CN100466278C - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
在CMOS图像传感器的制造过程中，在将重掺p型杂质离子注入到PMOS晶体管中时，将重掺p型杂质离子(例如，B)注入假沟槽区中，使得金属离子污染被去除。从而，提供了一种CMOS图像传感器，可通过吸收金属离子污染而减小泄漏电流。
Description
本申请要求于2005年9月21日提交的韩国专利申请第P2005-087602号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种图像传感器，更特别地，涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法，该图像传感器能够通过将p型杂质离子注入假沟槽区(dummy moat region)来吸收金属离子污染，以减少泄漏电流。
背景技术
一般而言，图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的半导体器件。在图像传感器中，电荷耦合器件(CCD)是一种将各个MOS(金属氧化物半导体)电容器彼此紧密布置，并且将载荷子存储于这些电容器中的器件。
CMOS图像传感器是开关型器件，其中通过使用将控制电路和信号处理电路应用为外围电路的CMOS技术来形成与单位像素的数量相对应的MOS晶体管，并顺序地检测输出。
在CCD器件中，激励(drive)机制复杂，并且功耗大。此外，由于掩模工艺步骤的数量较多，所以制造工艺复杂。因为不能将信号处理电路布置在CCD芯片中，所以也难以将CCD器件形成为单芯片形式。近来，为了解决上述问题，人们研究并开发了使用亚微米CMOS制造技术的CMOS图像传感器。
CMOS图像传感器通过布置每个像素单元中的光电二极管和MOS晶体管而构成，并以开关模式顺序地检测信号以形成图像。由于使用了CMOS制造技术，所以功耗较小。此外，与需要30到40个掩模的CCD处理相比，因为掩模的数量大约为20个，所以工艺很简单。各种信号处理电路可以构造在一个芯片上。因此，人们已经开始关注作为下一代图像传感器的CMOS图像传感器。CMOS图像传感器广泛地应用于许多应用中，例如DSC(数码相机)、PC摄像头、和便携式摄像机。
下面将结合附图描述制造CMOS图像传感器的常规方法。
图1A到图1G是一个半导体器件的剖视图，示出了制造CMOS图像传感器的常规方法。
如图1A所示，在半导体衬底31的场效应区中形成元件隔离膜32，该半导体衬底包括有源区、场效应区、和假沟槽区。
在此，元件隔离膜32通过使用STI(浅沟道隔离)处理，用于蚀刻半导体衬底31的场效应区到预设深度以形成沟道，然后在沟道的内部中掩埋绝缘材料而形成。
有源区包括PMOS晶体管区和NMOS晶体管区，并在NMOS晶体管区中限定光电二极管区。
接下来，通过将具有与半导体衬底31的导电类型相反的导电类型的杂质离子注入到半导体衬底31的光电二极管区中，来形成光电二极管33。
接下来，在将第一感光膜34施加到半导体衬底31的整个表面上之后，使第一感光膜34形成图样，以通过使用曝光和显影处理，来掩盖除了NMOS晶体管区和假沟槽区之外的PMOS晶体管区。
随后，通过使用形成图样的第一感光膜34作为掩模，将p型杂质离子注入到半导体衬底31的整个表面中，以在NMOS晶体管区和假沟槽区中形成P阱区35。
如图1B所示，去除第一感光膜34，以及在将第二感光膜36施加到半导体衬底31的整个表面上之后，使第二感光膜36选择性地形成图样，以通过曝光和显影处理来露出PMOS晶体管区。
接下来，通过使用形成图样的第二感光膜36作为掩模，将n型杂质离子注入到PMOS晶体管区中以形成N阱区37。
如图1C所示，在去除第二感光膜36之后，在半导体衬底31上形成顺序地栅极绝缘膜38和栅电极多晶硅膜。
接下来，选择性地蚀刻多晶硅膜和栅极绝缘膜38，以在PMOS晶体管区和NMOS晶体管区中的半导体衬底31上形成栅电极39。
接下来，在将第三感光膜40施加于半导体衬底31上之后，使第三感光膜40选择性地形成图样，以通过使用曝光和显影处理来露出NMOS晶体管区和假沟槽区。
接下来，通过使用形成图样的第三感光膜40作为掩模，将n型杂质离子注入P阱区35和假沟槽区中，以形成轻掺n型杂质区41。
如图1D所示，去除第三感光膜40，并在将第四感光膜42施加到半导体衬底31的整个表面之后，使第四感光膜42选择性地形成图样，以通过使用曝光和显影处理来露出PMOS晶体管区。
接下来，通过使用第四感光膜42作为掩模，将轻掺p型杂质离子注入到N阱区37中，以形成轻掺p型杂质区43。
如图1E所示，去除第四感光膜42，并当在半导体衬底31的整个表面上沉积了绝缘膜之后，执行深蚀刻(etchback)处理，以在栅电极39的侧面上形成绝缘膜侧壁44。
接下来，在将第五感光膜45施加到半导体衬底31的整个表面之后，使第五感光膜45选择性地形成图样，以通过使用曝光和显影来露出NMOS晶体管区。
随后，通过使用形成图样的第五感光膜45作为掩模，将重掺n型离子(例如，As)注入P阱区35和假沟槽区中，以同时形成重掺n型杂质区46和N+区47。
如图1F所示，去除第五感光膜45，并在将第六感光膜48施加到半导体衬底31的整个表面上之后，使第六感光膜48选择性地形成图样，以通过使用曝光和显影处理来露出PMOS晶体管区和假沟槽区。
接下来，通过使用形成图样的第六感光膜48作为掩模，将重掺p型杂质离子注入到N阱区37中，以形成重掺p型杂质区49。
如图1G所示，在去除第六感光膜48之后，在半导体衬底31上执行热处理工艺，以激活注入在半导体衬底31中的杂质离子。
在下面的处理(未示出)中，在半导体衬底31上形成多个层间绝缘膜、金属线、滤色器层、和微透镜，从而制成了图像传感器。
在上述常规技术的制造CMOS图像传感器的方法中，存在以下问题。
因为重掺n型杂质离子被注入假沟槽区中，所以金属离子的吸收效果太弱，以致不能减少泄漏电流。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能够充分地解决由于相关技术的局限和缺陷所造成的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能够通过将p型杂质离子(例如，B)注入假沟槽区来吸收金属离子污染，以减少泄漏电流。
本发明的其他优点、目的和特征将作为说明书的一部分随后阐述，在本领域技术人员分析以下内容的基础上变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目标和其它优点，并根据本发明的目的，如本文中所体现和概括描述的，提供了一种CMOS图像传感器，包括:元件隔离膜，形成于半导体衬底的所述场效应区中，在所述半导体衬底中限定了光电二极管区、第一和第二导电类型晶体管区、场效应区、和假沟槽区；光电二极管，形成于所述半导体衬底的所述光电二极管区中；第一导电类型的第一阱区和第二导电类型的第二阱区，分别形成于所述半导体衬底的所述第一和第二导电类型晶体管区中；栅电极，形成于所述第一和第二导电类型晶体管区上，并有栅极绝缘膜介于所述栅电极与所述第一和第二导电类型晶体管区之间；轻掺第一导电类型杂质区和轻掺第二导电类型杂质区，分别形成于位于所述栅电极两侧的第二阱区和第一阱区中；重掺第一导电类型杂质区和重掺第二导电类型杂质区，分别形成于位于所述栅电极的两侧的所述第一阱区和所述第二阱区中；以及重掺第一导电类型第三杂质区，形成于所述假沟槽区中。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤:在半导体衬底的场效应区中形成元件隔离膜，在所述半导体衬底中限定了光电二极管区、第一和第二导电类型晶体管区、场效应区、和假沟槽区；在所述半导体衬底的所述光电二极管区中形成光电二极管；通过分别将第一和第二导电类型杂质离子注入到所述半导体衬底的所述第一和第二导电类型晶体管区中，来形成第一导电类型的第一阱区和第二导电类型的第二阱区；在所述第一和第二导电类型晶体管区中的所述半导体衬底上形成栅电极，并有栅极绝缘膜介于所述栅电极与所述半导体衬底之间；分别在位于所述栅电极两侧的所述第二阱区和所述第一阱区中形成轻掺第一导电类型杂质区和轻掺第二导电类型杂质区；分别在位于所述栅电极两侧的所述第一阱区和所述第二阱区中形成重掺第一导电类型杂质区和重掺第二导电类型杂质区；以及在所述假沟槽区中形成重掺第一导电类型第三杂质区。
应该理解，本发明的先前的概述和随后的详述都是示例性的和说明性的，目的在于提供对所要求的本发明的进一步说明。
附图说明
附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入并且构成说明书的一部分。所示实施例与说明书一起用于说明本发明的原理。附图中:
图1A到图1G是一个CMOS图像传感器的剖视图，示出了制造CMOS图像传感器的常规方法；
图2是示出根据本发明的一个典型实施例的CMOS图像传感器的剖视图；以及
图3A到图3G是一个CMOS图像传感器的剖视图，示出了根据本发明的一个典型实施例的CMOS图像传感器的制造方法的工序。
具体实施方式
以下将详细描述附图所描述的本发明的优选实施例。附图中将尽可能地使用相同的附图标号来表示相同或相似的部件。
图2是示出了根据本发明的一个典型实施例的CMOS图像传感器的剖视图。
如图2所示，该CMOS图像传感器包括:元件隔离膜102，形成于半导体衬底101的场效应区中，在该半导体衬底中限定了光电二极管区、PMOS和NMOS晶体管区、场效应区、和假沟槽区；光电二极管103，形成于半导体衬底101的光电二极管区中；N阱区107和P阱区105，分别形成于半导体衬底101的PMOS和NMOS晶体管区中；栅电极109，形成于半导体衬底101的PMOS和NMOS晶体管区中的半导体衬底101上，并有栅极绝缘膜108介于栅电极与半导体衬底之间；轻掺p型杂质区113和轻掺n杂质区111，其分别形成于栅电极109两侧的N阱区107和P阱区105中；绝缘膜侧壁114，形成于栅电极109的侧面上；重掺p型杂质区118和重掺n型杂质区116，其分别形成于栅电极109和绝缘膜侧壁114两侧的N阱区107和P阱区105中；以及P+型区119，形成于假沟槽区中。
将硼注入P+区119中。
图3A到图3G是一个半导体器件的剖视图，示出了根据本发明的一个典型实施例的制造CMOS图像传感器的方法的工序。
如图3A所示，在半导体衬底101的场效应区中形成元件隔离膜102，该半导体衬底包括有源区、场效应区、和假沟槽区。
在此，通过使用STI(浅沟道隔离)处理，用于蚀刻半导体衬底101的场效应区到预定深度以形成沟道，然后将绝缘材料掩埋在沟道的内部中，来形成元件隔离膜102。
另一方面，有源区包括PMOS晶体管区和NMOS晶体管区，并在NMOS晶体管区中限定光电二极管区。
接下来，通过将具有与半导体衬底101的导电类型相反的导电类型的杂质离子注入到半导体衬底101的光电二极管区中，来形成光电二极管103。
在将第一感光膜104施加于半导体衬底101的整个表面上之后，使第一感光膜104形成图样，以通过使用曝光和显影处理，来掩盖除了NMOS晶体管区和假沟槽区之外的PMOS晶体管区。
随后，通过使用形成图样的第一感光膜104作为掩模，将p型杂质离子注入到半导体衬底101的整个表面中，以在NMOS晶体管区和假沟槽区中形成P阱区105。
如图3B所示，去除第一感光膜104，并且在将第二感光膜106施加到半导体衬底101的整个表面上之后，使第二感光膜106选择性地形成图样，以通过使用曝光和显影来露出PMOS晶体管区。
接下来，通过使用形成图样的第二感光膜106作为掩模，将n型杂质离子注入PMOS晶体管区中以形成N阱区107。
如图3C所示，去除第二感光膜106，在半导体衬底101上顺序地形成栅极绝缘膜108和栅电极导电膜(例如，多晶硅膜)。
接下来，选择地蚀刻导电膜和栅极绝缘膜108，以在PMOS晶体管区和NMOS晶体管区中的半导体衬底101上形成栅电极109。
在将第三感光膜110施加到半导体衬底101上之后，选择地使第三感光膜110形成图样，以通过使用曝光和显影处理来露出NMOS晶体管区和假沟槽区。
接下来，通过使用形成图样的第三感光膜110作为掩模，将n型杂质离子注入P阱区105中和假沟槽区中，以形成轻掺n型杂质区111。
如图3D所示，去除第三感光膜110，并且在将第四感光膜112施加到半导体衬底101的整个表面之后，使第四感光膜112选择性地形成图样，以通过使用曝光和显影处理来露出PMOS晶体管。
接下来，通过使用形成图样的第四感光膜112作为掩模，将轻掺p型杂质离子注入到N阱区107中，以形成轻掺p型杂质区113。
如图3E所示，去除第四感光膜112，并当在半导体衬底101的整个表面上沉积了绝缘膜之后，执行深蚀刻处理，以在栅电极109的侧面上形成绝缘膜侧壁114。
在将第五感光膜115施加到半导体衬底101的整个表面之后，使第五感光膜115选择性地形成图样，以通过使用曝光和显影处理来露出NMOS晶体管区。
随后，通过使用形成图样的第五感光膜115作为掩模，将重掺n型离子(例如，As)注入P阱区中，以形成重掺n型杂质区116。
如图3F所示，去除第五感光膜115，并且在将第六感光膜117施加到半导体衬底101的整个表面之后，使第六感光膜117选择性地形成图样，以通过使用曝光和显影处理来露出PMOS晶体管区和假沟槽区。
使用形成图样的第六感光膜117作为掩模，将重掺p型杂质离子注入到N阱区107和假沟槽区中，以同时形成重掺p型杂质区118和P+区119。
如图3G所示，在去除第六感光膜117之后，对半导体衬底101执行热处理工艺，以激活注入半导体衬底101中的杂质离子。
在随后的工序(未示出)中，在半导体衬底101上形成多个层间绝缘层、金属线、滤色器层、以及微透镜，从而制成了图像传感器。
根据本发明的一个典型实施例，在CMOS图像传感器制造过程中，当将重掺p型杂质离子(例如，B)注入PMOS晶体管区中时，也将重掺p型杂质离子注入假沟槽区中，因此可以防止金属离子污染。
在常规技术中，当注入N+离子时，将砷(As)离子注入假沟槽区中。然而，根据本发明的一个典型实施例，当注入P+离子时，将硼离子注入到假沟槽区中，从而通过使用Fe-B键，可以防止金属离子污染。
结果，不需要额外的处理，就将金属离子污染吸收在假沟槽区的较宽区域内，所以可以减少泄漏电流。
尽管描述了本发明的这些典型实施例和修改实施例，但本发明并不局限于这些实施例和实例，可以在不脱离本发明的权利要求、说明书和附图的范围的前提下对本发明进行各种更改和变化。因此所作的各种修改属于本发明的范围。
根据本发明的CMOS图像传感器及其制造方法，可以实现以下优点。
在P+源极/漏极处理过程中，可将高浓度硼离子注入到CMOS图像传感器的较宽的假沟槽区中，因此，可以显著的提高金属离子污染的吸收。
通过使用用于吸收的掩模任务方法，可以减少额外的掩模设计任务。
即，可将大剂量的硼离子注入假沟槽区中，从而通过使用Fe-B键减少金属离子污染，因此可以减少在硅的内部所发生的泄漏电流。
对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种CMOS图像传感器，包括:
半导体衬底，其中限定了光电二极管区、第一和第二导电类型晶体管区、场效应区、和假沟槽区；
元件隔离膜，形成于所述场效应区中；
光电二极管，形成于所述半导体衬底的所述光电二极管区中；
第一导电类型的第一阱区和第二导电类型的第二阱区，分别形成于所述第一和第二导电类型晶体管区中；
栅电极，形成于所述第一和第二导电类型晶体管区上，并有栅极绝缘膜介于所述栅电极与所述第一和第二导电类型晶体管区之间；
轻掺第一导电类型杂质区和轻掺第二导电类型杂质区，分别形成于位于所述栅电极两侧的所述第二阱区和第一阱区中；
重掺第一导电类型杂质区和重掺第二导电类型杂质区，分别形成于位于所述栅电极的两侧的所述第一阱区和所述第二阱区中；以及
重掺第一导电类型第三杂质区，形成于所述假沟槽区中。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述第一导电类型第三杂质区由重掺p型杂质离子所构成。
3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器，其中所述重掺p型杂质离子是硼离子。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，还包括绝缘膜侧壁，形成于所述栅电极的两侧。
5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述第一导电类型是p型。
6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述第二导电类型是n型。
7.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤:
在半导体衬底的场效应区中形成元件隔离膜，在所述半导体衬底中限定了光电二极管区、第一和第二导电类型晶体管区、场效应区、和假沟槽区；
在所述半导体衬底的所述光电二极管区中形成光电二极管；
通过分别将第一和第二导电类型杂质离子注入到所述半导体衬底的所述第一和第二导电类型晶体管区中，来形成第一导电类型的第一阱区和第二导电类型的第二阱区；
在所述第一和第二导电类型晶体管区中的所述半导体衬底上形成栅电极，并有栅极绝缘膜介于所述栅电极与所述半导体衬底之间；
分别在位于所述栅电极两侧的所述第二阱区和所述第一阱区中形成轻掺第一导电类型杂质区和轻掺第二导电类型杂质区；
分别在位于所述栅电极两侧的所述第一阱区和所述第二阱区中形成重掺第一导电类型杂质区和重掺第二导电类型杂质区；以及
在所述假沟槽区中形成重掺第一导电类型第三杂质区。
8.根据权利要求7所述的方法，其中同时形成所述假沟槽区的重掺第一导电类型第三杂质区和所述第二阱区的重掺第一导电类型第一杂质区。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述重掺第一导电类型第三杂质区通过注入重掺p型杂质离子而形成。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述重掺p型杂质离子是硼离子。
11.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述栅电极的两侧上形成绝缘膜侧壁的步骤。
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