CMOS图像传感器的制作方法

本实用新型涉及一种cmos图像传感器。

背景技术：

图像传感器已变得无所不在。图像传感器在数码静态相机、蜂窝式电话、监控摄像机，以及医疗、汽车及其它应用中广泛使用。用以制造图像传感器的技术持续大幅进步。举例来说，对更高分辨率及更低功耗的需求已经促进这些装置的进一步微型化及集成化。目前图像传感器可分为电荷耦合式（ccd，chargecoupleddevice）图像传感器和金属氧化物半导体（cmos，complementarymetal-oxidesemiconductor）图像传感器。其中，由于cmos图像传感器集成度高，兼容性好，并且功耗低，并随着cmos制作工艺的改进，cmos图像传感器已经成为目前图像传感器的主流技术。

现有的cmos图像传感器像素单元由3t或4t结构组成，其中4t(4-transistors)由转移晶体管tg、源跟随晶体管sf、复位晶体管rst、行选通晶体管rs组成；3t(3-transistors)由转移晶体管tg、源跟随晶体管sf、复位晶体管rst组成。

请参考图1，图1为现有技术中一种3tcmos图像传感器像素单元部分区域的电路示意图，其中tg为转移晶体管、sf为源跟随晶体管，rst为复位晶体管；其工作原理简介如下：入射光注入光电二极管pd区域产生光生载流子（电子和空穴）；光生电子和空穴在pn结内建电场的作用下分离而使得光生电子聚集在光电二极管的n型区域；tg管打开将聚集在光电二极管n型区域的光生电子导入fd浮置扩散区，通过sf源跟随晶体管来感知fd浮置扩散区在tg管打开前后的电势变化来读出光电二极管中的信号。然而，3tcmos图像传感器的缺点:电荷溢出效应大（bigblooming）。

为了解决3tcmos图像传感器像素单元的问题，现有技术又提出了4tcmos图像传感器像素单元的结构。请参考图2，图2为现有技术中一种4tcmos图像传感器像素单元部分区域的电路示意图，与图1相比，图2多了一个实现行选通功能的行选通晶体管rs以及源跟随晶体管sf和行选通晶体管rs之间的源漏掺杂区a。然而，由于源跟随晶体管sf和行选通晶体管rs之间距离相对较短且由于侧墙的使用，使得源漏掺杂区的面积小导致通路电阻大。所以，虽然4tcmos图像传感器像素单元结构中，电荷溢效应较小，却因为多出了一个行选通晶体管rs，导致结构复杂，器件面积较大、速度较慢。

因此，如何避免上述现有技术中3t和4tcmos图像传感器中所存在的问题，获得良好的cmos图像传感器性能，为业内一直探讨，亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种cmos图像传感器，一方面，消除传统3tcmos图像传感器所存在的电荷溢出效应大（bigblooming），另一方面，消除传统4tcmos图像传感器所存在的器件面积大以及器件读出速度慢的问题。

基于以上考虑，本实用新型提供一种cmos图像传感器,所述cmos图像传感器包括：转移晶体管、复位晶体管和复合晶体管；

所述复合晶体管由源跟随晶体管和行选通晶体管所组成，用于实现源跟随晶体管和行选通晶体管的功能；其中，所述复合晶体管的栅极区域为两栅结构，两栅结构之间直接通过氧化层进行间隔。

优选的，所述cmos图像传感器包括：转移晶体管栅极，浮置扩散区，复位晶体管栅极，复合晶体管栅极：所述复合晶体管栅极包括源跟随晶体管栅极和行选通晶体管栅极，且所述源跟随晶体管栅极和所述行选通晶体管栅极之间直接通过氧化层进行间隔。

优选的，所述行选通晶体管栅极的栅极氧化层的厚度为：15埃至50埃。

优选的，所述源跟随晶体管栅极和所述行选通晶体管栅极的栅极硅化物的厚度相等且为1000埃至3000埃。

本实用新型的cmos图像传感器，具有以下有益技术效果：

1.通过复合晶体管来实现源跟随晶体管和行选通晶体管的功能；所述复合晶体管的栅极区域为两栅结构，两栅结构之间直接通过氧化层进行间隔，从而可以省去源跟随晶体管、行选通晶体管之间的源漏掺杂区，最终达到节省面积和提高器件速度的目的。

2.保留了行选通晶体的功能，从而可以消除传统3tcmos图像传感器所存在的电荷溢出效应大（bigblooming）的问题；

3.通过复合晶体管的使用，去除源跟随晶体管和行选通晶体管之间的源漏掺杂区，减少了器件面积，从而可以消除传统4tcmos图像传感器所存在的器件面积大以及器件读出速度慢的问题。

附图说明

通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本实用新型某些原理的具体实施方式，本实用新型所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

图1是传统技术中一种3tcmos图像传感器像素单元部分区域的电路示意图；

图2是现有技术中一种4tcmos图像传感器像素单元部分区域的电路示意图；

图3是本实用新型所提供的cmos图像传感器像素单元部分区域的电路示意图；

图4是传统工艺中4t的cmos图像传感器的局部工艺剖面结构图；

图5是与图4相对应的本实用新型所提供的cmos图像传感器的局部工艺剖面结构图；

图6是本实用新型所提供的cmos图像传感器形成方法的工艺步骤图；

图7至图13是根据本实用新型所提供的cmos图像传感器形成方法的工艺步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

本实用新型提供了一种cmos图像传感器，请参考图3至图13。图3是本实用新型所提供的cmos图像传感器的局部电路示意图；图4是传统工艺中4t的cmos图像传感器的局部工艺剖面结构图；图5是与图4相对应的本实用新型所提供的cmos图像传感器的局部工艺剖面结构图；图6是本实用新型所提供的cmos图像传感器形成方法的工艺步骤图；图7至图13是根据本实用新型所提供的cmos图像传感器形成方法的工艺步骤对应的结构示意图。

如图3所示，本实用新型的实施例中所提供的cmos图像传感器包括：转移晶体管tg、复位晶体管rst和复合晶体管；

如图中圆圈f所示意的范围中所示，所述复合晶体管由源跟随晶体管rs和行选通晶体管sf所组成，可实现源跟随晶体管sf、行选通晶体管rs的功能；其中，所述复合晶体管的栅极区域为源跟随晶体管sf、行选通晶体管rs的栅极直接通过氧化层进行间隔的两栅结构。

如图4所示（图4中用于后段互连的结构，仅仅在图中示意，但未标识和描述），现有技术中的4t的cmos图像传感器的工艺结构剖面图。所示4t的cmos图像传感器包括：转移晶体管栅极（tggate）41，浮置扩散区(fd)42，复位晶体管栅极（rstgt）43，源跟随晶体管栅极（sfgt）44和行选通晶体管栅极（rsgt）45。如图中圆圈b所示意的范围所示，所述源跟随晶体管（sf）和所述行选通晶体管（rs）是通过一个源漏掺杂区46所连接的；一方面，由于源跟随晶体管栅极（sfgt）44和行选通晶体管栅极（rsgt）45之间的距离很窄，加上侧墙的使用，最终源漏掺杂区46中的掺杂量很少，因此造成器件的电阻很大，读出速度变慢，另一方面，此源漏掺杂区46的使用也增大了器件的面积。

如图5所示（图5中用于后段互连的结构，仅仅在图中示意，但未标识和描述），本实用新型的实施例中所提供的cmos图像传感器包括：转移晶体管栅极（tggate）31，浮置扩散区（fd）32，复位晶体管栅极（rstgt）33，复合晶体管栅极；如图中圆圈c所示意的范围所示，该复合晶体管栅极包括源跟随晶体管栅极（sfgt）34和行选通晶体管栅极（rsgt）35。并且，所述源跟随晶体管栅极（sfgt）34和所述行选通晶体管栅极（rsgt）的两栅结构之间直接通过氧化层进行间隔，组成复合晶体管。相比传统的4tcmos图像传感器,本实用新型的实施例中所提供的复合晶体管，省去了源跟随晶体管和行选通晶体管之间的源漏掺杂区，拉近了源跟随晶体管和行选通晶体管之间的距离，降低了通路电阻，从而在节省面积的同时提高图像传感器性能。

所述行选通晶体管栅极的栅极氧化层的厚度为：15埃至50埃。通过行选通晶体管栅极区域使用较薄的栅极氧化层，可以进一步降低工作电压并且提高器件的读出速度。

所述源跟随晶体管栅极和所述行选通晶体管栅极的栅极硅化物的厚度相等且为1000埃至3000埃。

如图6所述的为本实施例中提供的cmos图像传感器的形成方法，具体的，在本实施例中，所述cmos图像传感器的形成方法每一步骤及对应的结构具体包括：

步骤s001：于半导体衬底上进行一系列常规工艺，该常规工艺用于形成浅沟槽隔离，逻辑器件以及像素单元的光电二极管区域（图中未示意）；

参考图7，步骤s002：形成第一氧化层、第一栅极层；

所述cmos图像传感器包括：衬底100，衬底100上包括：一隔离沟槽102，形成在所述衬底100和所述隔离沟槽102表面的第一氧化层101、第一栅极层103以及像素单元的光电二极管区域（图中未示意）。

在一个优选的实施例中，所述第一氧化层厚度为50埃至100埃。

在一个优选的实施例中，沉积所述第一栅极层的厚度为1000埃至3000埃。

参考图8，步骤s003：刻蚀第一栅极层的部分区域，暴露出第一氧化层的部分区域；

利用光刻和刻蚀工艺去除所述第一栅极层103的部分，暴露出所述第一氧化层的部分区域。所述去除第一栅极层103的区域为所述复合晶体管中行选通晶体管栅极（rsgt）所在的区域。

参考图9，步骤s004：去除暴露出的第一氧化层；

通过刻蚀工艺去除暴露出的第一氧化层103，暴露出所述复合晶体管中行选通晶体管栅极（rsgt）所在的区域的衬底100。

参考图10，步骤s005：沉积形成第二氧化层、第二栅极层；

通过沉积工艺在所述第一栅极层103和暴露出来的衬底100表面形成第二氧化层104。优选地，所述第二氧化层的厚度为：15埃至50埃。第二氧化层所在的区域为行选通晶体管区域，通过行选通晶体管栅极区域使用较薄的栅极氧化层，可以进一步降低工作电压并且提高器件的读出速度；

再通过沉积工艺在所述第二氧化层104的表面形成第二栅极层105。优选地，沉积所述第一栅极层、第二栅极层的厚度相等且均为1000埃至3000埃。

参考图11，步骤s006：去除第一栅极层顶部的第二栅极层，暴露出第一栅极层顶部的第二氧化层；

优选地，通过化学机械研磨或刻蚀去除第一栅极层顶部的第二栅极层。

继续参考图11，步骤s007：去除暴露出的第二氧化层，所述第一栅极层与第二栅极层由剩余第一栅极层侧壁的第二氧化层直接隔开；

通过刻蚀工艺去除暴露出来的第二氧化层104，从而暴露出第一栅极层103。同时暴露出的还有第二栅极层105，以及位于第一栅极层103和第二栅极层105之间的第二氧化层104。

参考图12至图13，步骤s008：刻蚀第一栅极和第二栅极分别形成实现源跟随晶体管和行选通晶体管功能的栅极区域，进而形成1.5t的复合晶体管。

如图12所示，利用光刻技术在所述第一栅极层103、第二栅极层105，及两者之间的第二氧化层104上方形成光刻胶阻挡层106，所述光刻胶阻挡层106覆盖在所述复合晶体管的栅极区域（即两栅结构）上方。

如图13所示，利用刻蚀技术，去除光刻胶阻挡层106未覆盖区域的第一栅极层103和第二栅极层105，然后去掉所述光刻胶阻挡层106，露出保留的所述第一栅极层103、第二栅极层105，及两者之间的第二氧化层104，即形成了所述复合晶体管的两栅结构，即可进而形成所述1.5t的复合晶体管；

所述复合晶体管由源跟随晶体管rs和行选通晶体管sf所组成，可实现源跟随晶体管sf、行选通晶体管rs的功能；其中，所述复合晶体管省去了源跟随晶体管和行选通晶体管之间的源漏掺杂区，而栅极区域为源跟随晶体管sf、行选通晶体管rs的栅极通过氧化层进行间隔的两栅结构。

另外，所述复合晶体管中的两栅结构是自对准形成的，具有很大的工艺窗口。

本实施例中，还提供了一种cmos图像传感器，所述cmos图像传感器包括：形成转移晶体管、复位晶体管和复合晶体管；

所述复合晶体管为源跟随晶体管和行选通晶体管所组成的晶体管，可实现源跟随晶体管、行选通晶体管的功能；其中，所述复合晶体管的栅极区域为两栅结构，两栅结构之间直接通过栅氧化层进行间隔，从而在节省面积的同时提高图像传感器性能。

本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。