CN1819233A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种CMOS图像传感器及其制造方法，其中，蓝色光电二极管具有更厚的厚度，以改善蓝色光的敏感性。CMOS图像传感器的蓝色光电二极管包括：第一轻掺杂的P－型外延层，形成在重掺杂的P－型半导体衬底上；传输晶体管的栅电极，形成在第一外延层上；第一N－型蓝色光电二极管区，形成在第一外延层上；以及第二N－型蓝色光电二极管区，形成在与第一蓝色光电二极管区相对应的第一外延层上。
Description
本申请要求于2004年12月30日提交的韩国专利申请No.10-2004-0116423的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且更具体地，涉及CMOS图像传感器的光电二极管及其制造方法，其中，形成的光电二极管比半导体衬底更高更宽，以改善对光的敏感性。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器被分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。CCD将载流子存储在MOS电容器中，并且将载流子传输到MOS电容器。MOS电容器互相邻近。CMOS图像传感器采用切换模式，即，通过使用CMOS技术形成对应于单位像素数量的MOS晶体管，使用MOS晶体管顺序检测单位像素的输出，其中，CMOS技术使用控制电路和信号处理电路作为外围电路。
将对象的数据转换为电信号的CMOS图像传感器包括具有光电二极管的信号处理芯片。每个信号处理芯片均包括放大器、模数转换器、内电压发生器、定时发生器、和数字逻辑电路。在这种情况下，从空间、耗能以及成本的角度看是经济的。CCD的制造要求技术处理步骤。但是，CMOS图像传感器可以通过对比CCD便宜的硅片进行简单蚀刻处理来大量生产。而且，CMOS图像传感器在组装密度方面具有优势。
为了显示图像，通过在单位像素中形成光电二极管和晶体管，CMOS图像传感器以切换模式顺序检测信号。而且，因为CMOS图像传感器使用CMOS技术，因此要求耗能低，并且掩模数量比CCD图像传感器要求的30至40个掩模少20个。这样，在CMOS图像传感器中，简化了处理步骤，并且多种信号处理电路可以集成在一块芯片中。从而，CMOS图像传感器作为下一代图像传感器受到很大关注。
图1和图2示出现有CMOS图像传感器的单位电路。
如图1所示，光电二极管PD，用于使用接收到的光产生光学电荷；传输(transfer)晶体管101，用于通过将信号Tx施加到其栅极，将由光电二极管100产生的光学电荷传输到浮动扩散区102；复位晶体管103，用于通过将信号Rx施加到其栅极以将浮动扩散区的电势设定成期望值，来使浮动扩散区102复位，并用于使浮动扩散区放电；激励晶体管104，用于通过将信号Dx施加到其栅极作为源跟随器缓冲放大器；选择晶体管105，用于寻址；负载晶体管106，用于提供从单位像素读出的输出信号(Vb)。
如图2所示，在重掺杂的P-型衬底110上生长P-型外延层111，并且在外延层111上形成轻掺杂的N-型光电二极管区113、P-型阱114、和器件绝缘膜(FOX)112。在光电二极管区113和P-型阱114之间的外延层111上形成传输(transfer)晶体管101和复位晶体管103。在P-型阱114上形成激励晶体管104和选择晶体管105。在传输晶体管101和复位晶体管103之间的外延层111上形成浮动扩散区102。P-型扩散层115在轻掺杂的P-型外延层111的表面下的轻掺杂的N-型光电二极管区113中形成，并且比外延层掺杂得轻。
参考图3，示出以上CMOS图像传感器的蓝色光电二极管部分，在其中形成有轻掺杂的P-型外延层111的半导体衬底110上形成器件绝缘膜112。器件绝缘膜112用于隔离包括轻掺杂的N-型光电二极管区113的有源区。包括栅电极的传输晶体管101在外延层111上形成。第一中间层介电膜116在包括传输晶体管101的外延层111上形成。第一中间层介电膜116被选择性地蚀刻，以形成通孔117。然后，第一金属层(未示出)被沉积并被选择性地蚀刻，以形成第一金属层图案118。第二中间层介电膜119在包括第一金属层图案118的第一中间层介电膜116上形成。第二金属层(未示出)在第二中间层介电膜119上形成，然后被选择性地蚀刻，以形成第二金属层图案120。包括第二金属层图案120的第三中间层介电膜121在第二中间层介电膜119上形成。器件钝化层122在第三中间层介电膜121上形成。蓝色滤色器阵列元件123在器件钝化层122上形成，作为包括红滤色器图案、蓝色滤色器图案、和绿色滤色器图案的滤色器阵列的一部分，以及平面化层124在蓝色滤色器阵列元件上形成。最后，对应于蓝色滤色器阵列元件123，在平面化层124上形成微透镜125。
但是，在以上制造的CMOS图像传感器中，蓝色光电二极管可能不能感应更短的波长，因为在一般像素结构中的蓝色光具有0.3μm的穿透深度。相反，红光具有10μm的穿透深度。因此，妨碍了以1∶1的比率期望显示各个颜色(例如，红色、绿色、和蓝色)，从而降低了色彩重现质量。
发明内容
因此，本发明提供了一种CMOS图像传感器的蓝色光电二极管及其制造方法，其基本上消除了由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种CMOS图像传感器的光电二极管及其制造方法，其中，光电二极管具有更厚的厚度，以改善对光的敏感性。
本发明的其他优势、目的、和特征将在以下说明中部分描述，并且部分通过本领域技术人员的验证将变得明显，或者可以从本发明的实施例了解。本发明的目的和其他优势可以通过在说明书中特别指出的结构、权利要求以及附图实现和获得。
为了实现根据本发明的目的的这些目的和其他优势，如在此具体和概括描述的，提供了一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底；栅电极，在半导体衬底上形成；第一光电二极管区，在半导体衬底上形成；第二光电二极管区，在第一光电二极管区上形成。
本发明的另一方面，提供了一种CMOS图像传感器，包括：第一轻掺杂的P-型外延层，在重掺杂的P-型半导体衬底上形成；传输晶体管的栅电极，在第一外延层上形成；第一N-型光电二极管区，在第一外延层上形成；第二N-型光电二极管区，在对应于第一光电二极管区的第一外延层上形成。
本发明的另一方面，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：在半导体衬底上形成栅电极；在半导体衬底中形成第一光电二极管区；以及，在第一光电二极管区上形成第二光电二极管区。
本发明的另一方面，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：在重掺杂的P-型半导体衬底上形成第一轻掺杂的P-型外延层；在第一外延层上形成栅电极；在第一外延层上形成第一N-型光电二极管区；在包括第一光电二极管区的第一外延层上形成第二N-型外延层；以及，通过使第二外延层图案化以只保留在第一光电二极管区上，形成第二N-型光电二极管区。
本发明的另一方面，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：在重掺杂的P-型半导体衬底上形成第一轻掺杂的P-型外延层；在第一外延层上形成栅电极；在第一外延层上形成第一N-型光电二极管区；在包括第一光电二极管区的第一外延层上形成介电膜；使介电膜形成图案，以暴露第一光电二极管区；以及，通过在对应于第一光电二极管区的第一外延层上形成第二N-型外延层，形成第二光电二极管区。
根据本发明，第二光电二极管区的厚度为300至5000。第二光电二极管区的厚度不超过所述介电膜(216)的厚度，第二光电二极管区的最佳厚度为所述介电膜(216)厚度的一半。
应该明白，本发明的以上概括描述和以下详细描述是示例性的和说明性的，用于提供对所要求的本发明的进一步解释。
附图说明
附图提供对本发明的进一步理解，并结合到本申请中，构成本申请的一部分，与说明书一起用于说明本发明的实施例和解释本发明的原理。在附图中：
图1是现有CMOS图像传感器的单位电路的平面图；
图2是图1中示出的CMOS图像传感器的剖视图；
图3是根据相关技术的CMOS图像传感器的蓝色光电二极管部分的剖视图；
图4是根据本发明的CMOS图像传感器的蓝色光电二极管部分的剖视图；
图5至图9是根据本发明的方法的第一实施例制造的CMOS图像传感器的蓝色光电二极管的剖视图；以及
图10至图13是根据本发明的方法的第一实施例制造的CMOS图像传感器的蓝色光电二极管的剖视图。
具体实施方式
将详细作出对本发明的优选实施例的参考，其例子在附图中示出。如果可能，类似参考标号用于参考所有附图中相同或相似的部分。
参考图4，示出根据本发明的CMOS图像传感器的蓝色光电二极管部分，器件绝缘膜212在其中形成有第一轻掺杂的P-型外延层211的半导体衬底210上形成。器件绝缘膜212用于使包括轻掺杂的N-型蓝色光电二极管区213的有源区绝缘。第二轻掺杂的N-型外延层226形成在光电二极管区213上。
包括栅电极的传输晶体管201在第一外延层211上形成。第一中间层介电膜216在包括传输晶体管201的第一外延层211上形成。第一中间层介电膜216被选择性地蚀刻，以形成通孔217。然后，第一金属层(未示出)被沉积并被选择性地蚀刻，以形成第一金属层图案218。第二中间层介电膜219在包括第一金属层图案218的第一中间层介电膜216上形成。第二金属层(未示出)在第二中间层介电膜219上形成，然后被选择性地蚀刻，以形成第二金属层图案220。包括第二金属层图案220的第三中间层介电膜221在第二中间层介电膜219上形成。器件钝化层222在第三中间层介电膜221上形成。蓝色滤色器阵列元件223在器件钝化层222上形成，作为包括红色滤色器图案、蓝色滤色器图案、和绿色滤色器图案的滤色器阵列的一部分，以及平面化层224在蓝色滤色器阵列元件上形成。最后，对应于蓝色滤色器阵列元件，在平面化层224上形成微透镜225。
图5至图9分别示出根据本发明的第一实施例的用于制造CMOS图像传感器的方法的顺序处理步骤。
如图5所示，器件绝缘膜212在其上形成有第一轻掺杂的P-型外延层211的半导体衬底(未示出)中形成。器件绝缘膜212用于使器件相互绝缘。包括栅电极的传输晶体管201和轻掺杂的N-型蓝色光电二极管区213在第一外延层211中形成。
如图6所示，在包括蓝色光电二极管区213的第一外延层211上生长厚度为300至5000的第二轻掺杂的N-型外延层226。这样，在传输晶体管201上不生长第二外延层226。
如图7所示，光刻胶膜图案227在对应于蓝色光电二极管区213的第二外延层226上形成。如图8所示，使用光刻胶膜图案227作为掩模蚀刻第二外延层226，以使第二外延层226只保留在对应于蓝色光电二极管区213的第一外延层211上。如图9所示，光刻胶膜图案227被去除。
图10至图13分别示出了根据本发明的第二实施例的用于制造CMOS图像传感器的方法的顺序处理步骤。
如图10所示，器件绝缘膜212在其中形成有第一轻掺杂的P-型外延层211的半导体衬底(未示出)中形成。器件绝缘膜212用于使装置相互绝缘。包括栅电极的传输晶体管201和轻掺杂的N-型蓝色光电二极管区213在第一外延层211上形成。中间层介电膜230在包括传输晶体管201的第一外延层211上形成。
如图11所示，通过在中间层介电膜230上沉积一层光刻胶并且通过曝光和显影步骤(光刻法)使沉积的层形成图案，形成使对应于蓝色光电二极管区213的上部区域暴露的光刻胶膜图案231。
如图12所示，使用光刻胶膜图案231作为掩模蚀刻中间层介电膜230，从而去除暴露的部分。
如图13所示，生长第二轻掺杂的N-型外延层226，这样，在没有中间层介电膜230的地方不生长第二外延层226。
以上制造的CMOS图像传感器，改善了蓝色光的敏感性，通过使用器件绝缘膜上面的部分作为对蓝色光敏感的区域(深度)，增加有效蓝色光电二极管区的整体厚度。因为接收蓝色光的轻掺杂的N-型外延层(其在半导体衬底的表面之上延伸)具有更厚的厚度，因此焦点的深度可以被减小，以更有效地收集光，从而改善颜色再现特性。
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 (20)
1.一种CMOS图像传感器，包括：
半导体衬底；
栅电极，形成在所述半导体衬底上；
第一光电二极管区，形成在所述半导体衬底中；以及
第二光电二极管区，形成在所述第一光电二极管区上。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，所述第一光电二极管区是蓝色光电二极管区。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，所述第二光电二极管区是蓝色光电二极管区。
4.一种CMOS图像传感器，包括：
第一轻掺杂的P-型外延层，形成在重掺杂的P-型半导体衬底上；
传输晶体管的栅电极，形成在所述第一外延层上；
第一N-型光电二极管区，形成在所述第一外延层上；以及
第二N-型光电二极管区，形成在与所述第一光电二极管区相对应的所述第一外延层上。
5.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器，其中，所述第一N-型光电二极管区是N-型蓝色光电二极管区。
6.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器，其中，所述第二N-型光电二极管区是N-型蓝色光电二极管区。
7.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
在半导体衬底上形成栅电极；
在所述半导体衬底中形成第一光电二极管区；以及
在所述第一光电二极管区上形成第二光电二极管区。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一光电二极管区是蓝色光电二极管区。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二光电二极管区是蓝色光电二极管区。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二光电二极管区形成300至5000的厚度。
11.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
在重掺杂的P-型半导体衬底上形成第一轻掺杂的P-型外延层；
在所述第一外延层上形成栅电极；
在所述第一外延层上形成第一N-型光电二极管区；
在包括所述第一光电二极管区的所述第一外延层上形成第二N-型外延层；以及
通过图案化所述第二外延层以只保留在所述第一光电二极管区上，来形成第二N-型光电二极管区。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一光电二极管区是蓝色光电二极管区。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二光电二极管区是蓝色光电二极管区。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二光电二极管区形成300至5000的厚度。
15.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
在重掺杂的P-型半导体衬底上形成第一轻掺杂的P-型外延层；
在所述第一外延层上形成栅电极；
在所述第一外延层上形成第一N-型光电二极管区；
在包括所述第一光电二极管区的所述第一外延层上形成介电膜；
使所述介电膜图案化，以暴露所述第一光电二极管区；以及
通过在与所述第一光电二极管区相对应的所述第一外延层上形成第二N-型外延层，形成第二光电二极管区。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一光电二极管区是蓝色光电二极管区。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二光电二极管区是蓝色光电二极管区。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二光电二极管区形成300至5000的厚度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二光电二极管区的厚度不超过所述介电膜的厚度。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二光电二极管区的最佳厚度为所述介电膜厚度的一半。
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