本发明涉及半导体,特别涉及一种半导体结构及其制作方法。
背景技术:
1、图像传感器通常用于将光学信号转换为电信号,是组成数字摄像头的重要组成部分,根据器件的不同,可分为电荷耦合器件型(charge coupled device,简称ccd)和cmos图像传感器型(cmos image sensor,简称cis)两大类。通常cmos图像传感器的一个有源像素单元包含位于外延层中的光电二极管(photo diode,pd)和若干晶体管,以4t结构cmos图像传感器为例,四个晶体管具体包括转移管(transfer ,tx)、源极跟随管(source follow,sf)、复位管(reset,rst) 和行选择管(row select,rs)。
2、目前,图像传感器内的每一像素单元中的多个晶体管之间均是采用导电插塞和金属线进行像素内部的连接,而采用导电插塞和金属线进行像素内部连接的方案会造成像素单元的寄生电容太大,进而影响转换增益和像素的噪声,以及增大像素单元的rc延迟,进而降低像素单元的读取速度及帧率的问题。
3、现阶段采用的方法主要是减小金属线宽度以及尽量在高层进行金属走线来减少寄生效应,但是对于可用金属层较少的像素阵列,其效果很有限,且还不利于像素单元的微缩。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种半导体结构及其制作方法,以通过基底与栅极层部分子部直接相连的方式,实现无需导电插塞和金属线便可将像素单元中浮动扩散点、源极跟随晶体管的栅极及复位晶体管的源极进行电性连接,降低了浮动扩散点的寄生电容、增大了转换增益、进而减低了噪声。
2、第一方面,为了解决上述技术问题,本发明提供了一种半导体结构的制作方法,至少可包括如下步骤:
3、提供一基底,所述基底包括转移晶体管区、源极跟随晶体管区及复位晶体管区,所述基底上形成有栅极氧化层。
4、于所述栅极氧化层内形成第一接触窗口和第二接触窗口,所述第一接触窗口露出所述转移晶体管区与所述源极跟随晶体管区之间的相连部分区域的基底表面,所述第二接触窗口露出所述源极跟随晶体管区与所述复位晶体管区之间的相连部分区域的基底表面。
5、于所述栅极氧化层上形成栅极层,所述栅极层包括第一栅极子部,所述第一栅极子部填满所述第一接触窗口和第二接触窗口,并沿横向延伸覆盖在所述第一接触窗口和第二接触窗口之间的栅极氧化层上,以将像素单元中的浮动扩散点、源极跟随晶体管的栅极及复位晶体管的源极互连。
6、在其中一些可选的示例中,所述栅极层还可以包括:第二栅极子部和第三栅极子部,所述第二栅极子部覆盖在位于所述转移晶体管区内的所述栅极氧化层上,所述第三栅极子部覆盖在位于所述复位晶体管区内的所述栅极氧化层上。
7、在其中一些可选的示例中,所述栅极层可以为掺杂后的多晶硅栅极层或掺杂后的金属栅极层,且所述栅极层所掺杂的离子可以包括磷离子。
8、在其中一些可选的示例中,在形成所述第一接触窗口之后,且在形成所述栅极层之前,本发明所提供的半导体结构的制作方法还可以包括:
9、沿着所述第一接触窗口,对所述第一接触窗口所露出的基底表面执行离子注入工艺,以形成所述浮动扩散点。
10、以及沿着所述第二接触窗口,对所述第二接触窗口所露出的基底表面执行离子注入工艺,以形成所述复位晶体管的源极。
11、在其中一些可选的示例中,于所述栅极氧化层上形成栅极层之后,本发明所提供的半导体结构的制作方法还可以包括:
12、对位于所述第二栅极子部和所述第一栅极子部之间的基底执行离子注入工艺,以形成所述浮动扩散点。
13、以及对位于所述第一栅极子部和所述第三栅极子部之间的基底执行离子注入工艺,以形成所述复位晶体管的源极。
14、在其中一些可选的示例中,于所述栅极氧化层上形成栅极层之后,本发明所提供的半导体结构的制作方法还可以包括:
15、对位于所述第二栅极子部和所述第一栅极子部之间的基底执行离子注入工艺,以在所述基底内形成轻掺杂漏区。
16、在其中一些可选的示例中,形成所述栅极层之后,本发明所提供的半导体结构的制作方法还可以包括:
17、于所述栅极层上形成将其掩埋在内的层间介质层。
18、于所述层间介质层内形成多个导电插塞。
19、以及于所述导电插塞上形成金属层。
20、其中,所述导电插塞包括第一插塞子部、第二插塞子部及第三插塞子部,所述金属层包括第一金属子线、第二金属子线和第三金属子线,所述第一插塞子部位于所述第二栅极子部上,所述第二插塞子部位于所述第三栅极子部上,所述第三插塞子部位于所述第三栅极子部的远离所述源极跟随晶体管区的一侧且与所述基底直接接触,所述第一金属子线位于所述第一插塞子部上,所述第二金属子线位于所述第二插塞子部上,所述第三金属子线位于所述第三插塞子部上。
21、在其中一些可选的示例中,所述像素单元为4t、5t、6t、7t或8t像素结构。
22、第二方面,基于相同的发明构思,本发明实施例中还提供了一种半导体结构,具体可包括:
23、基底,所述基底包括转移晶体管区、源极跟随晶体管区及复位晶体管区。
24、栅极氧化层,位于所述基底上,且所述栅极氧化层包括:
25、第一接触窗口,位于所述转移晶体管区与所述源极跟随晶体管区之间相连的部分区域内,且露出该部分区域的基底表面。
26、第二接触窗口,位于所述源极跟随晶体管区与所述复位晶体管区之间相连的部分区域内,且露出该部分区域的基底表面。
27、栅极层,位于所述栅极氧化层上,且所述栅极层包括:
28、第一栅极子部,位于所述源极跟随晶体管区内的所述栅极氧化层上,且填满所述第一接触窗口和第二接触窗口,并沿横向延伸覆盖在所述第一接触窗口和第二接触窗口之间的栅极氧化层上。
29、第二栅极子部,覆盖在位于所述转移晶体管区内的所述栅极氧化层上。
30、第三栅极子部,覆盖在位于所述复位晶体管区内的所述栅极氧化层上。
31、在其中一些可选的示例中,本发明所提供的半导体结构还可以包括:
32、层间介质层,位于所述栅极层上,并将所述栅极层掩埋在内。
33、多个导电插塞,包括第一插塞子部、第二插塞子部及第三插塞子部,且所述第一插塞子部位于所述第二栅极子部上方的所述层间介质层内,所述第二插塞子部位于所述第三栅极子部上方的所述层间介质层内,所述第三插塞子部位于所述第三栅极子部的远离所述源极跟随晶体管区一侧的所述层间介质层内且与所述基底直接接触。
34、金属层,包括第一金属子线、第二金属子线和第三金属子线,且所述第一金属子线位于所述第一插塞子部上,所述第二金属子线位于所述第二插塞子部上,所述第三金属子线位于所述第三插塞子部上。
35、在其中一些可选的示例中,所述半导体结构包括图像传感器的像素单元。
36、第三方面,基于相同的发明构思,本发明实施例中还提供了一种图像传感器,其至少包括如上所述的半导体结构。
37、与现有技术相比,本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一:
38、本发明提供了一种半导体结构的制作方法,具体包括:提供一基底,所述基底包括转移晶体管区、源极跟随晶体管区及复位晶体管区,所述基底上形成有栅极氧化层,于所述栅极氧化层内形成第一接触窗口和第二接触窗口,所述第一接触窗口露出所述转移晶体管区与所述源极跟随晶体管区之间的相连部分区域的基底表面,所述第二接触窗口露出所述源极跟随晶体管区与所述复位晶体管区之间的相连部分区域的基底表面,于所述栅极氧化层上形成栅极层,所述栅极层包括第一栅极子部,所述第一栅极子部填满所述第一接触窗口和第二接触窗口,并沿横向延伸覆盖在所述第一接触窗口和第二接触窗口之间的栅极氧化层上,以将像素单元中的浮动扩散点、源极跟随晶体管的栅极及复位晶体管的源极互连。
39、本发明中,其在形成栅极层之前,先在栅极氧化层内开设出露出浮动扩散点所对应基底区域表面的第一接触窗口,以及,露出复位晶体管的源极所对应基底区域表面的第二接触窗口,然后再利用沉积、光刻、刻蚀等工艺,将形成的作为源极跟随晶体管栅极的第一栅极子部横向左右延伸,以通过基底与栅极层的部分子部直接相连的方式,实现无需导电插塞和金属线便可将像素单元中浮动扩散点、源极跟随晶体管的栅极及复位晶体管的源极进行电性连接,降低了浮动扩散点的寄生电容、增大了转换增益、进而减低了像素噪声的目的。
40、并且,由于本发明仅利用第一栅极子部就可实现如上三个部分的电性连接,因此其无需设置专门用于连接浮动扩散点、源极跟随晶体管的栅极及复位晶体管的源极的导电插塞和金属线的特性,简化了像素单元中部分部件的局部连接,进而实现了像素单元的紧凑设计,即便于缩小像素单元在基底上的占用面积,亦即为提供更复杂的其他连接以及实现更复杂的功能保留了更多空间。