Semiconductor device structure insulated from a bulk silicon substrate and method of forming the same |
| US8809947B1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-08-19 | GlobalFoundries, Inc. | Integrated circuits and methods for fabricating integrated circuits with cladded non-planar transistor structures |
| CN103928487B (zh) * | 2014-05-08 | 2016-11-16 | 格科微电子（上海）有限公司 | 背照式图像传感器及其形成方法 |
| CN103928486B (zh) * | 2014-05-08 | 2017-02-15 | 格科微电子（上海）有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
| CN105185799A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-23 | 格科微电子（上海）有限公司 | 具有三维晶体管结构的背照式图像传感器及其形成方法 |
| CN109390397B (zh) * | 2017-08-03 | 2023-03-10 | 联华电子股份有限公司 | 半导体元件及其制作方法 |
| JP2019080008A (ja) * | 2017-10-26 | 2019-05-23 | 信越半導体株式会社 | 基板の熱処理方法 |
| CN110752226B (zh) * | 2018-07-24 | 2023-07-18 | 格科微电子（上海）有限公司 | 堆叠式图像传感器及其形成方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1012310B (zh) | 1985-05-01 | 1991-04-03 | 得克萨斯仪器公司 | 超大规模集成电路的局部互连方法及其结构 |
| JP3039389B2 (ja) | 1996-07-24 | 2000-05-08 | 村田機械株式会社 | 板材切断装置 |
| JP4552240B2 (ja) * | 1999-09-09 | 2010-09-29 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| JP4397491B2 (ja) * | 1999-11-30 | 2010-01-13 | 財団法人国際科学振興財団 | １１１面方位を表面に有するシリコンを用いた半導体装置およびその形成方法 |
| JP2002151688A (ja) | 2000-08-28 | 2002-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | Ｍｏｓ型半導体装置およびその製造方法 |
| US6465294B1 (en) | 2001-03-16 | 2002-10-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Self-aligned process for a stacked gate RF MOSFET device |
| JP2002289871A (ja) * | 2001-03-28 | 2002-10-04 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| US7358121B2 (en) * | 2002-08-23 | 2008-04-15 | Intel Corporation | Tri-gate devices and methods of fabrication |
| KR100481209B1 (ko) * | 2002-10-01 | 2005-04-08 | 삼성전자주식회사 | 다중 채널을 갖는 모스 트랜지스터 및 그 제조방법 |
| US6921934B2 (en) * | 2003-03-28 | 2005-07-26 | Micron Technology, Inc. | Double pinned photodiode for CMOS APS and method of formation |
| KR100541675B1 (ko) * | 2003-04-30 | 2006-01-11 | 주식회사 하이닉스반도체 | 유전막 형성 방법 |
| US7355253B2 (en) * | 2003-08-22 | 2008-04-08 | International Business Machines Corporation | Strained-channel Fin field effect transistor (FET) with a uniform channel thickness and separate gates |
| KR100521384B1 (ko) * | 2003-11-17 | 2005-10-12 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
| JP2006120710A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
-
2005
- 2005-06-17 KR KR1020050052352A patent/KR100644019B1/ko active IP Right Grant
-
2006
- 2006-06-02 TW TW095119515A patent/TWI310238B/zh not_active IP Right Cessation
- 2006-06-14 US US11/452,296 patent/US7863658B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-06-16 CN CNB2006100870804A patent/CN100499148C/zh active Active
- 2006-06-16 JP JP2006167857A patent/JP5089090B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2010
- 2010-12-16 US US12/970,547 patent/US8247256B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20060284273A1 (en) | 2006-12-21 |
| JP5089090B2 (ja) | 2012-12-05 |
| TW200703635A (en) | 2007-01-16 |
| US7863658B2 (en) | 2011-01-04 |
| KR100644019B1 (ko) | 2006-11-10 |
| US20110086459A1 (en) | 2011-04-14 |
| JP2006352142A (ja) | 2006-12-28 |
| CN1881603A (zh) | 2006-12-20 |
| US8247256B2 (en) | 2012-08-21 |
| TWI310238B (en) | 2009-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100499148C (zh) | 互补金属氧化物半导体图像感测器以及其制造方法 | |
| CN1835245B (zh) | 嵌有光电二极管区的图像传感器及其制造方法 | |
| CN100466279C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| KR20070036356A (ko) | 픽셀 및 이를 이용한 이미지 센서, 그리고 상기 이미지센서를 포함하는 이미지 처리 시스템 | |
| US8207562B2 (en) | Image sensor and method of fabricating the same including a gate insulation layer, a gate electrode, a photodiode and a floating diffusion region | |
| KR20060069319A (ko) | 고체 촬상 장치 | |
| CN101221966A (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| CN100511694C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| KR20220086533A (ko) | 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| US20040252212A1 (en) | Photographing apparatus | |
| CN103928486A (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
| CN103928487A (zh) | 背照式图像传感器及其形成方法 | |
| KR20190048070A (ko) | 이미지 센서 | |
| KR100345669B1 (ko) | 트랜스퍼 트랜지스터 게이트 측벽에 비대칭 절연막스페이서를 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| KR100477792B1 (ko) | 넓은 동적 작동범위를 갖는 시모스 이미지센서 | |
| US20070145440A1 (en) | CMOS Image Sensor and Method for Fabricating the Same | |
| US7563637B2 (en) | Image sensor | |
| CN100527427C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| US20070080413A1 (en) | CMOS image sensor and method for manufacturing the same | |
| JP5122089B2 (ja) | イメージセンサのピクセル縮小のためのコンタクト構造及びその製造方法 | |
| CN105552097A (zh) | 全局曝光像素单元、电容结构及制备方法 | |
| KR100741920B1 (ko) | 씨모스(ｃｍｏｓ) 이미지 센서의 제조 방법 | |
| KR100790233B1 (ko) | 이미지센서 제조 방법 | |
| US20080054321A1 (en) | CMOS image sensor and method for manufacturing the same | |
| KR20020014315A (ko) | 이웃하는 화소간의 크로스 토크 및 활성영역 감소를방지할 수 있는 이미지 센서 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: KONO SCIENCE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: MAGNACHIP SEMICONDUCTOR LTD Effective date: 20090717 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090717 Address after: Delaware Patentee after: Magnachip Semiconductor Ltd. Address before: Cheongju Chungbuk Korea Patentee before: Magnachip Semiconductor Ltd. |