CN110957340A - Cmos图像传感器的制造方法及cmos图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CMOS图像传感器的制造方法,包括:提供一衬底,所述衬底上形成有栅氧化层和多晶硅栅极,所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处形成有氧空位;对所述多晶硅栅极进行P型离子注入;对所述多晶硅栅极进行氟离子注入以使氟离子占据所述氧空位,并去除所述掩膜层。进一步的,本发明还提供一种CMOS图像传感器,包括:衬底、栅氧化层以及多晶硅栅极,其中,所述多晶硅栅极中注入的氟离子占据所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处的氧空位。对所述多晶硅栅极进行氟离子注入可以使得所述氟离子占据所述氧空位并与所述多晶硅栅极的硅原子形成共价键,改善多晶硅栅极和所述栅氧化层交界处的晶格缺陷,从而改善CMOS图像传感器的随机噪声缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及一种CMOS图像传感器的制造方法及CMOS图像传感器。
背景技术
互补金属氧化物半导体(CMOS,Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器因其制造工艺与信号处理芯片等制造工艺相兼容,易于集成片上系统,同时功耗相较于电荷耦合器件类传感器有较大优势,利用图像处理降噪算法可以提高信噪比,因此其在图像传感器应用领域占有优势地位。
但是现有的CMOS图像传感器存在随机噪声(RTS noise)缺陷,该随机噪声缺陷表现为CMOS图像传感器在曝光时画面上随机产生的噪点,影响画面质量,所以现需要一种新的CMOS图像传感器的制造方法来改善随机噪声缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器的制造方法及CMOS图像传感器,以解决CMOS图像传感器存在随机噪声缺陷的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种CMOS图像传感器的制造方法,所述CMOS图像传感器具有像素区,所述CMOS图像传感器的制造方法包括:
提供一衬底,其中,所述像素区中所述衬底上形成有栅氧化层和位于所述栅氧化层上的多晶硅栅极,所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处形成有氧空位;
形成掩膜层,所述掩膜层覆盖所述多晶硅栅极和所述栅氧化层;
对所述多晶硅栅极进行P型离子注入;以及,
对所述多晶硅栅极进行氟离子注入以使所述氟离子占据所述氧空位,并去除所述掩膜层。
可选的,在所述CMOS图像传感器的制造方法中,在对所述多晶硅栅极进行氟离子注入以占据所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处的氧空位中,所述氟离子的注入剂量介于1E12atoms/cm2~1E13atoms/cm2;注入能量介于50kev~80kev。
可选的,在所述CMOS图像传感器的制造方法中,对所述多晶硅栅极进行P型离子注入中,所述P型离子为硼离子,所述硼离子的注入剂量介于1E15atoms/cm2~5E16atoms/cm2,注入能量介于5K eV至50K eV。
可选的,在所述CMOS图像传感器的制造方法中,所述掩膜层为光刻胶层或者氮化硅层。
可选的,在所述CMOS图像传感器的制造方法中,通过化学气相沉积工艺形成所述栅氧化层。
基于同一发明构思,本发明还提供一种CMOS图像传感器,所述CMOS图像传感器具有像素区,所述CMOS图像传感器包括:衬底、覆盖所述像素区中衬底的栅氧化层以及位于所述栅氧化层上的多晶硅栅极,所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处形成有氧空位,其中,所述多晶硅栅极中注入有P型离子和氟离子,所述氟离子占据所述氧空位。
可选的,在所述CMOS图像传感器中,所述多晶硅栅极中的所述氟离子的注入剂量介于1E12atoms/cm2~1E13atoms/cm2;注入能量介于50kev~80kev。
可选的,在所述CMOS图像传感器中,所述多晶硅栅极中的所述P型离子为硼离子,所述硼离子的注入剂量介于1E15atoms/cm2~5E16atoms/cm2,注入能量介于5K eV至50KeV。
综上,本发明提供一种CMOS图像传感器的制造方法,包括:提供一衬底,所述衬底上形成有栅氧化层和多晶硅栅极,所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处形成有氧空位;形成掩膜层,所述掩膜层覆盖所述多晶硅栅极和所述栅氧化层;对所述多晶硅栅极进行P型离子注入;对所述多晶硅栅极进行氟离子注入以使氟离子占据所述氧空位,并去除所述掩膜层。进一步的,本发明还提供一种CMOS图像传感器,包括:衬底、栅氧化层以及多晶硅栅极,其中,所述多晶硅栅极中注入有氟离子,所述氟离子占据所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处的氧空位。对所述多晶硅栅极进行氟离子注入可以使得所述氟离子占据所述氧空位并与所述多晶硅栅极的硅原子形成共价键,从而改善多晶硅栅极和所述栅氧化层交界处的晶格缺陷,从而改善CMOS图像传感器的随机噪声缺陷。
附图说明
图1是现有技术中栅氧化层与多晶硅栅极界面处的分子结构示意图;
图2是本发明实施例的CMOS图像传感器的制造方法流程图;
图3-图7是本发明实施例的制造CMOS图像传感器的各步骤中的半导体结构示意图;
其中,附图标记说明如下:
11-硅原子,12-氧原子,200-氧空位;
100-衬底,110-栅氧化层,120-多晶硅栅极,130-掩膜层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的CMOS图像传感器的制造方法及CMOS图像传感器作进一步详细说明。根据下面说明,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例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。
发明人研究发现,CMOS图像传感器分为像素区和逻辑区,若像素区的多晶硅栅极和所述栅氧化层的相互接触的表面存在晶格缺陷(通常表现为多晶硅栅极和栅氧化层的交界处有氧空位),则会为电子跃迁提供中间能级,导致CMOS图像传感器产生随机噪声,表现为CIS在曝光时画面上随机产生的噪点,影响画面质量。参考图1,图1是现有技术中栅氧化层与多晶硅栅极界面处的分子结构示意图,从图中可以看出,所述多晶硅栅极中的硅原子和栅氧化层中的氧原子之间可以形成共价键,但是可以看出多晶硅栅极和栅氧化层的交界处仍然有氧空位,这就是像素区的晶格缺陷,所以针对上述缺陷,发明人提出一种新的CMOS图像传感器的制造方法以改善像素区的晶格缺陷。
本发明提供一种CMOS图像传感器的制造方法,所述CMOS图像传感器具有像素区,参考图2,图2是本发明实施例的CMOS图像传感器的制造方法流程图,所述CMOS图像传感器的制造方法包括:
S10:提供一衬底,其中,所述像素区中所述衬底上形成有栅氧化层和位于所述栅氧化层上的多晶硅栅极,所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处形成有氧空位;
S20:形成掩膜层,所述掩膜层覆盖所述多晶硅栅极和所述栅氧化层;
S30:对所述多晶硅栅极进行P型离子注入;以及,
S40:对所述多晶硅栅极进行氟离子注入以使所述氟离子占据所述氧空位,并去除所述掩膜层。
具体的,参考图3-图7,图3-图7是本发明实施例的制造CMOS图像传感器的各步骤中的半导体结构示意图。
首先,如图3所示,提供一衬底100,其中,所述像素区中所述衬底100上形成有栅氧化层110和位于所述栅氧化层110上的多晶硅栅极120,所述多晶硅栅极110和所述栅氧化层120的交界处形成有氧空位200。具体的,在本实施例中,通过化学气相沉积工艺形成所述栅氧化层110,所述栅氧化层110的厚度一般介于所述栅氧化层110的材质包括但不限于二氧化硅。所述衬底100中通常还形成有制造CMOS图像传感器所需的浅沟槽隔离结构、深P阱、深N阱以及轻掺杂漏区等等,对所述衬底100进行的各种离子注入工艺均是半导体制造技术领域中制造CMOS图像传感器的常用技术手段,这里不再一一赘述。
然后,如图4所示,形成掩膜层130,所述掩膜层130覆盖所述多晶硅栅极120和所述栅氧化层110。具体的,所述掩膜层120的厚度一般介于 所述掩膜层120可以光刻胶层或者氮化硅层或者氮氧化硅等等,所述掩膜层120用于在后续对所述多晶硅栅极注入P型离子以及氟离子的过程中,保护所述栅氧化层110以及所述多晶硅栅极120的表面,避免了所述栅氧化层110以及所述多晶硅栅极120被损坏的情况。
接着,如图5所示,对所述多晶硅栅极120进行P型离子注入。具体的,所述P型离子为硼离子,所述硼离子的注入剂量介于1E15atoms/cm2~5E16atoms/cm2,注入能量介于5KeV至50K eV。对所述多晶硅栅极120进行P型离子注入使得所述多晶硅栅极120成为掺杂离子的多晶硅栅极(P+型多晶硅栅极)。
最后,参考图6和图7,对所述多晶硅栅极120进行氟离子注入以使所述氟离子占据所述氧空位200,并去除所述掩膜层130。具体的,所述氟离子的注入剂量介于1E12atoms/cm2~1E13atoms/cm2;注入能量介于50kev~80kev,在本实施例中,氟离子的注入角度为90°,其中,对所述多晶硅栅极120进行氟离子注入可以使得所述氟离子占据所述氧空位200并与所述多晶硅栅极120的硅原子形成共价键,这样可以改善多晶硅栅极120和所述栅氧化层110交界处的晶格缺陷,从而改善CMOS图像传感器的随机噪声缺陷,即减少了CMOS图像传感器在曝光时画面上随机产生的噪点,改善了画面质量。
基于同一发明构思,本发明还提供一种CMOS图像传感器,所述CMOS图像传感器具有像素区,如图7所示,所述CMOS图像传感器包括:衬底100、覆盖所述像素区中衬底100的栅氧化层110以及位于所述栅氧化层110上的多晶硅栅极120,所述多晶硅栅极120和所述栅氧化层110的交界处形成有氧空位200,其中,所述多晶硅栅极120中注入有P型离子和氟离子,所述氟离子占据所述氧空位200。
其中,所述多晶硅栅极中的所述P型离子为硼离子,所述硼离子的注入剂量介于1E15atoms/cm2~5E16atoms/cm2,注入能量介于5K eV至50K eV。进一步的,所述多晶硅栅极120中的所述氟离子的注入剂量介于1E12atoms/cm2~1E13atoms/cm2;注入能量介于50kev~80kev。所述多晶硅栅极120中注入的氟离子可以占据所述氧空位200并与所述多晶硅栅极120的硅原子形成共价键,这样可以改善多晶硅栅极120和所述栅氧化层110交界处的晶格缺陷,从而改善CMOS图像传感器的随机噪声缺陷,即减少了CMOS图像传感器在曝光时画面上随机产生的噪点,改善了画面质量。
综上,本发明提供一种CMOS图像传感器的制造方法,包括:提供一衬底,所述衬底上形成有栅氧化层和多晶硅栅极,所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处形成有氧空位;形成掩膜层,所述掩膜层覆盖所述多晶硅栅极和所述栅氧化层;对所述多晶硅栅极进行P型离子注入;对所述多晶硅栅极进行氟离子注入以占据所述氧空位,并去除所述掩膜层。进一步的,本发明还提供一种CMOS图像传感器,包括:衬底、栅氧化层以及多晶硅栅极,其中,所述多晶硅栅极中注入有氟离子,所述氟离子占据所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处的氧空位。对所述多晶硅栅极进行氟离子注入可以使得所述氟离子占据所述氧空位并与所述多晶硅栅极的硅原子形成共价键,改善多晶硅栅极和所述栅氧化层交界处的晶格缺陷,从而改善CMOS图像传感器的随机噪声缺陷。
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CMOS图像传感器的制造方法,所述CMOS图像传感器具有像素区,其特征在于,所述CMOS图像传感器的制造方法包括:
提供一衬底,其中,所述像素区中所述衬底上形成有栅氧化层和位于所述栅氧化层上的多晶硅栅极,所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处形成有氧空位;
形成掩膜层,所述掩膜层覆盖所述多晶硅栅极和所述栅氧化层;
对所述多晶硅栅极进行P型离子注入;以及,
对所述多晶硅栅极进行氟离子注入以使所述氟离子占据所述氧空位,并去除所述掩膜层。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,在对所述多晶硅栅极进行氟离子注入以占据所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处的氧空位中,所述氟离子的注入剂量介于1E12atoms/cm2~1E13atoms/cm2;注入能量介于50kev~80kev。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,对所述多晶硅栅极进行P型离子注入中,所述P型离子为硼离子,所述硼离子的注入剂量介于1E15atoms/cm2~5E16atoms/cm2,注入能量介于5K eV至50K eV。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,所述掩膜层为光刻胶层或者氮化硅层。
6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,通过化学气相沉积工艺形成所述栅氧化层。
8.一种CMOS图像传感器,所述CMOS图像传感器具有像素区,其特征在于,所述CMOS图像传感器包括:衬底、覆盖所述像素区中衬底的栅氧化层以及位于所述栅氧化层上的多晶硅栅极,所述多晶硅栅极和所述栅氧化层的交界处形成有氧空位,其中,所述多晶硅栅极中注入有P型离子和氟离子,所述氟离子占据所述氧空位。
9.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器,其特征在于,所述多晶硅栅极中的所述氟离子的注入剂量介于1E12atoms/cm2~1E13atoms/cm2;注入能量介于50kev~80kev。
10.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器,其特征在于,所述多晶硅栅极中的所述P型离子为硼离子,所述硼离子的注入剂量介于1E15atoms/cm2~5E16atoms/cm2,注入能量介于5K eV至50K eV。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200403 |