專利名稱：Cmos圖像傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器主要分類為電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。在CCD中，電荷載流子在相互接近的MOS電容器中儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移。
CMOS圖像傳感器采用了CMOS技術(shù)(該技術(shù)使用控制電路和信號(hào)處理電路作為外圍電路并用MOS晶體管來(lái)連續(xù)地檢測(cè)輸出)，利用形成得與像素?cái)?shù)量一樣多的MOS晶體管的開關(guān)模式。
CCD具有幾個(gè)缺點(diǎn)，例如，復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，高功耗，以及由于多個(gè)掩模處理而導(dǎo)致的復(fù)雜工藝。而且，由于信號(hào)處理電路不能形成于CCD芯片中，不容易制造單芯片CCD。因此，最近通過(guò)用亞微米CMOS技術(shù)開發(fā)CMOS圖像傳感器的方式來(lái)開展研究，以克服這些缺點(diǎn)。
CMOS圖像傳感器通過(guò)以開關(guān)模式連續(xù)檢測(cè)信號(hào)來(lái)顯示圖像，其中，像素單元被配置為具有光電二極管和MOS晶體管。
由于CMOS圖像傳感器是使用CMOS技術(shù)制造的，CMOS圖像傳感器具有這樣的有利優(yōu)點(diǎn)，如低功耗，以及需要大約20個(gè)掩模的簡(jiǎn)單制造工藝，與此相比CCD制造工藝需要30到40個(gè)掩模，并且不能制造包括多個(gè)信號(hào)處理電路的單芯片CMOS圖像傳感器。在這方面，CMOS圖像傳感器已作為新一代圖像傳感器成為引人注目的中心，并已被用于各種應(yīng)用領(lǐng)域，如數(shù)碼相機(jī)(DSC)、計(jì)算機(jī)相機(jī)和手機(jī)相機(jī)。
同時(shí)，CMOS圖像傳感器根據(jù)晶體管的數(shù)目字分為3T型、4T型和5T型，等等。3T型CMOS圖像傳感器配置一個(gè)光電二極管和3個(gè)晶體管，4T型CMOS圖像傳感器配置一個(gè)光電二極管和4個(gè)晶體管。以下，將示出3T型CMOS圖像傳感器的單元元件(unit cell)的布局。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖。
參考圖1，3T型CMOS圖像傳感器的一個(gè)像素單元包括一個(gè)光電二極管(PD)和3個(gè)N型MOS晶體管(T1、T2和T3)。光電二極管的負(fù)極連接到第一NMOS晶體管(T1)的漏極和第二NMOS晶體管(T2)的柵極。
第一和第二NMOS晶體管(T1和T2)的源極連接到提供參考電壓VR的電源線，第一NMOS晶體管T1的柵極連接到提供復(fù)位信號(hào)RST的復(fù)位線。
第三NMOS晶體管(T3)的源極連接到第二NMOS晶體管(T2)的漏極，第三NMOS晶體管(T3)的漏極通過(guò)信號(hào)線連接到讀取電路。第三NMOS晶體管(T3)的柵極連接到提供選擇信號(hào)SLCT的列選擇線。
因此，第一NMOS晶體管(T1)稱為復(fù)位晶體管Rx，第二NMOS晶體管(T2)稱為驅(qū)動(dòng)晶體管Dx。第三NMOS晶體管T3稱為選擇晶體管Sx。
以下，將參考附圖描述現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器。
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的3T型CMOS圖像傳感器的像素單元的布局圖。
參考圖2，在半導(dǎo)體襯底中限定有源區(qū)10，在有源區(qū)10的較寬的部分上形成光電二極管區(qū)20，并將3個(gè)晶體管的柵極30、40和50相互重疊地形成于有源區(qū)10的其它部分。
也就是，通過(guò)柵極30、40和50分別形成復(fù)位晶體管Rx、驅(qū)動(dòng)晶體管Dx和選擇晶體管Sx。
這里，將雜質(zhì)離子注入除了柵極30，40和50下面部分之外的各晶體管的有源區(qū)中，以形成每個(gè)晶體管的源極/漏極區(qū)。
因此，將電源電壓Vdd施加到復(fù)位晶體管Rx與驅(qū)動(dòng)晶體管Dx之間的源極/漏極區(qū)，在選擇晶體管Sx一側(cè)的源極/漏極區(qū)與讀取電路連接。
盡管沒有示出，柵極30、40和50各自連接到一信號(hào)線，該信號(hào)線在其一端具有焊盤并連接到外部驅(qū)動(dòng)電路。
圖3為示出現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的雜質(zhì)注入?yún)^(qū)的示意圖。
參考圖3，通過(guò)將濃度為1015或更高的N型雜質(zhì)離子注入各柵極120、130和140以及除了光電二極管20之外的有源區(qū)10，形成高濃度n+型擴(kuò)散區(qū)70。
同樣將高濃度n+型雜質(zhì)離子注入光電二極管區(qū)20中，以形成用于形成接觸部分的歐姆電阻器。而且，由于當(dāng)將注入高濃度n+型雜質(zhì)離子注入柵極30中時(shí)的掩模不對(duì)準(zhǔn)，一些雜質(zhì)離子可能被注入到光電二極管區(qū)20中。
圖4A到圖4E是示出了現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的制造方法的橫截面圖。
參考圖4A，執(zhí)行外延處理，以在高濃度P++型半導(dǎo)體襯底61上形成低濃度P-型外延層62。
接下來(lái)，在半導(dǎo)體襯底61中限定有源區(qū)和器件隔離區(qū)，然后，通過(guò)淺溝槽隔離(STI)或硅的局部氧化(LOCOS)在器件隔離區(qū)中形成器件隔離區(qū)63。
將柵極絕緣層64和導(dǎo)電層(例如高濃度多晶硅層)連續(xù)地沉積在其中形成有器件隔離區(qū)63的外延層62的整個(gè)表面上。然后，從柵極65中有選擇地去除導(dǎo)電層和柵極絕緣層64。
參考圖4B，將第一光致抗蝕劑層66施加到半導(dǎo)體襯底61的整個(gè)表面上，然后，通過(guò)曝光和顯影處理來(lái)圖案化，以暴露出藍(lán)、綠和紅光電二極管區(qū)67。
然后，使用圖案化的第一光致抗蝕劑層66作為掩模，將低濃度n-型雜質(zhì)離子注入到外延層62中，以在藍(lán)、綠和紅光電二極管區(qū)67中形成低濃度n-型擴(kuò)散區(qū)。
各光電二極管區(qū)67是復(fù)位晶體管Rx的源極區(qū)(參考圖1和圖2)。
當(dāng)將反向偏壓施加到光電二極管區(qū)67與低濃度P-型外延層62之間時(shí)，產(chǎn)生耗盡層，并且當(dāng)復(fù)位晶體管截止時(shí)，由于接收光而產(chǎn)生的電子減小了驅(qū)動(dòng)晶體管的電位。在這種方式下，在復(fù)位晶體管導(dǎo)通并隨后截止之后，電位持續(xù)減小，從而產(chǎn)生電壓差。圖像傳感器使用電壓差進(jìn)行信號(hào)處理而運(yùn)行。
這里，將光電二極管區(qū)67形成到相同的2～3μm深度。
也就是，通過(guò)以相同的離子注入能量注入雜質(zhì)離子，將光電二極管區(qū)367形成到相同深度。
參考圖4C，將第一光致抗蝕劑層66徹底去除，然后，將絕緣層沉積在半導(dǎo)體襯底61的整個(gè)表面上。此后，執(zhí)行回蝕處理以在柵極65的兩側(cè)上形成側(cè)壁絕緣層68。
然后，將第二光致抗蝕劑層69施加到半導(dǎo)體襯底61的整個(gè)表面上，并隨后圖案化以覆蓋光電二極管區(qū)67，并通過(guò)曝光和顯影處理來(lái)暴露出每個(gè)晶體管的源極/漏極區(qū)和柵極64。
接下來(lái)，使用圖案化的第二光致抗蝕劑層69作為掩模，將高濃度n+型雜質(zhì)離子注入暴露的源極/漏極區(qū)和柵極64中，以形成n+型擴(kuò)散區(qū)70。
這里，與動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)相同，CMOS圖像傳感器需要高集成技術(shù)的發(fā)展。然而，在具有一百萬(wàn)或更多像素的CMOS圖像傳感器中，像素的尺寸減小和由此導(dǎo)致的光敏性的減小產(chǎn)生了大問(wèn)題。
尤其是，為了用n型雜質(zhì)來(lái)?yè)诫s復(fù)位晶體管、驅(qū)動(dòng)晶體管和選擇晶體管的柵極以形成雙柵多晶硅(dual gate poly)，必須將多晶硅摻雜到最高濃度，并且其中主要使用的是源極/漏極離子注入。
參考圖4D，將第二光致抗蝕劑層69去除。之后，將第三光致抗蝕劑層71施加到半導(dǎo)體襯底61的整個(gè)表面上，并隨后圖案化，以通過(guò)曝光和顯影處理暴露出光電二極管區(qū)67。
隨后，將p0型雜質(zhì)離子注入光電二極管區(qū)67中，其中使用圖案化的第三光致抗蝕劑層71作為掩模來(lái)形成n-型擴(kuò)散區(qū)，從而在半導(dǎo)體襯底61的表面下形成p0型擴(kuò)散區(qū)72。
這里，p0型擴(kuò)散區(qū)72被形成到小于0.1μm的深度。
參考圖4E，將第三光致抗蝕劑層71去除，并隨后在半導(dǎo)體襯底61上執(zhí)行熱處理，以擴(kuò)散每個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。
然而，由于掩模的不對(duì)準(zhǔn)，即使在光電二極管區(qū)，也可能執(zhí)行用于源極/漏極的離子注入。這減少了在光電二極管區(qū)中電荷的聚集，從而降低了圖像傳感器的光敏性。
而且，掩模的不對(duì)準(zhǔn)是在將高濃度雜質(zhì)離子注入柵極和復(fù)位晶體管的源極/漏極區(qū)時(shí)產(chǎn)生的，因而，帶來(lái)了在頂部和底部、右邊和左邊的不對(duì)準(zhǔn)，從而減少了像素的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器的制造方法，其充分地消除了由現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺點(diǎn)產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種CMOS圖像傳感器的制造方法，該方法能夠在用雜質(zhì)離子摻雜柵極時(shí)，通過(guò)在圖案化柵極之前注入高濃度離子來(lái)阻止高濃度雜質(zhì)離子由于掩模的不對(duì)準(zhǔn)而被注入光電二極管中，從而改善圖像傳感器的光敏性。
本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)、目的和特征，一部分將在以下的描述中提出，而一部分對(duì)于檢查了下面描述的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，或是可從實(shí)踐本發(fā)明中學(xué)到的。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在文字描述和權(quán)利要求以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和達(dá)到。
為了根據(jù)本發(fā)明目的達(dá)到上述目的和其它優(yōu)點(diǎn)，如本說(shuō)明書以實(shí)施例和概括說(shuō)明方式所描述的，提供了一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底中形成器件隔離層，以限定器件隔離區(qū)和有源區(qū)；在半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層；將高濃度雜質(zhì)離子注入多晶硅層；選擇性地去除多晶硅層和柵極絕緣層以形成柵極；將雜質(zhì)離子注入有源區(qū)以形成光電二極管區(qū)；并將雜質(zhì)離子注入有源區(qū)以形成源極/漏極區(qū)。
上述方法還可包括在所述柵極的兩側(cè)形成絕緣層側(cè)壁。
在上述方法中，所述柵極絕緣層可通過(guò)熱氧化處理或化學(xué)氣相淀積來(lái)形成。
在上述方法中，形成源極/漏極區(qū)可包括以光致抗蝕劑層來(lái)掩模至少一部分所述柵極，并將雜質(zhì)離子注入該柵極中。
在上述方法中，可將高濃度第二導(dǎo)電型雜質(zhì)離子注入所述多晶硅層中。
在上述方法中，還可包括在所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成層間絕緣層，并形成穿透該層間絕緣層的接觸部分。
在上述方法中，還可包括將雜質(zhì)離子注入所述接觸部分中。


包括附圖為的是提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且附圖與本申請(qǐng)結(jié)合并構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，示出了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并與文字描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的3T型CMOS圖像傳感器的單元元件的布局；圖3為示意圖，示出了用于形成歐姆電阻器的雜質(zhì)被注入形成于現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器內(nèi)的光電二極管的接觸部分中；圖4A到圖4E是示出現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器制造方法的橫截面圖；圖5A到圖5H是示出根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器制造方法的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將詳述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這些實(shí)施例的示例示于附圖中。只要能夠，對(duì)于相同或相似的部分，將在整個(gè)附圖中使用相同的參考編號(hào)。
圖5A到圖5G是示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器制造方法的橫截面圖。
參考圖5A，執(zhí)行外延處理，以在半導(dǎo)體襯底101，例如高濃度第一導(dǎo)電型(P++型)單晶硅襯底中形成低濃度第一導(dǎo)電型(P-型)外延層102。
這里，在低濃度第一導(dǎo)電型外延層102中形成大而深的用于光電二極管的耗盡區(qū)，這增加了低電壓光電二極管采集光電荷的容量，并提高了光敏性。
同時(shí)，可在n型半導(dǎo)體襯底上形成p型外延層。這里，將低濃度第一導(dǎo)電型外延層102形成到4-7μm的深度。
然后，在半導(dǎo)體襯底101中形成器件隔離層103，其中外延層102被形成為將器件彼此隔離。
盡管沒有示出，以下將描述器件隔離層103的形成方法。
在半導(dǎo)體襯底101上，順序形成焊盤(pad)氧化物層、焊盤氮化物層和四乙氧基硅烷(tetra ethyl ortho silicate，TEOS)氧化物層，并在TEOS氧化物層上形成光致抗蝕劑層。
通過(guò)曝光和顯影處理，使用限定有源區(qū)和器件隔離區(qū)的掩模，將光致抗蝕劑層圖案化。這里，將器件隔離區(qū)的光致抗蝕劑層去除。
使用圖案化的光致抗蝕劑層作為掩模，選擇性地去除器件隔離區(qū)的焊盤氧化物層、焊盤氮化物層和TEOS氧化物層。
使用圖案化的焊盤氧化物層、焊盤氮化物層和TEOS氧化物層作為掩模，將半導(dǎo)體襯底101的與器件隔離區(qū)相對(duì)應(yīng)的部分刻蝕到預(yù)定深度，以形成溝槽。其后，徹底去除光致抗蝕劑層。
在形成了溝槽的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上，形成薄的犧牲氧化物層，然后，在半導(dǎo)體襯底101上形成O3TEOS層以填充溝槽。即使在溝槽的內(nèi)壁上也形成犧牲氧化物層，而且O3TEOS層是在大約1000℃或更高的溫度條件下形成的。
使用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)處理去除除了溝槽區(qū)之外的O3TEOS層，以在溝槽內(nèi)形成器件隔離層103。之后，去除焊盤氧化物層、焊盤氮化物層和TEOS氧化物層被。
參考圖5B，在半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上形成柵極絕緣層104和多晶硅層105a。
柵極絕緣層104可通過(guò)熱氧化或化學(xué)氣相淀積(CVD)形成。
接下來(lái)，將高濃度n型雜質(zhì)離子注入在半導(dǎo)體襯底101上形成的多晶硅層105a中。
參考圖5C，通過(guò)光刻和刻蝕工藝，將多晶硅層105a和柵極絕緣層104選擇性地去除，以形成柵極105。
參考圖5D，將第一光致抗蝕劑層106施加到包括柵極105的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上，然后選擇性地圖案化，以通過(guò)曝光和顯影處理暴露出每個(gè)光電二極管區(qū)。
接下來(lái)，使用圖案化的第一光致抗蝕劑層106作為掩模，將低濃度第二導(dǎo)電型(n-型)雜質(zhì)離子注入外延層102中，以在光電二極管區(qū)中形成n-型擴(kuò)散區(qū)107。
參考圖5E，將第一光致抗蝕劑層106徹底去除，并隨后在包括柵極105的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上形成絕緣層。之后，在絕緣層的整個(gè)表面上執(zhí)行回蝕處理，以在柵極105的兩側(cè)上形成絕緣層側(cè)壁108。
然后，將第二光致抗蝕劑層109施加到包括柵極105的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上，并隨后通過(guò)曝光和顯影處理而圖案化，以覆蓋光電二極管區(qū)并暴露出每個(gè)晶體管的源極/漏極區(qū)(這里的浮置擴(kuò)散區(qū))。
接下來(lái)，使用圖案化的第二光致抗蝕劑層109作為掩模，將高濃度第二導(dǎo)電型(n+型)雜質(zhì)離子注入暴露的源極/漏極區(qū)中，以形成n+型擴(kuò)散區(qū)(浮置擴(kuò)散區(qū))110。
參考圖5F，去除第二光致抗蝕劑層109。之后，將第三光致抗蝕劑層111施加到半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上，并隨后圖案化，以通過(guò)曝光和顯影處理暴露出各光電二極管區(qū)的一部分。
然后，使用圖案化的第三光致抗蝕劑層111作為掩模，將第一導(dǎo)電型(p0型)雜質(zhì)離子注入其中形成了n-型擴(kuò)散區(qū)107的外延層102中，以在外延層102的表面下形成p0型擴(kuò)散區(qū)112。
參考圖5G，去除第三光致抗蝕劑層111，并在半導(dǎo)體襯底101上執(zhí)行熱處理處理，以擴(kuò)散每個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。
參考圖5H，在半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上形成層間絕緣層120，并將一部分層間絕緣層120去除，形成接觸部分121，以連接到p0型擴(kuò)散區(qū)112。
接下來(lái)，將高濃度雜質(zhì)離子注入接觸部分121中。在本發(fā)明中，由于離子是在形成接觸部分121以后注入的，所以，使用最少的離子注入，就能通過(guò)歐姆電阻器形成接觸部分。
然后，盡管沒有示出，形成金屬線、濾色層和微透鏡，以完成圖像傳感器。
在本發(fā)明的實(shí)施例中示出了3T型CMOS圖像傳感器，但是，本發(fā)明并不限于此，而是可以以相同的方式應(yīng)用于4T型CMOS圖像傳感器。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制造方法具有以下效果。
當(dāng)在3T型像素陣列中以摻雜高濃度復(fù)位晶體管時(shí)，能夠防止離子由于掩模不對(duì)準(zhǔn)而注入光電二極管中，從而用自對(duì)準(zhǔn)的離子注入解決了電容器減小的問(wèn)題并改善了像素的均勻度。
對(duì)于所屬領(lǐng)技術(shù)人員明顯的是，可以對(duì)本發(fā)明做各種更改和變化。因此，本發(fā)明意在覆蓋落在所附權(quán)利要求及其等效方案范圍內(nèi)的所有修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底中形成器件隔離層，以限定器件隔離區(qū)和有源區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底中形成柵極絕緣層和多晶硅層；將高濃度雜質(zhì)離子注入所述多晶硅層中；選擇性地去除所述多晶硅層和柵極絕緣層，以形成柵極；將雜質(zhì)離子注入所述有源區(qū)中，以形成光電二極管區(qū)；將雜質(zhì)離子注入所述有源區(qū)中，以形成源極/漏極區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述柵極的兩側(cè)形成絕緣層側(cè)壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柵極絕緣層是通過(guò)熱氧化處理或化學(xué)氣相淀積形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成源極/漏極區(qū)包括以光致抗蝕劑層來(lái)掩模至少一部分所述柵極，并將雜質(zhì)離子注入該柵極中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將高濃度第二導(dǎo)電型雜質(zhì)離子注入所述多晶硅層中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成層間絕緣層，并形成穿透該層間絕緣層的接觸部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將雜質(zhì)離子注入所述接觸部分中。
全文摘要
提供了一種CMOS圖像傳感器的制造方法。根據(jù)該方法，在半導(dǎo)體襯底形成器件隔離層以限定器件隔離區(qū)和有源區(qū)。在半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層。將高濃度的雜質(zhì)離子注入多晶硅層中。選擇性地去除多晶硅層和柵極絕緣層以形成柵極。將雜質(zhì)離子注入有源區(qū)中以形成光電二極管區(qū)；將雜質(zhì)離子注入有源區(qū)中以形成源極/漏極區(qū)。本發(fā)明能夠改善像素的均勻度。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1992213SQ20061017011
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者韓昌勛 申請(qǐng)人:東部電子股份有限公司