CN111146227B - Cmos图像传感器的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CMOS图像传感器的形成方法，在图像传感器像素区域晶体管中的接触孔区域，布局设计长方形的电性接触结构，提高图像传感器的性能；此外，在形成图像传感器晶体管栅极以及第一次轻掺杂漏极/源极离子注入后，进行像素区域的第二次轻掺杂漏极/源极离子注入，增大像素区域晶体管之间的N型掺杂结的浓度、范围，一方面可保证像素区域的N型掺杂结包围住后续形成的电性接触结构；另一方面，可降低像素区域读出电路的电阻，提高图像传感器的读出速度，提高图像传感器的器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器的形成方法。
背景技术
CMOS图像传感器是将光信号转化为电信号的半导体器件，现有的CMOS图像传感器的像素单元具有3T或4T结构，以4T结构为例，包括复位晶体管Reset Transistor(RST),转移晶体管Transfer Transistor(TX），源跟随晶体管Source Follower Transistor(SF),行选通晶体管Row Selector Transistor(RSL),以现有技术的CMOS图像传感器的像素阵列侧面剖视图为例，图1为现有技术的CMOS图像传感器的像素阵列侧面剖视图，像素单元的尺寸大小从大于等于3um至发展到1.75um, 1um以下，由于像素单元微小化的趋势，图像传感器像素区域晶体管中的接触孔区域100的工艺设计难度越来越大，像素以0.8um 像素设计为例，为了满足设计要求，RST GT/SF GT中间的尺寸空间至少满足0.29um (0.1+0.09+0.1)，其中接触孔的开孔尺寸要求最小0.09um; 过小的开孔会导致接触孔开路问题，过大的开孔会造成面积的浪费，最终导致图像传感器填充因子、响应度、信噪比等性能的降低；
为此，如何在尽可能减少面积的同时（减小复位晶体管和源极跟随晶体管之间的间隔），保证良好的接触孔性能，对我们提出了极大的挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在像素单元尺寸微小化的趋势下，如何提供像素区域晶体管中的接触孔区域优化的电性接触结构；
为此，本发明提供了一种CMOS图像传感器的形成方法，
在图像传感器像素区域晶体管中的接触孔区域，布局设计长方形的电性接触结构，提高图像传感器的性能。
优选的，所述形成方法包括：
形成图像传感器晶体管的栅极区域；
进行像素区域和逻辑区域第一次轻掺杂漏极/源极离子注入；
形成晶体管栅极侧墙;
进行源极和漏极掺杂离子注入；
去除栅极侧墙顶部的氧化物；
在接触孔区域形成长方形的电性接触结构。
优选的，在接触孔区域的电性接触结构形成之前，去除晶体管栅极侧墙顶部的氧化物，从而可以相对增大接触孔区域后续形成的电性接触结构的空间。
优选的，在形成晶体管栅极以及第一次轻掺杂漏极/源极离子注入后，进行像素区域第二次轻掺杂漏极/源极离子注入，增大像素区域晶体管之间的N型掺杂结的浓度、范围，一方面可保证像素区域的N型掺杂结包围住后续形成的电性接触结构；另一方面，可降低像素区域读出电路的电阻，提高图像传感器的读出速度，提高图像传感器的器件性能。
优选的，所述图像传感器像素区域晶体管的电性接触结构的部分区域位于晶体管栅极的部分侧墙上。
优选的，所述布局设计长方形的电性接触结构，是指：布局设计中为长方形结构，晶圆中的电性接触结构俯视截面形状为椭圆形结构；
在竖直方向上电性接触结构自上而下可以垂直或者有一定的倾斜角度。
优选的，所述接触孔的电性接触结构的底部宽度较小，向上延伸覆盖部分的晶体管的侧墙，使电性接触结构从底部向上的宽度变大。
优选的，所述电性接触结构应用于小于等于1.0微米像素单元的CMOS图像传感器。
本发明，在图像传感器像素区域晶体管中的接触孔区域，布局设计长方形的电性接触结构，提高图像传感器的性能；此外，在形成图像传感器晶体管栅极以及第一次轻掺杂漏极/源极离子注入后，进行像素区域的第二次轻掺杂漏极/源极离子注入，增大像素区域晶体管之间的N型掺杂结的浓度、范围，一方面可保证像素区域的N型掺杂结包围住后续形成的电性接触结构；另一方面，可降低像素区域读出电路的电阻，提高图像传感器的读出速度，提高图像传感器的器件性能。
附图说明
图1为现有技术的CMOS图像传感器的像素阵列侧面剖视图；
图2至10是本发明涉及的CMOS图像传感器的一实施例的形成方法中各步骤的结构示意图；
图11是本现有技术中CMOS图像传感器的电性接触结构的形状图；
图12是本发明涉及的CMOS图像传感器的电性接触结构的形状图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。
请参考图2至图10，图2至10是本发明涉及的CMOS图像传感器的一实施例的形成方法中各步骤的结构示意图；
图2中形成前序工艺步骤与本发明申请日前通用的工艺步骤相同，图像传感器晶体管的栅极区域TX gate、RST gate、SF gate、RSL gate 200；进行像素区域和逻辑区域第一次轻掺杂漏极/源极离子注入230；图3中在形成晶体管栅极以及第一次轻掺杂漏极/源极离子注入后230，进行像素区域第二次轻掺杂漏极/源极离子注入230’，增大像素区域晶体管之间的N型掺杂结的浓度、范围，一方面可保证像素区域的N型掺杂结包围住后续形成的电性接触结构；另一方面，可降低像素区域读出电路的电阻，提高图像传感器的读出速度，提高图像传感器的器件性能，在本实施例中优选的对源跟随晶体管SF的漏级/源极进行第二次轻掺杂离子注入。一方面是为了保证像素区域的N型掺杂结包围住后续形成的椭圆形电性接触结构；另一方面是为了降低像素区域读出电路的电阻（这里主要是降低源跟随晶体管SF和行选通晶体管RSL之间的电阻），提高图像传感器的读出速度，提高图像传感器的器件性能 。图4中形成各个晶体管栅极侧墙【底部的氧化物层（图中未示意），中间的氮化硅层210和顶部的氧化物层220】；以及进行各个晶体管的源极和漏极掺杂离子注入。图5中去除栅极侧墙顶部的氧化物层220。图6中形成SAB氧化物层500及其上部的氮化物层400，需要指出再另一实施例中，SAB氧化物层500为可选的步骤。图7中，铺设电性接触层并且进行刻蚀停止至氮化物层400，氮化物层400起到刻蚀停止层的作用，进而在接触孔区域形成电性接触结构300，在其他区域形成第二电性接触结构（未标示）。图8中，去除对应区域电性接触结构300及第二电性接触结构的部分氮化物层410停止在SAB氧化物层500表面。图9中，打开部分区域的部分SAB氧化物层510，此时，图像传感器像素区域晶体管的电性接触结构的部分区域位于晶体管栅极的部分侧墙上，电性接触结构显示为长方形结构，在这里需要说明的是，如果考虑工艺的问题，设计为长方形结构，实际做出来的会是椭圆形结构。可同时参考图12，图12是本发明涉及的CMOS图像传感器的电性接触结构的形状图,此时长方形的电性接触结构；在现有技术的图11中，图11是本现有技术中图像传感器的电性接触结构的形状图，设计中为正方形，晶圆中的电性接触结构俯视截面形状为圆形。图10中进行后续的金属互联层的制作，可以通过对应位置的俯视图，可以清楚的示意图像传感器像素区域晶体管的电性接触结构的部分区域位于晶体管栅极的部分侧墙上，电性接触结构显示为长方形结构。
在本发明的另一实施例中，在竖直方向上电性接触结构自上而下可以垂直或者有一定的倾斜角度，接触孔的电性接触结构的底部宽度较小，向上延伸覆盖部分的晶体管的侧墙，使电性接触结构从底部向上的宽度变大。此外，前序步骤中在接触孔区域的电性接触结构形成之前，去除晶体管栅极侧墙顶部的氧化物，从而可以相对增大接触孔区域后续形成的电性接触结构的空间。本实施例的电性接触结构应用于小于等于1.0微米像素单元的CMOS图像传感器。
本发明在图像传感器像素区域晶体管中的接触孔区域，布局设计长方形的电性接触结构，提高图像传感器的性能；此外，在形成图像传感器晶体管栅极以及第一次轻掺杂漏极/源极离子注入后，进行像素区域的第二次轻掺杂漏极/源极离子注入，增大像素区域晶体管之间的N型掺杂结的浓度、范围，一方面可保证像素区域的N型掺杂结包围住后续形成的电性接触结构；另一方面，可降低像素区域读出电路的电阻，提高图像传感器的读出速度，提高图像传感器器件性能。
需要说明的是，本发明的CMOS图像传感器可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，
所述形成方法包括：
形成图像传感器晶体管的栅极区域；
进行像素区域和逻辑区域第一次轻掺杂漏极/源极离子注入；
形成晶体管栅极侧墙；
进行源极和漏极掺杂离子注入；
去除栅极侧墙顶部的氧化物；
在所述图像传感器像素区域晶体管中的接触孔区域形成长方形的电性接触结构，提高图像传感器的性能。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，
在接触孔区域的电性接触结构形成之前，去除晶体管栅极侧墙顶部的氧化物，从而可以增大接触孔区域后续形成的电性接触结构的空间。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，
在形成晶体管栅极以及第一次轻掺杂漏极/源极离子注入后，进行像素区域第二次轻掺杂漏极/源极离子注入，增大像素区域晶体管之间的N型掺杂结的浓度、范围，一方面可保证像素区域的N型掺杂结包围住后续形成的电性接触结构；另一方面，可降低像素区域读出电路的电阻，提高图像传感器的读出速度，提高图像传感器的器件性能。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，
所述图像传感器像素区域晶体管的电性接触结构的部分区域位于晶体管栅极的部分侧墙上。
5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，
在图像传感器像素区域晶体管中的接触孔区域，布局设计长方形的电性接触结构；所述布局设计长方形的电性接触结构，是指：布局设计中为长方形结构，晶圆中的电性接触结构俯视截面形状为椭圆形结构；
在竖直方向上电性接触结构自上而下垂直或者有一定的倾斜角度。
6.根据权利要求5所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，
所述接触孔的电性接触结构的底部宽度较小，向上延伸覆盖部分的晶体管的侧墙，使电性接触结构从底部向上的宽度变大。
7.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，
所述电性接触结构应用于小于等于1.0微米像素单元的CMOS图像传感器。
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