CN100563019C - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其包括形成于第一外延层中的红色光电二极管，与位于该红色光电二极管的局部区域中的接触区一起形成的绝缘层，在该绝缘层表面中形成的绿色光电二极管，在接触区中与绿色光电二极管隔开预定空间距离形成的触点，在其中形成绿色光电二极管的第一外延层上形成的第二外延层，在第二外延层中形成并电连接到所述绿色光电二极管和所述触点的多个接点，形成于第二外延层表面的器件绝缘膜，在绿色光电二极管上方的第二外延层表面中形成的蓝色光电二极管以及在接点里面的第二外延层中形成的阱区。
Description
技术领域
本发明实施方式涉及一种互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是用于将光学图像转换为电信号的半导体装置。图像传感器主要可以分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器(CIS)。
然而，CCD图像传感器在驱动复杂性、高功率损耗以及由于需要大量掩模处理工艺而带来的制造工艺复杂性方面是不利的。
另一方面，CMOS图像传感器具有可以不呈现CCD缺点的性质。CMOS图像传感器可以包括在一单位像素中的光电二极管和MOS晶体管。从而CMOS图像传感器以切换方式顺序地监测每一个单元像素的电信号来获得(realize)图像。
垂直CMOS图像传感器是可以不使用滤色片层而制造的一种类型的COMS图像传感器。通过使用波长相关吸收程度改变光屏蔽层厚度的不同以及改变光的传输深度来完成缺少滤色片层的垂直CMOS图像传感器。
垂直CMOS图像传感器提供诸如缺少滤色片层或显微透镜的优点并且通过使用单个像素来实现红(R)、绿(G)和蓝(B)所有的颜色。
如示例图1A中示出，在垂直CMOS图像传感器中，可以将离子注入到第一外延层10从而在第一外延层10中形成红色光电二极管12。随后可以在第一外延层10之上和/或上方形成第二外延层20。之后注入离子以在第二外延层20中形成第一接点(plug)22。随后可以同时将离子注入到第一接触区24并且也在第二外延层20之上和/或上方形成绿色光电二极管26。可以在第二外延层之上和/或上方形成第三外延层30并且注入离子从而在第三外延层30中形成第二接点32。
器件绝缘膜38在第三外延层30中形成。随后注入离子以在第三外延层30中形成蓝色光电二极管34，并且同时能够形成第二接触区36。
该类垂直CMOS图像传感器有几个缺点。首先，在第一接点22处存在触点缺陷(B)。因此，触点缺陷(B)不允许通过光收集形成的电子空穴对流，从而引起噪声或导致电流缺乏现象。
其次，该垂直CMOS图像传感器具有曲线轮廓的第一接点22，其将导致损耗区处的弯曲(A)。因此，绿色光电二极管26和第一接点22应该与在它们之间的较大空隙一块形成，从而增加CMOS图像传感器的尺寸。
再次，如图1B示出的示例，由于外延层生长工艺执行两次，所以在外延层制作工艺中，垂直CMOS图像传感器存在晶体缺陷(C)。
最后，垂直CMOS图像传感器需要几个额外的处理工艺，如外延层生长工艺、接点图案工艺以及接点离子注入工艺。
发明内容
根据本发明的实施方式，提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能提高产量、简化工艺以及将晶体缺陷降为最小。
本发明实施方式涉及一种CMOS图像传感器，其包括形成于第一外延层的红色光电二极管、在红色二极管上形成并在红色二极管局部上表面具有接触区的绝缘层；形成于绝缘层表面中的绿色光电二极管；在接触区中与绿色光电二极管隔开一距离所形成的触点(contact)；在形成有绿色光电二极管的第一外延层上和/或上方形成的第二外延层；在第二外延层中形成的用于连接到绿色光电二极管和触点的多个接点，在接点上方的第二外延层表面中形成的器件绝缘膜；在绿色光电二极管上方的第二外延层表面中形成的蓝色光电二极管；以及在接点里面的第二外延层中形成的阱区，其中，所述绝缘层位于所述第一外延层中，并且所述蓝色光电二极管通过所述器件绝缘膜与所述阱区在空间上隔开预定距离。
本发明的实施方式涉及一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法至少包含以下步骤之一。在第一外延层中形成红色光电二极管。通过离子注入在红色光电二极管上形成的绝缘层，绝缘层在红色光电二极管的局部上表面具有接触区。分别在绝缘层表面形成绿色光电二极管以及在接触区中形成触点，使得它们彼此隔开一距离。在形成绿色光电二极管的第一外延层上和/或上方形成第二外延层。形成多个接点以连接到绿色光电二极管和第二外延层的触点。在绿色光电二极管上方的第二外延层表面形成蓝色光电二极管。其中，所述绝缘层位于所述第一外延层中，并且所述蓝色光电二极管通过所述器件绝缘膜与所述阱区在空间上隔开预定距离。
根据本发明的实施方式，可以通过不含有任何触点缺陷的CMOS图像传感器提供所有优点，原因在于不需要通过接点电连接红色光电二极管。此外，可以减小绿色光电二极管和触点之间的空间距离，从而提供微型CMOS图像传感器。根据本发明实施方式制作的CMOS图像传感器不需要用于绿色光电二极管的外延层，从而防止由于外延层形成而引起的晶体缺陷。
附图说明
图1A和图1B的示例示出了CMOS图像传感器；
图2到图9的示例示出了根据本发明实施方式的CMOS图像传感器以及CMOS图像传感器的制造方法。
具体实施方式
如图2所示，互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可以包含形成于第一外延层110中的红色光电二极管120。绝缘层130在红色光电二极管120的上表面局部区域与接触区一起形成。绿色光电二极管150形成于所述绝缘层130的表面中。触点(contact)140在接触区中距离绿色光电二极管150预定空间距离形成。第二外延层160在其中形成有绿色光电二极管150的第一外延层110之上和/或上方形成。在第二外延层160中形成用于电连接到绿色光电二极管150和触点140的多个接点170。在接点170的上表面处的第二外延层160表面中形成器件绝缘膜180。在绿色光电二极管150上方的第二外延层160表面中形成蓝色光电二极管200。然后在接点170里面的第二外延层160中形成阱区190。
可以将与红色光电二极管120的离子极性相反的传导型离子注入到绝缘层130。因此，绝缘层130可以使红色光电二极管120与绿色光电二极管150绝缘。为了使得绝缘层130在接触区域处与红色光电二极管120电连接，可以通过离子注入在红色光电二极管120的剩余局部上表面处的接触区而形成绝缘层130。因此，根据本发明实施方式制作的CMOS图像传感器由于在触点140区不需要接点电连接红色光电二极管120从而避免了触点缺陷。此外，接触区具有恒定轮廓，从而，耗尽区还可以具有统一的轮廓。反过来，这种配置可以减少绿色光电二极管150和触点140之间的空间距离来提供微型CMOS图像传感器。
根据本发明实施方式制作的CMOS图像传感器不需要用于绿色光电二极管150的外延层的形成，原因在于绿色光电二极管150可以在第一外延层110的绝缘层130中形成。这个优点防止了由于形成外延层所引起的晶体缺陷。
如图3所示，一种用于CMOS图像传感器的制造方法可以包括在第一外延层110中注入磷(P)和砷(As)的N型离子来形成红色光电二极管120。
如图4所示，可以用掩模图案135注入离子以形成具有位于在红色光电二极管120的表面或局部区域中的接触区的绝缘层130。可以注入与红色光电二极管120的离子极性相反的传导型离子来形成绝缘层130。可以注入传导型离子从而接触区与红色光电二极管120电连接。可以在红色光电二极管120的局部上表面提供接触区。传导型离子由P型离子组成，诸如能够在计数(counter)掺杂工艺中注入的硼(B)。因此绝缘层130可以使红色光电二极管120与将在后面形成的绿色光电二极管150绝缘。
如示例图5中所示，触点140和绿色光电二极管150分别在接触区和绝缘层130表面中彼此隔开预定空间距离形成。也可以通过N型离子注入同时形成触点140和绿色光电二极管150。
由于不需要在接触区中形成用于电连接红色光电二极管120的接点，所以接触区可以保持恒定轮廓，从而，耗尽区也能保持一致的轮廓(profile)。因此，在触点140和绿色光电二极管150之间的空间距离减小，从而提供微型CMOS图像传感器。此外，因为绿色光电二极管150能够在第一外延层110的绝缘层130中形成，所以不需要形成用于绿色光电二极管150的外延层。因此，防止了晶体缺陷的形成。
如图6所示的示例，第二外延层160能够在形成绿色光电二极管150的第一外延层110上和/或上方形成。
如图7所示的示例，在第二外延层160中，能够形成多个接点170和175以电连接到绿色光电二极管150和触点140。
如图8所示的示例，器件绝缘膜180可以形成于接点170和175的上侧的第二外延层160的表面中。阱区190可形成在接点170和175内侧的第二外延层160中。阱区190可以是N型阱区。
如图9所示的示例，可以注入N型离子以在通过器件绝缘膜180在空间上与阱区190隔开预定距离的第二外延层160的表面在形成蓝色光电二极管200。
根据本发明实施方式的CMOS图像传感器的制造方法具有诸如简单且有效以及快速的制造工艺，通过省略用于形成红色光电二极管的接点构图和接点注入工艺以及用于形成绿色光电二极管的外延层形成工艺而产生的改进产量的优点。
虽然在此已描述了本发明的实施方式，但应当理解对于本领域的技术人员可以设计落入所公开的本发明的精神和范围内的各种其他改进和实施方式。更具体地，在所公开的本发明、附图和所附权利要求书范围内可以对主题组合的配置中组成部件和/或配置进行各种变型和改进。对于本领域的技术人员来说除组成部件和/或配置进行的变型和改进外，显然还可使用替代实施例。
Claims (20)
1.一种CMOS图像传感器，包括：
形成于第一外延层中的红色光电二极管；
形成于所述红色光电二极管上的绝缘层，并且所述绝缘层在所述红色光电二极管的局部区域中具有接触区；
形成于所述绝缘层表面中的绿色光电二极管；
在所述接触区中与所述绿色光电二极管隔开预定距离形成的触点；
形成于所述第一外延层上方的第二外延层；
电连接到所述绿色光电二极管和所述触点的多个接点；
在所述第二外延层的表面中形成的至少一个器件绝缘膜；
在所述绿色光电二极管上方的所述第二外延层表面中形成的蓝色光电二极管；以及
在所述多个接点里面的所述第二外延层中形成的阱区，
其中，所述绝缘层位于所述第一外延层中，并且所述蓝色光电二极管通过所述器件绝缘膜与所述阱区在空间上隔开预定距离。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述红色光电二极管通过将N型离子注入到所述第一外延层中形成。
3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述N型离子至少包含磷和砷的其中之一。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述绝缘层通过注入与形成所述红色光电二极管时注入的离子极性相反的传导型的离子来形成。
5.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器，其特征在于，在所述红色光电二极管的上表面的接触区处注入所述传导型离子。
6.根据权利要求5所述的CMOS图像传感器，其特征在于，注入所述传导型离子从而所述接触区与所述红色光电二极管电连接。
7.根据权利要求6所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述传导性离子包含P型离子。
8.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述P型离子包含硼。
9.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述绝缘层使所述红色光电二极管与所述绿色光电二极管绝缘。
10.一种CMOS图像传感器的制造方法，包含：
第一外延层中形成红色光电二极管；
通过离子注入在所述红色光电二极管上形成绝缘层，并且所述绝缘层在所述红色光电二极管的局部上表面具有接触区；
在所述绝缘层表面中形成绿色光电二极管；
在所述接触区中形成至少一个触点，与所述绿色光电二极管具有预定空间距离；
在所述第一外延层的上方形成第二外延层；
在所述第二外延层中形成用于电连接到所绿色光电二极管和所述触点的多个接点；
在所述第二外延层的表面在形成器件绝缘膜；
在所述多个接点里面的所述第二外延层中形成阱区；以及
在所述绿色光电二极管上方的所述第二外延层的表面中形成蓝色光电二极管，
其中，所述绝缘层位于所述第一外延层中，并且所述蓝色光电二极管通过所述器件绝缘膜与所述阱区在空间上隔开预定距离。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，形成所述红色光电二极管的步骤包含注在所述第一外延层中入N型离子。
12.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述N型离子包含磷和砷的至少其中之一。
13.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，形成所述绝缘层的步骤包含注入与形成所述红色光电二极管时注入的离子极性相反的传导型离子。
14.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在所述红色光电二极管的上表面的接触区处注入所述传导型离子。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，注入所述传导型离子从而所述接触区与所述红色光电二极管电连接。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述传导型离子包含P型离子。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述P型离子包含硼。
18.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述绝缘层使所述红色光电二极管与所述绿色光电二极管绝缘。
19.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述绿色光电二极管与所述至少一个触点同时形成。
20.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，使用N型离子注入同时形成所述绿色光电二极管和所述触点。
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