專利名稱：減少閃爍的圖像傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及圖像傳感器。更特別地，本發(fā)明涉及被構(gòu)造來減少閃爍噪聲的圖像傳感器以及制造減少閃爍噪聲的圖像傳感器的方法。
背景技術(shù)：
有些類型的圖像傳感器利用光檢測器以俘獲入射光，并將該光轉(zhuǎn)換為能夠圖像處理的電信號。其示例包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS)。CIS裝置通常特征在于與CMOS控制電路耦合的模擬傳感電路。模擬傳感電路包括光檢測器的陣列，該光檢測器具有訪問裝置(例如，晶體管)用于連接到字線和位線。CMOS控制電路可以包括定時發(fā)生器和各種圖像處理電路，比如行解碼器、列解碼器、列放大器、輸出放大器等。通常說來，CIS裝置的構(gòu)造類似于CMOS存儲裝置的構(gòu)造。
同時，隨著設(shè)計(jì)規(guī)則減小和工作速度變高，CIS裝置的控制電路中所包含的MOS晶體管裝置的柵極介電層已經(jīng)變得更薄了。如此，將該薄的柵極介電層熱氮化以嵌入氮原子，其防止或阻止硼從p型MOSFET的柵電極滲透到介電層之下的襯底中。因?yàn)榭梢砸鹧b置閾值電壓的平移和波動以及使CMOS電路的驅(qū)動電流衰減，所以可以避免硼的滲透。熱氮化的柵極氧化層通常通過將氧氣和氮?dú)庾⑷氲礁邷赝嘶馉t中來形成，該爐中容納有一個或多個待制造成為CIS裝置的晶片。
但是本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的氮化的柵極氧化層是CIS裝置中閃爍噪聲增加的根源。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種圖像傳感器，其包括有源像素陣列和連接到所述有源像素陣列的控制電路。有源像素陣列包括多個第一柵極介電層，控制電路包括多個第二柵極介電層，其中第一柵極介電層是等離子氮化的氧化硅層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種圖像傳感器，其包括第一導(dǎo)電類型的襯底；位于襯底中的第二導(dǎo)電類型的光電二極管區(qū)域；和放大晶體管，具有電連接到光電二極管區(qū)域的第一柵電極，并包括位于襯底表面和第一柵極之間的第一柵極介電層，其中第一柵極介電層是等離子氮化的氧化硅層。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種圖像傳感器，包括第一導(dǎo)電類型的襯底；位于襯底中的第二導(dǎo)電類型的光電二極管區(qū)域；和放大晶體管，具有電連接到光電二極管區(qū)域的第一柵電極，并包括位于襯底表面和第一柵極之間的第一柵極介電層，其中第一柵極介電層是氮化的氧化硅層，相對于與襯底相鄰的層的底表面，氮化的氧化硅層在層的上半部分中具有峰值氮濃度。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種圖像傳感器，其包括有源像素陣列和連接到有源像素陣列的控制電路。有源像素陣列包括多個第一柵極介電層，控制電路包括多個第二柵極介電層，其中第一柵極介電層是二氧化硅層，第二柵極介電層是熱氮化的氧化層和等離子氮化的氧化層中至少一個。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成圖像傳感器的方法，其包括在襯底的第一區(qū)域上方形成第一介電層，和在襯底的第二區(qū)域上方形成第二介電層，其中，第一介電層通過氮?dú)夥罩械牡入x子處理形成。該方法還包括在襯底的第一區(qū)域中形成有源像素陣列，使得第一介電層形成有源像素的多個等離子氮化的氧化硅柵極層；并且在襯底的第二區(qū)域中形成控制電路，控制電路在操作上連接到有源像素陣列。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成圖像傳感器的方法，包括在襯底的第一區(qū)域上方形成第一介電層，和在襯底的第二區(qū)域上方形成第二介電層，其中，第一介電層形成為二氧化硅層，和第二介電層通過氮?dú)夥罩械臒峄虻入x子處理形成。該方法還包括在襯底的第一區(qū)域中形成有源像素陣列，使得第一介電層形成有源像素陣列的多個二氧化硅柵極層；和在襯底的第二區(qū)域中形成控制電路，使得第二介電層形成控制電路的多個氮化的氧化硅柵極層，其中，控制電路在操作上連接到有源像素陣列。


參考附圖，本發(fā)明的上述及其它方面和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)說明中變得更加清楚，在附圖中圖1圖示了其中本發(fā)明的實(shí)施例的CIS裝置的示意性框圖；
圖2示圖1的CIS裝置的有源像素的等價電路圖；圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的部分的橫截面示意圖；圖4A到圖4D是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例對圖3的圖像傳感器的制造方法進(jìn)行說明的橫截面視圖；圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的圖像傳感器的部分的示意性橫截面視圖；圖6A到圖6C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例對圖5的圖像傳感器的制造方法進(jìn)行說明的橫截面視圖；圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器和傳統(tǒng)圖像傳感器的閃爍噪聲特性的圖；圖8是圖示圖像傳感器的有源像素中氮含量和隨機(jī)噪聲之間關(guān)系的圖；圖9是圖示圖像傳感器的有源像素中所使用的柵極介電材料類型和隨機(jī)噪聲之間關(guān)系的圖；以及圖10是使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的基于處理器的系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
如前所述，圖像傳感器通常由耦合到控制電路的模擬傳感電路構(gòu)成。模擬傳感電路包括光檢測器的陣列，該光檢測器具有訪問裝置(例如，晶體管)用于連接到控制電路?？刂齐娐防缈梢园ǘ〞r發(fā)生器和各種圖像處理電路，比如行解碼器、列解碼器、列放大器、輸出放大器等。
本發(fā)明的實(shí)施例其特征至少部分在于抑制閃爍噪聲，其否則將由在圖像傳感器裝置的模擬傳感電路中使用熱氮化的柵極氧化層而產(chǎn)生。
具體而言，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，圖像傳感器的模擬傳感電路的柵極介電層由純氧化硅形成。這里，純氧化硅定義為基本上不含氮的氧化硅，比如SiO2。在該情形中，圖像傳感器的控制電路的柵極介電層例如可以由熱氮化的氧化硅或等離子氮化的氧化硅形成。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，圖像傳感器的模擬傳感電路的介電層由等離子氮化的氧化硅形成。在該情形，圖像傳感器的控制電路的柵極介電層例如可以由熱氮化的氧化硅、等離子氮化的氧化硅或純氧化硅層形成。
通過檢驗(yàn)這些層中氮濃度的分布，等離子氮化的氧化硅可以在結(jié)構(gòu)上區(qū)別于熱氮化的氧化硅。通常，等離子氮化的氧化硅的峰值氮濃度將位于層的上部，例如在層的上半部分。這與峰值濃度將出現(xiàn)在層內(nèi)下部的熱氮化的氧化硅層不同。而且，在鄰近襯底界面的氧化層的下部內(nèi)呈現(xiàn)了不同的氮濃度分布特性。即，在等離子氮化的氧化硅的情形中，隨著氧化層接觸在下的襯底，可以觀察到在氧化層的下部中減小的氮濃度。比較而言，在熱氮化的氧化硅的情形中，隨著氧化層接觸襯底，可以觀察到在氧化層的下部中增加的氮濃度。
雖然在理論上沒有限定，但是相信熱氮化的柵極介電層的相對高的氮含量在CIS裝置的模擬傳感器電路的晶體管中引起了隨機(jī)噪聲，并且因此引起了閃爍。在柵極介電層與在下的襯底交接的該層的下部中高的氮含量是尤其普遍的，因此在界面上的捕獲密度增加而導(dǎo)致隨機(jī)噪聲。如后面將參考圖7-9所展示的，通過應(yīng)用純氧化硅或等離子氮化的氧化硅作為模擬傳感器電路的柵極介電層可以顯著地降低隨機(jī)噪聲。
如下面將說明的，模擬傳感器電路可以包括工作為源跟隨器的放大晶體管。該晶體管可以具有直接或間接連接到模擬傳感器電路的光檢測器元件的柵極，以及具有直接或間接連接到模擬傳感器電路的輸出線的源極/漏極區(qū)域。在該情形，放大晶體管的工作特性可以對圖像傳感器的整體性能具有顯著的影響。如此，在該模擬傳感器電路，優(yōu)選的是至少放大晶體管的柵極介電層根據(jù)這里所述的實(shí)施例形成。
圖1圖示了其中本發(fā)明的實(shí)施例配置為CMOS圖像傳感器(CIS)10的示例。CIS10通常包括有源像素陣列20和CMOS控制電路30。如圖1所示意性示出的，像素陣列20包括多個通常排列為矩陣形式的有源像素22。字線分別連接到像素陣列20每行的像素22，位線分別連接到像素陣列20每列的像素22。CMOS控制電路30包括用于選擇像素陣列20的行(字線)的行解碼器32、用于選擇像素陣列20的列(位線)的列解碼器31、以及控制行解碼器32和列解碼器31的定時和操作的定時及控制器單元33。被選擇的位線經(jīng)由CMOS控制電路30控制的開關(guān)元件50連接到輸出放大器40。
圖2示出了有源像素22的示例的等價電路圖。有源像素22的光接收元件俘獲入射光并將俘獲的入射光轉(zhuǎn)換為電荷。在該示例中，光接收元件是光電二極管PD。電荷被選擇性地從光電二極管PD經(jīng)傳輸晶體管Tx傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散區(qū)域FD。傳輸晶體管Tx由傳輸柵極TG信號控制。浮置擴(kuò)散區(qū)域FD連接到驅(qū)動晶體管Dx的柵極，驅(qū)動晶體管Dx作為源極跟隨器(放大器)用于緩沖輸出電壓。該輸出電壓由選擇晶體管Sx選擇性地傳輸?shù)捷敵鼍€OUT。選擇晶體管Sx由選擇信號SEL控制。復(fù)位晶體管Rx由復(fù)位信號RS控制，并且將在浮置擴(kuò)散區(qū)域FD中積累的電荷復(fù)位到參考水平。
注意到圖2所示的一個或多個晶體管可以被選擇性地省略。例如，浮置擴(kuò)散區(qū)域FD可以電連接到光接收元件PD，在這種情形下可以省略傳輸晶體管Tx。另一個示例中，驅(qū)動晶體管Dx可以電連接到輸出線OUT，在這種情形下可以省略選擇晶體管Sx。
圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的圖像傳感器的部分的橫截面示意圖。在該實(shí)施例的示例中，圖像傳感器是CMOS圖像傳感器(CIS)裝置。而且在該實(shí)施例的示例中，模擬傳感電路的柵極介電層由二氧化硅形成，同時控制電路的柵極介電層由熱氮化的氧化硅或等離子氮化的氧化硅形成。
如圖3所示，CMOS圖像傳感器的襯底50通常被劃分為模擬區(qū)域和控制區(qū)域。這里模擬區(qū)域定義為CMOS圖像傳感器中含有比如圖2的示例所示那些的有源像素元件的部分?？刂茀^(qū)域定義為CMOS圖像傳感器中含有用于處理來自模擬區(qū)域的信號的元件的部分。控制區(qū)域例如可以包括數(shù)字、邏輯和/或模擬電路，比如定時發(fā)生器和圖像信號處理器。在該實(shí)施例的示例中，控制區(qū)域主要由數(shù)字CMOS電路構(gòu)成。
圖3中CMOS圖像傳感器的模擬區(qū)域包括襯底50、光接收元件70、傳輸柵極62、復(fù)位柵極64、浮置擴(kuò)散區(qū)域72、源極和漏極區(qū)域74以及驅(qū)動?xùn)艠O66。而且，如圖所示，柵極62、64和66每個都包括柵極介電層104。在該實(shí)施例中，柵極介電層104由二氧化硅形成。位于柵極64和66之間的源極/漏極區(qū)域74電連接到源極電壓VDD，同時其它源極/漏極區(qū)域74電連接到輸出線OUT。雖然沒有示出，但是一個或多個選擇晶體管(例如，圖2中的Sx)可以選擇性地插入在其它源極/漏極區(qū)域74和輸出線OUT之間。
光接收元件70通常作用來累積響應(yīng)于入射光能(光子)所產(chǎn)生的電荷。在該示例中，光接收元件70是位于襯底50的p型區(qū)域中的n型光電二極管區(qū)域。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，光接收元件70可以用多種不同的方式配置，一層或多層可以插入在光接收元件70和襯底50的表面之間。
在光接收元件70中累積的電荷通過傳輸柵極62的作用被選擇性地傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散區(qū)域72。但是如前所提示的，可以省略傳輸柵極62(例如，圖2中的Tx)，在這種情形下浮置擴(kuò)散區(qū)域72電耦合到光接收元件70。
如圖3所示，浮置擴(kuò)散區(qū)域72電連接到驅(qū)動?xùn)艠O66。這類似地在圖2中示出了，其中浮置擴(kuò)散區(qū)域FD連接到驅(qū)動晶體管Dx的柵極。如此，根據(jù)浮置擴(kuò)散區(qū)域72的電壓，源極電壓VDD被選擇性施加到輸出線OUT。
浮置擴(kuò)散區(qū)域72通過復(fù)位柵極64的作用被復(fù)位為源極電壓VDD。這類似地在圖2中示出了，其中復(fù)位信號RS施加到復(fù)位晶體管Rx的柵極，由此選擇性地將源極電壓施加到浮置擴(kuò)散區(qū)域FD。
如上所述，該示例的CMOS圖像傳感器的控制區(qū)域包括數(shù)字CMOS電路。這通常如圖3所示，具有由裝置隔離區(qū)域52分隔的成對的CMOS晶體管。每個晶體管包括柵電極68、柵極介電層106和源極/漏極區(qū)域76。在該實(shí)施例中，柵極介電層106由熱氮化的氧化硅或等離子氮化的氧化硅形成。
將參考圖4A到圖4D的橫截面視圖對圖3的CMOS圖像傳感器的制造方法進(jìn)行說明。
參考圖4A，多個裝置隔離區(qū)域52形成在半導(dǎo)體襯底50的控制區(qū)域中。比如氮化硅層的鈍化層(未示出)然后形成來覆蓋控制區(qū)域。然后，進(jìn)行第一氧化工藝來在模擬區(qū)域中部分地生長二氧化硅層54。然后去除鈍化層，進(jìn)行第二氧化工藝來在模擬區(qū)域中生長其余部分的二氧化硅層54，并且在控制區(qū)域中生長二氧化硅層56a。第一和第二氧化工藝的示例包括傳統(tǒng)的熱或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝。
雖然本發(fā)明不限于此，位于CMOS圖像傳感器的模擬區(qū)域中的晶體管的工作電壓(例如，2.8V)通常可以比位于控制區(qū)域中的晶體管的工作電壓(例如，1.8V)高。這樣，在模擬區(qū)域中的柵極介電層54的厚度(例如，7nm)可以比在控制區(qū)域中的柵極介電層56a的厚度(例如，4nm)要大。
如上所述，模擬區(qū)域暴露于兩次氧化工藝，而控制區(qū)域則暴露于單次氧化工藝。這樣，模擬區(qū)域的柵極介電層可以形成為厚度大于控制區(qū)域的柵極介電層。
可以利用其它方法來獲得不同厚度的柵極介電層。例如僅作為一個示例，在襯底50的整體上形成初始氧化硅層之后，可以去除位于控制區(qū)域之上的氧化硅層的表面部分來減小它的厚度。之后，襯底50的整個表面可以在單次工藝中氧化。
現(xiàn)參考圖4B，位于模擬區(qū)域之上的氧化硅層54由鈍化層覆蓋，比如光致抗蝕劑層58。然后將暴露的氧化硅層56a在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行等離子處理，以形成等離子氮化的氧化層56。例如，等離子處理可以在室溫、20mTorr至12Torr之間的壓力、20瓦和200瓦之間的等離子功率以及50和5000sccm之間的氮流入速率下進(jìn)行。氮化的氧化層56的氮原子作用來阻止硼從后面將形成的控制區(qū)域中含有的p型MOSFET的柵電極滲透到襯底50中。
作為一種替代方案，熱氮化的氧化層可以形成來取代等離子氮化的氧化層56。在該情形，例如可以在800℃和1000℃之間的溫度下于具有氧化物源氣體和氮?dú)獾沫h(huán)境的爐中獲得熱氮化的氧化層。
注意，模擬區(qū)域的二氧化硅層54表現(xiàn)出了比控制區(qū)域中的氮處理氧化層56要低的捕獲密度。
圖4C圖示了在去除鈍化層58(圖4B)之后所得到的結(jié)構(gòu)。如圖所示，該結(jié)構(gòu)包括位于襯底50的模擬區(qū)域上方的二氧化硅層54、和位于襯底50的控制區(qū)域上方熱氮化或等離子體氮化的氧化硅層56。
為了完成，圖4D是圖示與圖3相同結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，其可以通過使用傳統(tǒng)技術(shù)從圖4C的結(jié)構(gòu)制備。通常，將多晶硅層構(gòu)圖來形成柵電極62、64、66和68，將氧化層54和56(圖4C)蝕刻來界定柵極介電層104和106，并且進(jìn)行注入工藝來形成光檢測器區(qū)域70和源極/漏極區(qū)域72、74和76。在圖3和圖4D中，類似的參考標(biāo)號表示類似的元件，因此這里省略了對圖4D中每個元件的詳細(xì)功能說明。
由圖4C的氧化硅層54來形成圖4D的柵極介電層104，并且由圖4C的氮化的氧化硅層56來形成圖4D的柵極介電層106。這樣，圖像傳感器的模擬區(qū)域的柵極介電層104由純氧化硅形成，并且因此有效地抑制閃爍噪聲，而圖像傳感器的控制區(qū)域的柵極介電層106由氮化的氧化硅形成，并因此有效地阻止來自p型MOSFET的柵電極的硼滲透。
圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的圖像傳感器的部分的示意性橫截面視圖。在本實(shí)施例的該示例中，圖像傳感器是CMOS圖像傳感器(CIS)裝置。而且在本實(shí)施例的該示例中，模擬傳感電路的柵極介電層至少部分地由等離子氮化的氧化硅形成，同時控制電路的柵極介電層則由熱氮化的氧化硅或等離子氮化的氧化硅形成。
如圖5所示，CMOS圖像傳感器的襯底50通常被劃分為模擬區(qū)域和控制區(qū)域。如前所述，這里模擬區(qū)域定義為CMOS圖像傳感器中含有比如圖2的示例所示那些的有源像素元件的部分?？刂茀^(qū)域定義為CMOS圖像傳感器中含有用于處理來自模擬區(qū)域的信號的元件的部分?？刂茀^(qū)域例如可以包括數(shù)字、邏輯和/或模擬電路，比如定時發(fā)生器和圖像信號處理器。在該實(shí)施例的示例中，控制區(qū)域主要由數(shù)字CMOS電路構(gòu)成。
圖5的CMOS圖像傳感器的模擬區(qū)域包括襯底50、光接收元件70、傳輸柵極62、復(fù)位柵極64、浮置擴(kuò)散區(qū)域72、源極和漏極區(qū)域74以及驅(qū)動?xùn)艠O66。而且，如圖所示，柵極62、64和66每個都包括柵極介電層104。在該實(shí)施例中，柵極介電層104包括形成在非氮化的氧化部分104a上的氮化的氧化部分110。位于柵極64和66之間的源極/漏極區(qū)域74電連接到源極電壓VDD，同時其它源極/漏極區(qū)域74電連接到輸出線OUT。雖然沒有示出，但是一個或多個選擇晶體管(例如，圖2中的Sx)可以選擇性地插入在第二源極/漏極區(qū)域74和輸出線OUT之間。
該示例的CMOS圖像傳感器的控制區(qū)域包括數(shù)字CMOS電路。這通常如圖5所示，具有由裝置隔離區(qū)域52分隔的成對的CMOS晶體管。每個晶體管包括柵電極68、柵極介電層106和源極/漏極區(qū)域76。在該實(shí)施例中，柵極介電層106由熱氮化的氧化硅或等離子氮化的氧化硅形成。
圖5示出的各種元件以與之前圖3所述的類似標(biāo)號的元件相同方式地工作。因此，這里省略了對圖5的元件的詳細(xì)說明以避免累贅。
現(xiàn)將參考圖6A到圖6C的橫截面視圖對圖5的CMOS圖像傳感器的制造方法進(jìn)行說明。
首先參考圖6A，多個裝置隔離區(qū)域52形成在半導(dǎo)體襯底50的控制區(qū)域中。比如氮化硅層的鈍化層(未示出)然后形成來覆蓋控制區(qū)域。然后，進(jìn)行第一氧化工藝來在模擬區(qū)域中部分地生長二氧化硅層54a。然后去除鈍化層，和進(jìn)行第二氧化工藝來在模擬區(qū)域中生長其余部分的二氧化硅層54，并且在控制區(qū)域中生長二氧化硅層56a。第一和第二氧化工藝的示例包括傳統(tǒng)的熱或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝。
雖然本發(fā)明不限于此，位于CMOS圖像傳感器的模擬區(qū)域中的晶體管的工作電壓(例如，2.8V)通?？梢员任挥诳刂茀^(qū)域中的晶體管的工作電壓(例如，1.8V)要高。這樣，在模擬區(qū)域中的柵極介電層54的厚度(例如，7nm)可以比在控制區(qū)域中的柵極介電層56a的厚度(例如，4nm)要大。
如上所述，模擬區(qū)域暴露于兩次氧化工藝，而控制區(qū)域則暴露于單次氧化工藝。這樣，模擬區(qū)域的柵極介電層54a可以形成為厚度大于控制區(qū)域的柵極介電層56a。
可以利用其它方法來獲得不同厚度的柵極介電層。例如僅作為一個示例，在襯底50的整體上形成初始氧化硅層之后，可以去除位于控制區(qū)域上方的氧化硅層的表面部分來減小它的厚度。之后，可以氧化襯底50的整個表面。
現(xiàn)參考圖6B，介電層54a和56a(圖6A)在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行等離子處理以在襯底50的模擬區(qū)域中形成等離子氮化的氧化硅層54和在襯底50的控制區(qū)域中形成等離子氮化的氧化硅層56。例如，等離子處理可以在室溫、20mTorr至12Torr之間的壓力、20瓦和200瓦之間的等離子功率以及50和5000sccm之間的氮流入速率下進(jìn)行。
該等離子處理可以不產(chǎn)生通過氮化的層54整個深度的氮原子的顯著滲透。所以，圖6B總地圖示了在襯底50的模擬區(qū)域上方的雙層氧化物結(jié)構(gòu)60/54a，其中在下的部分54a基本上是非氮化的，而在上的部分60則基本上是等離子氮化的。但是，應(yīng)該注意到，本發(fā)明不限于此，于在上的氮化的部分和在下的非氮化的部分之間不存在明顯的氧化層內(nèi)的分界線。而且，氧化層54在下的部分54a可以包含一些氮原子。但是，于該在下的部分中的氮的濃度應(yīng)該優(yōu)選地足夠低以減小襯底50的界面的捕獲密度，由此減小了隨后形成的模擬傳感電路的晶體管中的閃爍。
作為一種替代方案，熱氮化的氧化層可以形成來取代等離子氮化的氧化層56。在該情形，例如可以在800℃和1000℃之間的溫度下于具有氧化物源氣體和氮?dú)獾沫h(huán)境的爐中獲得熱氮化的氧化層。通常，在模擬區(qū)域由鈍化層覆蓋時和在對形成在模擬區(qū)域上方的氧化層進(jìn)行氮等離子處理之前，可以如此。
為了完成，圖6C是圖示與圖5相同結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，其可以通過使用傳統(tǒng)技術(shù)從圖6B的結(jié)構(gòu)制備。通常，將多晶硅層構(gòu)圖來形成柵電極62、64、66和68，將氧化層54和56(圖6B)蝕刻來形成柵極介電層104和106，并且進(jìn)行注入工藝來形成光檢測器區(qū)域70和源極/漏極區(qū)域72、74和76。
在圖5和圖6C中，類似的參考標(biāo)號表示類似的元件，因此這里省略了對圖6C中每個元件的詳細(xì)功能說明。
由圖6B的等離子氮化氧化硅層54來形成圖6C的柵極介電層104。換言之，圖6C的參考標(biāo)號110和104a分別對應(yīng)于圖6B的氧化層54的氮化的部分60和非氮化的部分54a。并且，由圖6B的氮化的氧化硅層56來形成圖6C的柵極介電層106。這樣，圖像傳感器的模擬區(qū)域的柵極介電層104由等離子氮化的氧化硅形成，并且因此有效地抑制閃爍噪聲，而圖像傳感器的控制區(qū)域的柵極介電層106由氮化的氧化硅形成，并因此有效地阻止來自p型MOSFET的柵電極的硼滲透。
圖7是圖示由試驗(yàn)結(jié)果所獲得的閃爍噪聲特性的圖。具體而言，由圈1所標(biāo)明的線表示在具有熱氮化的柵極介電層的四晶體管有源像素中測量的閃爍噪聲。由圈2所標(biāo)明的線表示在具有等離子氮化的柵極介電層的四晶體管有源像素中測量的閃爍噪聲。如圖所示，閃爍噪聲隨著頻率而變化，但是在等離子氮化的柵極介電層的情形基本得到改善。
圖8是圖示隨機(jī)噪聲和有源像素的柵極介電層中氮濃度之間關(guān)系的圖。如圖所示，隨機(jī)噪聲隨著氮濃度的增加而增加。
圖9是圖示傳統(tǒng)有源像素柵極介電層所表現(xiàn)的隨機(jī)噪聲和本發(fā)明實(shí)施例的有源像素柵極介電層所表現(xiàn)的隨機(jī)噪聲之間的比較。具體而言，“a”表示熱氮化的氧化層，“b”表示等離子氮化的氧化層，而“c”表示純氧化硅層。如圖所示，等離子氮化的氧化硅層“b”表現(xiàn)出與純氧化硅層“c”相類似的隨機(jī)噪聲水平，并且熱氮化的氧化硅層“a”表現(xiàn)出比等離子氮化的氧化硅層“b”和純氧化硅層“c”要大約60％的隨機(jī)噪聲。
圖10圖示了具有CMOS成像器裝置542的示例性的基于處理器的系統(tǒng)，其中CMOS成像器裝置542包括根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的圖像傳感器。該基于處理器的系統(tǒng)是接收CMOS成像器裝置的輸出的系統(tǒng)的示例。這樣的系統(tǒng)可以包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、照相機(jī)系統(tǒng)、掃描儀、機(jī)械視覺系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、視頻電話、監(jiān)視系統(tǒng)、自動對焦系統(tǒng)、星像跟蹤系統(tǒng)、運(yùn)動檢測系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定系統(tǒng)、移動電話，但不限于此，它們?nèi)慷伎梢允褂帽景l(fā)明。
參考圖10，該示例的基于處理器的系統(tǒng)一般包括中央處理單元(CPU)544，例如微處理器，其通過總線552與輸入/輸出(I/O)裝置546進(jìn)行通信。CMOS成像器裝置542從提供自圖像傳感器的有源像素陣列的信號產(chǎn)生輸出圖像，并且也通過總線552或其它通信鏈接與系統(tǒng)通信。該系統(tǒng)還可以包括隨機(jī)訪問存儲器(RAM)548，以及在是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的情形下可以包括外設(shè)，比如閃存卡插槽554和顯示器556，它們也可以通過總線552與CPU544通信。也可以希望在單個集成電路(IC)芯片上集成處理器544、CMOS成像器裝置542和存儲器548。
雖然上面已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不限于此。相反，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，對優(yōu)選實(shí)施例的各種變化和改進(jìn)是顯而易見的。因此，本發(fā)明不限于上述優(yōu)選實(shí)施例。相反，本發(fā)明的精神和范圍由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括有源像素陣列和連接到所述有源像素陣列的控制電路，所述有源像素陣列包括多個第一柵極介電層，所述控制電路包括多個第二柵極介電層，其中所述第一柵極介電層是等離子氮化的氧化硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中，所述第二柵極介電層是熱氮化的氧化硅層、等離子氮化的氧化硅層和二氧化硅層中至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的圖像傳感器，其中，所述第一柵極介電層的厚度要大于所述第二柵極介電層的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中，所述控制電路包括數(shù)字CMOS電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中，所述控制電路包括模擬電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的圖像傳感器，其中，所述有源像素陣列包括有源像素的矩陣，并且其中，每個所述有源像素包括第一導(dǎo)電類型的襯底；位于所述襯底中的第二導(dǎo)電類型的光電二極管區(qū)域；位于所述襯底中并電連接到所述光電二極管區(qū)域的浮置擴(kuò)散區(qū)域；以及具有電連接到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的第一柵電極的放大晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的圖像傳感器，其中，每個所述有源像素還包括位于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域和參考電源之間的復(fù)位柵極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，其中，每個所述有源像素還包括位于所述光電二極管區(qū)域和所述浮置擴(kuò)散區(qū)域之間的傳輸柵極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的圖像傳感器，其中，每個所述有源像素還包括輸出線和位于所述放大晶體管的源極/漏極區(qū)域和所述輸出線之間的開關(guān)柵極。
10.一種圖像傳感器，包括第一導(dǎo)電類型的襯底；位于所述襯底中的第二導(dǎo)電類型的光電二極管區(qū)域；放大晶體管，具有電連接到所述光電二極管區(qū)域的第一柵電極，并包括位于所述襯底的表面和所述第一柵電極之間的第一柵極介電層，其中所述第一柵極介電層是等離子氮化的氧化硅層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的圖像傳感器，其中，所述放大晶體管的第一柵電極電連接到形成在所述襯底中的浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且其中，每個所述有源像素還包括位于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域和參考電源之間的復(fù)位柵極；位于所述光電二極管區(qū)域和所述浮置擴(kuò)散區(qū)域之間的傳輸柵極；輸出線；以及位于所述放大晶體管的源極/漏極區(qū)域和所述輸出線之間的開關(guān)柵極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的圖像傳感器，其中，所述復(fù)位柵極、所述傳輸柵極和所述開關(guān)柵極中每個的柵極介電層由等離子氮化的氧化硅層形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的圖像傳感器，其中，所述第一導(dǎo)電類型是p型，而所述第二導(dǎo)電類型是n型。
14.一種圖像傳感器，包括第一導(dǎo)電類型的襯底；位于所述襯底中的第二導(dǎo)電類型的光電二極管區(qū)域；放大晶體管，具有電連接到所述光電二極管區(qū)域的第一柵電極，并包括位于所述襯底的表面和所述第一柵電極之間的第一柵極介電層，其中所述第一柵極介電層是氮化的氧化硅層，相對于與所述襯底相鄰的層的底表面，所述氮化的氧化硅層在所述層的上半部分中具有峰值氮濃度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的圖像傳感器，其中，所述放大晶體管的第一柵電極電連接到形成于所述襯底中的浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且其中，每個所述有源像素還包括位于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域和參考電源之間的復(fù)位柵極；位于所述光電二極管區(qū)域和所述浮置擴(kuò)散區(qū)域之間的傳輸柵極；輸出線；以及位于所述放大晶體管的源極/漏極區(qū)域和所述輸出線之間的開關(guān)柵極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的圖像傳感器，其中，所述復(fù)位柵極、所述傳輸柵極和所述開關(guān)柵極中每個的柵極介電層由氮化的氧化硅層形成，相對于與所述襯底相鄰的每一層的底表面，所述氮化的氧化硅層在每一層的上半部分中具有峰值氮濃度。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的圖像傳感器，其中，所述第一導(dǎo)電類型是p型，而所述第二導(dǎo)電類型是n型。
18.一種圖像傳感器，包括有源像素陣列和連接到所述有源像素陣列的控制電路，所述有源像素陣列包括多個第一柵極介電層，所述控制電路包括多個第二柵極介電層，其中所述第一柵極介電層是二氧化硅層，和所述第二柵極介電層是熱氮化的氧化層和等離子氮化的氧化層中至少一個。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的圖像傳感器，其中，所述第一柵極介電層的厚度要大于所述第二柵極介電層的厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的圖像傳感器，其中，所述控制電路包括數(shù)字CMOS電路。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的圖像傳感器，其中，所述控制電路包括模擬電路。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的圖像傳感器，其中，所述有源像素陣列包括有源像素的矩陣，并且其中，每個所述有源像素包括第一導(dǎo)電類型的襯底；位于所述襯底中的第二導(dǎo)電類型的光電二極管區(qū)域；位于所述襯底中并電連接到所述光電二極管區(qū)域的浮置擴(kuò)散區(qū)域；以及具有電連接到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的第一柵電極的放大晶體管。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的圖像傳感器，其中，每個所述有源像素還包括位于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域和參考電源之間的復(fù)位柵極。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的圖像傳感器，其中，每個所述有源像素還包括位于所述光電二極管區(qū)域和所述浮置擴(kuò)散區(qū)域之間的傳輸柵極。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的圖像傳感器，其中，每個所述有源像素還包括輸出線和位于所述放大晶體管的源極/漏極區(qū)域和所述輸出線間的開關(guān)柵極。
26.一種形成圖像傳感器的方法，包括在襯底的第一區(qū)域上方形成第一介電層，在所述襯底的第二區(qū)域上方形成第二介電層，其中，所述第一介電層通過氮?dú)夥罩械牡入x子處理形成；在所述襯底的第一區(qū)域中形成有源像素陣列，使得所述第一介電層形成所述有源像素陣列的多個等離子氮化的氧化硅柵極層；在所述襯底的第二區(qū)域中形成控制電路，所述控制電路在操作上連接到所述有源像素陣列。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中，所述第二介電層通過氮?dú)夥罩械臒崽幚硇纬伞?br> 28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中，所述第二介電層通過氮?dú)夥罩械牡入x子處理形成。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，所述第二介電層形成為二氧化硅層。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，所述第一介電層形成為厚度大于所述第二介電層。
31.一種形成圖像傳感器的方法，包括在襯底的第一區(qū)域上方形成第一介電層，和在所述襯底的第二區(qū)域上方形成第二介電層，其中，所述第一介電層形成為二氧化硅層，和所述第二介電層通過氮?dú)夥罩械臒峄虻入x子處理形成；在所述襯底的第一區(qū)域中形成有源像素陣列，使得所述第一介電層形成所述有源像素陣列的多個二氧化硅柵極層；在所述襯底的第二區(qū)域中形成控制電路，使得所述第二介電層形成所述控制電路的多個氮化的氧化硅柵極層，其中，所述控制電路在操作上連接到所述有源像素陣列。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，所述第一介電層形成為厚度大于所述第二介電層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種減少閃爍的圖像傳感器及其制備方法，圖像傳感器包括有源像素陣列和連接到所述有源像素陣列的控制電路。有源像素陣列包括多個第一柵極介電層，控制電路包括多個第二柵極介電層，其中第一柵極介電層是等離子氮化的氧化硅層。
文檔編號H01L21/70GK1858912SQ200610075339
公開日2006年11月8日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月6日
發(fā)明者柳政澔, 李德炯, 鄭熙根, 嚴(yán)甲成 申請人:三星電子株式會社