专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电路设计领域，具体涉及一种图像传感器以及制造该图像传感器的方法。
背景技术：
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD (Charge Coupled Device,电荷耦合元件)和 CMOS (Compl ementaryMetal-Oxidekmiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。在图像传感器中，采用传输管(transfer transistor)来传输光电二极管中的光生电子。如图1，光电二极管1与传输管2相连，在浮置扩散区3注入大剂量的N型离子(如磷，砷)，和P阱形成结电容。浮置扩散区3与源跟随晶体管5的栅极相连，其起到了电荷-电压转换作用。如图1所示，图像传感器包括光电二极管1、传输管2、重置晶体管4、源跟随晶体管5、输出晶体管6 (选择器件)、以及负载RL。光电二极管1连接至传输管2 ；传输管2的浮置扩散区3与源跟随晶体管5的栅极相连；重置晶体管4与源跟随晶体管5相连；并且源跟随晶体管5连接至输出晶体管6以及负载7。对于P阱与浮置扩散区3之间的PN结的电容，电容随电压变化很大；而且，输出电压的线性区范围很小，限制了传感器在高动态领域的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够增大输出电压的线性区范围，提高图像传感器动态范围的方法。根据本发明的第一方面，提供了一种图像传感器，其包括光感元件、传输管、重置晶体管以及源跟随晶体管；其中，在所述传输管和所述重置晶体管之间的浮置扩散区层上布置了一个多晶硅层以形成MOS电容，所述MOS电容与浮置扩散区PN结电容并联。优选地，所述浮置扩散区多晶硅层中间开孔，并且金属接触填充了所述孔。优选地，所述光感元件是光电二极管。优选地，所述图像传感器是CMOS图像传感器。根据本发明的第二方面，提供了一种图像传感器制造方法，其包括在衬底上涂覆光致抗蚀剂；利用光致抗蚀剂执行离子注入以形成浮置扩散区层；去除光致抗蚀剂；在硅片表面提供多晶硅层；以及使多晶硅层形成图案，从而形成浮置扩散区多晶硅层。所述图像传感器制造方法还可包括形成栅极侧墙，以及通过离子注入形成晶体管沟道区域。所述图像传感器制造方法还可包括形成层间介质，并且形成接触孔并用导电材料填充接触孔。根据本发明，在增加MOS电容的情况下，浮置扩散区总电容的电压系数降低，即，总电容随电压变化的波动变小，使输出端电压的线性区范围变大，有利于提高图像传感器的动态范围。并且，对于同样的电容大小，具有MOS电容的图像传感器相对于现有技术具有更小的尺寸。
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图1示出了根据现有技术的图像传感器的电路结构。图2示出了根据本发明实施例的图像传感器。图3示出了根据本发明实施例的图像传感器的部分截面图。图4示出了根据本发明实施例的图像传感器的部分等效电路图。图5示出了根据本发明实施例的图像传感器的输出电压与光生电子的关系曲线图。图6至图10示出了根据本发明实施例的图像传感器制造方法的示意图。需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施例方式为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。图2示出了根据本发明实施例的图像传感器。可以看出，该结构的连接关系实际上与图1所示的电路结构的一个电路分支相对应。如图2所示，光电二极管1、传输管2、重置晶体管4、源跟随晶体管5以及可选的输出晶体管6 (选择器件)依次连接。需要说明的是，光电二极管1是光感元件的一个具体示例，在其它应用中，可以采用其它合适的光感元件。与图1所示的结构不同的是，图2所示的图像传感器在传输管2和重置晶体管4之间的浮置扩散区层3上附加地布置了一个多晶硅层(8)以形成MOS电容，该MOS电容与浮置扩散区PN结电容并联。由于浮置扩散区衬底的N型离子掺杂浓度很高(如背景技术所述，在制作图像传感器，会在浮置扩散区FD注入大剂量的N型离子)，因此MOS电容电压系数非常小，即MOS电容随电压变化波动非常小。与传统浮置扩散区PN结电容比较，它的电容-电压曲线近似于一条水平直线。可进一步布置用于浮置扩散区多晶硅层8下方的有源区的连接的源区接触CTACT以及用于浮置扩散区多晶硅层8的连接的多晶硅接触CTP0LY。图3示出了根据本发明实施例的图像传感器的部分截面图。图3所示的截面图是沿着图2所示的线A-A截取的结构图。如图3所示，可在浮置扩散区多晶硅层8中间开孔，并且金属接触9填充了该孔，从而金属接触9可连接至浮置扩散区多晶硅层8下方的有源区。可在浮置扩散区多晶硅层8之间通过金属接触9而连接至光电二极管1的阳极11。图4示出了浮置扩散区多晶硅层8引入的电容的等效电路图。如图4所示，可在浮置扩散区多晶硅层8之间通过金属接触9而连接至光电二极管1的阳极11。图5示出了根据本发明实施例的图像传感器以及根据现有技术的图像传感器的输出电压Vout与光生电子Q的关系曲线图。其中，曲线Cl表示根据现有技术的图像传感器的输出电压与光生电子的关系曲线；曲线C2表示在仅仅增加MOS电容的情况下关系曲线。如图5所示，在仅仅增加MOS电容的情况下，浮置扩散区3总电容随电压变化波动减小，输出电压Vout的线性区范围变大，有利于提高像传感器的动态范围。并且，对于同样的电容大小，具有MOS电容的图像传感器相对于现有技术具有更小的尺寸。在一个具体示例中，例如，上述图像传感器是一个CMOS图像传感器。下面将详细描述根据本发明实施例的图像传感器制造方法。图6至图10示出了根据本发明实施例的图像传感器制造方法的示意图。如图6所示，首先在衬底12上涂覆光致抗蚀剂13，并利用光致抗蚀剂13执行离子注入以形成浮置扩散区层3。之后去掉光致抗蚀剂13。如图7所示，随后，在硅片表面提供栅氧14和多晶硅层8。如图8所示，随后，使多晶硅层8以及14形成图案，从而形成浮置扩散区多晶硅层8以及传输管2和重置晶体管4的栅极多晶硅层。如图9所示，随后，形成栅极侧墙，以及通过离子注入形成晶体管沟道区域。如图10所示，最后，形成层间介质10，并且形成接触孔并用导电材料填充接触孔，由此形成例如如图10所示的用于浮置扩散区多晶硅层8下方的有源区的连接的源区接触9CTACT以及用于浮置扩散区多晶硅层8的连接的多晶硅接触9CTP0LY。可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种图像传感器，其特征在于包括光感元件、传输管、重置晶体管以及源跟随晶体管；其中，在所述传输管和所述重置晶体管之间的浮置扩散区层上布置了一个多晶硅层以形成MOS电容，所述MOS电容与浮置扩散区PN结电容并联。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述浮置扩散区多晶硅层中间开孔，并且金属接触填充了所述孔。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述光感元件是光电二极管。
4.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器是CMOS图像传感器。
5.一种图像传感器制造方法，其特征在于包括在衬底上涂覆光致抗蚀剂；利用光致抗蚀剂执行离子注入以形成浮置扩散区层；去除光致抗蚀剂；在硅片表面提供多晶硅层；以及使多晶硅层形成图案，从而形成浮置扩散区多晶硅层。
6.根据权利要求5所述的图像传感器制造方法，其特征在于还包括形成栅极侧墙，以及通过离子注入形成晶体管沟道区域。
7.根据权利要求6所述的图像传感器制造方法，其特征在于还包括形成层间介质，并且形成接触孔并用导电材料填充接触孔。
全文摘要
本发明提供了一种图像传感器及其制造方法。根据本发明的图像传感器包括光感元件、传输管、重置晶体管以及源跟随晶体管；其中，在所述传输管和所述重置晶体管之间的浮置扩散区层上布置了一个多晶硅层以形成MOS电容，所述MOS电容与浮置扩散区PN结电容并联。根据本发明，在增加MOS电容的情况下，浮置扩散区总电容的电压系数降低，即，总电容随电压变化的波动变小，使输出端电压的线性区范围变大，有利于提高图像传感器的动态范围。并且，对于同样的电容大小，具有MOS电容的图像传感器相对于现有技术具有更小的尺寸。
文档编号H04N5/374GK102569322SQ20121003043
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者吴小利, 张克云, 饶金华 申请人:上海宏力半导体制造有限公司