CN106449683A - Coms 图像传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种COMS图像传感器及其制作方法，在逻辑区进行N型或P型源漏注入时，先在所述半导体衬底上涂覆第一光刻胶，通过曝光与显影暴露出需要进行源漏注入的源漏区，然后刻蚀部分厚度的介质层，进行N型或P型源漏注入，由于第一光刻胶的保护像素区内的介质层未被刻蚀，在所述像素区内的感光二极管区进行离子注入时，所述介质层防止离子注入对感光二极管表面的半导体衬底造成损伤，从而避免因半导体损伤造成的COMS图像传感器白点，提高了COMS图像传感器的质量；并且该方法简单，便于操作，不会对COMS图像传感器的性能造成影响。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种COMS图像传感器及其制作方法。
背景技术
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。随着CMOS集成电路制造工艺特别是CMOS图像传感器设计及制造工艺的不断发展，CMOS图像传感器已经逐渐取代CCD图像传感器成为主流。CMOS图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点。
在CMOS图像传感器中，采用传输管(transfer transistor，TX)来传输光电二极管中的光生电子。
图1示出了现有技术中CMOS图像传感器的结构示意图。如图1所示，现有技术中CMOS图像传感器的结构包括：半导体衬底1、感光二极管区2、感光二极管表面P型掺杂层5(用于降低暗电流)、浮置扩散区7(包括阱区掺杂7a与源区掺杂7b)、栅极多晶硅3、栅极氧化层4、栅极侧墙6。其中，半导体衬底1上布置了感光二极管区2、感光二极管表面P型掺杂层5以及浮置扩散区7；感光二极管区表面P型掺杂层5以及浮置扩散区7位于半导体衬底的表面区域；感光二极管区2位于感光二极管区表面P型掺杂层5下方。栅极多晶硅3、栅极介质层4、栅极侧墙6构成位于半导体衬底上方的栅极结构。
现有技术中，制作CMOS图像传感器的方法包括：在半导体衬底1的表面区域形成浮置扩散区7的源区掺杂7b；随后在半导体衬底1上依次形成栅极氧化层4和栅极多晶硅3；利用图案化的光刻胶以及栅极多晶硅3进行第一次离子注入，在半导体衬底1内部形成感光二极管区2；接着在所述半导体衬底1上沉积一层介质层通过曝光与刻蚀形成栅极侧墙6，并去除介质层；接着利用图案化的光刻胶以及栅极多晶硅3进行第二次离子注入，在所述源区掺杂7b中形成阱区掺杂7a；最后再进行第三次离子注入在半导体衬底1的表面区域形成感光二极管区表面P型掺杂层5。
在现有技术的CMOS图像传感器的制造方法中，由于离子注入会对半导体衬底表面造成损伤，从而导致CMOS图像传感器出现白点。
发明内容
本发明提供了一种COMS图像传感器及其制作方法，以解决现有技术中半导体衬底表面损伤造成COMS图像传感器出现白点的问题。
本发明提供的COMS图像传感器的制作方法，包括：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区与逻辑区；
在所述半导体衬底上依次形成栅极氧化层和栅极多晶硅；
在所述半导体衬底上沉积介质层，通过曝光与刻蚀，形成栅极侧墙；
在所述半导体衬底上涂覆第一光刻胶，通过曝光与显影，暴露出所述逻辑区内的源漏区；
去除所述源漏区内部分厚度的介质层，进行N型或P型源漏注入，并去除所述第一光刻胶；
在所述半导体衬底上涂覆第二光刻胶，通过曝光与显影，暴露出所述像素区内的感光二极管区；
对所述感光二极管区进行离子注入，在所述半导体衬底表面形成第一掺杂区。
进一步的，在半导体衬底上形成栅极氧化层和栅极多晶硅之前，还包括：在所述像素区内进行离子注入，在所述半导体衬底表面形成第二掺杂区，所述第二掺杂区位于栅极多晶硅一侧。
进一步的，在半导体衬底上形成栅极氧化层和栅极多晶硅之后，还包括：在所述像素区内进行离子注入，在所述半导体衬底内部形成第三掺杂区，所述第三掺杂区位于所述栅极多晶硅的另一侧，与所述第二掺杂区的掺杂类型相反。
进一步的，所述第一掺杂区位于所述第三掺杂区的上方，与所述第三掺杂区的掺杂类型相反，所述第一掺杂区与第三掺杂区构成感光二极管。
进一步的，在形成第一掺杂区之后还包括，对第二掺杂区进行离子注入，在所述第二掺杂区中形成第四掺杂区，所述第四掺杂区与所述第二掺杂区的掺杂类型相反，构成浮置扩散区。
进一步的，所述介质层包括第一氧化硅层、氮化硅层以及第二氧化硅层。
进一步的，所述栅极侧墙的形成步骤包括：在所述介质层表面形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光与显影形成图案化的光刻胶层；以图案化的光刻胶层为掩膜，对所述介质层进行刻蚀，然后去除所述图案化的光刻胶层。
进一步的，对所述介质层进行刻蚀之后，所述半导体衬底上剩余的介质层的厚度为
进一步的，进行N型或P型源漏注入之前，所述逻辑区内源漏区上剩余的介质层的厚度为
相应的，本发明还提出一种使用以上COMS图像传感器的制作方法制作的COMS图像传感器，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区与逻辑区；
位于所述像素区内的半导体衬底中的浮置扩散区、传输晶体管以及感光二极管；
所述浮置扩散区包括所述第二掺杂区和所述第四掺杂区，所述第二掺杂区与所述第四掺杂区的掺杂类型相反，所述第四掺杂区位于所述第二掺杂区中；
所述感光二极管包括第一掺杂区和第三掺杂区，所述第一掺杂区与所述第三掺杂区的掺杂类型相反，所述第一掺杂区位于所述第三掺杂区上方；
所述传输晶体管包括：位于所述半导体衬底上的栅极氧化层及栅极多晶硅，位于所述栅极多晶硅周围的侧墙；所述第一掺杂区与第四掺杂区位于栅极多晶硅的两侧。
以及位于所述逻辑区内的半导体衬底中的晶体管，所述晶体管包括：位于所述半导体衬底上的栅极氧化层及栅极多晶硅，位于所述栅极多晶硅周围的侧墙，以及位于所述栅极多晶硅两侧的源漏极。
与现有技术相比，本发明提供的COMS图像传感器及其制作方法，在逻辑区进行N型或P型源漏注入时，先在所述半导体衬底上涂覆第一光刻胶，通过曝光与显影暴露出需要进行源漏注入的源漏区，然后刻蚀部分厚度的介质层，进行N型或P型源漏注入，由于第一光刻胶的保护像素区内的介质层未被刻蚀，在所述像素区内的感光二极管区进行离子注入时，所述介质层防止离子注入对感光二极管表面的半导体衬底造成损伤，从而避免因半导体损伤造成的COMS图像传感器白点，提高了COMS图像传感器的质量；并且该方法简单，便于操作，不会对COMS图像传感器的性能造成影响。
附图说明
图1是现有技术中CMOS图像传感器的结构示意图。
图2为本发明一实施例所提供的COMS图像传感器的制作方法流程示意图。
图3～11为本发明一实施例所提供的COMS图像传感器的制作方法各步骤结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术形成的CMOS图像传感器因为离子注入对半导体衬底表面造成损伤，从而导致出现白点。发明人针对上述问题进行研究发现，在侧墙刻蚀去除介质层以后，后续进行感光二极管表面掺杂层的离子注入会对感光二极管表面的半导体衬底造成损伤，而白点对于感光二极管表面质量及完整性非常敏感，半导体衬底的损伤会导致CMOS图像传感器出现白点。
经过进一步研究，发明人提出了一种CMOS图像传感器及其制作方法。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的CMOS图像传感器及其制作方法做进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚，需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图2为本发明一实施例所提供的CMOS图像传感器的制作方法流程示意图，如图2所示，本发明提出的一种CMOS图像传感器及其制作方法，包括以下步骤：
步骤S01：提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区与逻辑区；
步骤S02：在所述半导体衬底上依次形成栅极氧化层和栅极多晶硅；
步骤S03：在所述半导体衬底上沉积介质层，通过曝光与刻蚀，形成栅极侧墙；
步骤S04：在所述半导体衬底上涂覆第一光刻胶，通过曝光与显影，暴露出所述逻辑区内的源漏区；
步骤S05：去除所述源漏区内部分厚度的介质层，进行N型或P型源漏注入，并去除所述第一光刻胶；
步骤S06：在所述半导体衬底上涂覆第二光刻胶，通过曝光与显影，暴露出所述像素区内的感光二极管区；
步骤S07：对所述感光二极管区进行离子注入，在所述半导体衬底表面形成第一掺杂区。
图3～11为本发明一实施例提供的COMS图像传感器的制作方法各步骤结构示意图，请参考图2所示，并结合图3～图11，详细说明本发明提出的沟槽功率器件的制作方法：
在步骤S01中，提供一半导体衬底10，所述半导体衬底10包括像素区100与逻辑区200，如图3所示。在本实施例中，所述半导体衬底可以是单晶硅、单晶锗或者单晶锗硅，或者本领域技术人员所知的其他半导体衬底。
在步骤S02中，在所述半导体衬底10上依次形成有栅极氧化层41和栅极多晶硅42，如图5所示。
在本实施例中，在形成栅极氧化层41和栅极多晶硅42之前，还包括：在所述像素区100内进行离子注入，在所述半导体衬底10表面形成第二掺杂区21，所述第二掺杂区21位于栅极多晶硅42一侧；在形成栅极氧化层41和栅极多晶硅42之后，还包括：在所述像素区100内进行离子注入，在所述半导体衬底10内部形成第三掺杂区31，所述第三掺杂区31位于所述栅极多晶硅42的另一侧，与所述第二掺杂区21的掺杂类型相反。
以下详细介绍本步骤的主要工艺：
首先，进行离子注入在所述像素区100内的半导体衬底10表面形成第二掺杂区21，如图3所示。
对所述半导体衬底10进行离子注入形成第二掺杂区21的方法包括：在所述半导体衬底10上形成第一图形化的光刻胶层(图中未示出)，定义出第二掺杂区21的位置；以所述第一图形化的光刻胶层为掩膜，对所述半导体衬底10进行离子注入形成第二掺杂区21；去除第一图像化的光刻胶层。本发明具体实施例中，第二掺杂区21为P型掺杂区，离子注入工艺中注入的离子为P型离子，例如硼(B)，但不限于硼。第二掺杂区21位于浮置扩散区所在的区域。
其次，在所述半导体衬底10上依次形成栅极氧化层41和栅极多晶硅42，在像素区100与逻辑区200上均形成有栅极氧化层41和栅极多晶硅42，在所述像素区100内形成传输晶体管，在所述逻辑区200内形成晶体管，在所述像素区100内所述第二掺杂区21位于栅极多晶硅41的一侧，如图4所示。
在半导体衬底10上依次形成氧化层和多晶硅层，然后依次对氧化层和多晶硅层进行图形化形成栅极多晶硅42和栅极氧化层41。栅极多晶硅42的材料可以是金属，栅极氧化层41的材料为氧化硅等本领域技术人员公知的材料。
最后，进行离子注入在所述像素区100内的半导体衬底10内部形成第三掺杂区31，所述第三掺杂区31位于所述栅极多晶硅42的另一侧，与第二掺杂区21的掺杂类型相反，如图5所示。
本实施例中，具体的，在所述像素区100内对所述半导体衬底10进行离子注入，在与所述第二掺杂区21相对的所述栅极多晶硅42的另一侧形成第三掺杂区31的方法包括：在所述半导体衬底10、栅极多晶硅42和栅极氧化层41的表面上形成第二图形化的光刻胶层(图中未示出)，定义出第二掺杂区的位置，以所述第二图形化的光刻胶层为掩膜对所述半导体衬底10进行第二次离子注入，在所述半导体衬底10中、所述第二掺杂区21与所述栅极多晶硅42相对的另一侧形成第三掺杂区31；去除所述第二图形化的光刻胶层。本发明具体实施例中，第三掺杂区31为N型掺杂区。
在步骤S03中，在所述半导体衬底上沉积介质层50，通过曝光与刻蚀，形成栅极侧墙43，如图6所示。
本实施例中，所述介质层50包括第一氧化硅层、氮化硅层以及第二氧化硅层，本发明的其他实施例中，可以是氧化硅层、氮化硅层等其他的组合。所述侧墙43的形成步骤包括：在所述介质层50表面形成光刻胶层(图中未示出)；对所述光刻胶层进行曝光与显影形成图案化的光刻胶层；以图案化的光刻胶层为掩膜，对所述介质层50进行刻蚀形成侧墙43，然后去除所述图案化的光刻胶层，在所述像素区100内形成传输晶体管40，在所述逻辑区200内形成晶体管40’。在该过程中，所述半导体衬底10上剩余的介质层的厚度为
在步骤S04中，在所述半导体衬底10上涂覆第一光刻胶60，通过曝光与显影，形成图像化的第一光刻胶，暴露出所述逻辑区200内的源漏区，形成如图7所述的图形。
在步骤S05中，去除所述源漏区内部分厚度的介质层50，进行N型或P型源漏注入，形成源/漏极201，然后去除所述第一光刻胶60，形成如图8所示的图形。
本实施例中，进行N型或P型源漏注入之前，所述逻辑区内源漏区上剩余的介质层50的厚度为
需要说明的是，如果既需要进行N型注入也需要进行P型注入，则步骤S04与步骤S05需要重复进行。例如，在所述半导体衬底10上涂覆第一光刻胶60，通过曝光与显影，形成图像化的第一光刻胶，暴露出所述逻辑区200内需要进行N型注入的源漏区，去除该源漏区内部分厚度的介质层50，进行N型源漏注入，形成源/漏极，然后去除所述第一光刻胶60；然后在所述半导体衬底10上涂覆第一光刻胶60，通过曝光与显影，形成图像化的第一光刻胶，暴露出所述逻辑区200内需要进行P型注入的源漏区，去除该源漏区内部分厚度的介质层50，进行P型源漏注入，形成源/漏极，然后去除所述第一光刻胶60，最终在所述逻辑区200形成CMOS或/和PMOS晶体管。
在步骤S06中，在所述半导体衬底10上涂覆第二光刻胶70，通过曝光与显影，暴露出所述像素区100内的感光二极管区，如图9所示。
在步骤S07中，对所述感光二极管区进行离子注入，在所述半导体衬底10表面形成第一掺杂区32，如图10所示。
所述第一掺杂区32的形成方法与上述第三掺杂区31的形成方法相似。所述第一掺杂区32为P型掺杂，离子注入工艺中注入的离子为硼(B)离子，也可以是其他已知的P型离子。所述第一掺杂区32与第三掺杂区31构成感光二极管30。
在进行离子注入形成第一掺杂区32时，半导体衬底10上存在有厚度的介质层50，不会对半导体衬底的表面造成损伤，从而不会影响感光二极管30的表面。本实施例仅在进行N型源漏离子注入和P型源漏离子注入前进行介质层刻蚀，与现有技术相比，仅增加了一次介质层的刻蚀。
接着，对所述第二掺杂区21进行离子注入，在所述第二掺杂区21中形成第四掺杂区22，所述第四掺杂区22与所述第二掺杂区21的掺杂类型相反。第二掺杂区21和所述第四掺杂区22构成浮置扩散区20，形成如图11所示的图形。
本发明具体实施例中，第四掺杂区22与第三掺杂区31的掺杂类型相同，都为N型掺杂区；第一掺杂区32与第二掺杂区21的掺杂类型相同，都为P型掺杂。后续还包括形成自对准金属硅化物阻挡层等工艺步骤，最终形成COMS图像传感器。
本发明提供的COMS图像传感器的制作方法，在逻辑区进行N型或P型源漏注入时，先在所述半导体衬底上涂覆第一光刻胶，通过曝光与显影暴露出需要进行源漏注入的源漏区，然后刻蚀部分厚度的介质层，进行N型或P型源漏注入，由于第一光刻胶的保护像素区内的介质层未被刻蚀，在所述像素区内的感光二极管区进行离子注入时，所述介质层防止离子注入对感光二极管表面的半导体衬底造成损伤，从而避免因半导体损伤造成的COMS图像传感器白点，提高了COMS图像传感器的质量；并且该方法简单，便于操作，不会对COMS图像传感器的性能造成影响。
相应的，本发明还提供一种COMS图像传感器，通过上述COMS图像传感器的制作方法形成，请参考图11，所述COMS图像传感器包括：
半导体衬底10，所述半导体衬底10包括像素区100与逻辑区200；
位于所述像素区100内的半导体衬底100中的浮置扩散区20、感光二极管30以及传输晶体管40；
所述浮置扩散区20包括所述第二掺杂区21和所述第四掺杂区22，所述第二掺杂区21与所述第四掺杂区22的掺杂类型相反，所述第四掺杂区22位于所述第二掺杂区21中；
所述感光二极管30包括第三掺杂区31和第一掺杂区32，所述第三掺杂区31与所述第一掺杂区32的掺杂类型相反，所述第一掺杂区32位于所述第三掺杂区31的上方；所述第三掺杂区31与第一掺杂区32的掺杂类型相反；
所述传输晶体管40包括：位于所述半导体衬底10上的栅极氧化层41及栅极多晶硅42，位于所述栅极多晶硅42周围的侧墙43；所述第一掺杂区32与第四掺杂区22位于栅极多晶硅42的两侧，分别作为所述传输晶体管40的源极与漏极。
以及位于所述逻辑区200内的半导体衬底20中的晶体管40’，所述晶体管40’包括：位于所述半导体衬底10上的栅极氧化层41及栅极多晶硅42，位于所述栅极多晶硅42周围的侧墙43，以及位于所述栅极多晶硅42两侧的源漏极201。
可以理解的是，本实施例仅在像素区与逻辑区各列举了一个晶体管，其晶体管实际数量并不受限制，例如，在所述像素区内可以形成有传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选通晶体管等多个晶体管，在所述逻辑区内也可以形成有多个晶体管。
综上所述，本发明提供的CMOS图像传感器及其制作方法，在逻辑区进行N型或P型源漏注入时，先在所述半导体衬底上涂覆第一光刻胶，通过曝光与显影暴露出需要进行源漏注入的源漏区，然后刻蚀部分厚度的介质层，进行N型或P型源漏注入，由于第一光刻胶的保护像素区内的介质层未被刻蚀，在所述像素区内的感光二极管区进行离子注入时，所述介质层防止离子注入对感光二极管表面的半导体衬底造成损伤，从而避免因半导体损伤造成的COMS图像传感器白点，提高了COMS图像传感器的质量；并且该方法简单，便于操作，不会对COMS图像传感器的性能造成影响。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区与逻辑区；
在所述半导体衬底上依次形成栅极氧化层和栅极多晶硅；
在所述半导体衬底上沉积介质层，通过曝光与刻蚀，形成栅极侧墙；
在所述半导体衬底上涂覆第一光刻胶，通过曝光与显影，暴露出所述逻辑区内的源漏区；
去除所述源漏区内部分厚度的介质层，进行N型或P型源漏注入，并去除所述第一光刻胶；
在所述半导体衬底上涂覆第二光刻胶，通过曝光与显影，暴露出所述像素区内的感光二极管区；
对所述感光二极管区进行离子注入，在所述半导体衬底表面形成第一掺杂区。
2.如权利要求1所述的COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，在半导体衬底上形成栅极氧化层和栅极多晶硅之前，还包括：在所述像素区内进行离子注入，在所述半导体衬底表面形成第二掺杂区，所述第二掺杂区位于栅极多晶硅一侧。
3.如权利要求2所述的COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，在半导体衬底上形成栅极氧化层和栅极多晶硅之后，还包括：在所述像素区内进行离子注入，在所述半导体衬底内部形成第三掺杂区，所述第三掺杂区位于所述栅极多晶硅的另一侧，与所述第二掺杂区的掺杂类型相反。
4.如权利要求3所述的COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述第一掺杂区位于所述第三掺杂区的上方，与所述第三掺杂区的掺杂类型相反，所述第一掺杂区与第三掺杂区构成感光二极管。
5.如权利要求4所述的COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，在形成第一掺杂区之后还包括，对第二掺杂区进行离子注入，在所述第二掺杂区中形成第四掺杂区，所述第四掺杂区与所述第二掺杂区的掺杂类型相反，构成浮置扩散区。
6.如权利要求1所述的COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述介质层包括第一氧化硅层、氮化硅层以及第二氧化硅层。
7.如权利要求6所述的COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述栅极侧墙的形成步骤包括：在所述介质层表面形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光与显影形成图案化的光刻胶层；以图案化的光刻胶层为掩膜，对所述介质层进行刻蚀，然后去除所述图案化的光刻胶层。
8.如权利要求7所述的COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，对所述介质层进行刻蚀之后，所述半导体衬底上剩余的介质层的厚度为
9.如权利要求1所述的COMS图像传感器的制作方法，其特征在于，进行N型或P型源漏注入之前，所述逻辑区内源漏区上剩余的介质层的厚度为
10.一种使用权利要求1～9任一项所述的COMS图像传感器的制作方法制作的COMS图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区与逻辑区；
位于所述像素区内的半导体衬底中的浮置扩散区、传输晶体管以及感光二极管；
所述浮置扩散区包括所述第二掺杂区和所述第四掺杂区，所述第二掺杂区与所述第四掺杂区的掺杂类型相反，所述第四掺杂区位于所述第二掺杂区中；
所述感光二极管包括第一掺杂区和第三掺杂区，所述第一掺杂区与所述第三掺杂区的掺杂类型相反，所述第一掺杂区位于所述第三掺杂区上方；
所述传输晶体管包括：位于所述半导体衬底上的栅极氧化层及栅极多晶硅，位于所述栅极多晶硅周围的侧墙；所述第一掺杂区与第四掺杂区位于栅极多晶硅的两侧。
以及位于所述逻辑区内的半导体衬底中的晶体管，所述晶体管包括：位于所述半导体衬底上的栅极氧化层及栅极多晶硅，位于所述栅极多晶硅周围的侧墙，以及位于所述栅极多晶硅两侧的源漏极。
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