CN101471365B - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
实施方案涉及图像传感器和制造图像传感器的方法。根据实施方案，图像传感器可包括：在半导体衬底上方的栅极；在半导体衬底上方的第一杂质区域；在半导体衬底上方的第二杂质区域，第二杂质区域比第一杂质区域浅；和在第一杂质区域中形成的并且以预定角度朝向栅极弯曲的第三杂质区域。根据实施方案，第三杂质区域可以是n-型杂质区域。根据实施方案，可增加光电二极管的面积，可提高由光电二极管产生的电子的传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器可以是将光学图像转化为电信号的半导体器件。图像传感器可分类为电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。在CCD中，可彼此接近地布置各个MOS电容器，载流子可存储于电容器中并且可以传输。
CMOS技术可使用控制电路和信号处理电路作为周边电路。CMOS图像传感器可包括对应于大量像素的大量MOS晶体管，并且可以以切换方式使用MOS晶体管依次检测输出。CMOS图像传感器在单元像素中可包括光电二极管和MOS晶体管。CMOS图像传感器可以以切换方式依次检测信号，并且可如此确定图像。光电二极管的灵敏度对于CMOS图像传感器的操作可以是重要的。
发明内容
实施方案涉及图像传感器及其制造方法。
根据一些实施方案，图像传感器可包括以下中的至少一个。在半导体衬底上和/或上方的栅极。在形成有栅极的所述半导体衬底上和/或上方的第一杂质区域。在所述半导体衬底上和/或上方的第二杂质区域，所述第二杂质区域比所述第一杂质区域浅。在所述第一杂质区域中形成的并且以预定角度朝向所述栅极弯曲的第三杂质区域。根据一些实施方案，第三杂质区域可以是n-型杂质区域。
根据一些实施方案，制造图像传感器的方法可包括以下步骤中的至少一个。在半导体衬底上和/或上方形成栅极。在形成有栅极的半导体衬底上和/或上方形成第一杂质区域，所述第一杂质区域以预定角度朝向栅极弯曲。在包括第一杂质区域的半导体衬底上和/或上方形成第二杂质区域。在所述半导体衬底上和/或上方形成比所述第二杂质区域浅的第三杂质区域。根据一些实施方案，所述第一杂质区域可掺杂有n-型掺杂剂。
附图说明
示例性图1～5A是说明根据一些实施方案的图像传感器和制造图像传感器的方法的截面图。
具体实施方式
示例性图5A是说明根据一些实施方案的图像传感器的截面图。参考示例性图5A，根据一些实施方案的图像传感器可包括：在半导体衬底10上和/或上方形成的栅极30，以及在半导体衬底10上和/或上方的第一杂质区域40、第二杂质区域45和第三杂质区域50。根据一些实施方案，半导体衬底10可形成有在重度掺杂的p++-型硅衬底上和/或上方的轻度掺杂的p-型外延层。轻度掺杂的p-型外延层可使光电二极管的耗尽区扩大和加深。这可提高光电二极管收集光电荷的能力。根据一些实施方案，栅极30可包括氧化物层图案和多晶硅图案。
如果在p-型外延层下形成重度掺杂的p++-型衬底，那么光电荷可彼此再结合。结合后的光电荷然后可扩散至相邻单元像素。根据一些实施方案，可减少光电荷的随机扩散。这可减少光电荷的传输变化。
根据一些实施方案，第一杂质区域40和第二杂质区域45可掺杂有可作为n-型掺杂剂的磷(P)和砷(As)中的至少一种。根据一些实施方案，第三杂质区域50可掺杂有可作为p-型掺杂剂的硼(B)。
根据一些实施方案，第一杂质区域40可比第二杂质区域45深。第一杂质区域40可以以预定角度朝向栅极30倾斜和/或弯曲。第一杂质区域40可包括多个杂质区域40a、40b、40c。
第一杂质区域40可与第二杂质区域45重叠。第一杂质区域40和第二杂质区域45的重叠区域的密度可高于第一杂质区域40或第二杂质区域45的密度。根据一些实施方案，第三杂质区域50可比第二杂质区域45浅。
由于第一杂质区域40可以以预定角度朝向栅极30倾斜，所以可形成朝向栅极30的电场。根据一些实施方案，由光电二极管产生的电子可容易地移动至栅极30。换言之，可提高由光电二极管产生的电子的传输效率，这可增加饱和电流并可防止滞后。由此可改善图像传感器的灵敏度。
示例性图1～5A是说明根据一些实施方案的制造图像传感器的方法的截面图。示例性图1A是说明根据一些实施方案的制造图像传感器的方法的侧截面图。示例性图1B是说明根据一些实施方案的制造图像传感器的方法的平面图。
参考示例性图1A和1B，在半导体衬底10上和/或上方可形成氧化物层15、多晶硅层20和第一光刻胶图案100。半导体衬底可包括隔离层5。
半导体衬底10可形成有在重度掺杂的p++-型硅衬底上和/或上方的轻度掺杂的p-型外延层。轻度掺杂的p-型外延层可使光电二极管的耗尽区扩大和加深。这可增强光电二极管收集光电荷的能力。
如果在p-型外延层下形成重度掺杂的p++-型衬底，那么在光电荷可扩散至相邻单元像素之前，光电荷可彼此再结合。因此，可减少光电荷的随机扩散，并且可减少光电荷的传输变化。根据一些实施方案，通过在半导体衬底10中形成沟槽并在沟槽中填充绝缘材料可形成隔离层5。
参考示例性图1B，在栅极区域和多晶硅图案区域上和/或上方可设置第一光刻胶图案100。在多晶硅图案区域上和/或上方的第一光刻胶图案100b可以以预定角度朝向可设置在栅极区域上和/或上方的第二光刻胶图案100a倾斜和/或弯曲。
第一光刻胶图案100b可设置在以后可形成多晶硅图案的区域上和/或上方并可具有矩形形状，其中第一光刻胶图案100b的中心部分可以具有角度地朝向栅极30。
参考示例性图2A和2B，可蚀刻多晶硅层20和氧化物层15。这可形成栅极30和多晶硅图案25。根据第一光刻胶图案100的形状，可形成多晶硅图案25和栅极30。根据一些实施方案，然后可通过例如灰化工艺移除第一光刻胶图案100。根据一些实施方案，栅极30可以是传输栅极。根据一些实施方案，栅极30可包括多晶硅。根据一些实施方案，栅极30不限于此，并且可包括金属硅化物层。
参考示例性图3A和3B，在具有多晶硅图案25的半导体衬底10上和/或上方可形成第二光刻胶图案200。根据一些实施方案，通过第一离子注入工艺可形成第一杂质区域40。根据一些实施方案，第二光刻胶图案200可覆盖栅极300。
通过将磷(31P+)和砷(75As+)中的至少一种注入到半导体衬底10中可形成第一杂质区域40。根据一些实施方案，多晶硅图案25和第二光刻胶图案200可用作该步骤的掩模。
根据一些实施方案，可以以约3×1011原子/cm2～3×1012原子/cm2的剂量和约200KeV～300KeV的能量，使用砷(75As+)进行第一离子注入工艺。根据一些实施方案，第一离子注入工艺可不限于该配置，而是可以根据产品特性采用各种掺杂剂以不同剂量和能量水平进行。
参考示例性图3B，第一杂质区域40可与多晶硅图案25交替对齐。因此，第一杂质区域40可以以预定角度朝向栅极30弯曲。这可类似于多晶硅图案25的形状。根据一些实施方案，具有长矩形形状的第一杂质区域40的中心部分可朝向栅极30弯曲。然后例如通过湿蚀刻工艺可移除多晶硅图案25。
根据一些实施方案，虽然多晶硅图案25可包括三个多晶硅图案(第一多晶硅图案25a、第二多晶硅图案25b和第三多晶硅图案25c)，但是多晶硅图案的数量不限于此。根据一些实施方案，多晶硅图案的数量可大于或小于三。根据一些实施方案，第一杂质区域40的数量可根据多晶硅图案25的数量变化。
参考示例性图4，可通过使用第二光刻胶图案200作为掩模实施第二离子注入工艺。这可形成第二杂质区域45。根据一些实施方案，可通过将可作为n-型掺杂剂的磷(31P+)和砷(75As+)中的至少一种注入到半导体衬底10中形成第二杂质区域45。根据一些实施方案，第二光刻胶图案200可用作该注入工艺的掩模。
根据一些实施方案，可以以对应于第一离子注入工艺能量的约3/4的能量进行第二离子注入工艺以注入n-型掺杂剂。例如，可以以约5×1011原子/cm2～5×1012原子/cm2的剂量和约150KeV～200KeV的能量，使用砷(75As+)实施第二离子注入工艺。根据一些实施方案，第二离子注入工艺不限于这样的配置，而是可以根据产品特性采用各种掺杂剂以不同剂量和能量水平进行。根据一些实施方案，为增加饱和电流，第二注入工艺可实施两次。
第一杂质区域40可与第二杂质区域45重叠。根据一些实施方案，第一杂质区域40和第二杂质区域45的重叠区域的密度可高于第一杂质区域40或第二杂质区域45的密度。
根据一些实施方案，第二杂质区域45可比第一杂质区域40浅。根据一些实施方案，由于第二杂质区域45可以是高度掺杂的区域，所以根据一些实施方案可形成的光电二极管可以是重度掺杂的。这可增加饱和电流。
参考示例性图5A，例如通过实施第三离子注入工艺可形成第三杂质区域50。根据一些实施方案，第二光刻胶图案200可用作该工艺的掩模。然后可移除第二光刻胶图案200。
通过将可以作为p-型掺杂剂的硼(B)和BF2+中的至少一种注入到半导体衬底10中，可形成第三杂质区域50。根据一些实施方案，第二光刻胶图案200可用作掩模以形成第三杂质区域50。因此可形成第三杂质区域50。根据一些实施方案，因此可形成包括第一杂质区域40、第二杂质区域45和第三杂质区域50的光电二极管。
根据一些实施方案，第一杂质区域40、第二杂质区域45和第三杂质区域50可接触半导体衬底10。根据一些实施方案，光电二极管可因此是PNP光电二极管。
光电二极管可在第一杂质区域40处具有较高的密度，并且可具有较高密度的光电二极管的一部分可以以预定角度朝向栅极30倾斜。
因此，参考示例性图5B，可形成朝向栅极30的电场。因此，由光电二极管产生的电子可相对容易地移动至栅极30。这可增加由光电二极管产生的电子的传输效率。因此可增加饱和电流，这可防止滞后。因此，可改善图像传感器的灵敏度。
根据一些实施方案，在半导体衬底10上和/或上方可形成浮置扩散区。根据一些实施方案，在半导体衬底10上和/或上方也可形成金属互连层、滤色器阵列、和微透镜。
根据一些实施方案，图像传感器及其制造方法可包括朝向栅极弯曲和/或倾斜的离子注入层。这可增加光电二极管的面积。
根据一些实施方案，可提高由光电二极管产生的电子的传输效率。这可增加饱和电流并且可明显防止滞后。根据一些实施方案，可改善图像传感器的灵敏度和图像传感器的可靠性。
根据一些实施方案，虽然可参考附图描述了CMOS图像传感器(CIS)的结构，但是实施方案不限于此。根据一些实施方案，朝向栅极弯曲的离子注入层可用于任何图像传感器，包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
对本领域技术人员显而易见的是：在公开的实施方案中可做出各种改变和变化。因此，只要这些显然和明显的改变和变化在所附权利要求和其等同物的范围之内，则公开的实施方案意图覆盖这些显然和明显的改变和变化。
Claims (12)
1.一种图像传感器，包括：
在半导体衬底上方的栅极；
在所述半导体衬底上方的第一杂质区域；
在所述半导体衬底上方的第二杂质区域，所述第二杂质区域比所述第一杂质区域浅并且形成在所述第一杂质区域的至少一部分上方；和
在所述第一杂质区域中形成的并且以预定角度朝向所述栅极弯曲的第三杂质区域；
其中所述第三杂质区域包括n-型杂质区域，
其中所述第一杂质区域包括n-型杂质区域，所述第二杂质区域包括p-型杂质区域，
其中所述第三杂质区域比所述第一杂质区域深，
其中所述第三杂质区域包括多个杂质区域。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中在重叠区域中所述第一杂质区域的一部分覆盖所述第三杂质区域，和其中所述重叠区域的密度大于所述第一杂质区域的密度或所述第三杂质区域的密度。
3.一种制造图像传感器的方法，包括：
在半导体衬底上方形成栅极；
在所述半导体衬底中形成第一杂质区域，所述第一杂质区域以预定角度朝向所述栅极弯曲；
在包括所述第一杂质区域的所述半导体衬底中形成第二杂质区域；和
在所述第一杂质区域和第二杂质区域上方形成比所述第二杂质区域浅的第三杂质区域，
其中所述第一杂质区域掺杂有n-型掺杂剂，
其中所述第二杂质区域包括n-型杂质区域，所述第三杂质区域包括p-型杂质区域，
其中在所述半导体衬底中所述第一杂质区域形成得比所述第二杂质区域深，
其中所述第一杂质区域包括多个杂质区域。
4.根据权利要求3所述的制造图像传感器的方法，其中所述半导体衬底包括在重度掺杂的p++-型硅衬底上方的轻度掺杂的p-型外延层。
5.根据权利要求3所述的制造图像传感器的方法，其中形成所述第一杂质区域包括：
在所述半导体衬底上方形成多晶硅图案；
使用所述多晶硅图案作为掩模，通过实施离子注入工艺在所述半导体衬底上方形成所述第一杂质区域；和
移除所述多晶硅图案。
6.根据权利要求5所述的制造图像传感器的方法，其中所述栅极和所述多晶硅图案是同时形成的。
7.根据权利要求3所述的制造图像传感器的方法，其中在重叠区域中所述第二杂质区域的一部分覆盖所述第一杂质区域，和其中所述重叠区域的密度大于所述第一杂质区域的密度或所述第二杂质区域的密度。
8.根据权利要求3所述的制造图像传感器的方法，其中通过将磷(31P+)和砷(75As+)中的至少一种注入到所述半导体衬底中，形成所述第一杂质区域。
9.根据权利要求8所述的制造图像传感器的方法，其中以3×1011原子/cm2～3×1012原子/cm2的剂量和200KeV～300KeV的能量，使用砷(75As+)进行用于形成所述第一杂质区域的所述离子注入工艺。
10.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，包括：以对应于用于形成所述第一杂质区域的所述能量的3/4的能量水平形成所述第二杂质区域。
11.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中以5×1011原子/cm2～5×1012原子/cm2的剂量和150KeV～200KeV的能量，通过使用砷(75As+)的离子注入工艺形成第二杂质区域。
12.根据权利要求3所述的制造图像传感器的方法，包括：用磷(P)和砷(As)中的至少一种掺杂所述第一杂质区域和第二杂质区域，用硼(B)掺杂所述第三杂质区域。
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