[发明专利]具有氮化栅极氧化物的CMOS成像器和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置领域，且明确地说涉及具有减少的暗电流的CMOS成像器。

背景技术

CMOS图像传感器正愈来愈多地用作低成本的成像装置。CMOS图像传感器电路包 括像素单元的焦平面阵列，所述单元中的每一单元包括光电门、光电导体，或在衬底内 具有相关联的电荷累积区以用于累积光生电荷的光电二极管。每一像素单元可包括用于 将电荷从电荷累积区转移到感应节点的晶体管，和用于在电荷转移之前将所述感应节点 重设到预定电荷电平的晶体管。像素单元还可包括用于接收并放大来自感应节点的电荷 的源极跟随器晶体管，和用于控制从所述源极跟随器晶体管读出单元内容的存取晶体管。

在CMOS图像传感器中，像素单元的主动元件执行以下必要功能：(1)光子到电荷 转换；(2)图像电荷的累积；(3)伴随电荷放大的电荷到感应节点的转移；(4)将感应 节点重设到已知状态；(5)选择像素以供读出；和(6)表示来自所述感应节点的像素电 荷的信号的输出和放大。

上文论述的类型的CMOS图像传感器一般是已知的，如(例如)Nixon等人的“256×256 CMOS Active Pixel Sensor Camera-on-a-Chip，”(IEEE固态电路期刊(IEEE Journal of Solid-State Circuits)，第31(12)卷，第2046-2050页(1996))；和Mendis等人的“CMOS Active Pixel Image Sensors，”(IEEE电子装置学报(IEEE Transactions on Electron Devices)， 第41(3)卷，第452-453页(1994))。还参见第6,177,333号和第6,204,524号美国专利， 其描述常规CMOS图像传感器的操作且转让给美光科技公司(Micron Technology，Inc.)， 其内容以引用的方式并入本文中。

图1中展示常规CMOS四晶体管(4T)像素单元10的示意图。所述CMOS像素单 元10通常包含：光传感器14，其用于产生并收集由入射在像素单元10上的光产生的电 荷；和转移晶体管17，其用于将光电电荷从光传感器14转移到感应节点(通常为浮动 扩散区5)。所述浮动扩散区5电连接到输出源极跟随器晶体管19的栅极。像素单元10 还包含：重设晶体管16，其用于将浮动扩散区5重设到预定电压V_aa-pix；和行选择晶体 管18，其用于响应于地址信号而将信号V_out从所述源极跟随器晶体管19输出到输出端 子。

图2是图1的像素单元10的一部分的横截面图，其展示光转换装置14、转移晶体 管17和重设晶体管16。示范性CMOS像素单元10具有光传感器14，其可形成为钉扎 光电二极管(pinned photodiode)。所述光电二极管光传感器14具有p-n-p构造，其在p 型作用层11内包含p型表面层13和n型光电二极管区12。转移晶体管17和重设晶体管 16栅极位于薄栅极氧化层15上。光电二极管光传感器14邻近于转移晶体管17且部分 处于转移晶体管17的下方。重设晶体管16在转移晶体管17的与光电二极管光传感器 14相对的一侧。如图2中所示，重设晶体管16包括源极/漏极区2。浮动扩散区5在转 移晶体管17与重设晶体管16之间。

在图1和图2中所描绘的CMOS像素单元10中，电子由入射在光电二极管光传感 器14上的光产生，并存储在n型光电二极管区12中。当激活转移晶体管17时，这些电 荷由转移晶体管17转移到浮动扩散区5。所述源极跟随器晶体管19基于所转移的电荷 产生输出信号。最大输出信号与从所述n型光电二极管区12中提取的电子的数量成比例。

与常规成像器像素单元(例如像素单元10)相关联的一个常见问题是暗电流。暗电 流是在不存在光的情况下作为光传感器信号而产生的电流。暗电流可由许多不同因素导 致，包括(但不限于)：在像素制造的栅极形成步骤期间扩散到光传感器硅中的污染物； 光传感器结泄漏，即光传感器的p-n-p层上的离子扩散；以及光传感器表面处的光子反射。 暗电流对光传感器的操作和性能是有害的。因此，需要提供一种隔离技术，其通过提供 污染物障壁以保护光传感器来防止暗电流，所述隔离技术还可包含下伏离子分布以维持 光传感器结并减少光传感器表面处的光子反射。

发明内容