CN1992209A - Cmos图像传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CMOS图像传感器的制造方法，其能够在形成光电二极管时防止高能注入的掺杂剂渗透到栅电极的下部，从而防止晶体管的电流泄漏与阈值电压的变化。该方法包括步骤：在包括光电二极管区和晶体管区的第一导电型半导体衬底的晶体管区上形成栅电极；在该栅电极上形成自对准硅化物层；以及注入第二导电型掺杂剂以在该半导体衬底的光电二极管区内形成光电二极管。
Description
本申请要求2005年12月28日提交的韩国专利申请No.10-2005-0132782的优先权，其全部内容在此通过援引而合并。
技术领域
本发明涉及一种CMOS图像传感器的制造方法。更具体而言，本发明涉及一种CMOS图像传感器的制造方法，其能够在形成光电二极管时防止高能注入的掺杂剂渗透到栅电极的下部，从而防止晶体管的电流泄漏与阈值电压的变化。
背景技术
通常，图像传感器是一种用于将光学图像转换成电信号的半导体器件，并且其分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。
CCD具有多个布置成矩阵形式的光电二极管(PD)，以将光信号转换成电信号。CCD包括：多个垂直电荷耦合器件(VCCD)，其设置于矩阵内垂直布置的光电二极管之间，以便当从各光电二极管产生电荷时沿垂直方向转移电荷；多个水平电荷耦合器件(HCCD)，其用于沿水平方向转移已从VCCD转移的电荷；以及读出放大器，其用于通过读出沿水平方向转移的电荷而输出电信号。
然而，此类CCD具有多种缺点，例如复杂的驱动模式、高功耗等。此外，CCD需要多个步骤的光处理，因而CCD的制造工艺复杂。另外，由于难以将控制器、信号处理器和模/数转换器(A/D转换器)集成于CCD的单个芯片上，所以CCD不适用于尺寸紧凑的产品。
近来，CMOS图像传感器作为能够解决CCD的问题的下一代图像传感器而成为受关注的焦点。CMOS图像传感器是一种采用切换模式(switchingmode)的器件，以利用MOS晶体管来顺序地检测各单位像素的输出，其中通过使用诸如控制器和信号处理器之类的外围器件的CMOS技术，在半导体衬底上形成对应于单位像素的MOS晶体管。也就是说，CMOS传感器在各单位像素内包括光电二极管和MOS晶体管，并在切换模式下顺序地检测各单位像素的电信号以实现图像。由于CMOS图像传感器利用CMOS技术，所以CMOS图像传感器具有诸如低功耗和由于较少数量的光处理(photoprocessing)步骤而产生的制造工艺简单之类的有利优点。此外，因为控制器、信号处理器和A/D转换器可以集成于CMOS图像传感器的单个芯片上，所以CMOS图像传感器允许产品尺寸紧凑。因此，CMOS图像传感器已经广泛用于各种应用，例如数码照相机、数码摄像机等。
下文中，将描述传统CMOS图像传感器的制造方法。
图1A至1C为示出了传统CMOS图像传感器的剖视图。
如图1A所示，在P型半导体衬底100上形成低密度P型(P-)外延层110。随后，通过使用限定有源区和隔离区的掩模，来对所得结构进行曝光和显影工艺，将形成于该隔离区内的外延层110蚀刻至预定的深度，从而形成沟槽。半导体衬底100上形成O3TEOS(正硅酸四乙酯)膜，以在沟槽中填充O3TEOS，随后通过化学机械抛光(CMP)工艺进行图案化以使O3TEOS膜仅保留于沟槽中，从而在隔离区中形成隔离层120。
随后，在半导体衬底100的整个表面上顺序地形成绝缘层和导电层，而后选择性地去除所述绝缘层和导电层，从而形成栅电极140和栅绝缘层130。
随后，形成光致抗蚀剂图案(未示出)以仅露出外延层110的与源极/漏极区相对应的部分，且将低密度N型掺杂剂注入到所得结构中，从而形成用于轻掺杂漏极(LDD)的低密度N型杂质区。
如图1B所示，在半导体衬底的整个表面上沉积光致抗蚀剂膜(未示出)，随后对于所得结构进行曝光和显影工艺，从而形成光致抗蚀剂图案以露出光电二极管区。此时，光致抗蚀剂图案允许露出栅电极140的一部分。随后，通过高能离子注入工艺将N型掺杂剂注入到形成于光电二极管区内的外延层110中，并进行扩散工艺，从而形成N型杂质扩散区160。之后，去除该光致抗蚀剂图案。
如图1C所示，在半导体衬底的整个表面上沉积绝缘层，并对于所得结构进行回蚀工艺，由此在栅电极140的两侧形成间隔件170。随后，形成光致抗蚀剂图案(未示出)以能够露出形成于源极/漏极区内或源极/漏极区附近的间隔件，且随后将高密度N型掺杂剂注入到该源极/漏极区的上部，从而形成高密度N型杂质区180。此外，形成光致抗蚀剂图案(未示出)以露出形成于光电二极管区内或光电二极管区附近的间隔件，且随后将P型掺杂剂注入N型杂质扩散区160的上部，从而形成光电二极管P型杂质扩散区190。
然而，在用于形成光电二极管的高能N型掺杂剂注入工艺期间，由于高能离子注入，可通过栅电极140而将N型掺杂剂掺杂到位于栅绝缘层130的下部的沟道区中。
换而言之，由于将N型掺杂剂掺杂到形成于栅电极140下方的沟道区的范围，晶体管的阈值Vth降低到等于或小于目标值的水平，因而就可能增加断态漏电流(off leakage current)。
发明内容
为了解决现有技术中出现的上述问题而做出本发明，因此本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器的制造方法，其能够在形成光电二极管时防止高能注入的掺杂剂渗透到栅电极的下部，从而防止晶体管的电流泄漏与阈值电压的变化。
为了实现本发明的目的，提供一种CMOS图像传感器的制造方法，该制造方法包括以下步骤：在包括光电二极管区和晶体管区的第一导电型半导体衬底的晶体管区上形成栅电极；在该栅电极上形成自对准硅化物层；以及注入第二导电型掺杂剂以在该半导体衬底的光电二极管区内形成光电二极管。
优选地，所述注入第二导电型掺杂剂的步骤包括以下子步骤：在包括该自对准硅化物层的该半导体表面的整个表面上沉积光致抗蚀剂膜；图案化该光致抗蚀剂膜以露出该半导体衬底的光电二极管区和与所述光电二极管区相邻的部分自对准硅化物层；以及通过使用图案化的光致抗蚀剂膜和自对准硅化物层的露出部分作为掩模，将第二导电型掺杂剂注入到露出的光电二极管区中。在本发明中，可以100KeV或以下的能量注入所述第一导电型掺杂剂，以介于100KeV和200KeV之间的能量注入所述第二导电型掺杂剂。
附图说明
图1A至图1C为示出了传统CMOS图像传感器的剖视图；以及
图2A至图2C为示出了根据本发明实施例的CMOS图像传感器的剖视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的CMOS图像传感器的制造方法。
图2A至图2C为示出了根据本发明实施例的CMOS图像传感器的剖视图。
如图2A所示，在P型半导体衬底200上形成低密度P型(P-)外延层201。随后，在外延层201上涂布光致抗蚀剂膜(未示出)。之后，通过使用限定有源区和隔离区的掩模，来对该光致抗蚀剂膜进行曝光和显影工艺，从而形成光致抗蚀剂图案，以便仅露出外延层201的与隔离区相对应的部分。通过使用该光致抗蚀剂图案作为掩模，将露出的外延层201蚀刻至预定深度，从而形成沟槽(未示出)。之后去除该光致抗蚀剂图案。
随后，在外延层201的整个表面上形成O3TEOS膜(未示出)，以在该沟槽中填充O3TEOS膜，随后对所得结构进行化学机械抛光(CMP)工艺以使O3TEOS膜仅保留于该沟槽中，从而在隔离区中形成隔离层202。
在形成有隔离层202的半导体衬底的整个表面上顺序地形成绝缘层(未示出)和导电层(未示出)，而后选择性地去除所述绝缘层和导电层，从而形成栅电极204和栅绝缘层203。
随后，形成光致抗蚀剂图案(未示出)以便可以仅露出外延层201的与源极/漏极区相对应的部分，并通过使用该光致抗蚀剂图案作为掩模，注入低密度N型离子，从而形成用于轻掺杂漏极(LDD)的低密度N型杂质区205。随后，去除该光致抗蚀剂图案。
如图2B所示，在栅绝缘层203和栅电极204的两个侧壁处形成间隔件206。间隔件206具有氧化物/氮化物(ON)层结构或氧化物/氮化物/氧化物(ONO)层结构。在半导体衬底的整个表面上顺序地形成氧化物层和氮化物层(在ONO结构中，再在该氮化物层上形成氧化物层)之后，通过回蚀工艺可形成间隔件206。
之后，通过使用该光致抗蚀剂图案(未示出)、栅电极和间隔件作为掩模，将高密度N型离子注入到半导体衬底的与源极/漏极区相对应的部分中，从而形成高密度N型杂质区207。
随后，在半导体衬底的整个表面上形成包括钨(W)或钴(Co)的金属层(未示出)，随后对所得结构进行热工艺，以在栅电极204和高密度N型杂质区207的上表面上通过自对准硅化反应(salicide reaction)而形成自对准硅化物层208。然后，选择性地去除未经过自对准硅化反应的残余金属层。
如图2C所示，在半导体衬底的整个表面上沉积光致抗蚀剂膜(未示出)，且形成光致抗蚀剂图案209以便可以通过曝光和显影工艺而露出形成于光电二极管区内的外延层201和和与所述光电二极管区相邻的部分自对准硅化物层208。
随后，通过使用光致抗蚀剂图案209和露出的自对准硅化物层208作为掩模，将N型掺杂剂注入到所得结构中，而后对该所得结构进行扩散工艺，从而形成N型杂质扩散区。使用100KeV至250KeV的高能量注入所述N型掺杂剂，以便可深深地注入所述N型掺杂剂。此时，由于用作掩模的栅电极上的自对准硅化物层208作为离子注入阻挡层(barrier)，所以使用高能量注入离子，自对准硅化物层208也可以防止注入的离子渗透到栅电极的下部。因此，自对准硅化物层208可以防止发生晶体管的电流泄漏与阈值电压的变化。
随后，以100KeV或以下的低能量注入P型掺杂剂，并进行扩散工艺，从而在N型杂质扩散区210的上部形成P型杂质扩散区211。然后，去除光致抗蚀剂图案209。
如上所述，根据本发明的CMOS图像传感器的制造方法具有以下优点。
自对准硅化物在用于形成光电二极管的高能离子注入工艺之前形成于栅电极上，并用作高能离子注入阻挡层，因而防止注入的离子渗透到栅电极的下部。因此，自对准硅化物层可防止发生晶体管的电流泄漏与阈值电压的变化。
尽管已经参考某些优选实施例描述并示出了本发明，但是应当理解，本领域的技术人员可以在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，对本发明进行形式和细节上的各种改变。
Claims (8)
1.一种CMOS图像传感器的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
在包括光电二极管区和晶体管区的第一导电型半导体衬底的晶体管区上形成栅电极；
在所述栅电极上形成自对准硅化物层；以及
注入第二导电型掺杂剂以在所述半导体衬底的光电二极管区内形成光电二极管。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中所述注入第二导电型掺杂剂的步骤包括以下子步骤：
在包括所述自对准硅化物层的半导体表面的整个表面上沉积光致抗蚀剂膜；
图案化所述光致抗蚀剂膜，以露出所述半导体衬底的光电二极管区和与所述光电二极管区相邻的部分自对准硅化物层；以及
通过使用图案化的光致抗蚀剂膜和所述自对准硅化物层的露出部分作为掩模，将第二导电型掺杂剂注入到露出的光电二极管区。
3.如权利要求1所述的制造方法，其中该制造方法还包括将第一导电型掺杂剂注入到所述半导体衬底的所述光电二极管区中的步骤。
4.如权利要求3所述的制造方法，其中以第一能量注入所述第一导电型掺杂剂，以第二能量注入所述第二导电型掺杂剂，且所述第二能量高于所述第一能量。
5.如权利要求3所述的制造方法，其中以100KeV或以下的能量注入所述第一导电型掺杂剂，以介于100KeV和200KeV之间的能量注入所述第二导电型掺杂剂。
6.如权利要求1所述的制造方法，其中形成自对准硅化物层的步骤包括以下子步骤：
在包括所述栅电极的半导体衬底的整个表面上形成金属层；
进行引发自对准硅化反应的热工艺；以及
去除未经过所述自对准硅化反应的金属层。
7.如权利要求6所述的制造方法，其中所述金属层包括钨或钴。
8.如权利要求1所述的制造方法，其中所述第一导电型掺杂剂包括P型掺杂剂，所述第二导电型掺杂剂包括N型掺杂剂。
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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 | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100519 Termination date: 20131228 |