专利名称：互补金属氧化物半导体图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及集成电路和集成电路的制造方法，更具体地，涉及CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器和制造CMOS图像传感器的方法。
背景技术：
与电荷耦合器件(CCD)相比，CMOS图像传感器能容易地以低成本制造，由此是最常用的摄像器件之一。同样，因为CMOS图像传感器的单位像素由MOS晶体管形成，与CCD图像传感器相比，可以在更窄的面积中实现CMOS图像传感器由此提供更高的分辨率。并且，可以在其中形成有像素的成像电路中形成信号处理逻辑电路，且成像电路和信号处理电路可以集成为单个电路。
这样的CMOS图像传感器由多个单位像素形成以实现高分辨率。每个单位像素包括感测图像的光电二极管和晶体管(例如，传输晶体管、复位晶体管和驱动晶体管(或源随器))以把光电二极管感测的信号传输到信号处理电路。MOS图像传感器可用在各种移动电子产品如便携式电话、个人数字助理(PDA)和数码相机中。由于例如PDA和便携式电话的装置在尺寸上正在减小，增加了对CMOS图像传感器更高的集成度的需要。由于为了达到CMOS图像传感器更高的集成不得不减小单位像素尺寸，所以光电二极管和构成单位像素的晶体管的面积正在逐渐地减少。
然而，如果如上所述晶体管面积减小，在输出摄取图像的屏幕上会发生闪烁噪声现象。大家都知道，闪烁噪声产生是因为当穿过晶体管的沟道区时，在衬底(硅)和栅极氧化层的界面上部分俘获的电荷。特别地，实验已经证实闪烁噪声对栅极绝缘层面积(即沟道长度)的缩小变得更加敏感，且最容易受源随器SF(即放大在浮置扩散区FD中存储的电荷以形成信号的驱动晶体管)的栅极绝缘层面积的影响。
为了解决这些问题，已经提出了增加驱动晶体管的栅极面积的方法。然而，如果驱动晶体管的栅极面积增加，填充因数会减小，其会降低CMOS图像传感器的图像质量特性。因此，需要一种在不减少填充因数的范围内增大驱动晶体管的栅极绝缘层面积的方法。
发明内容
根据本发明实施例的集成电路器件包括具有减少的闪烁噪声特性的CMOS图像传感器。这些传感器包括多个CMOS图像传感器单元(即CMOS图像传感器阵列的单位单元)。这些单元形成在衬底(例如半导体衬底)中，所述衬底在其中具有第一导电型且邻近其表面延伸的半导体有源区。多个单元的每一个包括相应的P-N结光电二极管和在半导体有源区中延伸的驱动晶体管。驱动晶体管具有设置以接收在图像摄取操作期间(即在摄取从图像接收的光子期间)中在P-N结光电二极管中产生的电荷的栅电极。该驱动晶体管具有栅电极和在栅电极下延伸的波状外形(contoured)沟道区。波状外形沟道区具有长度大于栅电极的有效沟道长度。
根据这些实施例中的某些实施例，波状外形沟道区延伸跨过有源区表面的一部分，该有源区在其中具有在栅电极对面延伸的多个峰和谷。这些峰和谷使得有源区的表面产生起伏(即沿着表面的多个起伏)。根据这些实施例的其它例子，波状外形沟道区沿着在有源区中形成的沟槽的侧壁和底部延伸，栅电极延伸到沟槽中。根据本发明的另一实施例，驱动晶体管的栅电极直接电连接到P-N结光电二极管的阴极端子，省略传输晶体管。在这个实施例中，提供具有源/漏区直接电连接到阴极端子的复位晶体管。
本发明的另一实施例包括形成CMOS图像传感器单位单元的方法。这些方法包括在第一导电型的半导体有源区的表面中形成凹槽，和为凹槽加上栅极绝缘层内衬。驱动晶体管的栅电极形成具有内衬的凹槽上。另外，P-N结光电二极管形成在有源区中。根据某些这些方法实施例，形成凹槽的步骤包括形成多个并排位于半导体有源区表面中的凹槽。这些凹槽可以足够接近以使得衬底的表面具有波纹状(即起伏的)表面轮廓。形成栅电极的步骤也可以包括在多个凹槽对面形成驱动晶体管的栅电极。在其它实施例中，形成凹槽的步骤包括形成并排地位于半导体有源区表面中的第一和第二多个凹槽。在这种情况下，形成栅电极的步骤包括在第一多个凹槽对面形成驱动晶体管的栅电极，和在第二多个凹槽对面形成复位晶体管的栅电极。
根据本发明的另一实施例，提供一种包括其中具有波状外形有源区的半导体衬底的CMOS图像传感器。在有源区的预定部分上形成以预定间距彼此分开的复位栅极、驱动栅极和选择栅极。栅极绝缘层分别地夹置在栅极和有源区之间，光电二极管形成在有源区的预定部分中，在复位栅极的一侧。在复位栅极的两侧、驱动栅极的两侧和选择栅极的两侧上设置结区。同样，在复位栅极和光电二极管之间的有源区上设置传输晶体管，在传输栅极和复位栅极之间形成浮置扩散区。
通过参考附图详细地描述本发明的示例实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加清楚，其中图1是示意性地示出根据本发明实施例的具有四个晶体管的CMOS图像传感器的单位像素的电路图；图2是示出了根据本发明实施例的图1的CMOS图像传感器的单位像素的平面图；图3是沿着图2的线III-III’所取的图1的CMOS图像传感器的截面图；图4A到4C是示出根据本发明实施例具有波状外形沟道区的驱动晶体管的CMOS图像传感器的制造方法的截面图；图5是示出根据本发明另一实施例的制造CMOS图像传感器的制造方法的截面图；图6A和6B是根据本发明另一实施例的波状外形沟道区的驱动晶体管的截面图；图7A和7B是示出根据本发明另一实施例的CMOS图像传感器的制造方法的截面图；图8是沿着图2的线VIII-VIII’所取的图1的CMOS图像传感器的驱动晶体管的截面图；图9是根据本发明的另一实施例的CMOS图像传感器的截面图；图10是根据本发明的另一实施例的CMOS图像传感器的截面图；图11是根据本发明其它实施例的具有波状外形沟道区的晶体管的CMOS图像传感器的截面图；图12是根据本发明的另一实施例的CMOS图像传感器的截面图；图13是示出根据本发明实施例的具有三个晶体管的CMOS图像传感器的单位像素的电路图；和图14是图13的CMOS图像传感器的单位像素的平面图。
具体实施例方式
现在将参考附图更加详细地描述本发明，其中示出了本发明的示例实施例。然而，本发明可以以不同的形式体现，且不应被限制为这里描述的实施例；并且，提供这些实施例以使得本说明书全面而完整，并且完全地把本发明的概念传递给本领域技术人员。本发明仅通过权利要求的范围限定。在说明书中相同的附图标记表示相同的元件。
根据本发明，在放大由光电二极管感应的电荷以把光图像转换成电荷的驱动晶体管的栅极下形成具有波状外形表面轮廓的沟道区。通过这样做，显著增加了与驱动晶体管栅极交叠的栅极绝缘层的面积，以使得当电子被俘获在栅极绝缘层和衬底的界面时，驱动晶体管栅极对输出电压的变化变得更不灵敏。因此，输出电压的变化减小以由此减小噪声如闪烁。在下文中将更详细的描述具有上述特征的CMOS晶体管图像传感器。
图1是示意性地示出根据本发明实施例的具有四个晶体管的CMOS图像传感器的单位像素的电路图。参考图1，CMOS图像传感器的单位像素100包括光电二极管140、用于传输由光电二极管140摄取的电荷的传输晶体管210、和用于存储由传输晶体管210传输的电荷的浮置扩散区(FD)145a。另外，复位晶体管220周期性地复位浮置扩散区(FD)145a。用作源随器的驱动晶体管230放大存储在浮置扩散区145a中的电荷，选择晶体管240根据单位像素选择信号SEL提供驱动晶体管230的输出信号。设计驱动晶体管230以具有波状外形沟道区135。这里，Tx表示传输栅极信号，Rx表示复位栅极信号。
图2是示出根据本发明实施例的图1的CMOS图像传感器的单位像素的平面图，图3是沿着图2的线III-III’所取的图1的CMOS图像传感器的截面图。参考图2和3，在半导体衬底110上形成的有源区115上集成如上所述的单位像素100。有源区115通过在半导体衬底110上形成器件隔离层120限定。有源区115可以分成其中形成光电二极管140的第一有源区111，和从第一有源区111的预定部分延伸和其上形成有晶体管的第二有源区112。可以形成第一有源区111以占用单位像素100的大部分面积以增加填充因数，并且可以具有矩形形状。从第一有源区111的预定部分延伸时，第二有源区112可以具有预定宽度的线图案。第二有源区112可以被弯曲以有效地设置在单位像素100的狭窄空间内。
为了分别地形成各自的晶体管210、220、230和240，晶体管210、220、230和240的栅极130a、130b、130c和130d分别设置在有源区115的预定部分上。首先，传输晶体管210的传输栅极130a设置在有源区115的第一有源区111和第二有源区112的边界上，以预定间距彼此分开的复位栅极130b、驱动栅极130c和选择栅极130d设置在有源区115的第二有源区112上。栅极绝缘层125分别夹置在有源区115和栅极130a、130b、130c和130d之间。同样，可以在栅极130a、130b、130c和130d的侧壁上形成间隙壁131。
在这种情况下，在其中形成有用作源随器的驱动栅极130c的有源区115中形成不平坦沟道135。提供给驱动栅极130c下表面的沟道135显著增加了与栅极绝缘层125交叠的驱动栅极130c的面积，由此减小了驱动晶体管230的输出电压相对于在栅极绝缘层125和半导体衬底110的界面中俘获的电子的灵敏度。即，当考虑到填充因数而减小驱动栅极130c的面积时，栅极绝缘层125的有效面积(栅极绝缘层与驱动栅极交叠的面积)也减小了。因此，如果从漏极到源极迁移的电子部分地被俘获在栅极绝缘层125和半导体衬底110的界面中，输出电压显著变化，其又产生闪烁噪声。然而，当波状外形沟道135形成在驱动栅极130c的底部上时，即使考虑填充因数把驱动栅极130c设计成足够窄，与栅极绝缘层125交叠的驱动栅极130c的面积通过沟道135也增加了。因此，即使如果漏极(即VDD触点155)提供的电子部分地俘获在栅极绝缘层125和半导体衬底110之间的界面中，栅极绝缘层125的有效面积也相对增加了。因此，电子数量(即电流变化)的变化Δn变得不那么灵敏。因此，驱动晶体管230的输出电压变化减小了。
在传输栅极130a的第一侧上的第一有源区111中形成n型杂质区140a和p型杂质区140b，由此形成光电二极管140。在n型杂质区140a的表面中形成的P型杂质区140b用于消除暗源(dark source)。
浮置扩散区145a和由n型杂质构成的结区145形成在传输栅极130a的第二侧、复位栅极140b的两侧、驱动栅极130c的两侧和选择栅极130d的两侧上。在这种情况下，形成各自的栅极130a、130b、130c和130d以共享结区145。可以利用轻掺杂漏(LDD)形成技术形成结区145。通过形成这样的结区145，形成传输晶体管210、复位晶体管220、驱动晶体管230和选择晶体管240。
VDD触点155形成在复位晶体管220(例如在复位栅极130b和驱动栅极130c之间的结区145)上，输出触点160形成在选择栅极130d的一侧上的结区145上。参考数字150代表层间绝缘层。同样，考虑到晶体管210、220、230和240的特征，可以在有源区115中形成P阱。
图4A到4C是示出根据本发明实施例的具有波状外形沟道区的驱动晶体管的CMOS图像传感器的制造方法的截面图。参考图4A，在半导体衬底110上依次沉积衬垫氧化层101和氮化硅层102。然后，蚀刻氮化硅层102以露出预隔离区和设定驱动栅极区。然后，氧化预隔离区和设定驱动栅极区以分别形成局部氧化硅(LOCOS)型隔离层120和局部氧化层121，由此限定第一有源区111和第二有源区112。可选择地，参考图5，使用LOCOS或浅沟槽隔离(STI)方法形成隔离层120，在半导体衬底110上形成衬垫氧化层101a和氮化硅层102a。随后，蚀刻氮化硅层102a以暴露设定驱动栅极区，可以局部氧化暴露的设定驱动栅极区以形成局部氧化层121。
参考图4B，选择性地除去局部氧化层121。在利用预定层(未示出)屏蔽隔离层120的情况下，通过湿法蚀刻局部氧化层121，可以选择性地除去局部氧化层121。通过这样做，在其中除去了局部氧化层121的有源区115中形成预定的锯齿状部分(即凹槽)。在有源区115中具有锯齿状部分的半导体衬底110的上表面上依次层叠栅极绝缘层125和用于栅电极(例如掺杂多晶硅层)的导电层。蚀刻掺杂多晶硅层和栅极绝缘层125的预定部分以形成传输栅极130a、复位栅极130b、驱动栅极130c和选择栅极130d。在这种情况下，驱动栅极130c设置在锯齿状(即凹槽)部分上。因此，在驱动栅极130c的底表面上提供凹槽型沟道区135以在不改变驱动栅极130c的线宽的情况下，增加驱动栅极130c和栅极绝缘层125的交叠面积。这个凹槽型沟道区这里也称为波状外形沟道区。考虑到在形成凹槽和形成栅极130a到130d之间的晶体管特性，也可以在有源区115中形成p阱(未示出)。
参考图4C，形成光致抗蚀剂图案(未示出)以暴露第一有源区111。n型杂质140a注入到第一有源区111中以形成n型杂质区140a。然后，将p型杂质注入到n型杂质区140a的表面中以形成p型杂质区140b，由此形成光电二极管140。n型杂质可以是磷(P)离子，p型杂质可以是硼(B)离子。这些杂质相对于半导体衬底110以预定锐角(或预定钝角)倾斜注入。在除去形成光电二极管140的光致抗蚀剂图案后，再一次形成光致抗蚀剂图案以暴露第二有源区112。随后，将n型杂质注入到暴露的第二有源区112中以在浮置扩散区145a和复位晶体管220之间和在驱动晶体管230和选择晶体管240之间形成结区145。当结区145是LDD型时，如本领域公知的那样，将低密度的n型杂质注入到暴露的第二有源区112中。然后，使用已知的方法在栅极130a到130d的各自侧壁上形成栅极间隙壁131，高密度n型杂质形成在暴露的第二有源区112中。然后除去敞开第二有源区112的光致抗蚀剂图案。
参考图3，在其中形成有晶体管210、220、230和240的半导体衬底110的上表面上形成层间绝缘层150。蚀刻层间绝缘层150的预定部分以暴露复位晶体管220的结区145(例如漏区)，和暴露选择晶体管240的结区145(例如源区)，由此形成接触孔。导电材料填充到接触孔中以形成VDD触点155和输出触点160。
根据本发明实施例，在驱动栅极130c的底部中形成单个凹槽，但是如图6A和6B中所示，可以通过在设定驱动栅极区上形成多个局部氧化层121a，提供具有多个并排凹槽的波状外形沟道区137。图6A和6B是根据本发明另一实施例的波状外形沟道区的驱动晶体管的截面图。同样，为了有效地形成多个局部氧化层121a，在进行局部氧化之前，可以将氧离子注入到暴露的沟道区中。并且，使用其中采用惰性离子(例如Ar离子或N2离子)注入到沟道区的工艺而在衬底表面上提供希望的形貌，可以得到具有多个凹槽的波状外形沟道区137，该工艺不会妨碍沟道形成，且将所得的结构退火。
在本发明中驱动晶体管130的波状外形沟道区135具有凹槽，但是波状外形沟道区136可以具有如图7A和7B中所示的凸起。图7A和7B是示出根据本发明另一实施例的CMOS影像感测器的制造方法的截面图。参考图7A，使用已知的STI方法在半导体衬底110的预定部分中形成隔离层120a。然后，在与设定驱动栅极区对应的半导体衬底110上表面上形成掩膜图案122。掩膜图案122可以由分别对硅和氧化硅敏感的材料(例如光致抗蚀剂)形成。使用掩膜图案122作为掩膜，蚀刻半导体衬底110(即有源区115和隔离层120a)到预定厚度，由此在设定驱动栅极区域上形成凸出部分110a。
参考图7B，如前述实施例所述，形成传输栅极130a、复位栅极130b、驱动栅极130c和选择栅极130d，其包括栅极绝缘层125。在这种情况下，形成驱动栅极130c以包括凸起110a，以使得在驱动栅极130c的下部分上形成垂直波状外形沟道区136。通过这样做，即使考虑到填充因数，把驱动栅极130c设计为具有与在同一平面的其它栅极130a、130b和130d相同的平面面积，也显著增加了与栅极绝缘层125交叠的面积。因此，减小了驱动晶体管230的输出电压的变化，且可以防止闪烁。随后，如前述实施例一样，可以形成光电二极管140、浮置扩散区145a、结区145和触点155和160。
并且，为了增加与驱动栅极130c和栅极绝缘层125的交叠面积，如图8中所示，可以在驱动栅极130c的沟道宽度(w)方向上形成波状外形沟道135。
图9是根据本发明的另一实施例的具有在至少一个有源区中形成的凹槽状沟道的CMOS图像传感器的截面图。参考图9，可以在其中形成有传输栅极130a、复位栅极130b、驱动栅极130c和选择栅极130d(例如在分别的四个栅极中)的有源区115的至少一个区中形成具有凹槽状的沟道135。在栅极130a、130b、130c、130d的每一个的下部中形成凹槽沟道135与通过在所有设定栅极区上形成局部氧化层而在驱动栅极130c的下部中形成凹槽135类似。如果凹槽135形成在构成单位像素的栅极130a、130b、130c和130d的每一个的下部中，即使考虑到填充因数减小传输晶体管、复位晶体管和选择晶体管的尺寸，凹槽135也会补偿沟道长度，由此降低短沟道效应。在另一方面，如上所述在驱动晶体管130的情况下，交叠驱动栅极130c的栅极绝缘层125的面积增加了以减小闪烁噪声和短沟道效应。
如图10所示，代替凹槽135(即凹槽沟道区)，也可以在其中形成有栅极130a、130b、130c和130d的有源区115上形成凸起136(即凸起沟道区)。图10是根据本发明的另一实施例在至少一个有源区上形成的具有“凸出型”波状外形沟道区的CMOS图像传感器的截面图。如上所述，通过将除了设定栅极区和器件隔离层121之外的有源区115蚀刻到预定深度，提供凸出型沟道区136。
图11是根据本发明的另一实施例在至少一个有源区115中形成的具有波状外形沟道区137的CMOS图像传感器的截面图。参考图11，波状外形沟道区137可以形成在各自的栅极130a、130b、130c和130d的下部中。如上所述，通过在设定栅极区上形成多个局部氧化层和除去多个局部氧化层，可以得到区137。通过在设定栅极区中注入不影响沟道形成的惰性离子，并然后退火所得的结构，可以得到波状外形沟道区137。
图12是根据本发明另一实施例的具有在有源区115的整个表面上形成的波状外形沟道138的CMOS图像传感器的截面图。如果波形沟道138形成在有源区115的整个表面上，沟道138形成在栅极130a到130d的下部分中，和形成在构成了单位像素的光电二极管140、浮置扩散区145a和结区145的各自表面上。可以通过在有源区115的整个表面上选择性地形成局部氧化层(未示出)和除去局部氧化层，而得到在有源区115的整个表面上形成的波形沟道138。同样，可以得到整个沟道138，从而将不影响沟道形成的惰性离子离子注入到有源区115的整个表面上和进行退火以产生形貌。否则，在有源区115的表面上进行预定工艺，和沉积半球状颗粒材料，由此得到整个波形沟道138。在这种情况下，在沉积半球状颗粒材料之前，可以是有源区115的表面处理工艺(例如多晶硅处理)。通过在有源区115的整个表面上形成波形沟道138，减小了晶体管(即传输晶体管、复位晶体管和选择晶体管)的短沟道现象，且降低了驱动晶体管的闪烁噪声。并且，当形成触点155和160时(见图3)，增加了接触面积以由此减小了接触电阻。
图13是根据本发明的另一实施例的CMOS图像传感器的单位像素100a的电路图。参考图13，在不包括传输晶体管210的情况下，CMOS图像传感器的单位像素100a可以具有三个晶体管(即复位晶体管220、驱动晶体管230和选择晶体管240)。单位像素100a也具有光电二极管140。所示的驱动晶体管230具有波状外形沟道区。这个驱动晶体管230放大由光电二极管140摄取的电荷。在这种情况下，由光电二极管140摄取的电荷不通过传输晶体管传输，而直接通过复位晶体管220控制和通过驱动晶体管230放大。
与具有四个晶体管的图1的CMOS图像传感器的单位像素100相似，图13的具有三晶体管的CMOS图像传感器的单位像素100a形成在有源区115上，有源区115包括形成光电二极管140的第一有源区111和形成晶体管的第二有源区112，如图14所示。图14是图12的CMOS图像传感器的单位像素100a的平面图。在第一有源区111注入n型和p型杂质以形成光电二极管140。彼此以预定间隔分开的复位栅极130b、驱动栅极130c和选择栅极130d设置在光电二极管140的一侧的第二有源区112上。这里，波状外形沟道区135形成在其中将形成驱动栅极130c的有源区112中。并且，区135可以形成在复位栅极130b、驱动栅极130c和选择栅极130d的至少一个沟道区中，或与前述实施例相似，可以形成在有源区115的整个表面上。当制造沟道区135时，可以采用所有的上述实施例。通过注入杂质(例如n型杂质)到前述实施例的栅极130b、130c、和130d的两侧的第二有源区112，形成结区145，由此完成单位像素100a。
因此，如上所述参考图1-3，本发明的实施例包括在具有邻近衬底表面延伸的第一导电型的有源区110的半导体衬底中形成的CMOS图像传感器。CMOS图像传感器的单位单元包括P-N结光电二极管140和在有源区110中的驱动晶体管230。驱动晶体管230具有设置以接收在图像摄取操作期间在P-N结光电二极管140中产生的电荷的栅电极130c。栅电极130c在波状外形沟道区135的对面延伸，其具有长度比栅电极130c的更大的有效沟道长度。在图3中示出了由采用栅极绝缘层衬垫的凹槽(即沟槽)限定的波状外形沟道区135。在图6B和11中，波状外形沟道区137包括多个在栅电极130c对面延伸的具有起伏的峰和谷表面轮廓的并排凹槽。在图7B和10中，波状外形沟道区136被示出为垂直凸起。
虽然参考其示范性实施例具体示出和描述了本发明，但是应当理解在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以在形式和细节上进行多种改变。
本申请要求于2005年8月9日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请No.10-2005-0072997的优先权，这里引入其全部内容作为参考。
权利要求
1.一种集成电路器件，包括在其中具有第一导电型且邻近表面延伸的半导体有源区的衬底；和在所述有源区中具有P-N结光电二极管和驱动晶体管的互补金属氧化物半导体图像传感器的单位单元，所述驱动晶体管具有设置以接收在图像摄取操作期间在所述P-N结光电二极管中产生的电荷的栅电极，所述栅电极在具有有效沟道长度比所述栅电极的长度更长的波状外形沟道区对面延伸。
2.如权利要求1的器件，其中所述波状外形沟道区延伸跨过所述有源区表面的一部分，其在其中具有在所述栅电极对面延伸的多个峰和谷。
3.如权利要求1的器件，其中所述波状外形沟道区沿所述有源区中的凹槽的侧壁和底部延伸；和其中所述栅电极延伸到所述凹槽中。
4.如权利要求3的器件，还包括在所述栅电极和所述凹槽侧壁之间延伸的栅极绝缘层；和其中所述栅电极延伸到所述凹槽中。
5.如权利要求1的器件，其中所述驱动晶体管的栅电极直接电连接到P-N结光电二极管的阴极端子。
6.如权利要求5的器件，还包括具有直接电连接到阴极端子的源/漏区的复位晶体管。
7.如权利要求5的器件，还包括具有在具有波形表面轮廓的所述有源区部分的对面延伸的栅电极的复位晶体管。
8.如权利要求7的器件，其中所述波形表面轮廓在其中具有多个峰和谷。
9.如权利要求1的器件，还包括具有在波形表面轮廓的所述有源区部分的对面延伸的栅电极的复位晶体管。
10.一种集成电路器件，包括在其中具有第一导电型且邻近其表面延伸的半导体有源区的衬底；和在有源区中具有P-N结光电二极管和驱动晶体管的互补金属氧化物半导体图像传感器的单位单元，所述驱动晶体管具有电连接到所述P-N结光电二极管的阴极端子的栅电极，所述栅电极在具有在所述栅电极对面延伸的多个起伏的波状外形沟道区对面延伸。
11.如权利要求10的器件，其中所述驱动晶体管包括在所述栅电极和所述波状外形沟道区之间延伸的栅极绝缘层。
12.如权利要求10的器件，其中所述单位单元还包括具有直接电连接到所述阴极端子的源/漏区的复位晶体管。
13.一种形成互补金属氧化物半导体图像传感器单元的方法，包括的步骤为在第一导电型的半导体有源区的表面中形成凹槽；利用栅极绝缘层为凹槽形成衬垫；在所述具有衬垫的凹槽上形成驱动晶体管的栅电极；和在所述有源区中形成P-N结光电二极管。
14.如权利要求13的方法，其中所述形成凹槽的步骤包括形成并排位于半导体有源区的表面中的多个凹槽，以使得半导体有源区的表面具有起伏的表面轮廓；和其中所述形成栅电极的步骤包括在多个凹槽对面形成驱动晶体管的栅电极。
15.如权利要求13的方法，其中形成凹槽的步骤包括形成并排位于半导体有源区的表面中的第一和第二多个凹槽；和其中所述形成栅电极的步骤包括在第一多个凹槽对面形成驱动晶体管的栅电极和在第二多个凹槽的对面形成复位晶体管的栅电极。
16.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，包括包括在其预定部分中具有弯曲部分的限定有源区的半导体衬底；在所述有源区预定部分上形成的彼此以预定间隔分开的复位栅极、驱动栅极和选择栅极；分别地夹置在所述栅极和所述有源区之间的栅极绝缘层；在所述复位栅极的一侧上的所述有源区的预定部分中形成光电二极管；和在复位晶体管的两侧、驱动栅极的两侧和选择栅极的两侧上设置结区，其中所述驱动栅极设置在所述弯曲部分的上部分上。
17.如权利要求16所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述弯曲部分具有锯齿形状。
18.如权利要求16所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述弯曲部分包括多个锯齿状部分。
19.如权利要求16所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述弯曲部分具有凸起形状。
20.如权利要求16所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中复位栅极和选择栅极的至少一个形成在所述弯曲部分的上部分上。
21.如权利要求16所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括在所述复位栅极和所述光电二极管之间的有源区上设置的传输栅极；和在所述传输栅极和所述复位栅极之间形成的浮置扩散区。
22.如权利要求21所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述传输栅极、所述复位栅极和所述选择栅极的至少一个形成在所述弯曲部分的上部分上。
23.如权利要求16所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述有源区的整个表面是不平坦的。
24.如权利要求16所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述有源区包括其中形成所述光电二极管的第一有源区，和从所述第一有源区的预定部分延伸和其上具有所述复位栅极、所述驱动栅极和所述选择栅极的第二有源区。
25.如权利要求24所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括在所述第一有源区和所述第二有源区的边界部分上设置的传输晶体管。
26.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，包括包括在其至少一部分中具有弯曲部分的限定有源区的半导体衬底；在所述有源区预定部分上形成彼此由预定间隔分开的复位栅极、驱动栅极和选择栅极；分别地夹置在所述栅极和所述有源区之间的栅极绝缘层；在所述复位栅极的一侧上的所述有源区的预定部分中形成的光电二极管；和在所述复位栅极的两侧、所述驱动栅极的两侧和所述选择栅极的两侧上设置的结区，其中所述驱动栅极、所述传输栅极、所述复位栅极和所述选择栅极的至少其中一个设置在所述弯曲部分的上部分上。
27.如权利要求26所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述弯曲部分具有锯齿形状。
28.如权利要求26所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述弯曲部分包括多个锯齿状部分。
29.如权利要求26所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述弯曲部分具有凸起形状。
30.如权利要求26所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括在所述复位栅极和所述光电二极管之间的有源区上设置的传输栅极；和在所述传输栅极和所述复位栅极之间形成的浮置扩散区。
31.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，包括包括具有不平坦表面的限定有源区的半导体衬底；在所述有源区预定部分上形成的彼此由预定间隔分开的复位栅极、驱动栅极和选择栅极；分别地夹置在所述栅极和所述有源区之间的栅极绝缘层；在所述复位栅极的一侧上的有源区的预定部分中形成光电二极管；和在所述复位栅极的两侧、所述驱动栅极的两侧和所述选择栅极的两侧上设置的结区。
32.如权利要求31所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括设置在所述复位栅极和所述光电二极管之间的有源区上的传输栅极；和在所述传输栅极和所述复位栅极之间形成的浮置扩散区。
33.一种制造互补金属氧化物半导体图像传感器的方法，包括在半导体衬底上形成器件隔离层以限定有源区；在所述有源区的预定部分上形成弯曲部分；在所述有源区的部分上形成复位栅极、驱动栅极和选择栅极；在所述复位栅极的一侧上的有源区的另一预定部分上形成光电二极管；和通过在所述复位栅极、所述驱动栅极两侧和所述选择栅极两侧上注入杂质，形成结区，其中所述驱动栅极形成在所述弯曲部分的上部分上。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述形成弯曲部分包括在所述有源区上形成氮化硅层以暴露设定驱动栅极区；氧化所述暴露的设定驱动栅极区以形成局部氧化层；和选择性地除去所述局部氧化层。
35.如权利要求34所述的方法，其中当形成所述氮化硅层时，所述氮化硅层被形成以部分地暴露所述设定驱动栅极区的一部分。
36.如权利要求33所述的方法，其中通过蚀刻除了所述设定驱动栅极区和所述器件隔离层之外的所述有源区形成凸出部分，从而形成所述弯曲部分。
37.如权利要求33所述的方法，其中所述形成弯曲部分包括将惰性离子注入到所述有源区的预定部分中；和退火所得的结构。
38.如权利要求33所述的方法，其中当形成所述弯曲部分时，弯曲部分进一步在所述预设复位栅极区和所述设定选择栅极区的至少一个中形成。
39.如权利要求33所述的方法，其中所述弯曲部分形成在所述有源区的整个表面上。
40.如权利要求33所述的方法，其中在所述有源区的整个表面上形成弯曲部分包括将惰性离子注入到所述有源区的整个表面中；和激活所述惰性离子。
41.如权利要求39所述的方法，其中形成在所述有源区的整个表面上形成弯曲部分包括预处理所述有源区的整个表面；和在所述有源区的整个表面上沉积半球状颗粒材料。
42.如权利要求33所述的方法，还包括与形成所述复位栅极、所述驱动栅极和所述选择栅极同时，在所述复位栅极和所述光电二极管之间形成传输栅极。
全文摘要
本发明公开了一种CMOS图像传感器及其制造方法。所述CMOS图像传感器单元包括在其上具有表面的第一导电型的半导体有源区和在有源区中的P－N结光电二极管。驱动晶体管也提供在半导体有源区中。驱动晶体管具有设置以接收在图像摄取操作期间(即在摄取来自图像的光子期间)在P－N结光电二极管中产生的电荷。驱动晶体管具有栅电极和在栅电极下延伸的波状外形沟道区。波状外形沟道区具有比栅电极的长度更长的有效沟道长度。
文档编号H01L21/822GK1913167SQ20061015133
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月9日 优先权日2005年8月9日
发明者郑宗完, 李德炯 申请人:三星电子株式会社