TW434898B - Method of forming a semiconductor image sensor and structure - Google Patents

Description

43 48 & . _案號 87117400 年"月 β 日_^_ 五、發明說明（1) 供參考之先前申請案 本申請案已經在美國提出專利申請，專利申請序號為 08/970,703 ，中請日期為1997年11月14日。 發明背景 本申請案是有關於由Drowley等人在標題為 SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR AND METHOD THEREFOR 的申 請案。 本發明是有關於半導體元件，尤其是半導體感測器。 以前，有不同的方法用互補金氧半（CMOS)元件，在基底 上形成半導體影像感測器。一般，感測器的光學接收部分 是使用通常被稱作光閘的大面積電晶體的閘極或金氧半 (Μ 0 S)電晶體的源極-汲極接面來形成的。製作光閘電晶體 需要光路徑穿過電晶體的矽閘極，以便將光轉換成電能。 結果，製作光閘電晶體卻降低了敏感度。此外，空乏區一 廠是較淺的（小於1微米），因而降_低了由_紅光吸收所誘發 的載子聚集效率。傳統製作光閘電晶體也對表面復合所產 生的雜訊很敏感。 源極-汲極接面通常具有供電晶體操作的最佳化接面， 而且具有淺接面，造成由紅光吸收所誘發的載子聚集效率 不足。源極-汲極接面的另一缺點是，該接面通常是在高 摻雜區（大於1 016原子/cm3)中形成的，限制了接面空乏區 寬度，進而降低由紅光吸收所誘發的載子聚集效率。另 外，在這種高摻雜區内所形成的接面會造成較大電容，降 低了可以從光感測單元傳送到其它電子裝置的荷電量。 所以，需要一種不使用光閘電晶體而能得到較高效率的

O:\55\55269.ptc 第4頁 43489® , / _案號87Π7400 年彳月4 日 .修正 五、發明說明（2) 影 像 感 測 器 9 且 不會 有 淺 接面 深度， 以增進其 效 率，並極 小 化 從 表 面 復 合 所造 成 的 雜訊 〇 圖 式 的 簡 單 說 明 圖 1顯示出- -部分依據本發明影像 感測器經放大後的橫 切 面 σ 元 件 符 號 說 明 10 影 像 感 測 器 11 D型基底 13 第 一 區 14 第二區 16 第 一 井 22 閑極 24 第 — 深 度 26 Ν型導電 區 -- 2 9 第 二 深 度 31 重置M0S 電 晶體 32 傳 送 電 晶 體 37 Ρ型針狀 層 4 1 岸馬 合 區 發 明 的 詳 細 說 明 圖1顯示出一部分經放大後主動象素感..測器或半導體影 像感測器1 0的橫切面。感測器1 0包含底層的P型基底1 1。 感測器10具有第一井或P型井16，在基底11的第一區13上 形成。第一井16通常是具有比基底11的第二區14摻雜濃度 還高的摻雜濃度。第一區13與第二區14用括號來表示。第 二區14在基底11内形成第二井。第一井16的表面摻雜濃度 —般是至少1 X 1 016原子/cm3。第一井1 6的第一深度或深度 2 4，一般是約二到四微米，以便在第一井1 6上形成其它 CMOS元件。

感測器1 0的影像抓取單元或光感測單元包含N型導電區 26，在第二井或第二區14内形成。導電區26與基底11的P

O:\55\55269.ptc 第5頁 434896 _案號 87117400 年月厶日__ 五、發明說明（3) 型材料形成第一 P-N接面。該第一 P-N接面是位於導電區26 的第二深度或深度2 9，以便隨時感測出紅光波長範圍内的 光線，通常是距離基底1 1的表面約低於0 . 7微米，而最好 是約0.5微米。P型針狀層37是在導電區26内形成，並從導 電區2 6向外延伸到基底1 1，以便在此形成電性連接。這種 電性連接會將電位加到影像感測器十的該元件上。結果， 所產生的光二極體經長被稱作針狀光二極體。第二P-N接 面沿著針狀層3 7與導電區2 6的交接處形成。通常針狀層3 7 是同時與其它P通道Μ 0 S電晶體（未顯示）的輕播雜汲極與源 極區在基底1 1 一起形成。第二Ρ - Ν接面的深度小於第一 Ρ-—Ν 接面的深度。該深度是被選來對藍光波長範位内的光吸收-或光感測做最佳化處理。傳送電晶體或第一 MOS電晶體32 在鄰接導電區2 6上形成，使得一部分的導電區2 6形成電晶 體32的源極。第二或重置MOS電晶體31是在第一井16内形 晟。電晶體3 1具有一源極，利用弟合區41電性耦合到電晶 體32。 利用具有能曝露出一些第二區14表面的光罩來形成導電 區2 6，該第二區1 4表面延伸到且包含一部分電晶體3 2閘極 2 2。然後將雜質以偏離基底11垂直方向的角度佈植到閘極 2 2，以確保導電區2 6在間極2 2下延伸’進而在形成導電區 2 6與電晶體3 2源極時，節省光罩處理以及其它處理操作《 值得注意的是，至此已經提出新式的影像感測器與方 法。形成深的導電區及淺的針狀層，會形成二Ρ-Ν接面， 其中一個Ρ-Ν接面的深度較深，配合相關的空乏區，以便 抓取紅光範圍内的光線，而且第二Ρ-Ν接面的深、度·較淺，

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Claims (1)

1. 43489¾ , _案號 87117400 年 f f 月 & a__；_ 六、申請專利範圍 1. 一種影像感測器，包含： 一基底（11)，具有第一導電性型以及第一摻雜濃度； 一第一井（16)，在基底上，該第一井具有第一導電性 型以及第二摻雜濃度，該第二摻雜濃度高於第一摻雜濃 度，其中第一井具有第一深度（24)，深入基底内； 一第一 M OS電晶體（32)，在基底上，並與第一井（16) 成横方向區隔開； 導電區（26)，具有第二導電性型，位於基底内並鄰接 第一MOS電晶體，其中有一部分的導電區形成第一MOS電晶 體的源極，而且導電區（2 6 )具有第二深度（2 9 )，深入基― 底内； 一針狀層（37)，具有第一導電性型，並在導電區（26) 内具有弟'一區，以及從導電區以退離導電區（26)的方向横 向延伸開來的第二區。 —2 .如申請專利範圍中第1項之髮像感測器，其中該第二 深度（29)是大於針狀層的深度，因而在第一深度以及接近 針狀層與導電層交接處的第二Ρ-Ν接面上，形成第一 Ρ-Ν接 面。 3. 如申請專利範圍中第2項之影像感測器，其中該第二 深度（2 9 )是小於約七微米。 4. 一種形成主動像素感測器的方法，包含以下步驟： 提供基底（11)，具有第一導電性型的表面，以及第一 導電性型的第一區（1 6 ); 在第一導電性型的第二區（14)内提供針狀光二極體， 使得第二區具有第二摻雜濃度，該第二摻雜濃度比第一區

   O:\55\55269.ptc 第8頁 434833 案號 87117400 年彳月（曰 修正_ 六、申請專利範圍 (1 6 )的第一摻雜濃度還低，該針狀光二極體在距離表面的 第一深度（29)上具有第一 P-N接面，而且第二深度的第二 P - N接面比第一深度還淺；以及 在第二區内，形成至少一個MOS電晶體（32)。 5. 如申請專利範圍中第4項之方法，其中提供針狀光二 極體的該步驟進一步包含將與第一導電性型相反的第二導 電性型的雜質，.以偏離基底垂直方向的角度，佈植到基底 内，延伸到MOS電晶體的閘極底下。 6. —種主動像素感測器，包含： 一基底（11)，具有第一導電性型的表面，包含有較高 摻雜濃度的第一導電性型的第一區（1 6 )，以及摻雜濃度低 於第一區（16)的第一導電性型的第二區（14)； 針狀光二極體，在鄰接第一區（16)的第二區（14)内形 成；以及 ' 在鄰接針狀光二極體的第二焉内，形成至少一個MOS 電晶體（3 2 )。 7. 如申請專利範圍中第6項之主動像素感測器，其中該 針狀光二極體進一步包含將與第一導電性型相反的第二導 電性型（2 6)的雜質，以偏離基底垂直方向的角度，佈植到 基底内，延伸到MOS電晶體（32 )的閘極（2 2 )底下。 8. 如申請專利範圍中第7項之主動像素感測器，進一步 包含在第二導電性型（26)的區域内所形成的針狀光二極體 (37)。 9 .如申請專利範圍中第8項之主動像素感測器，其中佈 植的第二導電性型（26)雜質比針狀光二極體（37)，向MOS

   O:\55\55269.ptc 第9頁 4»34θ 9 8 _案號 87117400 年Μ月纟日__ 六、申請專利範圍 電晶體的間極（2 2 )延伸到更底下。 1 〇.如申請專利範圍中第9項之主動像素感測器，進一步 在第一區（1 6 )内包含第一 MOS電晶體（3 1 )，電性耦合到第 一MOS電晶體（32)。

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