CN1933167A - 互补金属氧化物半导体图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种互补金属氧化物半导体(CMOS)装置及其制造方法。该CMOS图像传感器包括：沟槽的第一传导型基片；沟道停止层，通过在沟槽内表面之上使用第一传导型外延层而形成；装置隔离层，形成于沟道停止层上以填充沟槽；第二传导型光电二极管，形成于沟道停止层一侧中基片的部分中；以及转移栅结构，形成于基片上，邻近光电二极管，以转移从光电二极管所产生的光电子。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器；并且更具体地，涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
背景技术
互补金属氧化物半导(CMOS)装置已在移动电话、用于个人计算机的摄像机和电子设备中广泛使用。CMOS图像传感器与传统地用作图像传感器的电荷耦合装置(CCD)比较提供了一种简单的操作方法。通过使用CMOS图像传感器，可将单个处理电路集成到一个芯片中。因而，有可能将系统具体化于芯片上，从而获得模块的最小化。
此外，CMOS图像传感器有很多优点，包括降低了生产成本，因为CMOS图像传感器可使用具有兼容性的建立技术。
图1是说明传统CMOS图像传感器的单元像素的部分的截面视图。
如图1中所示，装置隔离层12局部地形成于较低结构中，所述较低结构通过堆叠高掺杂P++-型基片10和低掺杂P--型外延层(未示出)而形成。在下文中，该较低结构被称为半导体结构。包括半导体结构上的栅绝缘层14和栅传导层16的堆叠结构的栅图案18，以及在栅图案18两个侧壁上的多个间隔物19形成转移栅结构20。
同样，每个分别作为P0-型杂质和沟道停止层而起作用的多个高掺杂P+-型杂质区24和25，以及低掺杂N--型光电二极管21通过离子植入工艺和热扩散工艺而形成于与转移栅结构20的一侧对准的半导体结构的部分中。高掺杂N+-型浮动扩散区22形成于与转移栅结构20的另一侧对准的半导体结构的部分中。
此时，在防止电子在相邻像素间运动即串扰事件中，装置隔离层12起作用。近来，为确保防止串扰事件，深深地形成了沟槽。但是，如果所述沟槽以若干微米的深度形成，有可能防止从半导体结构的深部分生成的电子移动到相邻像素。但是，可能存在限制，即深深形成的沟槽(下文中称为深沟槽)的侧壁不能全部掺杂。相应地，光电二极管21的耗尽层扩展到深沟槽的侧壁，并且因此，暗电流可增加。
发明内容
因而，本发明的目的是提供能够防止串扰事件和暗电流流动的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
根据本发明的一方面，提供了一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：包括沟槽的第一传导型基片；沟道停止层，通过在沟槽内表面之上使用第一传导型外延层而形成；装置隔离层，形成于沟道停止层上以填充沟槽；第二传导型光电二极管，形成于沟道停止层一侧中基片的部分中；以及转移栅结构，形成于基片上，邻近光电二极管，以转移从光电二极管所产生的光电子。
根据本发明的另一方面，提供了一种CMOS图像传感器，包括：包括沟槽的第一传导型基片；沟道停止层，通过使用第一传导型外延层而形成以填充沟槽；第二传导型光电二极管，形成于沟道停止层一侧中基片的部分中；以及转移栅结构，形成于基片上，邻近光电二极管，以转移从光电二极管所产生的光电子。
根据本发明进一步的方面，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：制备包括沟槽的第一传导型基片；通过执行外延工艺在沟槽内表面之上形成第一传导型沟道停止层；在沟道停止层上形成装置隔离层以填充沟槽；在沟道停止层一侧中的基片上形成用于转移栅结构的栅图案；在栅图案的侧壁上形成间隔物；以及通过执行离子植入工艺在沟槽和栅图案之间的基片的部分中形成第二传导型光电二极管。
根据本发明根据本发明更进一步的方面，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：制备包括沟槽的第一传导型基片；通过执行外延工艺而形成第一传导型沟道停止层以填充沟槽；在沟道停止层一侧中的基片上形成用于转移栅结构的栅图案；在栅图案的侧壁上形成间隔物；以及通过执行离子植入工艺在沟槽和栅图案之间的基片的部分中形成第二传导型光电二极管。
附图说明
关于以下结合附图给出的优选实施例的描述，本发明的以上及其它目的和特征将变得更好理解，其中：
图1是说明传统互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的单元像素的部分的截面视图；
图2是说明根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的单元像素的部分的截面视图；
图3A到3C是说明用于制造图2中所示CMOS图像传感器的方法的截面视图；
图4是说明根据本发明第二个实施例的CMOS图像传感器的单元像素的部分的截面视图；以及
图5A到5B是说明用于制造图4中所示CMOS图像传感器的方法的截面视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图提供对本发明优选实施例的详细描述。
同样，应注意，为在本说明书中清楚地限定层和区，夸张了层和区的厚度。如果书及层形成于另一层或基片上，所述层可直接形成于所述另一层或基片上，或者第三层可插于层间。此外，贯穿本说明书，系统的参考数字指示系统的构造元件。
图2是说明根据本发明第一个实施例的CMOS图像传感器的单元像素的部分的截面视图。
参考图2，根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的单元像素包括：被提供以深沟槽(未示出)的高掺杂P++-型基片110；沟道停止层115，通过在深沟槽内表面之上使用高掺杂P+-型外延层而形成；装置隔离层130，形成于沟道停止层115上以填充深沟槽；低掺杂N--型光电二极管124，形成于沟道停止层115一侧中的基片110的部分中；以及转移栅结构123，形成于基片110上，靠近光电二极管124。此外，CMOS图像传感器的单元像素包括浮动扩散区126，其形成于邻近转移栅结构123并与光电二极管124相对的基片110的部分中。
此时，转移栅结构123包括：栅图案120，通过使用栅绝缘层117和栅传导层119而形成；以及多个间隔物122，形成于栅图案120的两个侧壁上。具体地，栅传导层119通过使用从包括多晶硅、硅化钨及其堆叠层的组所选的一个而形成。多个间隔物122通过使用氮化物层、氧化物层或氧氮化物层而形成。
虽未示出，高掺杂P+-型外延层被堆叠在高浓度的P+-型基片110上。此时，基片110是单晶硅层。
即，根据本发明第一实施例，外延生长的沟道停止层115通过在深沟槽内表面之上以与光电二极管124相反的传导类型掺杂而形成。因此，有可能形成一致的沟道停止层115，尽管沟槽的线宽度窄且沟槽的深度深。相应地，有可能不但防止CMOS图像传感器串扰事件的产生，而且防止暗电流流动。
图3A到3C是说明根据本发明第一实施例的用于制造图2中所示CMOS图像传感器的方法的截面视图。
首先，如图3A中所示，垫氧化物层111和垫氮化物层112沉积于高掺杂P++-型基片110上。此时，低掺杂P--型外延层(未示出)形成于基片110上部上。
接下来，执行深沟槽隔离(DTI)蚀刻工艺，从而在基片110上深深地形成沟槽，即深沟槽。例如，采用掩模工艺和蚀刻工艺，并且然后，在垫氮化物层112上形成预定的掩模图案(未示出)。之后，通过使用掩模图案而执行蚀刻工艺，从而蚀刻垫氮化物层112、垫氧化物层111和基片110的预定部分。因而，在基片110的部分中形成前述深沟槽113。此后，掩模图案通过剥除工艺而去除。
此时，在除了单元像素的剩余部分中通过典型的浅沟槽隔离(STI)工艺来执行装置隔离。
接下来，如图3B中所示，通过使用原地法(in-situ method)来执行外延工艺，从而使高掺杂P+-型沟道停止层115在深沟槽113内表面之上生长。此时，第一传导型杂质扩散区可形成于其中形成光电二极管的基片上(下文中称为光电二极管区)。例如，在光电二极管区上存在的垫氮化物层112和垫氧化物层111被蚀刻，并且此后，执行外延工艺，从而在光电二极管区的基片110上形成沟道停止层115。
接下来，如图3C中所示，通过湿蚀刻工艺，垫氮化物层112和垫氧化物层111被去除。
接下来，高密度等离子体(HDP)氧化物层沉积于沟道氧化物层115上以填充深沟槽。此后，所沉积的HDP氧化物层被平面化，并且因此，形成了装置隔离层130。此时，装置隔离层130从深沟槽113下部以预定高度形成，以防止将通过基片工艺沉积的栅传导层119保留在沟槽113内。
接下来，栅绝缘层117形成于包括装置隔离层130的整个层上，并且此后，前述栅传导层119形成于栅绝缘层117上。更详细地，栅氧化物层通过氧化工艺而形成，并且此后，通过化学气相沉积(CVD)方法来沉积传导材料，如多晶硅。
接下来，栅传导层119和栅绝缘层117的预定部分被蚀刻，从而在基片110上形成用于转移栅结构123的栅图案120。此后，多个间隔物122通过使用绝缘层而形成于栅图案120的两个侧壁上。
接下来，通过使用预定掩模图案来执行离子植入工艺，从而在沟道停止层115和栅图案120之间的基片110的部分中形成光电二极管124。例如，低掺杂N--型光电二极管124通过植入N-型杂质如磷(P)或砷(As)而形成。
接下来，浮动扩散区126通过执行离子植入工艺而形成于邻近栅图案120并与光电二极管124相对的基片110的部分中。
图4是说明根据本发明第二个实施例的CMOS图像传感器的单元像素的部分的截面视图。
参考图4，根据本发明第二优选实施例的CMOS图像传感器的单元像素包括：被提供以沟槽(未示出)的高掺杂P++-型基片210；沟道停止层215，通过使用高掺杂P+-型外延层而形成以填充沟槽；低掺杂N--型光电二极管224，形成于沟道停止层215的一侧中的基片210的部分中；以及转移栅结构223，形成于基片210上，靠近光电二极管224，以转移从光电二极管224所产生的光电子。此外，CMOS图像传感器的单元像素还包括浮动扩散区226，其形成于邻近转移栅结构223并与光电二极管224相对的基片210的部分中。
即，与其中沟道停止层115形成于沟槽的内表面之上的本发明第一实施例相比，根据本发明第二实施例，沟道停止层215通过填充整个沟槽而形成。相应地，由于不需要用于形成装置隔离层的附加工艺，有可能简化CMOS图像传感器制造过程。
图5A到5B是说明根据本发明第二实施例的用于制造图4中所示CMOS图像传感器的方法的截面视图。
首先，如图5A中所示，与本发明第一实施例类似，提供了包括深沟槽(未示出)的高掺杂P+-型基片210。例如，蚀刻形成于基片210上的垫氧化物层211和垫氮化物层212的预定部分，从而在基片210中形成深沟槽。
接下来，如图5B中所示，通过使用原地法来执行外延工艺，并且因此，使高掺杂P+-型沟道停止层215生长直到深沟槽(未示出)被填满。
接下来，执行湿蚀刻工艺，从而去除垫氮化物层212和垫氧化物层211。
接下来，通过在本发明第一实施例中所使用的方法，形成转移栅结构223。此后，采用离子植入工艺，从而在转移栅结构223和沟道停止层215之间的基片210的部分中形成光电二极管224。更详细地，植入低掺杂N--型离子，并因此形成低掺杂N--型光电二极管224。在此，转移栅结构223包括：栅图案200，形成于栅绝缘层217和栅传导层219的堆叠结构中；及多个间隔物222，形成于栅图案220的两个侧壁上。
接下来，执行离子植入工艺，并然后在邻近转移栅结构223并与光电二极管224相对的基片210的部分中形成浮动扩散区226。优选地，植入高掺杂N+-型杂质，从而形成高掺杂N+-型浮动扩散区226。
基于本发明，在基片中形成深沟槽，并且然后在该深沟槽内表面之上形成外延生长的沟道停止层。因此，有可能在深沟槽的侧壁上形成一致的沟道停止层。相应地，有可能不仅防止串扰事件而且防止暗电流流动。因此，CMOS图像传感器效率得到大大改善。
本发明包含与以下申请相关的主题：2005年9月14日提交到韩国专利局的韩国专利申请No.KR 2005-0085676，其全部内容在此引入作为参考。
尽管已关于某些优选实施例对本发明进行了描述，但对于本领域的技术人员显而易见的是，可进行各种变化和修改而不背离所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围。
Claims (14)
1.一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：
包括沟槽的第一传导型基片；
沟道停止层，通过在所述沟槽内表面之上使用第一传导型外延层而形成；
装置隔离层，形成于所述沟道停止层上以填充所述沟槽；
第二传导型光电二极管，形成于所述沟道停止层一侧中所述基片的部分中；
转移栅结构，形成于基片上，邻近所述光电二极管，以转移从所述光电二极管所产生的光电子。
2.如权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括在所述基片上的第一传导型杂质扩散区，所述光电二极管形成于所述基片中。
3.如权利要求2的CMOS图像传感器，其中所述装置隔离层以预定的高度从所述沟槽的下部形成以防止所述转移栅结构的传导材料保留在所述沟槽中。
4.如权利要求2的CMOS图像传感器，进一步包括浮动扩散区，其形成在与所述光电二极管相对并邻近所述转移栅结构的基片的部分中以接收来自所述转移栅结构的光电子。
5.一种CMOS图像传感器，包括：
包括沟槽的第一传导型基片；
沟道停止层，通过使用第一传导型外延层而形成以填充所述沟槽；
第二传导型光电二极管，形成于所述沟道停止层一侧中所述基片的部分中；
转移栅结构，形成于所述基片上，邻近所述光电二极管，以转移从所述光电二极管所产生的光电子。
6.如权利要求5的CMOS图像传感器，其中所述沟道停止层不仅形成于所述沟槽的轮廓之上而且形成于所述光电二极管在其中形成的所述基片上。
7.如权利要求6的CMOS图像传感器，进一步包括浮动扩散区，其与所述光电二极管相对并邻近所述转移栅结构而形成于所述基片中，以接收来自所述转移栅结构的光电子。
8.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
制备包括沟槽的第一传导型基片；
通过执行外延工艺在所述沟槽内表面之上形成第一传导型沟道停止层；
在所述沟道停止层上形成装置隔离层以填充所述沟槽；
在所述沟道停止层一侧中所述基片上形成用于转移栅结构的栅图案；
在所述栅图案的侧壁上形成间隔物；以及
通过执行离子植入工艺在所述沟槽和所述栅图案之间的基片的部分中形成第二传导型光电二极管。
9.如权利要求8的方法，其中所述沟道停止层不仅形成于所述沟槽的轮廓之上而且形成于所述光电二极管在其中形成的所述基片上。
10.如权利要求9的方法，其中所述装置隔离层以预定的高度从所述沟槽的下部形成以防止传导材料保留在所述沟槽中。
11.如权利要求9的方法，进一步包括在与所述光电二极管相对并邻近所述转移栅结构的基片的部分中的浮动扩散区，以在形成所述光电二极管后通过执行离子植入工艺而接收来自所述转移栅结构的光电子。
12.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
制备包括沟槽的第一传导型基片；
通过执行外延工艺形成第一传导型沟道停止层以填充所述沟槽；
在所述沟道停止层一侧中所述基片上形成用于转移栅结构的栅图案；
在所述栅图案的侧壁上形成间隔物；以及
通过执行离子植入工艺在所述沟槽和所述栅图案之间的基片的部分中形成第二传导型光电二极管。
13.如权利要求12的方法，其中所述沟道停止层不仅形成于所述沟槽的轮廓之上而且形成于所述光电二极管在其中形成的所述基片上。
14.如权利要求13的方法，进一步包括在形成所述光电二极管后，通过执行离子植入工艺，在与所述光电二极管相对并邻近所述转移栅结构的基片的部分中形成浮动扩散区以接收来自所述转移栅结构的光电子。
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