專利名稱：圖像傳感器和制造圖像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，且更具體地涉及一種制造CMOS圖像傳感 器的方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用于將光學圖像轉(zhuǎn)換成電信號的器件。圖像傳感器可以被 分為電荷耦合器件(CCD)或CMOS圖像傳感器。CCD圖像傳感器可以包 括在空間上相互之間更加接近的多個MOS (金屬一氧化物一硅)電容器，借 此，載流子可以被存儲在電容器中以被傳送。CMOS圖像傳感器可以包括具 有多個MOS晶體管的開關(guān)系統(tǒng)，所述MOS晶體管利用CMOS技術(shù)而與像 素相對應(yīng)，其中所述CMOS技術(shù)利用控制電路和信號處理電路作為外圍電 路，以利用MOS晶體管對輸出進行連續(xù)檢測。釘扎光電二極管(pinnedphotodiode)是可以通過利用CCD圖像傳感器 或CMOS圖像傳感器感測輸入光以產(chǎn)生并積聚光生電荷的器件。釘扎二極管 可以具有掩埋于襯底內(nèi)的PNP或NPN結(jié)的結(jié)構(gòu)，被稱作掩埋式光電二極管。釘扎二極管可以比具有源極/漏極PN結(jié)結(jié)構(gòu)、MOS電容器結(jié)構(gòu)或類似 結(jié)構(gòu)的光電二極管具有更大的優(yōu)點。其中一個優(yōu)點在于，由于耗盡層的可延 伸的深度而導(dǎo)致將入射光子轉(zhuǎn)換成電子的能力強(高量子效率)。特別地， 在具有PNP結(jié)結(jié)構(gòu)的釘扎二極管中，n區(qū)完全耗盡以形成耗盡層，該耗盡層 包括兩個p區(qū)以及插入在它們之間的n區(qū)。因此，如此的釘扎二極管通過增 加耗盡層的深度，可以增強光敏性以及具有提高光生電荷生成效率(量子效 率)的能力。根據(jù)相關(guān)技術(shù)，解釋如下。圖1A到圖1C為橫截面圖，用于表示根據(jù)相
關(guān)技術(shù)制造CMOS圖像傳感器的方法。如在舉例的圖1A中所示，制造CMOS圖像傳感器的方法可以包括在？+ 型半導(dǎo)體襯底10上和/或上方形成P型外延層11的步驟。然后，具有溝道阻 斷區(qū)(channel stop region)的器件隔離層12可以通過注入BF2離子而形成在 半導(dǎo)體襯底10上。柵極絕緣層13和柵極14然后被形成在半導(dǎo)體襯底10上 和/或上方。可選擇地，用于防止擴散反射的非反射涂層能夠在柵極14上和/或上方 形成。柵極14可以是轉(zhuǎn)移晶體管的柵極。復(fù)位柵極、驅(qū)動?xùn)艠O、選擇柵極 等也可以被形成。柵極14的導(dǎo)電層可以包括摻雜多晶硅層以及比如W-硅化 物、Ti-硅化物、Ta-硅化物、Mo-硅化物等多種硅化物層中的至少一種。如在圖1B中所示，在形成離子注入掩模之后，雜質(zhì)可以被注入到半導(dǎo) 體襯底10的光電二極管區(qū)內(nèi)以形成N型擴散區(qū)15。隨后， 一系列的離子注 入可以被實施以形成CMOS晶體管的源極/漏極。特別地，輕離子注入可以 被實施，然后氧化物間隔件17被形成在柵極14的側(cè)壁上，之后重離子注入 可以被實施。轉(zhuǎn)移晶體管的感測節(jié)點(FD區(qū)域)18可以被重度地進行離子 注入，以減小位于轉(zhuǎn)移晶體管的柵極14與感測節(jié)點18之間的重疊電容。如在圖1C中所示，掩模圖案然后可以被形成以只暴露用于形成光電二 極管的有源區(qū)。Po型擴散區(qū)19然后可以通過將離子注入到有源區(qū)中而被形 成。在掩模圖案已經(jīng)被去除之后，在大約900。C的溫度下，通過在氮環(huán)境下 實施退火過程20分鐘，摻雜物可以被擴散。但是，在上述光電二極管中，在柵極的溝道已經(jīng)被打開之后，比如鄰近 熱能量(neighbor thermal energy)之類的附加能量可以提供給被存在于光電 二極管內(nèi)的缺陷所捕獲的電子。因此，這些電子作為噪聲而運轉(zhuǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例涉及一種制造CMOS圖像傳感器的方法，通過所述方 法，由被位于光電二極管內(nèi)的缺陷所捕獲的電子所產(chǎn)生的噪聲可以被防止。本發(fā)明的實施例涉及一種制造CMOS圖像傳感器的方法，通過所述方 法，利用被缺陷所捕獲的電子，轉(zhuǎn)移柵極的溝道可以被反轉(zhuǎn)。本發(fā)明的實施例涉及一種制造圖像傳感器的方法，其可以包括下列步驟
中的至少一個在半導(dǎo)體襯底上方形成外延層；在外延層的指定部分中形成器件隔離層；在外延層的由器件隔離層界定的有源區(qū)上方形成柵極；通過在外延層上實施離子注入，形成被連接到所述外延層的表面的第二導(dǎo)電類型第一擴散區(qū)，用于在外延層的內(nèi)部形成光電二極管；以及通過在位于柵極和第一擴散區(qū)之間的邊界上實施離子注入形成第二導(dǎo)電類型第二擴散區(qū)。本發(fā)明的實施例涉及一種制造圖像傳感器的方法，其可以包括下列步驟 中的至少一個在具有重摻雜第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上方形成具有第一導(dǎo)電類型的外延層；在外延層內(nèi)形成器件隔離層；在外延層的由器件隔離層 界定的有源區(qū)上方形成柵極，其中所述柵極被掩埋于外延層的指定深度內(nèi)； 然后在外延層的光電二極管區(qū)域內(nèi)形成具有第二導(dǎo)電類型的第一擴散區(qū)。本發(fā)明的實施例涉及一種圖像傳感器，其包括下列中的至少一個 具有第一導(dǎo)電類型的外延層，其形成在具有重摻雜第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯 底上方；器件隔離層，其形成在所述外延層內(nèi)；溝槽，其具有形成在所述外 延層內(nèi)的預(yù)定深度；柵極，其形成在所述溝槽內(nèi)；以及具有第二導(dǎo)電類型的 第一擴散區(qū)，其形成在所述外延層的光電二極管區(qū)域內(nèi)，并且被連接到所述 柵極上。根據(jù)實施例，所述柵極可以被形成為具有預(yù)定厚度，并且使得 所述柵極的一部分從所述外延層的最上層表面凸出。利用本發(fā)明，柵極可以被連接到光電二極管的耗盡區(qū)，因此通過使被缺 陷捕獲的電子經(jīng)耗盡層自由移動而抑制了噪聲的生成。而且，利用被缺陷捕 獲的電子，轉(zhuǎn)移柵極的溝道能夠被反轉(zhuǎn)。


圖1A到圖1C示出制造CMOS圖像傳感器的方法。圖2示出根據(jù)實施例的CMOS圖像傳感器的單位像素。圖3A到圖3C示出根據(jù)實施例的制造CMOS圖像傳感器的方法。圖4A到圖4C示出根據(jù)實施例的制造CMOS圖像傳感器的方法。
具體實施方式
如在圖2中所示，根據(jù)實施例的CMOS圖像傳感器的單位像素100可以 包括被從由器件隔離層界定的器件隔離區(qū)域中區(qū)分出來的有源區(qū)。轉(zhuǎn)移晶體
管120的柵極123、復(fù)位晶體管130的柵極133、驅(qū)動晶體管140的柵極143 以及選擇晶體管150的柵極153可以被排列以跨接(cross over)在有源區(qū)上。浮置擴散區(qū)域FD可以形成在外延層內(nèi)以與N/Po型擴散區(qū)間隔開，同時 轉(zhuǎn)移晶體管120的柵極123可以設(shè)置在上述兩者之間。在下列描述中光電二極管PD可以具有N/Po型擴散區(qū)?？蛇x擇的，光電 二極管PD可以實際上只具有N型擴散區(qū)。在這種情況下，N型擴散區(qū)可以 與下面的外延層一起被構(gòu)成為PN或NP結(jié)二極管。在下列的描述中，？++'或？+'可以表示重摻雜的？型，'Po'可以表示中 等程度摻雜的P型，并且'N'可以表示輕度摻雜的N型(N-type)。第一和第 二導(dǎo)電類型分別表示P和N或者N和P。為了解釋方便，具有Po/N型擴散區(qū)的光電二極管PD被作為例子在下面 的描述中采用。在下列的描述中，參照沿著圖2中的切割線A-A被對開的光電二極管和 單位像素的轉(zhuǎn)移柵極來解釋圖像傳感器制造方法。如在圖3A中所示，根據(jù)實施例的制造CMOS圖像傳感器的方法可以包 括在P+型半導(dǎo)體襯底20上和/或上方形成P型外延層21。然后器件隔離層 22可以形成在外延層21內(nèi)以界定半導(dǎo)體襯底20的有源區(qū)。器件隔離層22 可以通過淺溝槽隔離(STI)工藝或通過硅的局部氧化(LOCOS)工藝而形 成。然后，轉(zhuǎn)移晶體管120的柵極絕緣層121和柵極123可以形成在外延層 21上和/或上方。在這個過程中，在圖2中所示的復(fù)位柵極、驅(qū)動?xùn)艠O、選 擇柵極等可以被同時形成。如在圖3B中所示，在離子注入掩模已經(jīng)被形成之后，通過離子注入， 雜質(zhì)可以被注入到外延層21的光電二極管區(qū)域(也就是，光電二極管將被 形成的區(qū)域)中以形成N型擴散區(qū)24。通過離子注入，N型擴散區(qū)24a可以 在柵極123和N型擴散區(qū)24之間被形成。優(yōu)選地，離子注入可以通過傾斜 方法(tiltmethod)被實施。用于形成光電二極管的N型擴散區(qū)24可以通過 N型擴散區(qū)24a被延伸到柵極123的一側(cè)的底部。然后， 一系列的離子注入可以被實施以形成CMOS晶體管的源極/漏極。 特別地，輕度離子注入可以被實施，柵極絕緣層121和在柵極絕緣層121的
側(cè)壁上的氧化物間隔件125以及柵極123能夠被形成，然后重度離子注入被 實施。重度離子注入可以只在轉(zhuǎn)移柵極的感測節(jié)點(FD區(qū)域)25上被實施， 以減少位于轉(zhuǎn)移晶體管120的柵極123和感測節(jié)點25之間的重疊電容。如在圖3C中所示，掩模圖案然后可以被形成以只暴露用于在內(nèi)部形成 光電二極管的有源區(qū)。然后，離子注入可以在有源區(qū)上被實施以形成Po型 擴散區(qū)26。這樣，光電二極管被形成。在掩模圖案己經(jīng)被去除之后，摻雜物 (dopant)通過退火而被擴散。光電二極管的耗盡區(qū)變成被連接到所述柵極的下部。因此，被缺陷捕獲 的電子可以經(jīng)耗盡區(qū)自由移動。因此，耗盡區(qū)可以被用來使轉(zhuǎn)移柵極的溝道 反轉(zhuǎn)。如在圖4A中所示，根據(jù)實施例的制造圖像傳感器的方法可以包括在P+ 型半導(dǎo)體襯底20上和/或上方形成P型外延層21。器件隔離層22然后可以 在用于器件隔離區(qū)域的外延層21上和/或其上方形成，以界定半導(dǎo)體襯底20 的有源區(qū)。器件隔離層22可以通過淺溝槽隔離(STI)工藝或通過硅的局部 氧化(LOCOS)工藝而被形成。在掩模圖案已經(jīng)被形成以暴露轉(zhuǎn)移晶體管120的外延層21的指定部分 之后，通過利用掩模圖案進行蝕刻，溝槽能夠被形成。在掩模圖案已經(jīng)被去 除之后，柵極絕緣層121可以被形成在所述溝槽底部上和/或其上方。然后， 柵極123可以被形成在位于溝槽內(nèi)的柵極絕緣層121上和/或其上方。特別地， 柵極123可以被以指定深度掩埋于外延層21內(nèi)，以使得柵極123的一部分 從所述外延層21的最上層表面凸出。因此，柵極絕緣層121和柵極123被 凹進在外延層21內(nèi)。隨后，在圖2中所示的復(fù)位柵極、驅(qū)動?xùn)艠O、選擇柵 極等可以以相同的方式被形成。如在圖4B中所示，在離子注入掩模已經(jīng)被形成之后，通過離子注入， 雜質(zhì)可以被注入到光電二極管區(qū)域中以形成N型擴散區(qū)24。 N型擴散區(qū)24 可以被連接到柵極123的下部。隨后， 一系列的離子注入可以被實施以形成 CMOS晶體管的源極/漏極。特別地，輕度離子注入可以被實施，柵極絕緣層 121和在柵極絕緣層121的側(cè)壁上的氧化物間隔件125以及柵極123被形成， 然后重度離子注入被實施。重度離子注入可以只在轉(zhuǎn)移柵極的感測節(jié)點(FD 區(qū)域)25上被實施，以減少位于轉(zhuǎn)移晶體管120的柵極123和感測節(jié)點25
之間的重疊電容。如在圖4C中所示，掩模圖案然后可以被形成以只暴露用于形成光電二 極管在其內(nèi)的有源區(qū)。然后，離子注入可以在有源區(qū)上被實施以形成Po型 擴散區(qū)26，這樣，光電二極管被形成。在掩模圖案已經(jīng)被去除之后，摻雜物 通過退火被擴散。光電二極管的耗盡區(qū)可以連接到柵極123的下部。因此，被缺陷捕獲的 電子可以經(jīng)耗盡區(qū)自由移動。因此，耗盡區(qū)可以被用來使轉(zhuǎn)移柵極123的溝 道反轉(zhuǎn)。因此，實施例能夠提供下列的效果或優(yōu)點。首先，柵極可以被連接到光 電二極管的耗盡區(qū)，因此通過使被缺陷捕獲的電子經(jīng)耗盡層自由移動而抑制 了噪聲的生成。最后，利用被缺陷捕獲的電子，轉(zhuǎn)移柵極的溝道能夠被反轉(zhuǎn)。雖然實施例在這里已經(jīng)被說明，但是應(yīng)該理解的是，在本發(fā)明公開原理 的精神和范圍內(nèi)，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員提出多種其它的修改和實施例。更 具體而言，在說明書、附圖及所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)，對于各組成部分 和/或?qū)ο蟮慕M合排列能夠作出各種變型和修改。除了各組成部分和/或排列 的變型和修改之外，各種替代性使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是顯而易見 的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底上方形成外延層；在所述外延層的指定部分中形成器件隔離層；在所述外延層的由所述器件隔離層界定的有源區(qū)上方形成柵極；通過在所述外延層上實施離子注入，形成被連接到所述外延層的表面的第二導(dǎo)電類型的第一擴散區(qū)，用于在所述外延層的內(nèi)部形成光電二極管；以及通過在位于所述柵極與所述第一擴散區(qū)之間的邊界上實施離子注入，形成第二導(dǎo)電類型的第二擴散區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述外延層包括第一導(dǎo)電類型的外 延層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底包括重摻雜第一導(dǎo) 電類型的半導(dǎo)體襯底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用傾斜方法在位于所述柵極與所 述第一擴散區(qū)之間的邊界上實施離子注入，形成所述第二擴散區(qū)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二擴散區(qū)從所述第一擴散區(qū) 延伸到所述柵極的 一側(cè)的下部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述外延層和所述第一擴散區(qū)包括 PN結(jié)二極管和NP結(jié)二極管中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一擴散區(qū)包括第二導(dǎo)電類型 的第一擴散區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟在形成所述第二擴散區(qū)之 后，形成第一導(dǎo)電類型的第三擴散區(qū)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成第三擴散區(qū)的步驟包括在所 述第一擴散區(qū)上方的外延層的表面上實施離子注入。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述外延層、所述第一擴散區(qū)以 及所述第三擴散區(qū)包括PNP結(jié)二極管和NPN結(jié)二極管中的至少一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過淺溝槽隔離工藝和硅的局部氧化工藝中的至少一種來形成所述器件隔離層。
12. —種方法，包括在重摻雜第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上方形成第一導(dǎo)電類型的外延層； 在所述外延層中形成器件隔離層；在所述外延層的由所述器件隔離層界定的有源區(qū)上方形成柵極，其中所 述柵極被掩埋于所述外延層內(nèi)的指定深度；以及在所述外延層的光電二極管區(qū)域中形成第二導(dǎo)電類型的第一擴散區(qū)，并 使所述第一擴散區(qū)連接到所述柵極。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中形成所述柵極的步驟包括 在所述外延層中形成具有所述指定深度的溝槽； 在所述溝槽的底部上方形成柵極絕緣層；以及 在所述溝槽中的柵極絕緣層上方形成所述柵極； 其中所述柵極從所述外延層的最上層表面凸出指定高度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述外延層和所述第一擴散區(qū)包 括PN結(jié)二極管和NP結(jié)二極管中的至少一種。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括步驟在形成所述第一擴散區(qū) 之后，形成第一導(dǎo)電類型的第三擴散區(qū)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中形成所述第三擴散區(qū)的步驟包 括在所述第一擴散區(qū)上方的所述外延層的表面上實施離子注入。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述外延層、所述第一擴散區(qū)以 及所述第三擴散區(qū)包括PNP結(jié)二極管和NPN結(jié)二極管中的至少一種。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過淺溝槽隔離工藝和硅的局部 氧化工藝中的至少一種來形成所述器件隔離層。
19. 一種裝置，包括第一導(dǎo)電類型的外延層，其形成在重慘雜第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上方；器件隔離層，其形成在所述外延層內(nèi)；溝槽，其具有形成在所述外延層內(nèi)的預(yù)定深度；柵極，其形成在所述溝槽內(nèi)；以及第二導(dǎo)電類型的擴散區(qū)，其形成在所述外延層的光電二極管區(qū)域內(nèi)，并且被連接到所述柵極上；其中所述柵極形成為預(yù)定厚度，并且使得所述柵極的一部分從所述外延 層的最上層表面凸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述外延層和所述擴散區(qū)包括 PN結(jié)二極管和NP結(jié)二極管中的至少一種。
全文摘要
一種圖像傳感器和制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法可以包括在重摻雜第一導(dǎo)電類型襯底上形成第一導(dǎo)電類型外延層，在所述外延層的指定部分形成器件隔離層，在外延層種由器件隔離層界定的有源區(qū)上形成柵極，通過在用于在內(nèi)部形成光電二極管的外延層上實施離子注入，形成被連接到外延層的表面的第二導(dǎo)電類型第一擴散區(qū)，以及通過在位于柵極和第一擴散區(qū)之間的邊界上實施離子注入，形成第二導(dǎo)電類型第二擴散區(qū)。因此，所述光電二極管的柵極和耗盡區(qū)被連接，由此通過使被缺陷捕獲的電子經(jīng)耗盡區(qū)自由移動而抑制了噪聲產(chǎn)生。
文檔編號H01L21/70GK101211834SQ200710160139
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者樸東彬 申請人:東部高科股份有限公司