專利名稱：提高生產(chǎn)效率及靈敏度的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，尤其指可提高生產(chǎn)效率及靈敏度的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的圖像傳感器用CCD型或CMOS型半導(dǎo)體制作，根據(jù)附圖加以說(shuō)明。
圖1為公知的CCD型圖像傳感器的單位像素?cái)嗝娼Y(jié)構(gòu)圖。上述CCD型圖像傳感器的單位像素，由以下部分構(gòu)成。氧化膜4在半導(dǎo)體基板的上部形成；光電二極管N區(qū)2在半導(dǎo)體基板7內(nèi)以一定深度形成；光電二極管表面P區(qū)5位于上述光電二極管N區(qū)2上，具有界面；游離擴(kuò)散區(qū)3一定間隙內(nèi)被隔離，具有界面，位于半導(dǎo)體基板內(nèi)；控制電極1位于該游離擴(kuò)散區(qū)3上部的基板上；還包括上述光電二極管N區(qū)2、光電二極管表面P區(qū)5和P型陷阱區(qū)6亦為游離擴(kuò)散區(qū)3。
CCD型圖像傳感器將入射的光在上述光電二極管N區(qū)2內(nèi)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，生成信號(hào)電荷；經(jīng)上述光電二極管表面P區(qū)5，將P型陷阱區(qū)6水平橫穿，轉(zhuǎn)換成在游離擴(kuò)散區(qū)3被放大的后電壓信號(hào)，輸出。
通常，控制電極1具有在下述游離擴(kuò)散區(qū)3被疊加的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、在被摻加的多晶硅內(nèi)，被形成。
雖將在上述光電二極管N區(qū)2內(nèi)入射的光，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，生成信號(hào)電荷；但在將傳輸速度考慮，上述信號(hào)電荷采用電子的情況是大多數(shù)的。
另外，上述游離擴(kuò)散區(qū)3由于將信號(hào)傳輸效率達(dá)到最大程度，所以用N型雜質(zhì)摻加是很普通的。
在半導(dǎo)體基板的上部形成的氧化膜4是保護(hù)半導(dǎo)體基板，同時(shí)是為進(jìn)行絕緣的絕緣層，通常使用SiO2。
上述光電二極管表面P區(qū)5因在半導(dǎo)體基板7的表面上存在的電子缺陷將易在低電壓生成、消失的電子防止，所以使其放置在光電二極管N區(qū)2的上部。
在CCD型內(nèi)部的光電二極管內(nèi)，由于在約為3V的電壓上存在信號(hào)電荷，所以為了排出這種過(guò)剩電荷，因此在P型陷阱區(qū)6的下端，配設(shè)N型半導(dǎo)體基板。
如上所述，在CCD型圖像傳感器時(shí)，為清除內(nèi)部的噪聲，在光電二極管的上端應(yīng)將為P隧道的光電二極管P型區(qū)5注入。為排出過(guò)剩電荷，所以應(yīng)具有P型陷阱區(qū)6與N隧道基礎(chǔ)的半導(dǎo)體基板的結(jié)構(gòu)，因此，在制造工藝及其結(jié)構(gòu)構(gòu)成存在著復(fù)雜的問(wèn)題。
另一方面，圖2為現(xiàn)有CMOS型圖像傳感器的單位像素?cái)嗝娴慕Y(jié)構(gòu)圖。
上述CMOS圖像傳感器的像素，由氧化膜4在半導(dǎo)體基板的上部形成；光電二極管N區(qū)2以一定深度，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成；光電二極管表面P區(qū)5位于上述光電二極管N區(qū)2上，具有界面；游離擴(kuò)散區(qū)3以一定的間隙被隔離，具有界面，位于半導(dǎo)體基板上；控制電極1位于該游離擴(kuò)散區(qū)3與上述光電二極管區(qū)2、5間的半導(dǎo)體基板上；以及上述光電二極管N區(qū)2構(gòu)成。
CMOS圖像傳感器，將入射的光在上述光電二極管N區(qū)2內(nèi)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，生成信號(hào)電荷，經(jīng)上述光電二極管表面P區(qū)5，轉(zhuǎn)換成在游離擴(kuò)散區(qū)3被放大的后電壓信號(hào)，輸出。
通常情況下，控制電極1由下述游離擴(kuò)散區(qū)3以及光電二極管區(qū)2、5與被定位的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，控制電極主要在被定位的多晶硅中形成。
所謂被定位的結(jié)構(gòu)，意味著上述控制電極1區(qū)與光電二極管區(qū)2、5未被定位。
在上述光電二極管N區(qū)2上，將被入射的光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，形成信號(hào)電荷；但考慮傳輸速度，上述信號(hào)電荷，采用電子的情況是大多數(shù)的。
另外，上述游離擴(kuò)散區(qū)3由于將信號(hào)傳輸率達(dá)到最大程度，所以用N型雜質(zhì)摻加是很普通的。
在上述半導(dǎo)體基板的上部形成的氧化膜4，是在將半導(dǎo)體基板保護(hù)的同時(shí)，也是供絕緣用的絕緣層，通常使用SiO2。
上述光電二極管表面P區(qū)5是經(jīng)光電二極管的貧瘠層產(chǎn)生的噪聲(noise)以及在光電二極管區(qū)的表面由于熱產(chǎn)生的電子在表面進(jìn)行再結(jié)合，或?yàn)閷⒂上蚬怆姸O管N區(qū)2移動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲(heat noise)去除，使其被放置在光電二極管N區(qū)2的上部。
在CMOS內(nèi)部的光電二極管內(nèi)，由于約在1V的低電壓存在信號(hào)電荷，因此與上述CCD的情況不同，由于不需要為排除過(guò)剩電荷的陷阱區(qū)，所以將P型半導(dǎo)體配置，不特別設(shè)置陷阱區(qū)。
CMOS型圖像傳感器的時(shí)，也按照上述，為清除光電二極管內(nèi)部的噪聲，在光電二極管的上端應(yīng)將為P隧道的光電二極管P型區(qū)5注入，而存在著在制造工藝上十分復(fù)雜的問(wèn)題。
另一方面，為將由CCD型或CMOS型圖像傳感器產(chǎn)生的泄漏噪聲或使熱噪聲達(dá)到最低程度，還正在進(jìn)行的研究開發(fā)，但現(xiàn)狀是尚未將其減少到值得滿意的水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高生產(chǎn)效率及靈敏度的圖像傳感器。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明涉及的一種圖像傳感器，提高其生產(chǎn)效率及靈敏度。該圖像傳感器，含有數(shù)個(gè)單位像素，其結(jié)構(gòu)由以下的部分構(gòu)成。氧化膜在半導(dǎo)體基板的上部形成；控制電極在該氧化膜的上部形成；光電二極管N型區(qū)在該控制電極上以一定的間隙被隔離，在位于其一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成；游離擴(kuò)散區(qū)的N+型區(qū)在上述控制電極上，一定的間隙被隔離、在位于其它的一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成，即為游離擴(kuò)散區(qū)。
另外，本發(fā)明還公開的一種圖像傳感器，P型雜質(zhì)區(qū)具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成；遮光膜位于上述雜質(zhì)區(qū)的上部，由不透明絕緣體構(gòu)成；元件被隔離區(qū)由遮光膜構(gòu)成，以單位像素以單位像素類別被隔離。
如上所述，根據(jù)的本發(fā)明涉及的圖像傳感器，則在晶片拉鑄時(shí)，由于使用少量掩膜也可制作，所以不僅具節(jié)約有制造成本，而且由于無(wú)需注入P型雜質(zhì)，因其制造工藝簡(jiǎn)便，所以提高生產(chǎn)效率。
另外，由于可維持同一開口率，顯著減少泄漏噪聲及熱噪聲，所以靈敏度的提高也很奏效。


圖1為公知的CCD型圖像傳感器的單位像素?cái)嗝娼Y(jié)構(gòu)圖。
圖2為公知的CMOS型圖像傳感器的單位像素?cái)嗝娼Y(jié)構(gòu)圖。
圖3為采用本發(fā)明理想實(shí)施例的NMOS型圖像傳感器的單位像素?cái)嗝娼Y(jié)構(gòu)圖。
圖4為采用本發(fā)明其它理想實(shí)施例的NMOS型圖像傳感器的斷面結(jié)構(gòu)圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明1控制電極 2光電二極管N區(qū)3游離擴(kuò)散區(qū) 4氧化膜5光電二極管表面P區(qū)6P型陷阱區(qū)7半導(dǎo)體基板 8半導(dǎo)體基板9雜質(zhì)區(qū) 10遮光膜具體實(shí)施方式
根據(jù)附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明理想的實(shí)施例。
首先，圖3為本發(fā)明理想實(shí)施例采用的NMOS型圖像傳感器的單位像素?cái)嗝娼Y(jié)構(gòu)圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，本發(fā)明涉及的圖像傳感器的單位像素，由以下部分構(gòu)成。
氧化膜4形成在半導(dǎo)體基板8的上部；控制電極1形成在該氧化膜4的上部；光電二極管N型區(qū)2在該控制電極1上，以一定間隙隔離，在位于其一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成；游離擴(kuò)散區(qū)的N+型區(qū)在上述控制電極1上，以一定間隙隔離，在位于其它的一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成，即為游離擴(kuò)散區(qū)。
NMOS型圖像傳感器將入射的光，在上述光線二極管N區(qū)2內(nèi)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，生成信號(hào)電荷，轉(zhuǎn)換為在游離擴(kuò)散區(qū)3放大的后電壓信號(hào)，輸出。
通常，控制電極1由下述的游離擴(kuò)散區(qū)3以及與光電二極管區(qū)2被定位的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，控制電極主要在摻加的多晶硅上形成。
所謂被定位的結(jié)構(gòu)意味著上述控制電極1區(qū)與光電二極管區(qū)2未被定位。
在上述光電二極管N區(qū)2內(nèi)，將入射的光通過(guò)光電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)，生成信號(hào)電荷；但通過(guò)考慮傳輸速度，上述信號(hào)電荷，將電子采用的情況是大多數(shù)的。
另外，上述游離擴(kuò)散區(qū)3將信號(hào)傳輸率達(dá)到最大程度，所以用N型雜質(zhì)摻加是很普通的。
在上述半導(dǎo)體基板的上部，形成的氧化膜4是在將半導(dǎo)體基板保護(hù)的同時(shí)，也是供絕緣用的絕緣層，通常使用SiO2。
如上所述，在本發(fā)明的圖像傳感器的單位像素時(shí)，由于在相當(dāng)于光電二極管表面P區(qū)的雜質(zhì)區(qū)不存在時(shí)，所以在制造過(guò)程中，無(wú)需進(jìn)行P型雜質(zhì)注入的工藝。
另外，在上述光電二極管N區(qū)2及游離擴(kuò)散區(qū)3，由于可進(jìn)行N型雜質(zhì)注入的工藝，所以簡(jiǎn)化了制造工藝，因而提高了生產(chǎn)效率。
另外，與CMOS型圖像傳感器的情況相同，由于無(wú)需為排除過(guò)剩電荷所需要的陷阱區(qū)，因此具有不配置P型半導(dǎo)體基板，即使不設(shè)置其它陷阱區(qū)，因此在結(jié)構(gòu)上也十分良，以及在制造工藝上具有有利之處。
圖4為采用本發(fā)明的其它理想實(shí)施例的NMOS型圖像傳感器的結(jié)構(gòu)斷面圖。
請(qǐng)參閱圖4，則本發(fā)明涉及的圖像傳感器，由下列部分構(gòu)成。氧化膜4形成在半導(dǎo)體基板8的上部；控制電極1在該氧化膜4的上部形成；光電二極管N型區(qū)2在該控制電極1上，以一定間隙隔離、位于其一方，上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成；N+型區(qū)3在上述控制電極1上，以一定間隙隔離、位于其它一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成，為游離擴(kuò)散區(qū)；雜質(zhì)區(qū)9上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成；遮光膜10在位于上述雜質(zhì)區(qū)上部；元件隔離區(qū)由遮光膜10構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，作為為將光擴(kuò)散及元件間信號(hào)傳輸產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行防止的元件隔離區(qū)，不采用通常使用的LOCOS方式，而使用將雜質(zhì)注入的方式。
即使用由上部具有界面、在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成的雜質(zhì)區(qū)9與位于上述雜質(zhì)區(qū)的上部、由不透明絕緣體形成的遮光膜10構(gòu)成的元件隔離區(qū)。
上述遮光膜由不透明的絕緣體構(gòu)成，理想是使用SiO2。
另外，在上述元件隔離區(qū)中，相當(dāng)于下部結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)區(qū)9用P型雜質(zhì)區(qū)構(gòu)成。
因此，通過(guò)本發(fā)明將光電二極管的內(nèi)部噪聲及熱噪聲清除用的光電二極管表面P區(qū)2即使不存在，也可通過(guò)上述P型雜質(zhì)區(qū)9的存在，也可將光電二極管內(nèi)部的噪聲充分清除。
另外，很顯然，由單位像素間的漏電流產(chǎn)生的噪聲也可充分得到清除。
要制造圖像傳感器時(shí)，現(xiàn)有的CCD型或CMOS型圖像傳感器，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以在晶片拉鑄(wafer foundry)時(shí)，一般分別在同需要25片、約15片左右的掩膜，本發(fā)明設(shè)計(jì)的圖像傳感器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，僅需要9片以下的掩膜，就可以制造。
因此，本發(fā)明涉及的圖像傳感器時(shí)，具有可同時(shí)節(jié)約在拉鑄時(shí)所產(chǎn)生的生產(chǎn)成本與掩膜制造時(shí)所需要的費(fèi)用的效果。
另一方面，將對(duì)于入射光的靈敏度進(jìn)行表述的開口率(ApertureRatio)約60％左右，大致為CMOS型圖像傳感器的級(jí)別；但在光電二極管區(qū)的表面，由熱產(chǎn)生的電子在表面經(jīng)再結(jié)合，或通過(guò)向光電二極管N區(qū)移動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲的情況，與CCD型或CMOS型圖像傳感器比較時(shí)顯示出明顯低的數(shù)值。
因此，在以開口率及噪聲為決定因素的靈敏度(Sensitivity)的方面，與CCD型或CMOS型圖像傳感器相比較，可有效地得到提高。
如上所述，若根據(jù)本發(fā)明涉及的圖像傳感器，不僅在晶片拉鑄時(shí)，即使用少數(shù)掩膜也可進(jìn)行制造而具有可有效節(jié)約制造成本的效果，而且由于無(wú)需注入P型雜質(zhì)，可簡(jiǎn)化其制造工藝，因此能提高生產(chǎn)效率。另外，由于維持同一開口率，將泄漏噪聲和熱噪聲顯著降低，所以可有效提高靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，其特征在于含有數(shù)個(gè)單位像素，其特征在于該像素由以下部分構(gòu)成氧化膜在半導(dǎo)體基板的上部形成；控制電極在該氧化膜上部形成；光電二極管N型區(qū)在該控制電極上，以一定的間隙隔離、位于其一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成；N+型區(qū)在上述控制電極上，以一定的間隙隔離、位于其另一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)被形成，即為游離擴(kuò)散區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于包括P型雜質(zhì)區(qū)上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成；遮光膜位于上述雜質(zhì)區(qū)的上部，由在不透明絕緣體構(gòu)成；元件隔離區(qū)由遮光膜構(gòu)成，上述單位像素按單位像素類別被隔離。
3.如權(quán)利要求2記述的圖像傳感器，其特征在于上述遮光膜由SiO2上構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高生產(chǎn)效率及靈敏度的圖像傳感器。含有數(shù)個(gè)單位像素，該像素由在上述半導(dǎo)體基板的上部形成的氧化膜；與在該氧化膜的上部形成的控制電極；與在該控制電極上以一定的間隙隔離、位于其一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)被形成的光電二極管N型區(qū)；與在上述控制電極上以一定的間隙隔離、位于其另一方、上部具有界面，在半導(dǎo)體基板內(nèi)被形成為游離擴(kuò)散區(qū)的N+型區(qū)構(gòu)成。在晶片拉鑄時(shí)，即使用少數(shù)掩膜也可進(jìn)行制造。所以不僅具有可節(jié)約制造成本的效果，而且由于無(wú)需將P型雜質(zhì)注入，而簡(jiǎn)化其制造工藝，所以可提高生產(chǎn)效率。另外，由于保持同一開口率，也可將泄漏噪聲及熱噪聲顯著降低，所以可有效提高靈敏度。
文檔編號(hào)H01L27/00GK1487591SQ0213142
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2002年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月4日
發(fā)明者林元義明, 徐英珠 申請(qǐng)人:日本葛瑞菲克科技株式會(huì)社, 林元義明, 徐英珠