CN1744323A - 用于制造cmos图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于制造CMOS图像传感器的方法，能够减少泄漏电流并提高成品率，包括以下步骤：准备包括外围电路和像素阵列的半导体衬底，其中，所述像素阵列包括光电二极管和读出电路；在所述半导体衬底中限定有源区和场区；在所述半导体衬底的所述场区中形成场氧化层；在所述外围电路和所述像素阵列的所述读出电路中形成栅电极；在所述像素阵列的光电二极管部中形成光电二极管；在所述有源区的所述半导体衬底中的所述栅电极的两侧处形成源漏结；在所述像素阵列的所述半导体衬底中形成自对准多晶硅化物防护层；以及使用所述自对准多晶硅化物防护层作为掩模，在所述外围电路中的所述栅电极和所述源漏结的表面中形成自对准多晶硅化物层。
Description
本申请要求2004年7月5日提交的韩国专利申请No.P2004-52007的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及用于制造图像传感器的方法，更具体而言，涉及用于制造CMOS图像传感器以减少泄漏电流的方法。
背景技术
通常，图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器可被大致分为电荷耦合器件(charge coupled device，简称为CCD)和互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，简称为CMOS)图像传感器。
在CCD的情形下，相应的金属氧化硅MOS电容器相邻设置，其中，电荷载流子被储存到并传输给电容器。同时，CMOS图像传感器采用将控制电路和信号处理电路用作外围电路的CMOS技术。CMOS图像传感器采用通过形成对应于像素数量的预定数量的MOS晶体管来顺序检测输出信号的切换方法。
CCD的功率消耗高且掩模工艺复杂。另外，在CCD的内部设置信号处理电路是不可能的，因此，其不能被形成在一个芯片上。为了解决这些问题，已经研究并开发出亚微米CMOS制造技术。
CMOS图像传感器可以具有多种像素。通常，CMOS图像传感器可以具有3-T(3-Transistor，3晶体管)结构的像素，也可以具有4-T(4-Transistor，4晶体管)结构的像素。此时，3-T结构的像素包括一个光电二极管和三个晶体管，4-T结构的像素包括一个光电二极管和四个晶体管。
图1示出了根据相关技术的3-T结构CMOS图像传感器的2×2像素阵列。
在图1中，单位像素包括一个光电二极管PD和读出电路。该读出电路由三个晶体管构成。在这种情况下，三个晶体管由复位晶体管(reset transistor)Rx、激励晶体管(drive transistor)Dx、和选择晶体管(select transistor)Sx形成。复位晶体管Rx用于使收集在光电二极管PD中的光学电荷复位。另外，激励晶体管Dx起到源跟随缓冲放大器的作用，且选择晶体管Sx用于切换并寻址光电荷。
多个单位像素被设置以形成像素阵列，其中，每个单位像素均具有光电二极管和读出电路。另外，额外的外围电路被提供以输出像素阵列所产生的光电荷。
在包括光电二极管PD的光电二极管部(A)中，没有形成自对准多晶硅化物层(salicide layer)。然而，自对准多晶硅化物层被形成在除了光电二极管部(A)之外的读出电路和外围电路的其它部分中。
由于自对准多晶硅化物层被形成在读出电路和外围电路中，所以通过降低信号线和栅极的阻抗提高速度是可能的。同时，由于自对准多晶硅化物层反射光，所以自对准多晶硅化物层没有形成在光电二极管部(A)中。对于光电二极管PD而言，接收光并再现图像是必要的。
下面，将参考附图描述根据相关技术的用于制造CMOS图像传感器的方法。
图2A至图2H是根据相关技术的用于制造CMOS图像传感器的截面图，其中，左侧示出外围电路，右侧示出像素阵列。
首先，如图2A所示，包括外围电路和像素阵列的半导体衬底10被限定为有源区和场区。接着，在半导体衬底10的场区中形成沟道。此后，通过用绝缘层填充沟道形成STI(Shallow TrenchIsolation，浅槽绝缘、浅沟道隔离)结构的场氧化层11。因此，半导体衬底10被分成有源区和场区。
参考图2B，栅绝缘层和多晶硅的导电层(a gate insulating layerand a conductive layer of polysilicon)被顺序沉积到半导体衬底10的整个表面上。随后，通过使用用于制作栅电极图样的掩模的蚀刻工艺来选择性地去除栅绝缘层和导电层。因此，在外围电路和像素阵列的读出电路中形成栅绝缘层19和栅电极12。
参考图2C，使用掩模将杂质离子掺杂到半导体衬底10中，从而形成光电二极管PD。在这种情况下，提供掩模以在像素阵列的半导体衬底10中限定光电二极管PD。如果半导体衬底10是p型的，则将n型杂质离子掺杂到p型半导体衬底中，以形成光电二极管PD。
接着，在半导体衬底10的整个表面上形成氮化硅层SiN，然后对氮化硅层进行回蚀刻(etch-back)，以在栅电极12的两侧形成绝缘层隔离物13。
如图2D所示，在半导体衬底10的整个表面上形成氧化物类型的绝缘层14a。
如图2E所示，光刻胶(photoresist，光致抗蚀剂)PR被涂覆到绝缘层14a上，对所涂覆的光刻胶PR进行曝光和显影处理，使得光刻胶PR残存在光电二极管PD上。
参照2F，使用残存的光刻胶PR作为掩模，去除绝缘层14a，从而形成自对准多晶硅化物防护层(salicide prevention layer，又称自对准多晶硅化物防止层)14。也就是，在光电二极管PD上形成自对准多晶硅化物防止层14。
此时，自对准多晶硅化物防护层14和场氧化层11由氧化物类型材料形成。也就是，当形成自对准多晶硅化物防护层14时，场氧化层11被损坏，由此，如图2F的“A”所示出的，暴露出对应于有源区的边缘的半导体衬底10。
如图2G所示，去除了光刻胶PR。
如图2H所示，通过使用栅电极12和绝缘隔离物13作为掩模，将杂质离子掺杂进对应于外围电路和读出电路的有源区的半导体衬底10，从而形成源漏结15。
此后，通过执行自对准多晶硅化物处理，在像素阵列的读出电路和外围电路中的栅电极12和源漏结15的表面上形成自对准多晶硅化物层16。也就是，在包括自对准多晶硅化物防护层14的半导体衬底10的整个表面上沉积难熔金属层(refractory metal layer)(Co、W等)，接着，在所沉积的难熔金属层上执行热处理。结果，所沉积的难熔金属层反作用于底层的硅，从而，在难熔金属层和硅之间的交界面中形成自对准多晶硅化物层16。半导体衬底和栅电极由硅材料制成。就此而言，自对准多晶硅化物层16形成在源漏结15和栅电极12上。然而，由于使用自对准多晶硅化物防护层14遮掩了光电二极管PD，因此，自对准多晶硅化物层16没有被形成在光电二极管PD中。
但是，根据相关技术的用于制造CMOS图像传感器的方法具有以下缺点。
如图2H的“B”所示，当形成自对准多晶硅化物防护层14时，场氧化层11被损坏。也就是，在场氧化层和有源区之间的交界面，有源区的边缘中形成自对准多晶硅化物层。在自对准多晶硅化物层形成在有源区的边缘中的情况下，将造成像素阵列的光点二极管PD和源漏结15中的泄漏电流。
泄漏电流对CMOS图像传感器有不良影响。更具体而言，如果泄漏电流增加，成品率将降低至0％。
发明内容
因此，本发明涉及用于制造CMOS图像传感器的方法，这种CMOS图像传感器能够基本上消除由于相关技术的局限性和缺陷导致的一个或多个问题。
本发明的目的在于提供用于制造CMOS图像传感器以减少泄漏电流并提高成品率的方法。
本发明的其他优点、目的和特征将作为说明书的一部分随后阐述，在本领域技术人员分析以下内容的基础上变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目标和其它优点，并根据本发明的目的，如本文中所体现和概括描述的，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤：准备包括外围电路和像素阵列的半导体衬底，其中，所述像素阵列包括光电二极管和读出电路；在所述半导体衬底中限定有源区和场区；在所述半导体衬底的所述场区中形成场氧化层；在所述外围电路和所述像素阵列的所述读出电路中形成栅电极；在所述像素阵列的光电二极管部中形成光电二极管；在所述有源区的所述半导体衬底中的所述栅电极的两侧处形成源漏结；在所述像素阵列的所述半导体衬底中形成自对准多晶硅化物防护层；以及使用所述自对准多晶硅化物防护层作为掩模，在所述外围电路中的所述栅电极和所述源漏结的表面中形成自对准多晶硅化物层。
应该了解，前面的概述以及随后的本发明的详述是示范性和说明性的，目的在于提供对所要求的本发明的进一步的说明。
附图说明
附图提供了对本发明的进一步理解，被结合进并构成本申请的一部分，本发明的示范性实施例和说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中：
图1示出根据相关技术的3-T结构CMOS图像传感器的2×2像素阵列；
图2A至图2H是根据相关技术的用于制造CMOS图像传感器的工艺的截面图；以及
图3A至图3F是根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的工艺的截面图。
具体实施方式
以下将详细参照本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。任何可能的情况下，附图中将使用相同的附图标号来表示相同或相似的部件。
下面，将参考附图描述根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法。
总体而言，在像素阵列中，栅电极要求低阻抗。因此，优选地，在像素阵列中形成自对准多晶硅化物层。但是，在源漏结中不形成自对准多晶硅化物层。
在根据本发明的像素阵列的读出电路中，自对准多晶硅化物层被形成在栅电极上，但不形成在源漏结中。
图3A至图3F是根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的工艺的截面图，其中，左侧示出外围电路，右侧示出像素阵列。
如图3A所示，硅半导体衬底20被限定为有源区和场区，其中，硅半导体衬底20包括外围电路和像素阵列。接着，在场区的半导体衬底20中形成沟道。此后，通过用绝缘层填充沟道形成STI(Shallow Trench Isolation，浅槽绝缘、浅沟道隔离)结构的场氧化层21。因此，半导体衬底20被分成有源区和场区。
参考图3B，栅绝缘层和多晶硅的导电层(a gate insulating layerand a conductive layer of polysilicon)被顺序沉积到半导体衬底20的整个表面上，随后，通过使用用于制作栅电极图样的掩模的蚀刻工艺来选择性地去除栅绝缘层和导电层。因此，在外围电路和像素阵列的读出电路中形成栅绝缘层29和栅电极22。
如图3C所示，使用掩模将杂质离子掺杂到半导体衬底20中，从而形成光电二极管PD。在这种情况下，提供掩模以在像素阵列的半导体衬底20中限定光电二极管PD。如果半导体衬底20是p型的，则将n型杂质离子掺杂到p型半导体衬底，以形成光电二极管PD。
接着，在半导体衬底20的整个表面上形成氮化硅层SiN，接着对氮化硅层进行回蚀刻(etch-back)，以在栅电极22的两侧形成绝缘层隔离物23。接着，使用栅电极22和绝缘隔离物23作为掩模，将杂质离子掺杂到包括外围电路和读出电路的有源区，从而形成源漏结25。
如图3D所示，在半导体衬底20的整个表面上形成氧化物类型的自对准多晶硅化物防护层24。接着，对自对准多晶硅化物防护层24执行化学机械抛光工艺，从而，对自对准多晶硅化物防护层24进行平坦化。此时，如图所示，在用于平坦化自对准多晶硅化物防护层24的处理中暴露栅电极22的上表面。然而，尽管未示出，也可以不暴露栅电极22的上表面。
如果在用于平坦化自对准多晶硅化物防护层24的处理中暴露栅电极22的上表面，则在下述自对准多晶硅化物处理过程中，在读出电路的栅电极22的表面中形成自对准多晶硅化物层。因此，可以降低栅电极22的阻抗。
如图3E所示，光刻胶(photoresist，光致抗蚀剂)PR被涂覆到自对准多晶硅化物防护层24上，接着通过曝光和显影处理，被图样化以残存在像素阵列上。接着，使用图样化的光刻胶PR作为掩模，蚀刻外围电路的自对准多晶硅化物防护层24。在这种情况下，场氧化层21和自对准多晶硅化物防护层24由氧化物类型材料形成。然而，像素阵列的自对准多晶硅化物防护层24未被蚀刻，使得在用于蚀刻自对准多晶硅化物防护层24的上述处理过程中没有损坏像素阵列的场氧化层。
如图3F所示，在除去光刻胶PR后，使用自对准多晶硅化物防护层24作为掩模，执行自对准多晶硅化物处理。因此，在栅电极22和源漏结的表面中形成自对准多晶硅化物26。也就是，在包括自对准多晶硅化物防护层24的半导体衬底20的整个表面上形成难熔金属层(refractory metal layer)(Co、W等)，接着，在所沉积的难熔金属层上执行热处理。结果，所沉积的难熔金属层反作用于底层的硅，从而，在难熔金属层和硅层之间的交界面中形成自对准多晶硅化物层26。半导体衬底和栅电极由硅材料制成。就此而言，自对准多晶硅化物层26形成在外围电路中的源漏结25和栅电极上，以及形成在读出电路的栅电极22上。然而，由于使用自对准多晶硅化物防护层24遮掩了光电二极管PD和读出电路的源漏结25，从而，自对准多晶硅化物层26没有被形成在光电二极管PD和读出电路的源漏结25上。
同时，当平坦化自对准多晶硅化物防护层24时，如果没有暴露栅电极22的表面，则用自对准多晶硅化物防护层24遮掩像素阵列。因此，在栅电极22和外围电路的源漏结25的表面中形成自对准多晶硅化物26。接着，选择性地除去非反应金属层(non-reactivemetal layer)，从而完成了根据本发明的CMOS图像传感器。
如上所述，根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法具有如下优点。
在根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法中，没有蚀刻像素阵列的自对准多晶硅化物防护层。因此，可以防止像素阵列的场氧化层在蚀刻自对准多晶硅化物防护层时受到损坏。结果，可以防止有源区被暴露，并防止自对准多晶硅化物处理中的泄漏电流，从而改善了CMOS图像传感器的制造的成品率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
准备包括外围电路和像素阵列的半导体衬底，其中，所述像素阵列包括光电二极管和读出电路；
在所述半导体衬底中限定有源区和场区；
在所述半导体衬底的所述场区中形成场氧化层；
在所述外围电路和所述像素阵列的所述读出电路中形成栅电极；
在所述像素阵列的光电二极管部中形成光电二极管；
在所述有源区的所述半导体衬底中的所述栅电极的两侧处形成源漏结；
在所述像素阵列的所述半导体衬底中形成自对准多晶硅化物防护层；以及
使用所述自对准多晶硅化物防护层作为掩模，在所述外围电路中的所述栅电极和所述源漏结的表面中形成自对准多晶硅化物层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述自对准多晶硅化物防护层的过程包括：平坦化所述自对准多晶硅化物防护层以暴露所述栅电极的上表面的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，平坦化所述自对准多晶硅化物防护层的步骤通过化学机械抛光执行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述自对准多晶硅化物防护层的过程包括：平坦化所述自对准多晶硅化物防护层，以不暴露所述栅电极的上表面的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述自对准多晶硅化物层的过程对应于在所述外围电路中的所述栅电极和所述源漏结的所述表面中形成所述自对准多晶硅化物防护层的过程。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述自对准多晶硅化物层的过程对应于在所述像素阵列的所述栅电极的所述表面中、在所述外围电路的所述栅电极的所述表面中、以及在所述外围电路的所述源漏结的所述表面中形成所述自对准多晶硅化物层的过程。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20060308 |