CN101383361A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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CN101383361A CNA2008102138167A CN200810213816A CN101383361A CN 101383361 A CN101383361 A CN 101383361A CN A2008102138167 A CNA2008102138167 A CN A2008102138167A CN 200810213816 A CN200810213816 A CN 200810213816A CN 101383361 A CN101383361 A CN 101383361A
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Abstract

本发明提供一种图像传感器及其制造方法。半导体衬底可包括中心区和边缘区，中心区和边缘区分别具有栅极。第一杂质区和第二杂质区可设置在每个栅极的第一侧的半导体衬底中。浮置扩散区可设置在每个栅极的第二侧。第三杂质区可设置在边缘区中位于栅极的第一侧的半导体衬底中。本发明能够提高像素阵列的边缘区中光电荷的产生率。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。通常，图像传感器包括光感测区和逻辑电路区，光感测区用于感测光线，逻辑电路区用于将感测到的光线处理成为电信号，从而变成数据。
具体而言，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器采用开关配置(在单位像素中包括光电二极管和MOS晶体管)，并依次检测其中的输出。
CMOS图像传感器将光线收集在通常由数十个到数百万个单位像素构成的像素阵列中，将其转换为电信号。此外，像素阵列一般包括微透镜和主透镜，微透镜用于为每个单位像素收集光线，主透镜覆盖整个像素阵列。
通过每个微透镜，经主透镜入射的光线被收集在单位像素中。一般而言，在像素阵列的中心区与边缘区之间，光收集效率有差异。
也就是说，入射光与像素阵列的中心区基本垂直，因此图像失真很小。但是，像素阵列边缘区的入射光通常有倾斜角，因此不易获得清晰的图像。
发明内容
本发明的实施例提供一种能够提高像素阵列的边缘区中光电荷的产生率的图像传感器及其制造方法。
在一个实施例中，图像传感器可包括：半导体衬底，包括中心区和边缘区；中心栅极，设置在所述中心区中；边缘栅极，设置在所述边缘区中；第一中心杂质区，设置在所述中心区中位于所述中心栅极的第一侧的所述半导体衬底中；第一边缘杂质区，设置在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第一侧的所述半导体衬底中；第二中心杂质区，设置在所述中心区中位于所述第一中心杂质区上的所述半导体衬底中；第三边缘杂质区，设置在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第一侧的所述半导体衬底中；第二边缘杂质区，设置在所述边缘区中位于所述第一边缘杂质区上的所述半导体衬底中；中心浮置扩散区，设置在所述中心区中位于与所述中心栅极的第一侧相对的所述中心栅极的第二侧的所述半导体衬底上；以及边缘浮置扩散区，设置在所述边缘区中位于与所述边缘栅极的第一侧相对的所述边缘栅极的第二侧的所述半导体衬底上。
在另一个实施例中，图像传感器的制造方法可包括步骤：在半导体衬底的中心区上形成中心栅极；在半导体衬底的边缘区上形成边缘栅极；在所述中心区中位于所述中心栅极的第一侧的所述半导体衬底中形成第一中心杂质区；在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第一侧的所述半导体衬底中形成第一边缘杂质区；在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第一侧的所述半导体衬底中形成第三边缘杂质区；在所述中心区中位于所述第一中心杂质区上的所述半导体衬底中形成第二中心杂质区；在所述边缘区中位于所述第一边缘杂质区上的所述半导体衬底中形成第二边缘杂质区；在所述中心区中位于与所述中心栅极的第一侧相对的所述中心栅极的第二侧的所述中心区的所述半导体衬底上形成中心浮置扩散区；以及在所述边缘区中位于与所述边缘栅极的第一侧相对的所述边缘栅极的第二侧的所述边缘区的所述半导体衬底上形成边缘浮置扩散区。
本发明能够提高像素阵列的边缘区中光电荷的产生率。
附图说明
图1至图6是示出根据本发明实施例的图像传感器的制造方法的剖视图。
具体实施方式
文中使用术语“上面”、“之上”或“上方”时，如果指的是层、区域、图案、或结构，则理解为层、区域、图案或结构可以直接地在另一层或结构上面，或者在它们之间也可以有中间层、区域、图案或结构。文中使用术语“下面”或“下方”时，如果指的是层、区域、图案或结构，则理解为层、区域、图案或结构可以直接地在另一个层或结构下面，或者在它们之间也可以有中间层、区域、图案或结构。
下面参照附图详细描述根据本发明实施例的图像传感器及其制造方法。
图6是示出根据本发明实施例的图像传感器的剖视图。
参照图6，在半导体衬底10的中心区A和边缘区B可设置沟道区110和沟道区210。在沟道区110和沟道区210的至少一部分，可分别设置栅极120和栅极220。栅极120和栅极220例如可以是转移晶体管的栅极。
半导体衬底10可以是现有技术中已知的任何合适衬底。例如，半导体衬底10可以是高浓度p型衬底(p++)。在实施例中，半导体衬底10可包括通过外延工艺形成的低浓度p-Epi区。
半导体衬底10可包括中心区A和边缘区B。半导体衬底10的中心区可以是光线垂直入射的区域(因此入射光与半导体衬底10基本垂直)，边缘区B可以是光线以倾斜角入射的区域。也就是说在芯片上，边缘区B在中心区A周围。
光电二极管可以设置在中心区A的栅极120的一侧，浮置扩散区170可以设置在栅极120的另一侧。
中心区A的光电二极管可包括第一杂质区130和第二杂质区160。在实施例中，第一杂质区130可以是n型杂质区，第二杂质区160可以是p型杂质区。
在特定实施例中，第一杂质区130可以设置在中心区A的半导体衬底10中，第二杂质区160可以设置在半导体衬底10表面附近的第一杂质区130上。
此外，光电二极管可以设置在边缘区B的栅极220的一侧，浮置扩散区270可以设置在栅极220的另一侧。
边缘区B的光电二极管可包括第一杂质区230、第三杂质区240以及第二杂质区260。在实施例中，第一杂质区230、第三杂质区240可以是n型杂质区，第二杂质区260可以是p型杂质区。
在一些实施例中，第三杂质区240可以设置在位于边缘区B的栅极220一侧的半导体衬底10中的第一杂质区230内。根据实施例，用于边缘区B的光电二极管的n型杂质区的杂质浓度比用于中心区A的光电二极管的n型杂质区的杂质浓度高。边缘区B的光电二极管还可以包括：第二杂质区260位于边缘区B的半导体衬底10表面附近的第三杂质区240上。
本领域技术人员能够理解，根据本发明的实施例，位于边缘区B的光电二极管的n型杂质区的浓度比位于中心区A的光电二极管的n型杂质区的浓度高。也就是说，通过一次n型杂质注入，中心区A的光电二极管形成有第一杂质区130，通过两次n型杂质注入，边缘区B的光电二极管形成有第一杂质区230和第三杂质区240。
因为边缘区B的光电二极管的杂质浓度比中心区A的光电二极管的杂质浓度高，所以边缘区B的遮蔽特性增强。
图1至图6是示出根据本发明实施例的图像传感器的制造方法的剖视图。
参照图1，在半导体衬底10的中心区A和边缘区B上可形成栅极120、220。
半导体衬底10可以是现有技术中已知的任何合适衬底。例如，半导体衬底10可以是高浓度p型衬底(p++)。在实施例中，通过对半导体衬底10实施外延工艺，在半导体衬底10上可形成低浓度p-Epi区。
在半导体衬底10上可形成多个器件隔离层20，用于限定有源区和场区。
半导体衬底10可包括中心区A和边缘区B。半导体衬底10的中心区是光线垂直入射(因此入射光与半导体衬底10基本垂直)的区域，边缘区B是光线以倾斜角入射的区域。也就是说在芯片中，边缘区B在中心区A周围。
在中心区A和边缘区B上可形成沟道区110、210。沟道区110、210有助于控制阈值电压和光电二极管中产生的移动电荷。
栅极120和栅极220例如可以是转移晶体管的栅极。可以通过现有技术中已知的任何合适工艺形成栅极120和栅极220。在实施例中，通过沉积栅极绝缘层和栅极导电层并对它们实施图案化工艺，来形成栅极120和栅极220。
参照图2，在中心区A和边缘区B中栅极120和栅极220的一侧可形成用于光电二极管的第一杂质区130和第一杂质区230。
在实施例中，为了形成第一杂质区130和第一杂质区230，在半导体衬底10上可形成第一光致抗蚀剂图案300，覆盖栅极120、220以及栅极120、栅极220的一侧，并且暴露栅极120、栅极220的另一侧。用第一光致抗蚀剂图案300作为离子注入掩模，注入杂质离子，从而在栅极120和栅极220的一侧形成第一杂质区130和第一杂质区230。杂质离子例如可以是n型杂质离子。
在实施例中形成第一杂质区130和第一杂质区230可包括以大约2.6×1012原子/cm2到大约3.0×1012原子/cm2的剂量、从大约180keV到大约220keV的能量，注入砷(As)离子。
然后将第一光致抗蚀剂图案300去除。例如通过灰化工艺将第一光致抗蚀剂图案300去除。
参照图3，在边缘区B中栅极220的一侧可形成用于光电二极管的第三杂质区240。第三杂质区240可形成为与边缘区B的第一杂质区230重叠。
在实施例中，为了形成第三杂质区240，可在半导体衬底10上形成第二光致抗蚀剂图案310，暴露边缘区B的第一杂质区230并覆盖中心区A、边缘区B的栅极220、以及栅极220的与形成第一杂质区230的一侧相对的一侧。用第二光致抗蚀剂图案310作为离子注入掩模，注入杂质离子，从而在边缘区B的栅极220的形成有第一杂质区230的一侧形成第三杂质区240。杂质离子例如可以是n型杂质离子。
在实施例中形成第三杂质区240可包括以大约0.2×1012原子/cm2到大约0.5×1012原子/cm2的剂量、大约180keV到大约220keV的注入能量，注入砷(As)离子。
第三杂质区240可以只形成在边缘区B上，因此边缘区B的杂质浓度比中心区A高。也就是说，通过在边缘区B进行两次杂质离子注入，用于边缘区B的光电二极管的杂质区的离子注入浓度比中心区A的杂质区的离子注入浓度高。因此，能够提高边缘区B中光电荷的发生率。
然后将第二光致抗蚀剂图案310去除。例如通过灰化工艺将第二光致抗蚀剂图案310去除。
参照图4，在栅极120、220的与形成有第一杂质区130、230的一侧相对的一侧，分别形成间隔件150和间隔件250。
在中心区A和边缘区B的栅极120、栅极220的形成有第一杂质区130、230的一侧可形成用于光电二极管的第二杂质区160、第二杂质区260。
在实施例中，为了形成第二杂质区160、260，在半导体衬底10上形成第三光致抗蚀剂图案320，用于覆盖栅极120、220以及栅极的与形成有第一杂质区130、230的一侧相对的一侧，而暴露中心区A的第一杂质区130和边缘区B的第一杂质区230。用第三光致抗蚀剂图案320作为离子注入掩模，形成第二杂质区160、260。杂质离子例如可以是p型杂质离子。
在实施例中，形成第二杂质区160、260可包括以大约3.5×1011原子/cm2到大约4.5×1011原子/cm2的剂量、大约5keV到大约10keV的注入能量，注入硼(B)离子。用比第一杂质区130、230以及第三杂质区240的离子注入能量低的能量形成第二杂质区160、260，因此它们形成在更靠近中心区A和边缘区B的衬底表面。在特定实施例中，中心区A的第二杂质区160形成为与中心区A的沟道区110相接触，边缘区B的第二杂质区260形成为与边缘区B的沟道区210相接触。
然后将第三光致抗蚀剂图案320去除。例如通过灰化工艺将第三光致抗蚀剂图案320去除。
在中心区A中，第一杂质区130和第二杂质区160形成中心区A中的光电二极管，在边缘区B中，第一杂质区230、第三杂质区240以及第二杂质区260形成边缘区B中的光电二极管。
参照图5，在中心区A和边缘区B中，在栅极120、220的与形成有第一杂质区130、230的一侧相对的一侧形成浮置扩散区170、270。浮置扩散区170、270可用于接收光电二极管中产生的光电子。
在实施例中，为了形成浮置扩散区170、270，在半导体衬底10上形成第四光致抗蚀剂图案330，覆盖中心区A和边缘区B中的栅极120、220和光电二极管并暴露栅极120、220的与形成由第一杂质区130、230的一侧相对的一侧。用第四光致抗蚀剂图案330作为离子注入掩模，注入杂质离子，在栅极120、220的暴露侧形成浮置扩散区170、270。杂质离子例如可以是高浓度的n型杂质离子(n+杂质离子)。
参照图6，将第四光致抗蚀剂图案330去除。例如通过灰化工艺将第四光致抗蚀剂图案330去除。
在根据本发明实施例的图像传感器中，边缘区B中光电二极管的n型杂质的浓度比中心区A中光电二极管的n型杂质的浓度高。也就是说，通过注入n型杂质一次来形成中心区A的光电二极管，通过注入n型杂质两次来形成边缘区B的光电二极管，从而增加了边缘区B的n型杂质浓度。
根据本发明实施例，边缘区B中光电二极管的杂质浓度比中心区A中光电二极管的杂质浓度高，从而能够提高边缘区B中光电荷的发生率。
因此，能够改善边缘区B中的遮蔽特性，从而改善图像传感器的图像特性。
说明书中所涉及的“一实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，其含义是结合实施例描述的特定特征、结构、或特性均包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些短语并不一定都涉及同一个实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落在本领域技术人员结合其它实施例就可以实现这些特征、结构或特性的范围内。
尽管对实施例的描述中结合了其中多个示例性实施例，但可以理解的是本领域技术人员完全可以推导出许多其它变化和实施例，并落入本公开内容的原理的精神和范围之内。尤其是，可以在该公开、附图和所附权利要求的范围内对组件和/或附件组合设置中的排列进行多种变化和改进。除组件和/或排列的变化和改进之外，其他可选择的应用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。

Claims (20)

1、一种图像传感器，包括：
半导体衬底，包括中心区和边缘区；
中心栅极，设置在所述中心区中；
边缘栅极，设置在所述边缘区中；
第一中心杂质区，设置在所述中心区中位于所述中心栅极的第一侧的所述半导体衬底中；
第一边缘杂质区，设置在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第一侧的所述半导体衬底中；
第二中心杂质区，设置在所述中心区中位于所述第一中心杂质区上的所述半导体衬底中；
第三边缘杂质区，设置在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第一侧的所述半导体衬底中；
第二边缘杂质区，设置在所述边缘区中位于所述第一边缘杂质区上的所述半导体衬底中；
中心浮置扩散区，设置在所述中心区中位于所述中心栅极的第二侧的所述半导体衬底上，且所述中心栅极的第二侧与所述中心栅极的第一侧相对；以及
边缘浮置扩散区，设置在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第二侧的所述半导体衬底上，且所述边缘栅极的第二侧与所述边缘栅极的第一侧相对。
2、如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一中心杂质区、所述第一边缘杂质区以及所述第三边缘杂质区分别包括n型杂质。
3、如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二中心杂质区以及所述第二边缘杂质区分别包括p型杂质。
4、如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第三边缘杂质区设置在所述第一边缘杂质区中。
5、如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第三边缘杂质区的至少一部分与所述第一边缘杂质区重叠。
6、如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
中心间隔件，位于所述中心栅极的第二侧的所述半导体衬底上；以及
边缘间隔件，位于所述边缘栅极的第二侧的所述半导体衬底上。
7、如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一中心杂质区和所述第二中心杂质区提供中心光电二极管，所述第一边缘杂质区、所述第三边缘杂质区以及所述第二边缘杂质区提供边缘光电二极管。
8、如权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第一中心杂质区、所述第一边缘杂质区以及所述第三边缘杂质区分别包括n型杂质，并且所述边缘光电二极管中n型杂质的浓度高于所述中心光电二极管中n型杂质的浓度。
9、一种图像传感器的制造方法，包括以下步骤：
在半导体衬底的中心区上形成中心栅极；
在半导体衬底的边缘区上形成边缘栅极；
在所述中心区中位于所述中心栅极的第一侧的所述半导体衬底中形成第一中心杂质区；
在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第一侧的所述半导体衬底中形成第一边缘杂质区；
在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第一侧的所述半导体衬底中形成第三边缘杂质区；
在所述中心区中位于所述第一中心杂质区上的所述半导体衬底中形成第二中心杂质区；
在所述边缘区中位于所述第一边缘杂质区上的所述半导体衬底中形成第二边缘杂质区；
在所述中心区中位于所述中心栅极的第二侧的所述半导体衬底上形成中心浮置扩散区，且所述中心栅极的第二侧与所述中心栅极的第一侧相对；以及
在所述边缘区中位于所述边缘栅极的第二侧的所述半导体衬底上形成边缘浮置扩散区，且所述边缘栅极的第二侧与所述边缘栅极的第一侧相对。
10、如权利要求9所述的方法，其中，同时形成所述第一中心杂质区和所述第一边缘杂质区，并且形成所述第一中心杂质区和所述第一边缘杂质区的步骤包括：
形成光致抗蚀剂图案，暴露所述中心栅极的第一侧以及所述边缘栅极的第一侧；以及
用所述光致抗蚀剂图案作为离子注入掩模，在所述半导体衬底上实施离子注入工艺。
11、如权利要求10所述的方法，其中，实施所述离子注入工艺的步骤包括注入n型杂质离子。
12、如权利要求9所述的方法，其中，形成第三边缘杂质区的步骤包括：
形成光致抗蚀剂图案，暴露所述第一边缘杂质区；以及
用所述光致抗蚀剂图案作为离子注入掩模，在所述半导体衬底上实施离子注入工艺。
13、如权利要求12所述的方法，其中，实施所述离子注入工艺的步骤包括注入n型杂质离子。
14、如权利要求9所述的方法，其中，同时形成所述第二中心杂质区和所述第二边缘杂质区，并且形成所述第二中心杂质区和所述第二边缘杂质区的步骤包括：
形成光致抗蚀剂图案，暴露所述第一中心杂质区以及所述第三边缘杂质区；以及
用所述光致抗蚀剂图案作为离子注入掩模，在所述半导体衬底上实施离子注入工艺。
15、如权利要求14所述的方法，其中，实施所述离子注入工艺的步骤包括注入p型杂质离子。
16、如权利要求9所述的方法，其中，所述第一中心杂质区、所述第一边缘杂质区以及所述第三边缘杂质区分别包括n型杂质。
17、如权利要求16所述的方法，其中，所述第二中心杂质区以及所述第二边缘杂质区分别包括p型杂质。
18、如权利要求9所述的方法，其中，所述第三边缘杂质区的至少一部分与所述第一边缘杂质区重叠。
19、如权利要求9所述的方法，其中，所述第一中心杂质区和所述第二中心杂质区形成中心光电二极管，并且所述第一边缘杂质区、所述第三边缘杂质区以及所述第二边缘杂质区形成边缘光电二极管。
20、如权利要求9所述的方法，其中，所述第一中心杂质区、所述第一边缘杂质区以及所述第三边缘杂质区分别包括n型杂质，并且所述边缘光电二极管中n型杂质的浓度高于所述中心光电二极管中n型杂质的浓度。
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