專利名稱：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種影像感測器及其制造方法，且特別涉及一種互補(bǔ)金屬氧 化物半導(dǎo)體影像感測器及其制造方法。
背景技術(shù)：
互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器(CMOS image sensor, CIS)與互補(bǔ)金 屬氧化物半導(dǎo)體的工藝相容，因此很容易與其他周邊電路整合在同 一芯片 上，而且能夠大幅降低影像感測器的成本以及消耗功率。近年來，在低價位 領(lǐng)域的應(yīng)用上，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器已成為電荷耦合元件的代 替品，進(jìn)而使得互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的重要性與日倶增?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器是由光二極管與多個晶體管所構(gòu)成， 其中光二極管是由n型摻雜區(qū)與p型基底形成的p-n結(jié)所構(gòu)成，而晶體管是 n型柵極的n型晶體管(n-polyNMOS)。目前，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感 測器的結(jié)構(gòu)包括有3-T架構(gòu)以及4-T架構(gòu)二種。所謂的3-T架構(gòu)是指互補(bǔ)金 屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的結(jié)構(gòu)包括重置晶體管(Rx)、源極隨耦器晶體管 (Dx)、選擇晶體管(Sx)及一光二極管(PD),而4-T架構(gòu)是指互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體影像感測器的結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)、重置晶體管、源極隨耦器晶 體管、選擇晶體管及一光二極管。現(xiàn)階段，互4卜金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器普遍存在會產(chǎn)生暗電流(dark current)的問題。 一般而言，在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的工藝中， 在形成柵極氧化層之前，會進(jìn)行一個注入工藝以將摻雜劑注入到轉(zhuǎn)移晶體管 的柵極預(yù)定形成位置的基底中，或是進(jìn)行另 一個注入工藝以將摻雜劑注入到 鄰接光感測區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)周邊的基底中，由此在上述注入?yún)^(qū)形成保護(hù)層，以 減輕暗電流的問題。然而，當(dāng)在互4卜金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的工藝中需要形成較厚的 柵極氧化層，或是工藝中需要形成導(dǎo)體層/介電層/導(dǎo)體層的復(fù)合結(jié)構(gòu)時，前 述保護(hù)層會因?yàn)闊峁に嚩鴩?yán)重擴(kuò)散，從而導(dǎo)致對暗電流問題的改善有限，并且對于影像感測器的像素性能造成諸多不良影響。尚且，除了上述問題之外， 在形成柵極氧化層之前所進(jìn)行的上述離子注入工藝，有可能使得基底表面在 進(jìn)行離子注入工藝時受到損傷。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是在提供一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器及其 制造方法，能夠在基底中形成有保護(hù)層的情況下進(jìn)一步降低暗電流的問題， 并能夠改善影像感測器的像素性能。本發(fā)明提出一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法，此方法 是先于基底中形成隔離結(jié)構(gòu)，以于基底中定義出光感測區(qū)與晶體管元件區(qū)， 其中晶體管元件區(qū)至少包括預(yù)定形成轉(zhuǎn)移晶體管的區(qū)域。接著，在基底上依 序形成第一介電層以及第一導(dǎo)體層。然后，進(jìn)行第一離子注入工藝，將第一 摻雜劑透過第一導(dǎo)體層與第一介電層注入轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定形成位置 下方以及光感測區(qū)的基底中。其后，圖案化第一導(dǎo)體層、第一介電層，以于 晶體管元件區(qū)上形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。之后，于光感測區(qū)的基底中形 成光二極管。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造 方法中，第一摻雜劑包括硼或磷。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法中，第一離子注入工藝包括于第一導(dǎo)體層上形成圖案化的第一掩模層， 以暴露出轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定形成位置與光感測區(qū)上方的第一導(dǎo)體層。接 著，以圖案化的第一掩模層為掩模，將第一摻雜劑透過第一導(dǎo)體層與第一介 電層注入基底中。其后，移除圖案化的第一掩模層。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造 方法中，在基底上依序形成第一介電層以及第一導(dǎo)體層的步驟之后、進(jìn)行第 一離子注入工藝之前，還包括于第一導(dǎo)體層上依序形成第二介電層、第二 導(dǎo)體層，其后圖案化第二導(dǎo)體層與第二介電層。其中，圖案化第一導(dǎo)體層、 第一介電層的步驟包括于晶體管元件區(qū)上同時形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu) 以及由圖案化的第一導(dǎo)體層、圖案化的第二介電層以及圖案化第二導(dǎo)體層所 組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法中，晶體管元件區(qū)還包括浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)，第一離子注入工藝還包括將 第一摻雜劑透過第一導(dǎo)體層與第一介電層注入浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)的基底中。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造 方法中，第一離子注入工藝包括于第一導(dǎo)體層上形成圖案化的第二掩模層， 以暴露出浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)、轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定形成位置以及光感測區(qū)上 方的第一導(dǎo)體層。然后，以圖案化的第二掩模層為掩模，將第一摻雜劑透過 第一導(dǎo)體層與第一介電層注入基底中。其后，移除前述圖案化的第二掩模層。 .依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造 方法中，還包括進(jìn)行第二離子注入工藝，第二離子注入工藝包括透過第一導(dǎo) 體層與第 一介電層，將第二摻雜劑注入鄰接光感測區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)周邊的基底 中。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造 方法中，第二摻雜劑包括硼或磷。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法中，第二離子注入工藝包括于第一導(dǎo)體層上形成圖案化的第三掩模層， 以暴露出鄰接光感測區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)以及隔離結(jié)構(gòu)周邊上方的第 一導(dǎo)體層。然 后，以圖案化的第三掩模層為掩模，將第二摻雜劑透過第一導(dǎo)體層與第一介 電層注入隔離結(jié)構(gòu)周邊的基底中。其后，移除圖案化的第三掩模層。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造 方法中，隔離結(jié)構(gòu)包括場氧化隔離結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明又提出一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其至少包括基 底、隔離結(jié)構(gòu)、光二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、第一保護(hù)層。隔離結(jié)構(gòu)設(shè)置于基底 中，用以于基底中定義出光感測區(qū)與晶體管元件區(qū)。光二極管設(shè)置于光感測 區(qū)中。轉(zhuǎn)移晶體管設(shè)置于晶體管元件區(qū)上，且鄰接于光二極管。第一保護(hù)層 設(shè)置于轉(zhuǎn)移晶體管的柵極下方以及光感測區(qū)的基底中。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，第 一保護(hù)層的摻雜劑包括硼或磷。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，還 包括由第一導(dǎo)體層、第一介電層、第二導(dǎo)體所依序堆疊而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，此 復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于晶體管元件區(qū)上。依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，晶體管元件區(qū)還包括浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)，并且互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器 還包括第二保護(hù)層，設(shè)置于浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)的基底中。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，第 二保護(hù)層的摻雜劑包括硼或磷。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，還 包括第三保護(hù)層，設(shè)置于鄰接光感測區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)周邊的基底中。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，第 三保護(hù)層的摻雜劑包括硼或磷。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，隔 離結(jié)構(gòu)包括場氧化隔離結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明是在圖案化第一導(dǎo)體層之前透過第一導(dǎo)體層來進(jìn)行離子注入工 藝，以于光感測區(qū)、轉(zhuǎn)移晶體管的柵極下方的基底中形成保護(hù)層，或是進(jìn)一 步于浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)的基底中或鄰接光感測區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)周邊的基底中形 成保護(hù)層。由此能夠減少保護(hù)層所經(jīng)歷的熱工藝，因此能夠避免保護(hù)層產(chǎn)生 嚴(yán)重的擴(kuò)散，從而能夠降低暗電流、改善影像感測器的像素性能。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu) 選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)i兌明如下。
圖1A至圖1E為依照本發(fā)明第一實(shí)施例所繪示的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)
體影像感測器的制造方法的流程剖面示意圖。
圖2為對采用先前技術(shù)的工藝與采用本發(fā)明技術(shù)的工藝所制作的元件， 經(jīng)測試暗電流與白點(diǎn)數(shù)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。
圖3A至圖3E為依照本發(fā)明第二實(shí)施例所繪示的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體影像感測器的制造方法的流程剖面示意圖。
圖4A至圖4F為依照本發(fā)明第三實(shí)施例所繪示的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 影像感測器的制造方法的流程剖面示意圖。
圖5A至圖5F為依照本發(fā)明第四實(shí)施例所繪示的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 影像感測器的制造方法的流程剖面示意圖。
附圖標(biāo)記說明
100、 200、 300、 400:基底102、202、302、402隔離結(jié)構(gòu)
104、204、304、404光感測區(qū)
106、206、306、406晶體管元件區(qū)
108、208、308、408p型阱區(qū)
110、210、310、314、 314a、 410:介電層112、212、312、312a、 316、 316a、 412:導(dǎo)體層114、214、318、414、 420:掩才莫層116、216、320、416、 422:離子注入工藝118、218、322、418、 424:保護(hù)層120、220、324、426柵極結(jié)構(gòu)
122、222、328、428光二極管
124、224、330、430n型摻雜區(qū)
126、226、332、432n型源極/漏極區(qū)(浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū))
128、228、334、434:轉(zhuǎn)移晶體管
326:復(fù)合結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例
圖IA至圖IE為依照本發(fā)明第一實(shí)施例所繪示的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體影像感測器的制造方法的流程剖面示意圖。而且，本實(shí)施例是以4T架構(gòu) 的互4卜金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器為例來進(jìn)行說明，并在圖式中省略部分 構(gòu)件，僅繪出必須說明的主要部分。
首先，請參照圖1A,提供基底100,基底IOO例如是硅基底或其他半導(dǎo) 體基底，并且基底100的導(dǎo)電型態(tài)例如是p型。在基底100中形成隔離結(jié)構(gòu) 102，且界定出光感測區(qū)104與晶體管元件區(qū)106,其中隔離結(jié)構(gòu)102例如是 場氧化隔離結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。而且，在后續(xù)工藝中至少會于晶體管元 件區(qū)106上形成轉(zhuǎn)移晶體管。
然后，在晶體管元件區(qū)106的基底100中形成p型阱區(qū)108。 p型阱區(qū) 108的形成方法例如是，在光感測區(qū)104的基底100上形成光致抗蝕劑層(未 繪示)，然后進(jìn)行離子注入工藝，于晶體管元件區(qū)106的基底中注入硼(B)或 其他合適的p型摻雜劑，之后再移除掉光致抗蝕劑層。當(dāng)然，在一實(shí)施例中，還可以是在整個基底100中形成p型阱區(qū)。
接著，請參照圖IB,在形成p型阱區(qū)108之后，于基底100上形成一 層介電層110，其材料例如是氧化硅。繼之，在介電層110上形成一層導(dǎo)體 層112。其中導(dǎo)體層112的材料例如是多晶硅，其形成方法例如是化學(xué)氣相 沉積法(CVD)。
然后，請參照圖1C,形成掩模層114,以暴露出轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定 形成位置與光感測區(qū)104上方的導(dǎo)體層112。掩模層114例如是光致抗蝕劑 層。之后，進(jìn)行離子注入工藝116,以掩模層114為掩模，將p型摻雜劑透 過導(dǎo)體層112、介電層IIO注入導(dǎo)體層112所暴露區(qū)域的基底100中，以形 成保護(hù)層118。其中p型摻雜劑例如是硼(B)或其他合適的p型摻雜劑，之后 再將掩模層114移除。
隨后，請參照圖1D，圖案化介電層IIO、導(dǎo)體層112，以于晶體管元件 區(qū)106的p型阱區(qū)108上至少形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu)120,尚且，在圖 1D中所未繪出的晶體管元件區(qū)106,可以隨著圖案化介電層110、導(dǎo)體層112 的工藝而一并形成其他晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。上述圖案化介電層110、導(dǎo)體層 112的方法例如是進(jìn)行光刻與蝕刻工藝。
接著，請參照圖1E，于光感測區(qū)104的基底100中形成光二極管l22。 光二極管122為p-n結(jié)區(qū)，其形成方法例如是進(jìn)行摻雜工藝，將n型摻雜劑 注入p型基底100中以形成n摻雜區(qū)124,并由n摻雜區(qū)124與p型基底100 構(gòu)成光二極管122。
繼之，在光二極管122形成之后，還包括于p型阱區(qū)108中形成n型源 極/漏極區(qū)126,以形成轉(zhuǎn)移晶體管128。其中轉(zhuǎn)移晶體管128的n型源極/ 漏極區(qū)126是用來作為浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)。n型源極/漏極區(qū)126的形成方法例 如是利用離子注入法，將磷(P)或其他合適的n型摻雜劑注入p型阱區(qū)108 中。
以下，利用圖1E來說明本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器。 請參照圖1E,本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器至少包括
基底100、隔離結(jié)構(gòu)102、保護(hù)層118、光二極管122、浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)126
以及轉(zhuǎn)移晶體管128。
隔離結(jié)構(gòu)102設(shè)置于基底100中，并于基底100中定義出光感測區(qū)104
與晶體管元件區(qū)106。光二極管122設(shè)置于光感測區(qū)104的基底100中，用以接受光源并將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。光二極管122可由光感測區(qū)104的p型基 底100以及n型摻雜區(qū)124所構(gòu)成。轉(zhuǎn)移晶體管128設(shè)置于晶體管元件區(qū)106 上，且鄰接于光二極管122。保護(hù)層118設(shè)置于轉(zhuǎn)移晶體管128的柵極下方 以及光感測區(qū)104的基底100中，用以對所設(shè)置的區(qū)域提供保護(hù)，以防止暗 電流。浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)126設(shè)置于晶體管元件區(qū)106的基底100中，其由轉(zhuǎn) 移晶體管128的n型源極/漏極區(qū)所構(gòu)成。而且，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 影像感測器各構(gòu)件的材料與形成方法已于前文進(jìn)行描述，故于此不再贅述。
圖2為對采用先前技術(shù)的工藝與采用本發(fā)明技術(shù)的工藝所制作的元件， 經(jīng)測試暗電流與白點(diǎn)數(shù)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。由圖2可知，相較于在形成柵 極介電層之前將離子注入轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定形成位置下方的基底中的 先前技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)是在圖案化導(dǎo)體層之前透過導(dǎo)體層將離子注入轉(zhuǎn)移 晶體管的柵極預(yù)定形成位置下方與光感測區(qū)的基底中，而本發(fā)明的技術(shù)不僅 在暗電流方面能夠得到進(jìn)一步的明顯改善，并且在白點(diǎn)數(shù)量方面亦有明顯的 減少，因此在影像感測器的像素性能方面亦得到明顯的改善。
第二實(shí)施例
圖3A至圖3E為依照本發(fā)明第二實(shí)施例所繪示的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體影像感測器的制造方法的流程剖面示意圖。同樣的，本實(shí)施例僅繪出必須 說明的主要部分。
首先，請參照圖3A,提供基底200,基底200例如是硅基底或其他半導(dǎo) 體基底，并且基底200的導(dǎo)電型態(tài)例如是p型。在基底200中形成隔離結(jié)構(gòu) 202，并界定出光感測區(qū)204與晶體管元件區(qū)206，其中隔離結(jié)構(gòu)202例如是 場氧化隔離結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。而且，在后續(xù)工藝中至少會于晶體管元 件區(qū)206上形成轉(zhuǎn)移晶體管。
然后，在晶體管元件區(qū)206的基底200中形成p型阱區(qū)208。 p型阱區(qū) 208的形成方法例如是，在光感測區(qū)204的基底200上形成光致抗蝕劑層(未 繪示)，然后進(jìn)行離子注入工藝，于晶體管元件區(qū)206的基底200中注入硼 或其他合適的p型摻雜劑，之后再移除掉光致抗蝕劑層。當(dāng)然，在一實(shí)施例 中，還可以是在整個基底200中形成p型阱區(qū)。
接著，請參照圖3B，在形成p型阱區(qū)208之后，于基底200上形成一 層介電層210，其材料例如是氧化硅。繼之，在介電層210上形成一層導(dǎo)體 層212。其中導(dǎo)體層212的材料例如是多晶硅，其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
然后，請參照圖3C，形成掩模層214,以暴露出除了轉(zhuǎn)移晶體管的溝道 區(qū)預(yù)定形成位置以外的浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)的預(yù)定形成位置以及光感測區(qū)204上 方的導(dǎo)體層212。掩模層214例如是光致抗蝕劑層。之后，進(jìn)行離子注入工 藝216，以掩模層214為掩模，將p型摻雜劑透過導(dǎo)體層212、介電層210 注入導(dǎo)體層212所暴露區(qū)域的基底200中，以形成保護(hù)層218。其中p型摻 雜劑例如是硼或其他合適的p型摻雜劑，之后再將掩模層214移除。
隨后，請參照圖3D,圖案化介電層210、導(dǎo)體層212,以于晶體管元件 區(qū)206的p型阱區(qū)208上至少形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu)220，并且，在圖 3D中所未繪出的晶體管元件區(qū)206,可以隨著圖案化介電層210、導(dǎo)體層212 的工藝而一并形成其他晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。上述圖案化介電層210、導(dǎo)體層 212的方法例如是進(jìn)4于光刻與蝕刻工藝。
接著，請參照圖3E,于光感測區(qū)204的基底200中形成光二極管222。 光二極管222為p-n結(jié)區(qū)，其形成方法例如是進(jìn)行摻雜工藝，將n型摻雜劑 注入p型基底200中以形成n摻雜區(qū)224，并由n摻雜區(qū)224與p型基底200 構(gòu)成光二極管222。
繼之，在光二極管222形成之后，還包括于p型阱區(qū)208中形成n型源 極/漏極區(qū)226,以形成轉(zhuǎn)移晶體管228。其中轉(zhuǎn)移晶體管228的n型源極/ 漏極區(qū)226是用來作為浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)。n型源極/漏極區(qū)226的形成方法例 如是利用離子注入法，將磷或其他合適的n型摻雜劑注入p型阱區(qū)308中。
以下，利用圖3E來說明本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器。
請參照圖3E，本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器至少包括 基底200、隔離結(jié)構(gòu)202、保護(hù)層218、光二極管222、浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)226 以及轉(zhuǎn)移晶體管228。在本實(shí)施例的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的結(jié) 構(gòu)中，除了保護(hù)層218的配置位置進(jìn)一步包括了浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)226的基底 200中之外，其余構(gòu)件的配置位置與上述第一實(shí)施例的相對應(yīng)構(gòu)件是相同的， 因此省略其描述。此外，上述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器各構(gòu)件的材 料與形成方法已于前文進(jìn)行描述，故于此不再贅述。
由于本實(shí)施例利用透過導(dǎo)體層212進(jìn)行注入的方式并對掩模層214進(jìn)行 適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，因此除了轉(zhuǎn)移晶體管228的溝道區(qū)之外，能夠于同一摻雜工藝 216中同時將摻雜劑注入光感測區(qū)204以及浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)226的基底200中，因此除了光感測區(qū)204、轉(zhuǎn)移晶體管228下方的基底200能夠得到保護(hù) 之外，浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)226的基底200也能夠得到保護(hù)。 第三實(shí)施例
圖4A至圖4F為依照本發(fā)明第三實(shí)施例所繪示的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 影像感測器的制造方法的流程剖面示意圖。同樣的，本實(shí)施例僅繪出必須說 明的主要部分。
首先，請參照圖4A,提供基底300，基底300例如是硅基底或其他半導(dǎo) 體基底，并且基底300的導(dǎo)電型態(tài)例如是p型。在基底300中可形成隔離結(jié) 構(gòu)302,并界定出光感測區(qū)304與晶體管元件區(qū)306，其中隔離結(jié)構(gòu)302例 如是場氧化隔離結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。而且，在后續(xù)工藝中至少會于晶體 管元件區(qū)306上形成轉(zhuǎn)移晶體管。
然后，在晶體管元件區(qū)306的基底300中形成p型阱區(qū)308。 p型阱區(qū) 308的形成方法例如是，在光感測區(qū)304的基底300上形成光致抗蝕劑層(未 繪示)，然后進(jìn)行離子注入工藝，于晶體管元件區(qū)306的基底中注入硼或其 他合適的p型摻雜劑，之后再移除掉光致抗蝕劑層。當(dāng)然，在一實(shí)施例中， 還可以是在整個基底300中形成p型阱區(qū)。
接著，請參照圖4B,在形成p型阱區(qū)308之后，于基底300上形成依 序形成介電層310、導(dǎo)體層312、介電層314以及導(dǎo)體層316。介電層310 的材料例如是氧化硅，導(dǎo)體層312、 316的材料例如是多晶硅，其形成方法 例如是化學(xué)氣相沉積法。而且介電層314的材料例如是適于作為電容器的電 極間介電層的材料。
接著，請參照圖4C，圖案化導(dǎo)體層316以及介電層314,以形成圖案化 的導(dǎo)體層316a與介電層314a。其中此圖案化的導(dǎo)體層316a與介電層3"a 例如是分別作為電容器之上電極與介電層。上述圖案化介電層316、導(dǎo)體層 314的方法例如是進(jìn)行光刻與蝕刻工藝。
然后，請參照圖4D,形成掩模層318,以暴露出轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定 形成位置與光感測區(qū)304上方的導(dǎo)體層312。掩模層318例如是光致抗蝕劑 層。之后，進(jìn)行離子注入工藝320，以掩模層318為掩模，將p型摻雜劑透 過導(dǎo)體層312、介電層310注入導(dǎo)體層312所暴露區(qū)域的基底300中，以形 成保護(hù)層322。其中p型摻雜劑例如是硼或其他合適的p型摻雜劑，之后再 將掩模層318移除。隨后，請參照圖4E,圖案化介電層310、導(dǎo)體層312，以于晶體管元件 區(qū)306的p型阱區(qū)308上至少形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu)324以及由圖案化 的導(dǎo)體層316a、圖案化的介電層314a、圖案化的導(dǎo)體層312a所構(gòu)成的復(fù)合 結(jié)構(gòu)326此復(fù)合結(jié)構(gòu)326例如是可作為電容器。而且，圖4E中所未繪出的 晶體管元件區(qū)306,可以隨著圖案化介電層310、導(dǎo)體層312的工藝而一并 形成其他晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。上述圖案化介電層310、導(dǎo)體層312的方法例 如是進(jìn)行光刻與蝕刻工藝。
接著，請參照圖4F,于光感測區(qū)304的基底300中形成光二極管328。 光二極管328為p-n結(jié)區(qū)，其形成方法例如是進(jìn)行摻雜工藝，將n型摻雜劑 注入p型基底300中以形成n摻雜區(qū)330,并由n摻雜區(qū)330與p型基底300 構(gòu)成光二^L管328。
繼之，在光二極管328形成之后，還包括于p型阱區(qū)308中形成n型源 極/漏極區(qū)332，以形成轉(zhuǎn)移晶體管334。其中轉(zhuǎn)移晶體管334的n型源極/ 漏極區(qū)332是用來作為浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)。n型源極/漏極區(qū)332的形成方法例 如是利用離子注入法，將磷或其他合適的n型摻雜劑注入p型阱區(qū)308中。
以下，利用圖4F來說明本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器。
請參照圖4F，本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器至少包括 基底300、隔離結(jié)構(gòu)302、保護(hù)層322、光二極管328、浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)332、 復(fù)合結(jié)構(gòu)326以及轉(zhuǎn)移晶體管334。在本實(shí)施例的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影 像感測器的結(jié)構(gòu)中，除了進(jìn)一步在晶體管元件區(qū)306上配置有可作為電容器 的導(dǎo)體層/介電層/導(dǎo)體層復(fù)合結(jié)構(gòu)326之外，其余構(gòu)件的配置位置與上述第 一實(shí)施例的相對應(yīng)構(gòu)件是相同的，因此省略其描述。此外，上述互補(bǔ)金屬氧 化物半導(dǎo)體影像感測器各構(gòu)件的材料與形成方法已于前文進(jìn)行描述，故于此 不再贅述。
于本實(shí)施例中，由于在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的工藝中包含 了導(dǎo)體層/介電層/導(dǎo)體層的形成工藝，如依先前技術(shù)來形成保護(hù)層322的話， 將會產(chǎn)生保護(hù)層322嚴(yán)重擴(kuò)散的問題。而通過采用本實(shí)施例的工藝，將能夠 避免所形成的保護(hù)層322產(chǎn)生嚴(yán)重擴(kuò)散，進(jìn)而影響元件效能等問題。
第四實(shí)施例
圖5A至圖5F為依照本發(fā)明第四實(shí)施例所繪示的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 影像感測器的制造方法的流程剖面示意圖。同樣的，本實(shí)施例僅繪出必須說明的主要部分。
首先，請參照圖5A,提供基底400,基底400例如是硅基底或其他半導(dǎo) 體基底，并且基底400的導(dǎo)電型態(tài)例如是p型。在基底400中可形成隔離結(jié) 構(gòu)402,并界定出光感測區(qū)404與晶體管元件區(qū)406,其中隔離結(jié)構(gòu)402例 如是場氧化隔離結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。而且，在后續(xù)工藝中至少會于晶體 管元件區(qū)406上形成轉(zhuǎn)移晶體管。
然后，在晶體管元件區(qū)406的基底400中形成p型阱區(qū)408。 p型阱區(qū) 408的形成方法例如是，在光感測區(qū)404的基底400上形成光致抗蝕劑層(未 繪示)，然后進(jìn)行離子注入工藝，于晶體管元件區(qū)406的基底中注入硼或其 他合適的p型摻雜劑，之后再移除掉光致抗蝕劑層。當(dāng)然，在一實(shí)施例中， 還可以是在整個基底400中形成p型阱區(qū)。
接著，請參照圖5B,在形成p型阱區(qū)408之后，于基底400上形成一 層介電層410，其材料例如是氧化硅。繼之，在介電層410上形成一層導(dǎo)體 層412。其中導(dǎo)體層412的材料例如是多晶硅，其形成方法例如是化學(xué)氣相 沉積法。
然后，請參照圖5C,形成掩模層414，以暴露出轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定 形成位置與光感測區(qū)404上方的導(dǎo)體層412。掩模層414例如是光致抗蝕劑 層。之后，進(jìn)行離子注入工藝416,以掩模層414為掩模，將p型摻雜劑透 過導(dǎo)體層412、介電層410注入導(dǎo)體層412所暴露區(qū)域的基底400中，以形 成保護(hù)層418。其中p型摻雜劑例如是硼或其他合適的p型摻雜劑，之后再 將掩模層414移除。
然后，請參照圖5D，形成掩模層420,以暴露出隔離結(jié)構(gòu)402以及其周 邊位置上方的導(dǎo)體層412。掩模層420例如是光致抗蝕劑層。之后，進(jìn)行離 子注入工藝422，以掩模層420為掩模，將p型摻雜劑透過導(dǎo)體層412、介 電層410注入隔離結(jié)構(gòu)402周邊的基底400中，以形成保護(hù)層424。其中p 型摻雜劑例如是硼或其他合適的p型摻雜劑，之后再將掩模層420移除。
隨后，請參照圖5E,圖案化介電層410、導(dǎo)體層412,以于晶體管元件 區(qū)406的p型阱區(qū)408上至少形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu)426，而且，在圖 5E中所未繪出的晶體管元件區(qū)406,可以隨著圖案化介電層410、導(dǎo)體層412 的工藝而一并形成其他晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。上述圖案化介電層410、導(dǎo)體層 412的方法例如是進(jìn)行光刻與蝕刻工藝。接著，請參照圖5F,于光感測區(qū)404的基底400中形成光二極管428。 光二極管428為p-n結(jié)區(qū)，其形成方法例如是進(jìn)行摻雜工藝，將n型摻雜劑 注入p型基底400中以形成n摻雜區(qū)430，并由n摻雜區(qū)430與p型基底400 構(gòu)成光二極管428。
繼之，在光二極管428形成之后，還包括于p型阱區(qū)408中形成n型源 極/漏極區(qū)432,以形成轉(zhuǎn)移晶體管434。其中轉(zhuǎn)移晶體管434的n型源極/ 漏極區(qū)432是用來作為浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)。n型源極/漏極區(qū)432的形成方法例 如是利用離子注入法，將磷或其他合適的n型摻雜劑注入p型阱區(qū)408中。
以下，利用圖5F來說明本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器。
請參照圖5F,本發(fā)明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器至少包括: 基底400、隔離結(jié)構(gòu)402、保護(hù)層418、保護(hù)層424、光二極管428、浮置節(jié) 點(diǎn)摻雜區(qū)432以及轉(zhuǎn)移晶體管434。在本實(shí)施例的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影 像感測器的結(jié)構(gòu)中，除了進(jìn)一步在鄰接光感測區(qū)404的隔離結(jié)構(gòu)402周邊的 基底400中配置有保護(hù)層424之外，其余構(gòu)件的配置位置與上述第一實(shí)施例 的相對應(yīng)構(gòu)件是相同的，因此省略其描述。
如依照先前技術(shù)的工藝來形成隔離結(jié)構(gòu)周邊的保護(hù)層的話，考慮到保護(hù) 層因熱工藝擴(kuò)散的問題，因此必須形成較高劑量的保護(hù)層以達(dá)到足夠的保護(hù) 作用，但是此高劑量的保護(hù)層會產(chǎn)生更大范圍的橫向擴(kuò)散，使得光二極管區(qū) 內(nèi)的有效n型摻雜劑的劑量減少，進(jìn)而使得阱區(qū)容量減少。然而，于本實(shí)施 例中，由于保護(hù)層424同樣是在圖案化導(dǎo)體層412之前透過導(dǎo)體層412注入 隔離結(jié)構(gòu)402周邊的基底中，因此能夠避免保護(hù)層424因熱工藝而嚴(yán)重擴(kuò)散 的問題。與先前技術(shù)相較之下，不僅能夠減少暗電流，還可以增加阱區(qū)容量、 改善影像延遲，從而改善了影像感測器的像素效能。
在上述第四實(shí)施例中，在考慮到注入深度的不同，因此保護(hù)層418、 424 是利用不同的離子注入工藝416、 422來形成的。然而，如果不需考慮兩保 護(hù)層418、 424的注入深度的差異的話，亦可以在圖5C的步驟中，通過對掩 模層414的圖案進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏酝瑫r暴露出預(yù)定形成保護(hù)層418、 424的 部分，之后再通過離子注入工藝416同時形成保護(hù)層418、 424。
尚且，在以上實(shí)施例中的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器是以p型基 底、p型阱區(qū)、n型摻雜區(qū)、n型源極/漏極區(qū)以及例如是采用硼的p型保護(hù) 層來說明的，然而在實(shí)際的應(yīng)用上，并不限于此，也是可以采用n型基底、n型阱區(qū)、p型摻雜區(qū)、p型源極/漏極區(qū)以及例如是采用磷的n型保護(hù)層， 或已知所知悉的方法來加以變化。
綜上所述，本發(fā)明是在圖案化用以形成柵極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體層之前，透過導(dǎo) 體層來進(jìn)行摻雜工藝以于光感測區(qū)、轉(zhuǎn)移晶體管的柵極下方的基底中形成保 護(hù)層，或是進(jìn)一 步于浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)的基底中或鄰接光感測區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)周 邊的基底中形成保護(hù)層。由此本發(fā)明能夠減少保護(hù)層所經(jīng)歷的熱工藝，因此 能夠避免保護(hù)層產(chǎn)生嚴(yán)重的擴(kuò)散，從而能夠降低暗電流，并改善影像感測器 的像素性能。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本 發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法，包括于基底中形成隔離結(jié)構(gòu)，并定義出光感測區(qū)與晶體管元件區(qū)，其中前述晶體管元件區(qū)至少包括預(yù)定形成轉(zhuǎn)移晶體管的區(qū)域；在前述基底上依序形成第一介電層以及第一導(dǎo)體層；進(jìn)行第一離子注入工藝，將第一摻雜劑透過前述第一導(dǎo)體層與前述第一介電層注入前述轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定形成位置下方以及前述光感測區(qū)的前述基底中；圖案化前述第一導(dǎo)體層、前述第一介電層，以于前述晶體管元件區(qū)上形成前述轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu)；以及于前述光感測區(qū)的前述基底中形成光二極管。
2. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法， 其中前述第 一摻雜劑包括硼或磷。
3. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法， 其中前述第一離子注入工藝包括于前述第 一導(dǎo)體層上形成圖案化的第一掩模層，以暴露出前述轉(zhuǎn)移晶體 管的柵極預(yù)定形成位置與前述光感測區(qū)上方的前述第 一導(dǎo)體層；以前述圖案化的第一掩模層為掩模，將前述第一摻雜劑透過前述第一導(dǎo) 體層與前述第一介電層注入前述基底中；以及移除前述圖案化的第 一掩模層。
4. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法， 其中在前述基底上依序形成前述第一介電層以及前述第一導(dǎo)體層的步驟之 后、進(jìn)行前述第一離子注入工藝之前，還包括于前述第一導(dǎo)體層上依序形成第二介電層、第二導(dǎo)體層；以及 圖案化前述第二導(dǎo)體層與前述第二介電層，其中，前述圖案化第一導(dǎo)體層、前述第一介電層的步驟包括于前述晶 體管元件區(qū)上同時形成前述轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu)以及由圖案化的第一導(dǎo) 體層、圖案化的第二介電層以及圖案化第二導(dǎo)體層所組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法， 其中前述晶體管元件區(qū)還包括浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)，前述第一離子注入工藝還包括將前述第一摻雜劑透過前述第一導(dǎo)體層與前述第一介電層注入前述浮置 節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)的前述基底中。
6. 如權(quán)利要求5所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法，其中前述第 一 離子注入工藝包括于前述第一導(dǎo)體層上形成圖案化的第二掩模層，以暴露出前述浮置節(jié)點(diǎn) 摻雜區(qū)、前述轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定形成位置以及前述光感測區(qū)上方的前述 第一導(dǎo)體層；以前述圖案化的第二掩模層為掩模，將前述第一摻雜劑透過前述第一導(dǎo) 體層與前述第一介電層注入前述基底中；以及 移除前述圖案化的第二掩模層。
7. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法， 其中還包括進(jìn)行第二離子注入工藝，前述第二離子注入工藝包括透過前述第 一導(dǎo)體層與前述第一介電層，將第二摻雜劑注入鄰接前述光感測區(qū)的前述隔 離結(jié)構(gòu)周邊的前述基底中。
8. 如權(quán)利要求7所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法， 其中前述第二摻雜劑包括硼或磷。
9. 如權(quán)利要求7所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法， 其中前述進(jìn)行第二離子注入工藝包括于前述第 一導(dǎo)體層上形成圖案化的第三掩模層，以暴露出鄰接前述光感 測區(qū)的前述隔離結(jié)構(gòu)以及前述隔離結(jié)構(gòu)周邊上方的前述第 一導(dǎo)體層；以前述圖案化的第三掩模層為掩模，將前述第二摻雜劑透過前述第一導(dǎo) 體層與前述第一介電層注入前述隔離結(jié)構(gòu)周邊的前述基底中；以及移除前述圖案化的第三掩模層。
10. 如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法， 其中前述隔離結(jié)構(gòu)包括場氧化隔離結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
11. 一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，至少包括 基底；隔離結(jié)構(gòu)，設(shè)置于前述基底中，用以于前述基底中定義出光感測區(qū)與晶 體管元件區(qū)；光二極管，設(shè)置于前述光感測區(qū)中；轉(zhuǎn)移晶體管，設(shè)置于前述晶體管元件區(qū)上，且鄰接于前述光二極管；第一保護(hù)層，設(shè)置于前述轉(zhuǎn)移晶體管的柵極下方以及前述光感測區(qū)的前 述基底中。
12. 如權(quán)利要求11所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其中前述 第一保護(hù)層的摻雜劑包括硼或磷。
13. 如權(quán)利要求11所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其中還包括由第一導(dǎo)體層、第一介電層、第二導(dǎo)體所依序堆疊而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，前述 復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于前述晶體管元件區(qū)上。
14. 如權(quán)利要求11所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其中前述 晶體管元件區(qū)還包括浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)，并且前述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像 感測器還包括第二保護(hù)層，設(shè)置于前述浮置節(jié)點(diǎn)摻雜區(qū)的前述基底中。
15.如權(quán)利要求14所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其中前述 第二保護(hù)層的摻雜劑包括硼或磷。
16. 如權(quán)利要求11所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其中還包 括第三保護(hù)層，設(shè)置于鄰接前述光感測區(qū)的前述隔離結(jié)構(gòu)周邊的前述基底 中。
17. 如權(quán)利要求16所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其中前述 第三保護(hù)層的摻雜劑包括硼或磷。
18. 如權(quán)利要求11所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其中前述 隔離結(jié)構(gòu)包括場氧化隔離結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器及其制造方法。該互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造方法是先于基底中形成隔離結(jié)構(gòu)，以于基底中定義出光感測區(qū)與晶體管元件區(qū)，其中晶體管元件區(qū)至少包括預(yù)定形成轉(zhuǎn)移晶體管的區(qū)域。接著，在基底上依序形成介電層以及導(dǎo)體層。然后，進(jìn)行離子注入工藝，將摻雜劑透過導(dǎo)體層與介電層注入轉(zhuǎn)移晶體管的柵極預(yù)定形成位置下方以及光感測區(qū)的基底中。其后，圖案化導(dǎo)體層、介電層，以于晶體管元件區(qū)上至少形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。之后，于光感測區(qū)的基底中形成光二極管。
文檔編號H01L21/70GK101533802SQ20081008376
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者高境鴻 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司