CN1937237A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种CMOS图像传感器及其制造方法。该CMOS图像传感器包括：栅绝缘层和栅电极、低密度第二导电扩散区、高密度第二导电扩散区、以及高密度第一导电扩散区。栅绝缘层和栅电极顺序形成在限定为光电二极管区和晶体管区的第一导电衬底的有源区上。低密度第二导电扩散区形成在光电二极管区上。高密度第二导电扩散区形成在晶体管区上。高密度第一导电扩散区形成为用于包封晶体管区上的高密度第二导电扩散区。
Description
技术领域
本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法。
背景技术
通常，图像传感器是将光学图像转换成电子信号的半导体器件。图像传感器大致可以分为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器。
CCD图像传感器具有复杂的驱动方法，消耗很多能量，并需要多个光处理步骤，使得其制造是复杂的。因此，CMOS图像传感器迎合下一代图像传感器，以克服与CCD图像传感器相关的问题。
CMOS图像传感器在单位像素中形成光电二极管和金属氧化物硅(MOS)晶体管，并通过开关方法顺序地检测每个单位像素的电信号，以形成图像。
CMOS图像传感器基于它们的晶体管的数目，分为3T型、4T型、5T型等。3T型具有一个光电二极管和3个晶体管，以及4T型具有一个光电二极管和4和晶体管。
例如根据现有技术的图1所示的CMOS图像传感器是4T型图像传感器，其具有在其上限定传输栅65的低密度的P型外延的层(外延层)62，并在光电二极管(PD)67上执行N注入。
当该漏69的N+变为浮置扩散(FD)时，传输晶体管开启，并且光导致PD67中的电子被传输并存储在FD69中。然而，N-PD67的低密度和外延层(epilayer)62的低密度导致扩张地形成耗尽区A，还在外延层62和FD69之间形成耗尽区A，使得两个耗尽区彼此互相接触，并且由光所生成的电子通过该连接流出。
即，根据现有技术，在P型外延层62上形成PD67。为了形成PD67，以低密度掺杂N-，并以低密度掺杂P型外延层，使得形成宽的耗尽层A。结果，在为FD69的晶体管的漏上出现击穿效应的可能性大。如果发生击穿效应，所得的漏电流将导致由通过PD67的光所生成的电子的损失，由此危及CMOS图像传感器的操作特性。
发明内容
因此，本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法，其基本上避免了由于现有技术的不足和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的目标是提供一种CMOS图像传感器，其具有通过形成P+型杂质区来以袋(pocket)的形式围绕浮置扩散区，从而消除了击穿效应所带来的改进的操作性能，以及制造CMOS图像传感器的方法。
本发明的额外的优势、目标和特性，将部分地在下面的说明中阐述，部分地对于本领域普通技术人员来说在审查下文时是显而易见的，或者可以从本发明的实践中学习。通过在文本说明及其权利要求以及附图中，可以实现或者获得本发明的目标和其他优势。
为了获得这些目标和其他优势，并与本发明的目标一致，如在此实施并概括说明，提供了一种CMOS图像传感器，包括：栅绝缘层和栅电极，顺序形成在限定为光电二极管区和晶体管区的第一导电衬底的有源区上；低密度第二导电扩散区，形成在光电二极管区上；高密度第二导电扩散区，形成在晶体管区上；以及高密度第一导电扩散区，形成为包封(envelope)晶体管区上的高密度第二导电扩散区。
在本发明的另一方面，提供了一种制造CMOS图像传感器的方法，包括：在限定为光电二极管区和晶体管区的第一导电衬底的有源区上顺序形成栅绝缘层和栅电极；在光电二极管区上形成低密度第二导电扩散区；通过在晶体管区中离子注入高密度第一杂质，在衬底中形成高密度第一导电扩散区；以及通过在晶体管区中离子注入高密度第二杂质在衬底中形成高密度第二导电扩散区，用于包封高密度第二导电扩散区和高密度第一导电扩散区。
应理解，本发明的上述通常描述和下面详细说明是示例性的和说明性的，并且旨在提供如权利要求的本发明的进一步说明。
附图说明
包括以提供本发明的进一步理解，并且引入并构成本发明的一部分的附图，说明本发明的实施例，并且连同说明书用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据现有技术的CMOS图像传感器的截面图；
图2是根据本发明的CMOS图像传感器的截面图；以及
图3至7是示出根据本发明的CMOS图像传感器的不同制造步骤的截面图。
具体实施方式
现在将详细参照根据本发明的优选实施例的CMOS图像传感器及其制造方法，在附图中说明本发明的实例。只要可能，在整个附图中使用相同的参考标号来指示相同或相似的部件。
尽管示例性地使用4T CMOS图像传感器来描述本发明，本发明不限制于此，并且可以等同地应用到3T CMOS图像传感器、5T CMOS图像传感器等。
图2是根据本发明的CMOS图像传感器的截面图。
参照图2，P++导电半导体衬底分为光电二极管区和晶体管区，具有在其上形成的P-外延层102，以及在限定半导体衬底101的有源区的场区上形成器件隔离层103。
在半导体衬底101的有源区上形成栅绝缘层104，并在其上形成栅电极105。
在栅电极105的一侧的光电二极管区上形成低密度n-型扩散区107，并在栅电极105的另一侧的晶体管区上形成高密度n+型扩散区110。
同样，形成高密度P+型扩散区109以包封晶体管区的高密度n+型扩散区110。通过以高于低密度n-型扩散区107的量的离子注入，形成高密度P+型扩散区109。
即，在根据本发明的CMOS图像传感器中，形成p+型扩散区109以包封在其底部的高密度n+型扩散区110，使得当光电二极管的n-具有形成宽的耗尽区的效应时，在p+扩散区上的耗尽区的扩张的形成具有比在浮置扩散区的中部和下部中的外延层高的密度。结果，可以有效防止击穿效应。
在根据本发明的实施例的CMOS图像传感器中，高密度P+型扩散区109在衬底的表面上形成为低于低密度n-型扩散区107。因此，高密度P+型扩散区109可以有效地阻挡低密度n-型扩散区107的扩散，防止击穿效应。
例如，高密度P+型扩散区109可以在离衬底表面大约0.25um的凹陷级形成，并且低密度n-型扩散区107可以形成在离衬底的表面大约0.5um的凹陷级。
图3至7是示出根据本发明的CMOS图像传感器的不同制造步骤的截面图。
参照图3，通过外延工序在半导体衬底101上形成第一导电p-型外延层102，该半导体衬底101由第一导电p++型单晶硅形成。
这里，外延层102在光电二极管上形成扩张的并且深的耗尽区，以增加聚焦光束传输的低电压光电二极管的电容，并改进光敏性。
可以在n型衬底上将半导体衬底101形成为p型外延层。
此外，在形成有外延层102的半导体衬底101上形成器件隔离层103，以确保器件之间的间隔。可以通过硅的局部氧化(LOCOS)工序或者浅沟道隔离(STI)工序形成器件隔离层103。
然后，在外延层102的整个表面上顺序地淀积栅绝缘层104和导电层(例如，高密度多晶硅层)，在该外延层102上形成器件隔离层103。
这里，可以通过热氧化工序或者通过CVD方法形成栅绝缘层104。选择性地除去导电层和栅绝缘层，以形成栅电极105。这里，栅电极105是传输晶体管的栅电极。
接下来，参照图4，在包括栅电极105的半导体衬底101的整个表面上形成第一光敏层106，并且通过曝光和显影工序选择性地构图第一光敏层106，以打开每个光电二极管区。
接下来，通过在光电二极管区上注入低密度第二导电(n-型)杂质离子形成低密度n-型扩散区107，使用第一光敏层106作为掩模构图该光电二极管区。
接下来，参照图5，在除去第一光敏层106之后，在半导体衬底101对整个表面上形成第二光敏层108，并且通过曝光和显影工序露出并构图每个晶体管源区/漏区。
构图的第二光敏层108用作掩模，以及在露出的源区/漏区中注入高密度p+型杂质离子，以在半导体衬底101中形成高密度P+型扩散区109。
这里，所注入的高密度p+型杂质离子可以是硼(B)或者BF2离子。
使用大约100-160Kev能量的离子注入高密度P+型扩散区109，使得其从下面围绕高密度n+型扩散区110(将在接下来的步骤中形成)。
高密度P+型扩散区109在其中可以具有高于该低密度扩散区的所注入离子的量。高密度P+型扩散区109可具有5XE13至1XE14的离子注入量。
例如，高密度P+型扩散区109可具有以130Kev的能量级注入的1XE14的离子注入量。
即，在根据本发明的CMOS图像传感器中，P+型扩散区109形成为在其底部包封高密度n+型扩散区110，使得当光电二极管的n-具有形成宽的耗尽区的效应时，P+扩散区上的耗尽区的扩张形成具有高于在浮置扩散区的中部和下部中的外延层的密度。结果，可以有效防止击穿效应。
同样，在衬底的表面比低密度n-型扩散区107更低形成高密度P+型扩散区109，使得高密度P+型扩散区109可以有效地阻挡n-型扩散区107的耗尽，防止击穿效应。
例如，可以使用大约100至160Kev的能量的离子注入高密度P+型扩散区109，并将高密度P+型扩散区109形成为进入衬底的表面大约0.25um或更小的深度，并且低密度n-型扩散区107可以形成在进入衬底的表面大约0.5um或更小的深度。
同样，高密度P+型扩散区109可以形成为延伸到栅电极105的下端，以防止击穿效应。
这里，为了形成高密度P+型扩散区109，倾斜离子注入的角度，使得高密度P+型扩散区109可以延伸到栅电极105的一端。
接下来，如图6所示，构图的第二光敏层108可以用作掩模以在露出的源区/漏区中执行高密度n+型杂质离子的注入，以在半导体衬底101中形成高密度n+型扩散区(浮置扩散区)110。这里，可以垂直于半导体衬底执行离子注入，以形成高密度n+型扩散区110。
这里，高密度P+型扩散区109从下面围绕高密度n+型扩散区110。
此外，高密度n+型杂质离子可以是在1XE15至1XE16的量以大约60-90Kev的能量注入的As离子，使得高密度P+型扩散区109从下面围绕高密度n+型扩散区110。
例如，高密度n+型杂质离子可以是4XE15的量以80Kev的能量注入的As离子。
接下来，如图7所示，除去第二光敏层108，并且半导体衬底101经受热处理(例如，快速热处理)，以在n-型扩散区107和低密度n+型扩散区110内扩散杂质离子。
根据本发明的上述CMOS图像传感器具有下面的优点。
通过形成高密度P+型扩散区以在其底部包封浮置扩散区，当光电二极管的n-具有影响浮置扩散区的形成宽的耗尽区的效应时，通过具有高于在浮置扩散区的中部和下部的外延层的密度的p型扩散区，减小耗尽区的扩张效应，结果防止击穿效应。
本领域技术人员很清楚，可以在本发明中做出各种改进和变化。
因此，本发明旨在覆盖本发明的改进和变化，只要它们落入所附权利要求和它们的等效的范围内。
Claims (20)
1.一种CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，包括：
栅绝缘层和栅电极，顺序形成在限定为光电二极管区和晶体管区的第一导电衬底的有源区上；
低密度第二导电扩散区，形成在光电二极管区上；
高密度第二导电扩散区，形成在晶体管区上；以及
高密度第一导电扩散区，形成为包封晶体管区上的高密度第二导电扩散区。
2.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中形成高密度第一导电扩散区以从其底下包封高密度第二导电扩散区。
3.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中在低于低密度第二导电扩散区的水平上形成高密度第一导电扩散区。
4.如权利要求3的CMOS图像传感器，其中在离衬底的表面0.25um或更小的深度形成高密度第一导电扩散区。
5.如权利要求3的CMOS图像传感器，其中在离衬底的表面大约0.5um或更小的深度形成低密度第二导电扩散区。
6.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中高密度第一导电扩散区形成为延伸到栅电极的下边缘。
7.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中使用高于低密度第二导电扩散区的离子注入量形成高密度第一导电扩散区。
8.一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括：
在限定为光电二极管区和晶体管区的第一导电衬底的有源区上顺序形成栅绝缘层和栅电极；
在光电二极管区上形成低密度第二导电扩散区；
通过在晶体管区中离子注入高密度第一杂质，在衬底中形成高密度第一导电扩散区；以及
通过在晶体管区中离子注入高密度第二杂质，在衬底中形成高密度第二导电扩散区，用于包封高密度第二导电扩散区和高密度第一导电扩散区。
9.如权利要求8的方法，其中形成高密度第一导电扩散区以从其底下包封高密度第二导电扩散区。
10.如权利要求9的方法，其中在从大约100至160Kev的能量级离子注入高密度第一导电扩散区，用于形成高密度第一导电扩散区以从其底下包封高密度第二导电扩散区。
11.如权利要求9的方法，其中在从大约60至90Kev的能量级离子注入第二高密度导电扩散区，用于形成高密度第一导电扩散区以从其底下包封高密度第二导电扩散区。
12.如权利要求8的方法，其中高密度第一导电扩散区形成为具有高于低密度第二导电扩散区的离子注入量。
13.如权利要求12的方法，其中高密度第一导电扩散区形成为具有从5XE13至1XE15的离子注入量。
14.如权利要求13的方法，其中使用B(硼)离子注入高密度第一导电扩散区。
15.如权利要求13的方法，其中使用BF2离子注入高密度第一导电扩散区。
16.如权利要求8的方法，其中高密度第二导电扩散区形成为具有从1XE15至1XE16的离子注入量。
17.如权利要求8的方法，其中高密度第一导电扩散区形成为延伸到栅电极的下边缘。
18.如权利要求8的方法，其中在低于低密度第二导电扩散区的衬底中形成高密度第一导电扩散区。
19.如权利要求18的方法，其中以从大约100至160Kev的能量级离子注入高密度第一导电扩散区，用于形成在离衬底的表面0.25um或更小的深度。
20.如权利要求18的方法，其中低密度第二导电扩散区形成在离衬底的表面大约0.5um或更小的深度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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: 20070328 |