CN1877817A - 制造cmos图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制造CMOS图像传感器的方法。该方法包括：在具有由光电二极管和晶体管区限定的有源区的半导体衬底的晶体管区上形成栅电极，一栅绝缘层插在所述晶体管区和栅电极之间；在栅电极一侧的晶体管区形成第一导电类型的第一杂质区；在栅电极另一侧的光电二极管区形成第一导电类型的第二杂质区；在栅电极两侧形成包括第一绝缘层和第二绝缘层的侧壁；在栅电极形成有第一杂质区的一侧形成第一导电类型的第三杂质区；以及通过在半导体衬底的整个表面上注入第二导电杂质离子，在栅电极、光电二极管区和晶体管区形成第二导电类型的第四杂质区。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造CMOS图像传感器的方法。
背景技术
通常，图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器分为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器。
CCD具有诸如驱动方法复杂和高功耗的缺点。而且，由于需要多级光学处理而使CCD的制造方法复杂。
因此，CMOS图像传感器作为克服CCD的缺点的下一代图像传感器而受到关注。
CMOS图像传感器是采用切换模式(switch mode)的器件，它通过采用使用控制电路和信号处理电路作为外围电路的CMOS技术，在半导体衬底上形成与单元像素的数目一样多的MOS晶体管，来顺序地检测使用MOS晶体管的每个单元像素的输出。
根据晶体管的数目将CMOS图像传感器分为3T型、4T型和5T型。3T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和三个晶体管，而4T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和四个晶体管。
在下文中，将参考其平面图来描述4T型CMOS图像传感器的单元像素。
如图1所示，根据现有技术的CMOS图像传感器的单元像素包括作为光电转换器的光电二极管10和四个晶体管。四个晶体管是传输晶体管(transfer transistor)20、复位晶体管(reset transistor)30、存取晶体管(access transistor)40和选择晶体管(select transistor)50。在图1中，FD表示浮置扩散区(floating diffusion region)，附图标记90表示连接FD和存取晶体管40的耦合部分。Vin表示输入端、Vout表示输出端。
在下文中，将参考其剖面图来描述根据现有技术的CMOS图像传感器中的光电二极管10和传输晶体管20。
如图2所示，传输晶体管20包括形成在衬底11上的栅绝缘层21和栅电极23，以及形成在栅电极23两侧的第一侧壁29和第二侧壁31。
而且，n-型扩散区28和P0型扩散区(PDP；P型光电二极管注入)35形成在衬底11的光电二极管区(PD)。P0型扩散区35形成在n-型扩散区28上。此外，重掺杂n+型扩散区(N+)32和轻掺杂n-型扩散区26形成在衬底11的浮置扩散区(FD)。
图3是描述用于制造根据现有技术的CMOS图像传感器的工艺之一的剖面图。
如图3所示，将光刻胶层34涂布在衬底11的整个表面上，并且通过曝光和显影工艺对涂布的光刻胶层34进行构图，以便暴露出光电二极管区(PD)。
然后，通过使用构图的光刻胶层34作为硬掩模(hard mask)来注入P0型杂质离子，从而在光电二极管区的n-型扩散区28中形成P0型扩散区35。
但是，制造根据现有技术的CMOS图像传感器的方法具有如下问题。
由于当在光电二极管区形成P0型扩散区(PDP)时要执行如下光学处理，所以制造方法变得复杂，其中所述光学处理包括涂布光刻胶层、对光刻胶层进行曝光和显影，注入杂质离子和去除光刻胶层。
发明内容
因此，本发明涉及一种制造CMOS图像传感器的方法，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而引起的一个或者多个问题。
本发明的一个目的是提供一种制造CMOS图像传感器的方法，其通过在为了形成PDP而执行离子注入时省略光学处理来简化制造工艺，从而提高了成品率。
本发明的另一个目的是提供一种制造CMOS图像传感器的方法，其通过在为了形成PDP而执行离子注入时省略光学处理来省略可以产生杂质的制造工艺，从而提高成品率。
本发明的其它优点、目的和特征将在下面的描述中部分地提出，并且在下面的研究中对本领域普通技术人员将部分地变得明显，或者可以从本发明的实践中领会。本发明的目的和其他优点可以通过在说明书及其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目的和其他优点，并且根据本发明的目的，如在此具体实施和广义描述的，提供一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括：在具有由光电二极管和晶体管区限定的有源区的半导体衬底的晶体管区上形成栅电极，一栅绝缘层插在所述晶体管区和栅电极之间；在栅电极一侧的晶体管区形成第一导电类型的第一杂质区；在栅电极另一侧的光电二极管区形成第一导电类型的第二杂质区；在栅电极两侧形成包括第一绝缘层和第二绝缘层的侧壁；在栅电极形成有第一杂质区的一侧形成第一导电类型的第三杂质区；以及通过在半导体衬底的整个表面上注入第二导电杂质离子，在栅电极、光电二极管区和晶体管区形成第二导电类型的第四杂质区。
应该理解，本发明的前面的概述和下面的详述是示例性和说明性的，并且意在提供对要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
所包括的附图提供了本发明的进一步理解，并且其被引进并构成了本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例并且和说明书一起来说明本发明的原理。在附图中：
图1是根据现有技术的4T型CMOS图像传感器中单元像素的平面图；
图2是沿着图1的线I-I’截取的剖面图，示出了光电二极管和传输栅；
图3是描述制造根据现有技术的CMOS图像传感器的工艺之一的剖面图；以及
图4A到4H是描述制造根据本发明实施例的CMOS图像传感器的方法的剖面图。
具体实施方式
现在，将详细介绍本发明的优选实施例，其例子在附图中示出。在可能之处，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似部件。
在下文中，将参考附图来描述制造根据本发明的CMOS图像传感器的方法。
作为例子，在根据本发明的实施例的CMOS图像传感器中，传输晶体管具有NMOS晶体管结构。但是，该传输晶体管可以具有PMOS型结构。
本发明的实施例涉及制造具有四个晶体管的CMOS图像传感器的方法。但是，本发明的实施例能够应用于制造具有多个晶体管的CMOS图像传感器的方法，诸如一个、三个和五个晶体管。
图4A到4H是示出了根据本发明的实施例的CMOS图像传感器的剖面图。
如图4A所示，通过在诸如重掺杂P++型单晶硅的半导体衬底上执行外延工艺来形成具有轻掺杂P型外延层的衬底111。
形成外延层是为了通过在光电二极管中大且深地形成耗尽区来提高低压光电二极管积累光电荷的能力和提高其光灵敏度。
此外，能够通过离子注入在衬底111中形成P阱。
然后，依次形成栅绝缘层112和例如重掺杂多晶硅层的导电层，并且通过用光学和刻蚀工艺有选择地去除导电层来形成栅电极113。
能够通过执行热氧化工艺或者化学气相淀积(CVD)来在衬底上形成栅绝缘层112。
此外，在本实施例中，能够通过在导电层上形成硅化物层(未示出)来形成栅电极。
如图4B所示，能够在栅电极113上形成氧化物层114。例如，能够在栅电极113的表面上形成大约60或更薄的热氧化物层114。对于注入给晶体管的源/漏的离子，氧化物层114起到栅极的侧壁的作用。
此外，当注入P0型杂质离子形成P0型扩散区(PDP)124时，氧化物层114有效地阻挡了P0型杂质离子注入到栅电极113。
如图4C所示，将第一光刻胶层115涂布在衬底111上，并且对第一光刻胶层115进行构图，以覆盖光电二极管区并暴露出浮置扩散区。
然后，通过使用构图的第一光刻胶层115作为硬掩模，在暴露的浮置扩散区注入轻掺杂n-型杂质离子，来形成n-型扩散区116。
如图4D所示，在去除第一光刻胶层115之后，在衬底111的整个表面上涂布第二光刻胶层117，并且通过曝光和显影工艺对其进行构图以暴露出光电二极管区。
通过使用构图的第二光刻胶层117作为硬掩模，以大约100KeV到500KeV的离子注入能量，注入轻掺杂n-型杂质离子，在光电二极管区形成轻掺杂n-型扩散区(PDN)118。
以比在浮置扩散区形成轻掺杂n-型扩散区116的能量更高的能量在光电二极管区进行形成轻掺杂n-型扩散区118的杂质离子注入，以便形成更深的轻掺杂n-型扩散区118。
如图4E所示，去除第二光刻胶层117，并且通过化学气相淀积或者低压化学气相淀积，在整个衬底111上依次形成第一绝缘层119a和第二绝缘层120a。
例如，第一绝缘层119a可以是氧化物层，第二绝缘层120a可以是氮化物层120a。
第一绝缘层119a厚约为150到250，第二绝缘层120a可以厚约为700到900。
如图4F所示，通过在第一绝缘层119a和第二绝缘层120a的整个表面上执行回刻蚀工艺，在栅电极113的两侧形成第一侧壁层119和第二侧壁层120。
如图4G所示，将第三光刻胶层121涂布在衬底111上，并且通过曝光和显影工艺对其进行构图，以保留在光电二极管区上的第三光刻胶层121。
然后，通过使用构图的第三光刻胶层121作为硬掩模来注入重掺杂n+杂质离子，从而在浮置扩散区形成n+型扩散区122。
如图4H所示，去除第三光刻胶层121，并且通过使用第一侧壁绝缘层119和第二侧壁绝缘层120作为硬掩模，在衬底的整个表面上注入P0型杂质离子，从而在光电二极管区的n-型扩散区118形成P0型扩散区(PDP)124。
尽管当形成P0型扩散区124时，P0型杂质离子能够被注入到n+型扩散区122，但是这不影响晶体管的性能。
同时，在栅电极113上形成的氧化物层114有效地阻止了P0型杂质离子注入到栅电极113中。
尽管一部分P0型杂质离子注入到晶体管的栅电极113，但是在本实施例中通过控制离子杂质剂量和注入能量防止了其对晶体管特性的影响。
也就是说，BF2或者硼能够被用作杂质离子源。
当BF2作为杂质离子源注入时，以小于40KeV的离子注入能量、1×1011到5×1012原子/cm2的剂量执行离子注入，注入剂量大约是1×1016到5×1017原子/cm3。
当硼作为杂质离子源注入时，以小于10KeV的离子注入能量、1×1011到5×1012原子/cm2的剂量执行离子注入，注入剂量大约是1×1016到5×1017原子/cm3。
也就是说，在本发明中，当注入P0杂质离子时，通过控制杂质离子剂量和注入能量而使晶体管的性能不受到影响，并且当在光电二极管区注入PDP离子时，通过控制杂质离子剂量和注入能量而不执行光学处理来执行离子注入，从而能够简化制造工艺。
然后，在大约800℃到1200℃的温度下，在半导体衬底上执行热处理，例如快速热处理，以便使在n-型扩散区116、P0型扩散区124、n-型扩散区118和n+型扩散区122中的杂质离子扩散。
根据本发明，当在光电二极管区注入PDP离子时，通过控制杂质离子剂量和注入能量而不执行光学处理来执行离子注入，能够简化制造工艺。
根据本发明，当在CMOS图像传感器的制造工艺中注入PDP离子时，通过省略光学处理来跳过会产生杂质的工艺，从而能够制造具有高品质的CMOS图像传感器。
显然，对于本领域技术人员来说，能够在本发明中进行各种修改和变化。因而，本发明意图覆盖落在所附权利要求及其等价物的范围内的本发明的各种修改和变化。
Claims (19)
1.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括：
在具有由光电二极管和晶体管区限定的有源区的半导体衬底的晶体管区上形成栅电极，一栅绝缘层插在所述晶体管区和栅电极之间；
在栅电极一侧的晶体管区形成第一导电类型的第一杂质区；
在栅电极另一侧的光电二极管区形成第一导电类型的第二杂质区；
在栅电极两侧形成包括第一绝缘层和第二绝缘层的侧壁；
在栅电极形成有第一杂质区的一侧形成第一导电类型的第三杂质区；以及
通过在半导体衬底的整个表面注入第二导电杂质离子，在栅电极、光电二极管区和晶体管区形成第二导电类型的第四杂质区。
2.根据权利要求1的方法，其中该第二杂质区形成得比第一杂质区更深。
3.根据权利要求1的方法，进一步包括在栅电极表面上的60或更薄的氧化物层。
4.根据权利要求1的方法，其中在该第一杂质区的形成中，通过在晶体管区注入轻掺杂n-型杂质离子来形成轻n-型扩散区。
5.根据权利要求1的方法，其中在该第二杂质区的形成中，通过以100KeV到500KeV的离子注入能量将轻掺杂n-型杂质离子注入到衬底的光电二极管区来形成轻掺杂n-型扩散区。
6.根据权利要求1的方法，其中在该第三杂质区的形成中，通过在衬底的晶体管区注入重掺杂n+杂质离子来形成n+型扩散区。
7.根据权利要求1的方法，其中在该第四杂质区的形成中，通过使用侧壁作为硬掩模将Po杂质离子注入到整个衬底，在第二杂质区和第三杂质区上形成Po扩散区。
8.根据权利要求1的方法，其中在该第四杂质区的形成中，通过使用侧壁作为硬掩模将Po杂质离子注入到整个衬底，在第二杂质区、第三杂质区和栅电极上形成Po扩散区。
9.根据权利要求1的方法，其中该第二导电杂质离子是BF2。
10.根据权利要求9的方法，其中BF2离子的注入剂量是1×1011原子/cm2到5×1012原子/cm2。
11.根据权利要求9的方法，其中当BF2离子注入时，离子注入能量约小于40KeV。
12.根据权利要求9的方法，其中该第四杂质区的注入剂量是1×1016原子/cm3到5×1017原子/cm3。
13.根据权利要求1的方法，其中硼用作该第二导电杂质离子。
14.根据权利要求13的方法，其中硼离子的注入剂量是1×1011原子/cm2到5×1012原子/cm2。
15.根据权利要求13的方法，其中当硼离子注入时，离子注入能量小于10KeV。
16.根据权利要求13的方法，其中该第四杂质区的注入剂量是1×1016原子/cm3到5×1017原子/cm3。
17.根据权利要求1的方法，进一步包括在形成第四杂质区之后对衬底执行热处理。
18.根据权利要求1的方法，其中第一绝缘层是150到250，而第二绝缘层是700到900。
19.根据权利要求1的方法，其中在侧壁的形成中，通过在第一绝缘层和第二绝缘层上执行回刻蚀工艺来形成侧壁。
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