專利名稱：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器的制造方法。特別地，本發(fā)明涉及一種形成互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器中浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器的制造方法，其能獨立控制作為浮置擴(kuò)散區(qū)中歐姆接觸區(qū)的浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)(floating diffusion node region)的雜質(zhì)濃度。
背景技術(shù)：
一般而言，圖像傳感器為用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為電信號的半導(dǎo)體器件，且其通常被分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。
其中，所述CCD需要高能耗以及很多復(fù)雜的制造工藝，并且難以在單個芯片中制造。
因此，近來CMOS圖像傳感器得到熱切關(guān)注。
CMOS傳感器在每一單位像素中均包括PD和MOS晶體管，從而在開關(guān)模式下通過所述MOS晶體管檢測各單位像素上的電信號以獲取圖像。
由于CMOS圖像傳感器使用CMOS制造技術(shù)，所以CMOS圖像傳感器要求低能耗以及在制造過程中僅需約20個掩模。因此，CMOS圖像傳感器的制造工藝非常簡單。
此外，由于CMOS圖像傳感器可以與各種信號處理電路一起實現(xiàn)于單個芯片中，這就使得CMOS圖像傳感器作為下一代圖像傳感器而得到相當(dāng)多的關(guān)注。
下文中，將參考附圖描述傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器。
圖1為示出了包括一個光電二極管和四個晶體管的4T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖，而圖2為示出了傳統(tǒng)的4T型CMOS圖像傳感器的一個單位像素的布局圖。
如圖1和圖2所示，所述4T型CMOS圖像傳感器的所述單位像素包括一個用作光電轉(zhuǎn)化部的光電二極管PD10和四個晶體管Tx、Rx、Dx及Sx。
在這種情況下，所述四個晶體管分別為轉(zhuǎn)移晶體管Tx20、復(fù)位晶體管Rx30、驅(qū)動晶體管Dx40以及選擇晶體管Sx50。此外，負(fù)載晶體管(未示出)電連接于所述選擇晶體管的漏極端子處，所述漏極端子作為各單位像素的輸出端子。
圖3為上述傳統(tǒng)的4T型CMOS圖像傳感器的剖視圖。
如圖3所示，傳統(tǒng)的4T型CMOS圖像傳感器包括P-型半導(dǎo)體襯底1，其上限定有源區(qū)和隔離區(qū)；隔離層5，其形成于該隔離區(qū)中；阱區(qū)，其形成于該半導(dǎo)體襯底1的表面上；以及柵絕緣層(未示出)、柵電極20與30以及形成于所述柵絕緣層和所述柵電極的兩側(cè)的隔離件125，它們順序地疊置于該半導(dǎo)體襯底10的有源區(qū)中的預(yù)定部分處。此外，N-型輕摻雜漏極區(qū)(未示出)形成于半導(dǎo)體襯底10的、位于隔離件125下方的表面中。
此外，所述晶體管Tx、Rx、Dx及Sx的柵極均形成于所述柵電極20、30、40、及50內(nèi)。N+型阱區(qū)形成于在柵電極20、30、40和50兩側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底表面10上，用作每一晶體管的源極/漏極區(qū)。
同時，根據(jù)制造傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的方法，浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)包括一個形成于所述轉(zhuǎn)移晶體管Tx和復(fù)位晶體管Rx之間的N+型阱區(qū)。
然而，所述傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器具有如下缺點。
根據(jù)制造所述傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的方法，所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)通常在掩模打開時露出，且所述掩模用于在形成光電二極管之后形成邏輯區(qū)段(logic section)的結(jié)區(qū)(junction region)。為便于參考，邏輯區(qū)段的結(jié)區(qū)表示浮置擴(kuò)散區(qū)，下文中將對其進(jìn)行描述。
因此，在所述制造傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的方法中，在用于形成該邏輯區(qū)段的結(jié)區(qū)的離子注入期間，將離子注入到浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)中，從而難以獨立地調(diào)節(jié)該浮置擴(kuò)散(FD)區(qū)的電容值。
此外，通常，由于使用一個掩模，所以在參數(shù)選擇方面，減少了用于降低該浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)的結(jié)漏電流的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明目的在于一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的制造方法，其中用于形成邏輯區(qū)段的結(jié)區(qū)的掩模的形成和用于形成單位像素浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)的掩模無關(guān)。
為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明第一實施例，一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的制造方法，包括以下步驟制備形成有隔離層的半導(dǎo)體襯底；形成光電二極管與第一和第二多層?xùn)?，其中該光電二極管設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底的預(yù)定部分處，所述第一和第二多層?xùn)盼挥谠摪雽?dǎo)體襯底上并與該光電二極管隔開預(yù)定間隔；在該半導(dǎo)體襯底上形成位于所述第一多層?xùn)排c所述第二多層?xùn)胖g的浮置擴(kuò)散區(qū)，以接收從該光電二極管轉(zhuǎn)移的電子；以及在該浮置擴(kuò)散區(qū)的一部分上形成用于金屬接觸部的浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)。
在本發(fā)明中，所述第一多層?xùn)艦镃MOS圖像傳感器的轉(zhuǎn)移晶體管的多層?xùn)?；而所述第二多層?xùn)艦镃MOS圖像傳感器的復(fù)位晶體管的多層?xùn)拧?br> 在本發(fā)明中，所述浮置擴(kuò)散區(qū)通過注入n型雜質(zhì)離子而形成。
在本發(fā)明中，在注入所述n型雜質(zhì)離子之后，該制造方法還包括將p型雜質(zhì)離子注入到所述浮置擴(kuò)散區(qū)的表面中的步驟。
在本發(fā)明中，注入到所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)的雜質(zhì)為N+型雜質(zhì)，其密度高于注入到所述浮置擴(kuò)散區(qū)中的雜質(zhì)的密度。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例，一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器(CMOS)的制造方法，包括以下步驟制備形成有隔離區(qū)和有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底；在所述有源區(qū)的預(yù)定部分處形成多個多層?xùn)?；在該在所述多層?xùn)胖腥我粋€的一側(cè)上的該半導(dǎo)體襯底上形成光電二極管；在所述多層?xùn)诺膫?cè)壁上形成隔離件；利用第一掩模注入N0型雜質(zhì)離子以在所述有源區(qū)中限定浮置擴(kuò)散區(qū)，該第一掩模用于隔離該光電二極管并露出所述多個多層?xùn)胖g的區(qū)域；利用所述第一掩模將P0型雜質(zhì)離子注入到所述浮置擴(kuò)散區(qū)的表面中；以及，利用只露出所述浮置擴(kuò)散區(qū)的一部分的第二掩模注入N+型雜質(zhì)離子，以在所述浮置擴(kuò)散區(qū)的一部分上形成用于金屬接觸部的浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)。


圖1為示出了包括一個光電二極管和四個晶體管的4T型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的等效電路圖；
圖2為示出了傳統(tǒng)的4T型CMOS圖像傳感器的單位像素的布局圖；圖3為示出了傳統(tǒng)的4T型CMOS圖像傳感器的剖視圖；圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的單位像素的布局圖；以及圖5為示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的剖視圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖對根據(jù)本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法進(jìn)行描述。
圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的單位像素的布局圖，而圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的剖視圖。
如圖5所示，本發(fā)明的CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底100，其具有隔離層105；光電二極管110，其形成于該半導(dǎo)體襯底100的預(yù)定部分；多個多層?xùn)?20和130，其距離該光電二極管110以預(yù)定間隔形成；隔離件125，其形成于所述多層?xùn)?20和130的側(cè)壁上；浮置擴(kuò)散區(qū)160，其形成于所述多層?xùn)?20與130之間；以及浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162，其形成于所述浮置擴(kuò)散區(qū)160中部。
在此，通過在其全體(161)中注入n型(或N0型)雜質(zhì)離子而形成該浮置擴(kuò)散區(qū)160，并通過注入N+型雜質(zhì)離子形成該浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162。該浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162為歐姆接觸區(qū)。
同時，浮置擴(kuò)散區(qū)160的除該浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162之外的剩余部分注入有p型雜質(zhì)離子，從而形成層163。
根據(jù)本發(fā)明的制造具有如上所述結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的方法按如下方式進(jìn)行。
首先，制備半導(dǎo)體襯底100，其中限定了隔離區(qū)和有源區(qū)。
在此，所述隔離區(qū)表示形成隔離層105的部分，而所述有源區(qū)表示其它部分。
該半導(dǎo)體襯底100包括其中摻雜p型雜質(zhì)離子的p阱。該p阱區(qū)包括隨后形成的元件。
然后，在該半導(dǎo)體襯底100的有源區(qū)的預(yù)定部分處形成多個多層?xùn)?20和130。在此，所述多層?xùn)?20和130為構(gòu)成CMOS圖像傳感器的轉(zhuǎn)移晶體管Tx和復(fù)位晶體管Rx的多層?xùn)拧?br> 隨后，在該半導(dǎo)體襯底100上形成光電二極管110，以便鄰近所述多層?xùn)?20和130中的任一個多層?xùn)?，如圖4所示。該光電二極管110通過以預(yù)定深度注入雜質(zhì)離子，隨后將p型雜質(zhì)離子注入到所得到的表面中而得以形成。
接著，在所述多層?xùn)?20和130的側(cè)壁上形成氮化物層或氧化物層，從而完成隔離件125。
然后，利用第一掩模(包括圖4中浮置擴(kuò)散(FD)開口)將N0型雜質(zhì)離子注入到由所述FD開口露出的區(qū)域中，其中該第一掩模隔離該光電二極管110并露出所述多層?xùn)?20與130之間的區(qū)域。
由該FD開口限定的N0型雜質(zhì)區(qū)為如上所述的浮置擴(kuò)散區(qū)160。
該浮置擴(kuò)散區(qū)160用于接收從該光電二極管110轉(zhuǎn)移的電子。
繼續(xù)，利用所述第一掩模，將P0型雜質(zhì)離子注入到所述浮置擴(kuò)散區(qū)的表面中。因而，就在所述浮置擴(kuò)散區(qū)160中形成p型雜質(zhì)區(qū)163。
從上述內(nèi)容可以看出，在本發(fā)明中，利用通常具有FD開口的第一掩模注入所述N0型雜質(zhì)離子，然后再注入所述P0型雜質(zhì)離子。
形成所述p型雜質(zhì)區(qū)163的原因在于消除存在于所述浮置擴(kuò)散區(qū)160表面上的晶體缺陷，并由此降低漏電流。
接著，利用第二掩模注入N+型雜質(zhì)離子，該第二掩模只露出所述浮置擴(kuò)散區(qū)160的一部分(對應(yīng)于圖4中的結(jié)開口)。
為了便于描述，按照這種方式形成的N+型雜質(zhì)離子區(qū)被稱為浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162。利用所述第二掩模形成的所述N+型浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162為形成金屬接觸部的部分，并且其優(yōu)選地形成有最小面積。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制造方法中，通過使用第一掩模在所述多層?xùn)?20與130之間形成所述浮置擴(kuò)散區(qū)161，然后通過使用第二掩模形成所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162。
因此，在本發(fā)明中，可獨立地控制摻雜入所述浮置擴(kuò)散區(qū)161中的雜質(zhì)濃度。(因此，也可獨立地控制所述浮置擴(kuò)散區(qū)的電容值。)按照這種方式，在調(diào)節(jié)浮置擴(kuò)散區(qū)161中的雜質(zhì)摻雜濃度的情況下，能夠降低所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162的結(jié)漏電流。因此，所述CMOS圖像傳感器的低亮度特性得以改善，且像素變化得以降低。
如上所述，在本發(fā)明中，獨立地進(jìn)行雜質(zhì)注入工藝以形成浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)，從而可以控制在p型半導(dǎo)體襯底100和N+型浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162之間產(chǎn)生的結(jié)漏電流。
一般而言，調(diào)節(jié)鄰近所述p型半導(dǎo)體襯底的所述n型雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度進(jìn)而可以調(diào)節(jié)存在于所述結(jié)之間的耗盡區(qū)(depletion domain)的電場。因此，可以調(diào)節(jié)結(jié)漏電流。
通常，由于在選擇晶片時就確定p型半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度，因此通過調(diào)節(jié)鄰近所述p型半導(dǎo)體襯底的n型雜質(zhì)區(qū)中的雜質(zhì)濃度就可以調(diào)節(jié)結(jié)漏電流。
同時，在本發(fā)明的情況下，在注入N0型雜質(zhì)離子以形成浮置擴(kuò)散區(qū)160之后，可通過連續(xù)的離子注入工藝將P0型雜質(zhì)離子注入到硅襯底的表面中。因此，能夠降低因存在于硅襯底表面上的晶體缺陷而導(dǎo)致的漏電流。因此，所述CMOS圖像傳感器的低亮度特性得以改善。
此外，如上所述，在浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162中形成金屬接觸部。為方便起見，在注入N+型雜質(zhì)離子以形成浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162時，就可能增加在浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162中因注入損傷所致的漏電流。
因此，優(yōu)選地，所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)162形成有最小面積。換句話說，由所述第二掩模露出的圖4中的結(jié)開口優(yōu)選地形成有最小面積。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器及其制造方法具有以下效果。
首先，一旦通過形成邏輯區(qū)段中的結(jié)區(qū)以及獨立地?fù)诫s所述單位像素的所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)而進(jìn)行掩模工藝之后，就可以在浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)上持續(xù)進(jìn)行p型和n型摻雜。
其次，除了形成邏輯區(qū)段的結(jié)區(qū)之外，通過利用用于形成所述浮置擴(kuò)散區(qū)的掩模進(jìn)行浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)的多次注入工藝，就可以調(diào)節(jié)p型和n型的摻雜濃度，從而可以進(jìn)行降低所述浮置擴(kuò)散區(qū)的結(jié)漏電流的工藝。
第三，當(dāng)用于形成所述邏輯區(qū)段的結(jié)區(qū)的掩模打開時，這時只有所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)中的接觸部形成部分以最小面積露出。因此，對浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)的注入損傷被減至最小，因而能夠降低結(jié)漏電流。
因此，CMOS圖像傳感器的低亮度特性能夠通過上述工藝得到改善。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯而易見的是，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變化。因此，這意味著，本發(fā)明覆蓋在所附權(quán)利要求書及其等同范圍內(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，該制造方法包括以下步驟制備形成有隔離層的半導(dǎo)體襯底；形成光電二極管與第一和第二多層?xùn)?，其中該光電二極管設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底的預(yù)定部分處，所述第一和第二多層?xùn)盼挥谠摪雽?dǎo)體襯底上并與該光電二極管隔開預(yù)定間隔；在所述半導(dǎo)體襯底上形成位于所述第一多層?xùn)排c所述第二多層?xùn)胖g的浮置擴(kuò)散區(qū)，以接收從該光電二極管轉(zhuǎn)移的電子；以及在該浮置擴(kuò)散區(qū)的一部分上形成用于金屬接觸部的浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述第一多層?xùn)艦樵摶パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器中的轉(zhuǎn)移晶體管的多層?xùn)牛凰龅诙鄬訓(xùn)艦樵摶パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的復(fù)位晶體管的多層?xùn)拧?br> 3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述浮置擴(kuò)散區(qū)通過注入n型雜質(zhì)離子而形成。
4.如權(quán)利要求3所述的制造方法，其中，在注入所述n型雜質(zhì)離子之后，該方法還包括將p型雜質(zhì)離子注入到所述浮置擴(kuò)散區(qū)的表面中的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，注入到所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)的雜質(zhì)為N+型雜質(zhì)，其密度高于注入到所述浮置擴(kuò)散區(qū)的雜質(zhì)的密度。
6.一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法，該制造方法包括以下步驟制備形成有隔離區(qū)和有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底；在所述有源區(qū)的預(yù)定部分處形成多個多層?xùn)?；在所述多層?xùn)胖腥我粋€的一側(cè)的該半導(dǎo)體襯底上形成光電二極管；在所述多層?xùn)诺膫?cè)壁上形成隔離件；利用第一掩模注入N0型雜質(zhì)離子以在所述有源區(qū)中限定浮置擴(kuò)散區(qū)，該第一掩模用于隔離該光電二極管并露出所述多個多層?xùn)胖g的區(qū)域；利用所述第一掩模將P0型雜質(zhì)離子注入到所述浮置擴(kuò)散區(qū)的表面中；以及利用只露出所述浮置擴(kuò)散區(qū)的一部分的第二掩模注入N+型雜質(zhì)離子，以在所述浮置擴(kuò)散區(qū)的一部分上形成用于金屬接觸部的浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的制造方法。該方法包括以下步驟制備形成有隔離層的半導(dǎo)體襯底；形成光電二極管與第一和第二多層?xùn)?，其中該光電二極管設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底的預(yù)定部分處，所述第一和第二多層?xùn)盼挥谠摪雽?dǎo)體襯底上并與該光電二極管隔開預(yù)定間隔；在所述半導(dǎo)體襯底上形成位于所述第一多層?xùn)排c所述第二多層?xùn)胖g的形成浮置擴(kuò)散區(qū)，以接收從該光電二極管轉(zhuǎn)移的電子；以及在該浮置擴(kuò)散區(qū)的一部分上形成用于金屬接觸部的浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)。因此，由于所述浮置擴(kuò)散區(qū)的形成和所述浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)的形成無關(guān)，因而可控制由浮置擴(kuò)散結(jié)區(qū)產(chǎn)生的結(jié)漏電流。
文檔編號H01L27/146GK1992224SQ200610171258
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者沈喜成 申請人:東部電子股份有限公司