專利名稱：制造cmos圖像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造CMOS圖像傳感器的方法。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器分為電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化物硅(CMOS)圖像傳感器。
CCD具有諸如驅(qū)動方法復(fù)雜和高功耗的缺點。而且，由于需要多級光學(xué)處理而使CCD的制造方法復(fù)雜。
因此，CMOS圖像傳感器作為克服CCD的缺點的下一代圖像傳感器而受到關(guān)注。
CMOS圖像傳感器是采用切換模式的器件，它通過采用使用控制電路和信號處理電路作為外圍電路的CMOS技術(shù)，在半導(dǎo)體襯底上的每個單元像素處形成MOS晶體管，來順序地檢測使用MOS晶體管的每個單元像素的輸出。
根據(jù)晶體管的數(shù)量將CMOS圖像傳感器分為3T型、4T型和5T型。3T型CMOS圖像傳感器包括一個光電二極管和三個晶體管，4T型CMOS圖像傳感器包括一個光電二極管和四個晶體管。
在下文中，將參考其平面圖來描述4T型CMOS圖像傳感器的單元像素。
如圖1所示，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的單元像素包括作為光電轉(zhuǎn)換器的光電二極管10和四個晶體管。四個晶體管是傳輸晶體管(transfer transistor)20、復(fù)位晶體管30、存取晶體管(accesstransistor)40和選擇晶體管50。在圖1中，F(xiàn)D表示浮置擴散區(qū)(floatingdiffusion region)，附圖標(biāo)記90表示連接FD和接入晶體管40的耦合部分。Vin表示輸入端、Vout表示輸出端。
在下文中，將參考其剖面圖來描述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器中的光電二極管10和傳輸晶體管20。
如圖2所示，傳輸晶體管20包括形成在襯底11上的柵絕緣層21和柵電極23，形成在柵電極23兩側(cè)的第一側(cè)壁29和第二側(cè)壁31。
而且，n-型擴散區(qū)28和P0型擴散區(qū)(PDP；P型光電二極管注入)35形成在襯底11的光電二極管區(qū)(PD)。P0型擴散區(qū)35形成在n-型擴散區(qū)28上。此外，重?fù)诫sn+型擴散區(qū)(N+)32和輕摻雜n-型擴散區(qū)26形成在襯底11的浮置擴散區(qū)(FD)。
圖3是描述用于制造根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的工藝之一的剖面圖。
如圖3所示，將光刻膠層27涂布在襯底11的整個表面上，并且通過曝光和顯影工藝對涂布的光刻膠層27進行構(gòu)圖，以便暴露出光電二極管區(qū)(PD)。
然后，通過使用構(gòu)圖的光刻膠層27作為硬掩模、用100KeV到500KeV的離子注入能量向襯底11注入輕摻雜n-型雜質(zhì)離子，從而在光電二極管區(qū)形成輕摻雜n-型擴散區(qū)28。
以比在浮置擴散區(qū)形成輕摻雜n-型擴散區(qū)26的離子注入能量高的離子注入能量，來執(zhí)行在光電二極管區(qū)形成輕摻雜n-型擴散區(qū)28的雜質(zhì)離子注入，以便使輕摻雜n-型擴散區(qū)28形成得更深。
但是，制造根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的方法具有如下問題。
也就是說，為了將在光電二極管區(qū)上形成的n-型擴散區(qū)28用作傳輸晶體管20的源區(qū)，在執(zhí)行光學(xué)處理時柵電極23的上部的預(yù)定區(qū)必須暴露出來。
也就是說，光刻膠層27必須不覆蓋整個傳輸晶體管20。涂布光刻膠層27以暴露出柵電極23在源區(qū)一側(cè)的預(yù)定部分，從而當(dāng)執(zhí)行離子注入工藝時光刻膠層27在柵電極23處自對準(zhǔn)。
因此，由于當(dāng)為形成n-型擴散區(qū)28而執(zhí)行離子注入時，施加了從100KeV到500KeV范圍的高離子注入能量，所以雜質(zhì)離子也注入在柵電極23的暴露的部分A。因此，改變了傳輸晶體管20的特性，也由此降低了圖像傳感器的特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其基本上消除了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點而引起的一個或者多個問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其通過防止傳輸晶體管的特性改變來提高圖像傳感器的特性。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的和特征將在下面的描述中部分地提出，并且在下面的研究中對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將部分地變得明顯，或者可以從本發(fā)明的實踐中領(lǐng)會。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可以通過在說明書及其權(quán)利要求書以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
為了實現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點，并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體實施和廣義描述的，提供一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法包括在具有由光電二極管區(qū)和晶體管區(qū)限定的有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底的晶體管區(qū)形成柵電極，一柵絕緣層插在所述晶體管區(qū)和柵電極之間；在柵電極一側(cè)的晶體管區(qū)形成第一導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)；在柵電極兩側(cè)形成第一側(cè)壁和第二側(cè)壁；在柵電極一側(cè)的晶體管區(qū)形成第一導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)；將光刻膠層涂布在半導(dǎo)體襯底上，并且通過曝光和顯影工藝對該光刻膠層進行構(gòu)圖以覆蓋晶體管區(qū)；使用構(gòu)圖的光刻膠作為掩模，在光電二極管區(qū)形成導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)區(qū)；使用該構(gòu)圖的光刻膠層作為掩模，有選擇地去除預(yù)定厚度在第二側(cè)壁絕緣層和柵電極之間的第一側(cè)壁絕緣層；通過在預(yù)定溫度下回流構(gòu)圖的光刻膠層來覆蓋柵電極；使用回流的光刻膠層作為掩模有選擇地去除第二側(cè)壁絕緣層；以及使用回流的光刻膠層作為掩模，在柵電極形成有第三雜質(zhì)區(qū)的一側(cè)形成第一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提高圖像傳感器的特性，這是因為通過在執(zhí)行離子注入以形成輕摻雜n-擴散區(qū)時可靠地阻擋柵電極，從而使注入到柵電極的雜質(zhì)量最小化，而使得傳輸晶體管的特性變化最小化。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的前面的概述和下面的詳述是示例性和說明性的，并且意在提供對要求保護的本發(fā)明的進一步解釋。


所包括的附圖提供了本發(fā)明的進一步理解，并且其被引進并構(gòu)成了本申請的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實施例并且和說明書一起來說明本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的4T型CMOS圖像傳感器中的單元像素的平面圖；圖2是沿著圖1的線I-I’截取的剖面圖，示出了光電二極管和傳輸柵；圖3是描述制造根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的工藝之一的剖面圖；以及圖4A到4K是描述制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMOS圖像傳感器的方法的剖面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其例子在附圖中示出。在可能之處，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或相似部件。
在下文中，將參考附圖來詳細(xì)描述制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMOS圖像傳感器的方法。
根據(jù)本發(fā)明的實施例涉及制造具有NMOS晶體管的CMOS圖像傳感器的方法。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然，本發(fā)明能夠應(yīng)用于制造具有PMOS晶體管的CMOS圖像傳感器的方法。
根據(jù)本發(fā)明的實施例涉及制造具有四個晶體管的CMOS圖像傳感器的方法。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然，本發(fā)明可以應(yīng)用于制造具有多個晶體管的CMOS圖像傳感器的方法，諸如一個、三個和五個晶體管。
圖4A到4K是描述制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有NMOS晶體管的CMOS圖像傳感器的方法的剖面圖。
如圖4A所示，制備襯底111。襯底111能夠包括浮置擴散區(qū)(FD區(qū))和光電二極管區(qū)(RD區(qū))。
例如，在襯底111處，通過外延工藝在諸如重?fù)诫sP++型單晶硅的半導(dǎo)體襯底形成輕摻雜P-型外延層，或者能夠通過離子注入形成P阱。
形成外延層或者P阱是為了通過在光電二極管中大且深地形成耗盡區(qū)來提高低電壓光電二極管積累光電荷的能力，并且提高其光靈敏度。
在形成外延層或P阱之后，依次淀積柵絕緣層112和例如重?fù)诫s多晶硅層的導(dǎo)電層。然后，通過用光學(xué)和刻蝕工藝有選擇地去除導(dǎo)電層來形成柵電極113。
可通過執(zhí)行熱氧化工藝或者化學(xué)氣相淀積(CVD)來在半導(dǎo)體襯底上形成柵絕緣層112。
此外，還可進一步在柵電極113上形成硅化物層(未示出)。
然后，如圖4B所示，能夠在柵電極113上形成厚約60的氧化物層114?？赏ㄟ^熱氧化工藝形成氧化物層114。氧化物層114起到用于給晶體管的源/漏注入離子的柵側(cè)壁的作用。
然后，如圖4C所示，將第一光刻膠層115涂布在襯底111上并且通過曝光和顯影工藝來對其進行構(gòu)圖，以暴露出浮置擴散區(qū)并且覆蓋光電二極管區(qū)。
然后，通過使用構(gòu)圖的第一光刻膠層115作為硬掩模，來將輕摻雜n-型雜質(zhì)離子注入到暴露的浮置擴散區(qū)中，從而能夠形成輕摻雜n-型擴散區(qū)116。
然后，如圖4D所示，在去除第一光刻膠層115之后，在襯底111的整個表面上依次形成第一絕緣層117a和第二絕緣層118a。第一絕緣層117a和第二絕緣層118a可通過用化學(xué)氣相淀積(CVD)和低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)依次形成氧化物層117a和氮化物層118a來形成。
在此，氧化物層117a形成為具有大約150到250的厚度，氮化物層118a形成為具有大約700到900的厚度。例如，在本實施例中，氧化物層117a形成為具有大約200的厚度，氮化物層118a形成為具有大約800的厚度。
然后，如圖4E所示，通過刻蝕氮化物層118a和氧化物層117a，能夠在柵電極113的兩側(cè)形成具有氧化物層117和氮化物層118的間隔物。能夠使用例如回刻蝕工藝的干法刻蝕來刻蝕氮化物層118a和氧化物層117a，以形成間隔物。
然后，如圖4F所示，在襯底111的整個表面上涂布第二光刻膠層119，并且通過曝光和顯影工藝對其進行構(gòu)圖，以暴露浮置擴散區(qū)并覆蓋光電二極管區(qū)。
在構(gòu)圖之后，通過使用構(gòu)圖的第二光刻膠層119作為硬掩模，來將重?fù)诫sn+雜質(zhì)離子注入到浮置擴散區(qū)中，從而形成n+擴散區(qū)120。
然后，如圖4G所示，去除第二光刻膠層119，并且在襯底111的整個表面上涂布第三光刻膠層121。然后，通過曝光和顯影工藝對第三光刻膠層121進行構(gòu)圖，以暴露出光電二極管區(qū)。
然后，通過使用構(gòu)圖的第三光刻膠層121作為硬掩模來注入P0型雜質(zhì)，從而在襯底111上形成P0型擴散區(qū)(PDP)122。
在此，P0型雜質(zhì)離子能夠是BF2或者硼。當(dāng)使用BF2作為P0型雜質(zhì)離子時，可以以大約1×1011和5×1012原子/cm2的劑量來注入BF2離子。
P0型擴散區(qū)(PDP)122可具有約1×1016到5×1017原子/cm3。
由于以小于40KeV的離子注入能量來執(zhí)行BF2離子注入，所以不會對柵電極113施加任何熱沖擊。
然后，如圖4H所示，通過使用第三光刻膠層121作為硬掩模有選擇地去除氧化物層117，在柵電極113和氮化物層118之間形成孔B。
當(dāng)作為后續(xù)工藝使第三光刻膠層121回流時，孔B起到第三光刻膠層121的流動障礙物的作用。也就是說，孔B能夠提高第三光刻膠121的回流均勻性。
然后，如圖4I所示，構(gòu)圖的第三光刻膠層121在大約100℃到300℃的溫度下回流。
通過第三光刻膠層121的回流工藝，暴露的柵電極113變?yōu)楦采w有回流的第三光刻膠層121。
同時，與被最初構(gòu)圖的第三光刻膠層113覆蓋的柵電極113相比，柵電極113被多覆蓋大約0.4μm或者更少，并且回流工藝能夠在光刻膠121的回流不超出柵電極113的上部寬度的范圍內(nèi)進行。
在此，第三光刻膠層121的回流停止在孔B處，其中在孔B處，氮化物118和柵電極113之間的氧化物層117被去除。
然后，如圖4J所示，使用回流的第三光刻膠層121作為掩模，有選擇地去除暴露的氮化物層118。
在此，能夠使用濕法刻蝕工藝來有選擇地去除氮化物層118。
然后，通過使用回流的第三光刻膠層121作為硬掩模，以大約100KeV到500KeV的離子注入能量，注入輕摻雜n-雜質(zhì)離子，能夠在襯底111的光電二極管區(qū)形成輕摻雜n-型擴散區(qū)123。
當(dāng)注入輕摻雜n-型離子時，柵電極113被回流的光刻膠層121可靠地阻擋，其中回流的光刻膠層121覆蓋了柵電極113的開放區(qū)。因此，有效地保護了柵電極113不受可能注入到柵電極113的雜質(zhì)離子影響。
因此，晶體管的特性不改變。因此，能夠有效地防止CMOS圖像傳感器的惡化。
在此，通過應(yīng)用較高的注入能量，用于在光電二極管區(qū)形成輕摻雜n-擴散區(qū)123的雜質(zhì)離子能夠比浮置擴散區(qū)的輕摻雜n-擴散區(qū)116更深地注入。
然后，如圖4K所示，在去除第三光刻膠層121之后，通過在大約800℃到1200℃的溫度下對襯底111執(zhí)行熱處理，來擴散n-型擴散區(qū)123、P0型擴散區(qū)122、n-型擴散區(qū)116和n+型擴散區(qū)120中的雜質(zhì)離子。
在本實施例中，在使用用于形成P0型擴散區(qū)122的第三光刻膠層121作為硬掩模，有選擇地去除用于間隔物的氧化物層117之后，在光電二極管區(qū)形成n-型擴散區(qū)123。
但是，也可以在形成P0型擴散區(qū)122、去除第三光刻膠層121、涂布另外光刻膠層(未示出)、通過曝光和顯影工藝構(gòu)圖該另外光刻膠層、以及使用構(gòu)圖的該另外光刻膠層作為掩模有選擇地去除用于間隔物的氧化物層117之后，在光電二極管區(qū)形成n-型擴散區(qū)123。
根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器具有如下優(yōu)點。
當(dāng)執(zhí)行離子注入以形成輕摻雜n-型擴散區(qū)123時，柵電極113的開放部分被回流的第三光刻膠層121覆蓋，其中該n-型擴散區(qū)123用作光電二極管區(qū)的傳輸晶體管的源區(qū)。
因此，當(dāng)為了形成輕摻雜n-型擴散區(qū)123而執(zhí)行離子注入時，柵電極113被可靠地阻擋，以免受雜質(zhì)離子影響。因此，通過使注入到柵電極113的雜質(zhì)離子最小化，使傳輸晶體管的特性變化最小化。
顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，能夠在本發(fā)明中進行各種修改和變化。因而，本發(fā)明意圖覆蓋落在權(quán)利要求及其等價物的范圍內(nèi)的本發(fā)明的各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在具有由光電二極管區(qū)和晶體管區(qū)限定的有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底的晶體管區(qū)形成柵電極，一柵絕緣層插在所述晶體管區(qū)和柵電極之間；在柵電極一側(cè)的晶體管區(qū)形成第一導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)；在柵電極兩側(cè)形成第一側(cè)壁和第二側(cè)壁；在柵電極一側(cè)的晶體管區(qū)形成第一導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)；將光刻膠層涂布在半導(dǎo)體襯底上，并且通過曝光和顯影工藝對該光刻膠層進行構(gòu)圖以覆蓋晶體管區(qū)；使用構(gòu)圖的光刻膠作為掩模，在光電二極管區(qū)形成導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)區(qū)；使用構(gòu)圖的光刻膠層作為掩模，有選擇地去除預(yù)定厚度在第二側(cè)壁絕緣層和柵電極之間的第一側(cè)壁絕緣層；通過在預(yù)定溫度下回流構(gòu)圖的光刻膠層來覆蓋柵電極；使用回流的光刻膠層作為掩模有選擇地去除第二側(cè)壁絕緣層；以及使用回流的光刻膠層作為掩模，在柵電極形成有第三雜質(zhì)區(qū)的一側(cè)形成第一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該第二雜質(zhì)區(qū)比第一雜質(zhì)區(qū)形成得更深。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括在柵電極上形成60或更薄的氧化物層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在100℃到300℃的溫度下執(zhí)行光刻膠的回流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括在形成第四雜質(zhì)區(qū)之后對襯底執(zhí)行熱處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該第一絕緣層和第二絕緣層由具有不同刻蝕選擇性的絕緣層形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過濕法刻蝕工藝來去除該第二絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該第四雜質(zhì)區(qū)比第一雜質(zhì)區(qū)形成得更深。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)的形成中，將BF2或者硼用作雜質(zhì)離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中以1×1011到5×1012原子/cm2的劑量來注入BF2。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中當(dāng)注入BF2離子時，以小于40KeV的注入能量來執(zhí)行離子注入。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)具有1×1016到5×1017原子/cm3。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在側(cè)壁的形成中，該第一絕緣層是氧化物層，第二絕緣層是氮化物層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該第一絕緣層厚是150到250，而第二絕緣層厚是700到800。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在側(cè)壁的形成中，通過對第一絕緣層和第二絕緣層執(zhí)行回刻蝕工藝來形成側(cè)壁。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在孔的形成中，通過使用構(gòu)圖的光刻膠層作為硬掩模來對光電二極管區(qū)的第一絕緣層執(zhí)行濕法刻蝕工藝，在光電二極管區(qū)的柵電極和第二絕緣層之間形成孔。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在覆蓋開放的柵電極的過程中，通過熱處理，使構(gòu)圖的光刻膠層一維地延伸大約0.4μm或者更小。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在覆蓋開放的柵電極的過程中，通過熱處理，使構(gòu)圖的光刻膠層不超出開放的柵電極。
全文摘要
一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該制造方法包括在具有由光電二極管區(qū)和晶體管區(qū)限定的有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底的晶體管區(qū)形成柵電極，一柵絕緣層插在所述晶體管區(qū)和柵電極之間；在柵電極一側(cè)的晶體管區(qū)形成第一導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)；在柵電極兩側(cè)形成第一側(cè)壁和第二側(cè)壁；在柵電極一側(cè)的晶體管區(qū)形成第一導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)；將光刻膠層涂布在半導(dǎo)體襯底上，并且通過曝光和顯影工藝對該光刻膠層進行構(gòu)圖以覆蓋晶體管區(qū)；使用構(gòu)圖的光刻膠作為掩模，在光電二極管區(qū)形成導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)區(qū)；使用構(gòu)圖的光刻膠層作為掩模，有選擇地去除預(yù)定厚度在第二側(cè)壁絕緣層和柵電極之間的第一側(cè)壁絕緣層；通過在預(yù)定溫度下回流構(gòu)圖的光刻膠層來覆蓋柵電極；使用回流的光刻膠層作為掩模有選擇地去除第二側(cè)壁絕緣層；以及使用回流的光刻膠層作為掩模，在柵電極形成有第三雜質(zhì)區(qū)的的一側(cè)形成第一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū)。
文檔編號H01L27/146GK1877818SQ20061009122
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者全寅均 申請人:東部電子有限公司