CN104992954B - 一种降低图像传感器暗电流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了降低图像传感器暗电流的方法，包括光电二极管的制备和晶体管的制备。晶体管制备过程中，先形成上述四个晶体管的栅极，然后，形成复位管、放大管和选择管的轻掺杂漏区；接着，在复位管、放大管、选择管和转移管的栅极侧壁上形成相应的侧墙；最后，在转移管的侧墙外侧底部的半导体器件衬底中形成转移管的轻掺杂漏区。从而增加了转移管的有效沟道长度，使沟道方向的电场降低，进而抑制了热电子的产生几率，以降低图像传感器的暗电流。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种降低图像传感器暗电流的方法。
背景技术
CMOS图像传感器(CIS)由于其制造工艺和现有的集成电路制造工艺兼容，同时其性能上比原有的电荷耦合器件CCD相比有很多优点。CMOS图像传感器可以将驱动电路和像素集成在一起，简化了硬件设计，同时也降低了系统的功耗。CIS由于在采集光信号的同时就可以取出电信号，还能实时处理图像信息，速度比CCD图像传感器快。CMOS图像传感器还具有价格便宜，带宽较大，防模糊，访问的灵活性和较大的填充系数的优点。
传统的有源像素是运用光电二极管作为图像传感器件。通常的有源像素单元是由三个晶体管和一个P+/N+/P-光电二极管构成，这种结构适合标准的CMOS制造工艺。在对于光电二极管的搀杂的空间分布设计中，我们还必须使空间电荷区避开晶体缺陷等复合中心集中的地区，以减小像素的暗电流。图1为完成背照式图像传感器后端的4T像素的示意图，在P型外延层中形成有光电二极管，光电二极管表面具有钉扎层(K)；在半导体衬底中具有浅沟槽隔离区域STI；虚线区域为晶体管区域，其外接像素电路；在P型外延层中还形成有P型阱区(P well)；在光照时，光电二极管PD在N-处产生电荷，这时转移管TX是关闭状态。然后转移管TX打开，将存储在光电二极管PD中的电荷传输到漂浮节点FD，传输后，转移管TX关闭，并等待下一次光照的进入。在漂浮节点FD上的电荷信号随后用于调整放大晶体管SF。读出后，带有复位门的复位管RST将漂浮节点FD复位到一个参考电压，以保证下次感光时可以使用。这种设计在大尺寸的像素单元上由于光电二极管的尺寸较大，满阱容量(光电二极管存储电荷的能力)得到提升，从而可以存储更多的电子，提高像素单元的动态范围(最亮与最暗情况的比值)，降低噪声对像素的影响，信噪比会有所提高。
请参阅图2，现有的CMOS图像传感器的制备方法，包括：先形成复位管、放大管、选择管和转移管的漏端(即浮动扩散点FD)的轻掺杂漏区；然后形成相应的侧墙(spacer)，主要是为使复位管RST、放大管SF和选择管RS的有效沟道长度减小，有利于较大的电流，从而实现快速的图像处理。然而，随着像素单元尺寸的缩减，光电二极管PD和转移管Tx的尺寸也要继续缩减，对于转移管Tx的漏端(即浮动扩散点FD)，将轻掺杂漏区(LDD)放在侧墙(spacer)形成之前会减少转移管的有效沟道长度，转移管的热电子注入效应会增加，这些热电子打破原有的Si-H键，使界面态增加。从光电二极管产生的电子在经过转移管时，这些界面态会捕获电子，这些电子会增加图像的暗电流。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种降低图像传感器暗电流的方法，通过将转移管的漏端(即浮动扩散点)的轻漏端掺杂放在侧墙之后形成来增加转移管的有效长度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种降低图像传感器暗电流的方法，所述图像传感器包括光电二极管和晶体管，所述晶体管包括转移管、复位管、放大管和选择管，所述转移管的轻掺杂漏区为浮动扩散点；所述方法包括所述光电二极管的制备和所述晶体管的制备，所述晶体管的制备包括：
步骤01：提供一半导体器件衬底；
步骤02：在所述半导体器件衬底上形成所述转移管的栅极、所述复位管的栅极、所述放大管的栅极和所述选择管的栅极；
步骤03：在所述半导体器件衬底中形成所述复位管的轻掺杂源、漏区，所述放大管的轻掺杂源、漏区，和所述选择管的轻掺杂源、漏区；
步骤04：在所述转移管的栅极侧壁、所述复位管的栅极侧壁、所述放大管的栅极侧壁和所述选择管的栅极侧壁形成侧墙；
步骤05：在所述转移管的侧墙外侧底部的所述半导体器件衬底中形成所述转移管的轻掺杂源、漏区。
优选地，所述半导体器件衬底具有P型外延层和位于所述P型外延层中的P型阱，所述复位管的源、漏区和所述转移管的漏区位于所述P型阱中。
优选地，所述步骤03中，采用离子注入法来形成轻掺杂源、漏区。
优选地，所述图像传感器为前照式、背照式的两个、四个或八个光电二极管共用一个浮动扩散点的CMOS图像传感器。
本发明的降低图像传感器暗电流的方法，通过将转移管的侧墙形成之后再形成转移管的轻掺杂漏区，从而增加了转移管的有效沟道长度，使沟道方向的电场降低，进而抑制了热电子的产生几率，以降低图像传感器的暗电流。
附图说明
图1为完成背照式图像传感器后端的4T像素的示意图
图2为现有的CMOS图像传感器的制备方法的流程示意图
图3为本发明的一个较佳实施例的降低图像传感器暗电流的方法的流程示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
本发明中，图像传感器包括光电二极管和晶体管，所述晶体管包括转移管、复位管、放大管和选择管，转移管的轻掺杂漏区为浮动扩散点；本发明的降低图像传感器暗电流的方法，包括光电二极管的制备和晶体管的制备。晶体管制备过程中，先形成上述四个晶体管的栅极，然后，形成复位管、放大管和选择管的轻掺杂漏区；接着，在复位管、放大管、选择管和转移管的栅极侧壁上形成相应的侧墙；最后，在转移管的侧墙外侧底部的半导体器件衬底中形成转移管的轻掺杂漏区。
以下结合附图3和具体实施例对本发明的降低图像传感器暗电流的方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1，本发明的一个较佳实施例的降低图像传感器暗电流的方法，包括形成光电二极管和晶体管，光电二极管的形成可以采用常规方法，对此不再赘述。在光电二极管表面覆盖有钉扎层；本实施例的晶体管的形成方法包括以下步骤：
步骤01：提供一半导体器件衬底；
具体的，本实施例的半导体器件衬底具有P型外延层和位于P型外延层中的P型阱，复位管的源、漏区和转移管的漏区位于P型阱中。半导体器件衬底中还具有浅沟槽隔离结构。
步骤02：在半导体器件衬底上形成转移管的栅极、复位管的栅极、放大管的栅极和选择管的栅极；
具体的，栅极的形成可以采用常规的栅极电极沉积和刻蚀工艺来完成。这里不再赘述。
步骤03：在半导体器件衬底中形成复位管的轻掺杂源、漏区，放大管的轻掺杂源、漏区，和选择管的轻掺杂源、漏区；
具体的，复位管、放大管和选择管的轻掺杂源、漏区的形成可以采用离子注入法，所形成的轻掺杂源、漏区的深度由离子注入剂量、功率等来决定。所形成的轻掺杂源、漏区的宽度以栅极侧壁所在直线作为一边界区域或两个边界区域。
步骤04：在转移管的栅极侧壁、复位管的栅极侧壁、放大管的栅极侧壁和选择管的栅极侧壁形成侧墙；
具体的，侧墙的形成可以采用常规工艺，这里不再赘述。
步骤05：在转移管的侧墙外侧底部的半导体器件衬底中形成转移管的轻掺杂源、漏区。
具体的，以转移管的侧墙外壁所在直线作为边界区域来形成转移管的轻掺杂源、漏区，其中，转移管的轻掺杂漏区的另一边界区域为复位管的栅极侧壁所在直线。从而使得转移管的沟道长度得到延长。
本发明的图像传感器可以为前照式、背照式的两个、四个或八个光电二极管共用一个浮动扩散点的CMOS图像传感器。
综上所述，本发明的降低图像传感器暗电流的方法，通过将转移管的侧墙形成之后再形成转移管的轻掺杂漏区，从而增加了转移管的有效沟道长度，使沟道方向的电场降低，进而抑制了热电子的产生几率，以降低图像传感器的暗电流。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (4)
1.一种降低图像传感器暗电流的方法，所述图像传感器包括光电二极管和晶体管，所述晶体管包括转移管、复位管、放大管和选择管，所述转移管的轻掺杂漏区为浮动扩散点；所述方法包括所述光电二极管的制备和所述晶体管的制备，其特征在于，所述晶体管的制备包括：
步骤01：提供一半导体器件衬底；
步骤02：在所述半导体器件衬底上形成所述转移管的栅极、所述复位管的栅极、所述放大管的栅极和所述选择管的栅极；
步骤03：在所述半导体器件衬底中形成所述复位管的轻掺杂源、漏区，所述放大管的轻掺杂源、漏区，和所述选择管的轻掺杂源、漏区；
步骤04：在所述转移管的栅极侧壁、所述复位管的栅极侧壁、所述放大管的栅极侧壁和所述选择管的栅极侧壁形成侧墙；
步骤05：在所述转移管的侧墙外侧底部的所述半导体器件衬底中形成所述转移管的轻掺杂源、漏区；以转移管的侧墙外壁所在直线作为边界区域来形成转移管的轻掺杂源、漏区，其中，转移管的轻掺杂漏区的另一边界区域为复位管的栅极侧壁所在直线，从而使得转移管的沟道长度得到延长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体器件衬底具有P型外延层和位于所述P型外延层中的P型阱，所述复位管的源、漏区和所述转移管的漏区位于所述P型阱中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤03中，采用离子注入法来形成轻掺杂源、漏区。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像传感器为前照式或背照式的两个、四个或八个光电二极管共用一个浮动扩散点的CMOS图像传感器。
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