TW201015709A - Method of fabricating CMOS image sensor - Google Patents

Description

201015709 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係_-種CMOS影像感測器，制是-種用於最小 化未傳輸電子至傳關之級電子敎之CMQS影減測器之製 造方法。 【先前技術】 通常，影減·係為半導體裝置，用於改變光景彡像為電訊 號。影像感測器被劃分為電荷耦合裝置（chargec〇upledDevice; CCD)以及互補金氧半導體(CM〇s)影像感測器。電荷耦合裝置包 含每一金氧半導體電容器彼此鄰接放置之結構，在電荷耦合裝置 中，電荷載子被儲存載金氧半導體電容器中，然後被傳輸至其後 部之另一金氧半導體電容器。但是以上電荷耦合裝置存在缺陷， 例如，驅動方法複雜、功率消耗高以及由於光製程之步驟多而導 致的製造製程複雜。此外，因為難以整合控制電路、訊號處理電 路以及A/D轉換器電路至一個電荷柄合裝置晶片内，此電荷耗合 裝置導致難以實現產品之小型化。 近年來，為了克服電荷麵合裝置之缺陷，CMOS影像感測器 成為業界之焦點。CMOS影像感測器採用開關方式，其中與單元 畫素之數目對應之金氧半導體電晶體透過CMOS技術形成於半導 體基板之上，其中控制電路與訊號處理電路被用作周邊電路’各 單元畫素之輸出順序地被金氧半導體電晶體偵須卜就是說，CM〇s 201015709 影像感測器於每一單元畫素中形成光二極體與金氧半導體電晶 體’因此採用開關方式順序地偵測各單元畫素之電訊號，從而實 現影像。CMOS影像感測器使用CMOS技術，因此具有優點，例 如功率消耗低，並且由於光製程之步驟數少，因此製造製程簡單。 此外’因為控制電路、訊號處理電路以及A/D轉換器電路可被整 合至一個CMOS影像感測器晶片内，因此CMOS影像感測器能夠 促成產品小型化。因此，CMOS影像感測器被廣泛地用於各種領 ® 域，例如數位相機以及數位攝影機。 然而，在一般的CMOS影像感測器中，光產生的電子由於壽 命短’很容易消失，因此光二極體之内部深處產生的電子難以傳 輸至傳送問。 【發明内容】 因此’本發明提供一種CMOS影像感測器之製造方法。 φ 本發明之目的在於提供一種CMOS影像感測器之製造方法， 用於最小化未傳輸電子至傳送閘之光致電子消失。 本發明其他的優點將在如下的說明書中部分地加以闡述，並 且本發明其他的優點對於本領域的普通技術人員來說 ，可以透過 本發明如下的說明得以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得 出。 為了獲得本發明的這些目的和其他特徵，現對本發明作具體 化和概括性的描述，一種CM〇s影像感測器之製造方法包含：形 201015709 成溝槽於半導體基板之隔離區域中’以定義包含光二極體區域與 電晶體區域之主動區域；形成第一導電類型離子植入區域於光二 極體區域之溝槽侧牆處以及電晶體區域鄰接之區域中；形成第二 導電類型離子植入區域於第一導電類型離子植入區域與溝槽之間 以及電晶體區域之下部與第一導電類型離子植入區域之間；透過 用隔離膜填充此溝槽形成隔離層；形成閘電極與間隔物於電晶體 區域中；以及形成光二極體於光二極體區域中。 可以理解的是，如上所述的本發明之概括說明和隨後所述的 本發明之詳細說明均是具有代表性和解釋性的說明，並且是為了 進一步揭示本發明之申請專利範圍。 【實施方式】 以下，將結合附圖描述本發明之CM0S影像感測器之製造方 法。 「第1A圖」、「第1B圖」、「第1C圖」以及「第m圖」所示 係為本發明之CMOS影像感測器之製造方法之側視中剖面圖。 首先’如「第1A圖」所示，準備半導體基板1〇〇。本文中， 南濃度第一導電類型基板例如P+型單晶矽基板被用作半導體基板 100。此外，低/農度第一導電類型蟲晶層（epi&iallayer)即p-型 磊晶層（圖中未表示）透過磊晶製程成長於半導體基板之一個表 面上’例如成長於形成裝置之半導體基板1〇〇之表面上。遙晶層 用於允許光二極體之空乏區域包含較大的尺寸與深度，從而增加 201015709 低電壓光二極體收集光致電荷（photo-generatedcharge)之能力， 並且提高光敏度。 此後，襯整氧化膜110、襯整'氮化（氮化石夕）膜120以及襯整 四乙基石夕烷（TEOS)膜130順序地形成於半導體基板1〇〇上，藉 由淺溝隔離製程透過反應性離子餘刻（Reactive Ion Etching ; RIE)，用作隔離層之溝槽140形成於隔離區域之磊晶層之局部處 以定義電晶體之主動區域。 ® 此後，如「第1B圖」所示，N-型離子植入區域150透過N- 型離子植入法形成於光二極體區域之溝槽140之側牆處以及閘電 極之間隔物以下的位置’其中閘電極將在以後被形成。在離子植 入時，劑量為1E12〜5E13原子/平方公分（atom/[| )之p+離子 以及50〜100K電子伏特之能量依照指定之傾斜角在四個階段被植 入。本文中，以上四個階段之離子植入表示一種沿四個方向分四 _ 次分別植入總劑量四分之一離子同時旋轉半導體基板1〇〇之技 術’例如四個方向為0、90、180與270。 此後’如「第1C圖」所示，p_型離子植入區域透過p_ 型離子植入法形成於N-型離子植入區域150與溝槽140之間以及 ’ N_型離子植入區域15〇與閘電極下方之通道區域之間，從而在溝 槽140之侧牆處以及電晶體下方之通道區域之側表面處形成p_N 接面。本文中，p-型離子植入區域16〇之深度比N_型離子植入區 域150的深。在離子植入時，劑量為5E12〜5E13原子/平方公分 201015709 之二氟化硼（BF2+)離子以及50〜100K電子伏特之能量依照指定 之傾斜角在四個階段被植入。 此後，如「第1D圖」所示，絕緣膜例如氧化骐透過化學氣相 沈積法（Chemical Vapor Deposition ; CVD)被深深地沈積於包含

溝槽140之半導體基板100之上表面上，從而填充溝槽14〇之内 部。此後，藉由反應性離子蝕刻透過選擇性地姓刻絕緣膜、概塾 四乙基石夕烧膜130以及襯墊氮化膜120,然後透過化學機械研磨製 程實現平坦化，形成隔離層14〇a。 此後’透過沈積導電層於襯墊氧化膜110上，然後透過餘刻 清除不必要部位之導電層與襯墊氧化膜11〇,同時保留用於閘電極 170之區域之導電層與襯墊氧化膜110，從而電晶體之閘電極17〇 被形成’光二極體區域之主動區域之表面被暴露，然後，實現閘 極侧牆間隔物180之形成。

此後’形成光阻圖案，光阻圖案用以暴露半導體基板10〇上 光二極體區域之主動區域中的磊晶層，並且遮蓋浮動擴散區域。 此外’使用光阻圖案作為離子植入遮罩，對光二極體區域之主動 區域中的磊晶層實現離子植入，形成光二極體2〇〇。本文中，光二 極體200形成於N-型離子植入區域15〇之間。 此後，完成眾所周知之後續製程，從而實現CMOS影像感測 因此，本發明之CMOS影像感測器之製造方法中，光二極體 8 201015709 200之邊緣處的N-型離子之攙雜潰度被增加，因此光二極體2〇〇 之電阻被降低’從而減少光二極體2⑻之内部深鮮及傳送閘之 .遠處區域所產生的電子容易被傳輪至傳賴之_。因此，壽命 縮短未傳輸電子至傳獅所導朗光致電子消失被最小化。 如上所述’本發明之CMOS影像感測器之製造方法中，光二 極體之邊緣部之電阻被降低，光二極體內部深度以及傳送閘之遠 @ 4區域所產生的電子容易被傳輸至傳送閘之時間被減少，從而最 小化壽命縮短未傳輸電子至傳送閘所導致的光致電子消失，因此 改善飽和度以及傳送落後。 在不脫離本發明之精神和範圍内，本領域之普通技術人員顯 然可看出。因此，本發明之精神和範圍内提供之各種修正與更動 均屬本發明之專利保護範圍。 【圖式簡單說明】 _ 第1A圖至第1D圖所示為本發明之CMOS影像感測器之製 造方法之侧視中剖面圖。 【主要元件符號說明】 100 110 120 130 半導體基板 襯墊氧化膜 襯墊氮化（氮化矽）膜 襯墊四乙基石夕院膜 溝槽 140 201015709 140a...........................隔離層 150 ...........................N-型離子植入區域 160 ...........................P-型離子植入區域 170 ...........................閘電極 180 ...........................間隔物 200 ...........................光二極體

Claims (1)

1. 201015709 七、申請專利範圍： 1. 一種CMOS影像感測器之製造方法，包含： . 形成一溝槽於一半導體基板之一隔離區域中，以定義包含 一光二極體區域與一電晶體區域之一主動區域； 形成第一導電類型離子植入區域於該光二極體區域之一 溝槽侧牆處以及該電晶體區域鄰接之一區域中； 形成第二導電類型離子植入區域於該第一導電類型離子 碜植入區域與該溝槽之間以及該電晶體區域之一下部與該第一導電 類型離子植入區域之間； 用一隔離膜透過填充該溝槽形成一隔離層； 形成一閘電極與一間隔物於該電晶體區域中；以及 形成一光二極體於該光二極體區域中。 2·如請求料1獅述之CMC)S影像細器之製造方法，其中該 第-導電_離子植人區域形成於該電晶體區域鄰接之該區 域中之步驟巾，該第-導電_離子植人區域形餅該閘電極 之該間隔物下方。 3·㈣求項第！項所述之〇應影像感測器之製造方法，其中該 :第二導電類㈣子植人區域形成於魏日日日體區域之該下部盘 該第-導電類型離子植入區域之間之步驟中，該第二導_ 離子植入區域形成於該閘電極之—通道區域與該閘電 間隔物下方之該第-導電類型離子植入區域之間。 1 11 201015709 4. 如請求項第1項所述之CMOS影像感測器之製造方法，其中用 該絕緣膜透過填充該溝槽形成該隔離層之步驟包含： 沈積該絕緣膜於包含該溝槽之該半導體之整個表面上；以 . 及 ， 選擇性地餘刻該絕緣膜，透過一化學機械研磨製程平坦化 該絕緣膜。 5. 如請求項第1項所述之〇^〇8影像感測器之製造方法，其中該 第導電類型離子植入區域係為N-型離子植入區域，該第二導❿ 電類型離子植入區域係為p_型離子植入區域。 6. 如請求項第5項所述之CM0S影像感測器之製造方法，其中該 N-型離子植入區域係透過傾斜植入p+離子而形成。 7. 如請求項第5項所述之CMOS#像感測器之製造方法，其中該 P-型離子植入區域係透過傾斜植入BF2+離子而形成。 8. 如請求項第6項或第7項所述之CMOS影像感測器之製造方 法，其中該離子植入係在四個階段中被完成。 _ 9. 如請求項第1項所述之CMOS影像感測器之製造方法’其中該 第一導電類型離子植入區域之深度比該第一導電類型離子植 入區域的深。 » 10. 如請求項第i項所述2CM〇s影像感測器之製造方法，其中該 光一極體係形成於該第一導電類型離子植入區域之間。 12