TWI288476B - Complementary metal oxide semiconductor image sensor and method for fabricating the same - Google Patents

Description

1288476, 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種影像感測器；且更特定地’有關一種互 補金氧半導體（CMOS)影像感測器及其製造方法。 【先前技術】 互補金氧半導體（CMOS)元件已被廣使用於行動電話’ 用於個人電腦之照相機與電器用品。與習知使用於影像感測 器之電荷耦合元件（CCD)相比，CMOS影像感測器提供一簡 單的操作方法。使用CMOS影像感測器，訊號處理電路可整 合於一晶片。因此，它能實現單晶片系統，藉以得到模組之 最小化。 進而，CMOS影像感測器具有許多優點，包含減低製造 成本’因爲CMOS影像感測器可使用具相容性之設立技術。 第1圖爲一剖面視圖，例示一習知CMOS影像感測器之 單位像素之部分。 如第1圖所示，一元件隔離層〗2局部地被形成於以堆 疊一高摻雜P + +型基板10與一低摻雜ρ·型磊晶層（未顯示） 所形成之下結構中。以下，該下結構係參引爲半導體結構。 閘極圖案1 8含有在該半導體結構上閘極絕緣層1 4與閘極傳 導層1 6之堆疊結構’與該閘極圖案1 8之二側壁上之複數個 間隙壁1 9，以形成一轉移閘極結構2 〇。 而且’複數個高摻雜P +型雜質區24與25，每一者分別 作爲 P逛雜質與通道阻絕（channel stop)層之角色，且經 1288476· 由離子植入製程與熱擴散製程，一低摻雜>τ型光二極體2 1 被形成於半導體結構之部分中，對齊該轉移閘極結構20之 一側。一高摻雜Ν +型浮置擴散區22被形成於對齊該轉移閘 極結構2 0之另一側的半導體結構之部分。 此時，該元件隔離層1 2作爲防止鄰近像素間電子移動 之角色，即，一串擾（crosstalk)事件：近來，爲確實避免串 擾，溝槽係深地形成。然而，假如該溝槽以數微米深度被形 成，它能防止從半導體結構之深的部分中所產生之電子移動 到鄰近像素；然而，其可能有一限制，其該深地形成溝槽之 側壁（以下，參引爲深溝槽）不能全部被摻雜。因此，該光二 極體21之空泛層擴展至深溝槽之側壁且因此，暗電流可能 —-------------------- 加。 【發明內容】 因此，本發明之一目的爲提供一種能夠防止串擾事件與 暗電流流動互補金氧半導體（CMOS)影像感測器及其g造方 法。 依據本發明之一觀點，提供一種互補金氧半導體 (CMOS)影像感測器，包含：含有一溝槽之第一傳導型基板； 藉使用第一傳導型磊晶層形成於該溝槽之整個內表面之通 道阻絕層；形成在該通道阻絕層上之元件隔離層以塡充該溝 槽；形成在該通道阻絕層之一側該基板之部分的第二傳導型 光二極體；及形成在鄰接該光二極體該基板上之轉移閘極結 構，以轉移從該光二極體產生之光電子。 依據本發明之另一觀點，提供一種CMOS影像感測器， 口88476，， • 包含：含有一溝槽之第一傳導型基板；藉使用第一傳導型磊 晶層所形成之通道阻絕層以塡充該溝槽；形成在該通道阻絕 層之一側，該基板之部分的第二傳導型光二極體；及形成鄰 接該光二極體之該基板上的轉移閘極結構，以轉移從該光二 極體產生之光電子。 依據本發明之進一步觀點，提供一種用於製造CMOS影 像感測器之方法，包含：準備含有一溝槽之第一傳導型基 $板；藉實施一磊晶製程，形成第一傳導型通道阻絕層於該溝 槽之整個內表面；形成一元件隔離層於該通道阻絕層上，以 塡充該溝槽，在該通道阻絕層之一側之該基板上，形成一閘 極圖案用於轉移閘極結構；形成間隙壁於該閘極圖案之側壁 上；及藉實施一離子植入製程，在該溝槽與該閘極圖案間該 基板之部分形成第二傳導型光二極體。 依據本發明之再一步觀點，提供一種用於製造CMOS影 像感測器之方法，包含：準備含有一溝槽之第一傳導型基 $ 板；藉實施一磊晶製程，形成一第一傳導型通道阻絕層以塡 充該溝槽；在該通道阻絕層之一側該基板上，形成一閘極圖 案用於轉移閘極結構；形成間隙壁於該閘極圖案之側壁上； 及藉實施一離子植入製程，在該溝槽與該閘極圖案間該基板 之部分，形成第二傳導型光二極體。 【實施方式】 以下，本發明之較佳實施例之詳細描述將參考附圖被提 供0 而且，注意的是層的厚度與區域被放大以清楚地在說明 1288476 , -書中界定該些層與區域。假如寫到一層被形成於另一層或— 基板上，該層可直接被形成於該另一層或該基板上，或一第 —層可插置於層之間。進而，在整份說明書中相同參考編號 指示相同的構成元件。 第2圖爲一剖面視圖’例示依據本發明之第一實施例， 一 CMOS影像感測器之單位像素的部分。 參考第2圖’依據本發明之第一實施例CMOS影像感測 φ器之單位像素包含：設有一深溝槽（未顯示）之高摻雜P + +型 基板1 1 〇 ;藉使用高摻雜P +型磊晶層於該深溝槽整個內表面 所形成之通道阻絕層1 1 5 ;形成在通道阻絕層Η 5上以塡充 該深溝槽之元件隔離層1 30 ;在該通道阻絕層丨〗5之一側形 成在該基板110之部分的低摻雜N·型光二極體124;與形成 在該基板110上靠近該光二極體124之轉移閘極結構123, 以轉移從光二極體124所產生之光電子。進而，CMOS影像 感測器之單位像素又包含鄰接該轉移閘極結構1 2 3且對面於 ^ 該光二極體1 2 4，形成在該基板1 1 〇之部分的浮置擴散區 1 26 〇 此時，該轉移閘極結構1 2 3包含藉使用閘極絕緣層1 1 7 與閘極傳導層1 1 9所形成之閘極圖案1 2 0，與形成在該閘極 圖案1 2 0之二側壁上之複數個間隙壁1 2 2。特別是，該聞極 傳導層1 1 9藉使用選自於由多晶矽、矽化鎢與其一堆疊層所 組成之群之一者被形成。該複數個間隙壁122藉使用一氮化 層、一氧化層或一氮氧化層被形成。 雖然未顯示，一高摻雜P +型磊晶層被堆疊於高濃度P + 1288476 ， • 型基板11 〇上。此時，基板11 〇爲單晶矽層。 即是’依據本發明第一實施例，該磊晶成長通道阻絕層 1 1 5藉摻雜於傳導型中被形成，其在整個深溝槽之內表面是 對面於光二極體1 24。因此，雖然該溝槽之線寬爲窄的且該 溝槽之深度爲深的，它能形成均勻通道阻絕層1 1 5 ^因此， 它不僅能避免CMOS影像感測器之串擾事件產生且防止暗 電流流動。 第3 A至3 C圖爲剖面視圖，例示一種依據如第2圖所示 本發明第一實施例，用於製造CMOS影像感測器之方法。 首先，如第3A圖所示，將硏磨墊氧化層1 1 1與硏磨墊 氮化層U 2沉積於高摻雜P + +型基板1 1 〇上。此時，形成低 摻雜厂型磊晶層（未顯示）於基板110之上部份上。 其次，實施深溝槽隔離（DTI)蝕刻製程，藉以在基板110 中深地形成一溝槽，即，一深溝槽。例如，使用遮罩製程與 蝕刻製程且接著，形成預定遮罩圖案（未顯示）於硏磨墊氮化 I 層Π 2上。其後，藉使用該遮罩圖案實施蝕刻製程被實施， 藉以蝕刻研磨墊氮化層1 1 2，硏磨墊氧化層1 1 1與基板1 1 〇 之預定部分。因此，形成上述深溝槽1 1 3於基板1 1 〇之部分。 其後，經由一剝離製程除去遮罩圖案。 此時，經由一通常淺溝槽隔離（STI)製程在除該單位像 素外之其餘部分，實施元件隔離。 其次’如第3B圖所不’藉使用一臨場方法實施嘉晶製 程，藉以在深溝槽Π3之整個內表面成長高摻雜P +型通道阻 絕層1 1 5。此時，可形成第一傳導型雜質擴散區於形成光二 1288476. • 極體之基板上（以下，參引爲光二極體區）。例如，蝕刻存在 於光二極體區之硏磨墊氮化層112與硏磨墊氧化層111且其 後，實施磊晶製程，藉以形成通道阻絕層1 1 5於光二極體區 之基板Π 0上。 其此，如第3 C圖所示，經由一濕蝕刻製程，除去硏磨 墊氮化層112與硏磨墊氧化層111。 其次，沉積高濃度電漿（HDP)氧化層於通道氧化層115 上以塡充深溝槽。，其後，經沉積之HDP氧化層被平坦化且 因此，形成元件隔離層1 30。此時，從該深溝槽1 1 3之下部 份，形成具有一預定高度之元件隔離層1 3 0，以避免經由一 基板製程沉積之閘極傳導層1 1 9殘存在該溝槽1 1 3內部。 其次，形成閘極絕緣層1 1 7於一整層上，該層包含元件 隔離層1 3 0與其後，形成上述閘極傳導層1 1 9於閘極絕緣層 1 1 7上。更詳細地，經由一氧化製程形成閘極氧化層且其後， 一傳導材料如多晶矽經由化學氣相沉積（CVD)方法被沉積。 其次，蝕刻閘極傳導層U 9與閘極絕緣層1 1 7之預定部 ® 分，藉以在基板1 1 〇上形成一閘極圖案1 20用於轉移閘極結 構1 23。其後，藉使用絕緣層所形成之複數個間隙壁1 22， 被形成於閘極圖案1 20之二側壁上。 其次，藉使用一預定遮罩圖案應用離子植入製程，藉以 形成光二極體1 24於通道阻絕層1 1 5與閘極圖案1 20間基板 110之部分中。例如’藉植入f型雜質如磷（P)或砷（As)形成 低摻雜N-型光二極體124。 其次，藉實施離子植入製程，形成浮置擴散區1 26於基 -10- 1288476, 板110之部分鄰接閘極圖案120與對面於光二極體124。 第4圖爲一剖面視圖，例示依據本發明之第二實施例， 一 CMOS影像感測器之單位像素的部分。 參考第4圖，依據本發明第二實施例CMOS影像感測器 之單位像素包含：設有一溝槽（未顯示）之高摻雜P + +型基板 210 ;藉使用高摻雜P +型磊晶層所形成之通道阻絕層215以 塡充該溝槽；在通道阻絕層2 1 5之一側該基板2 1 0之‘部分中 所形成之低摻雜V型光二極體224 ;與轉移閘極結構223形 成在基板210靠近光二極體224，以轉移從光二極體224所 產生之光電子。 進而，CMOS影像感測器之單位像素又包含浮置擴散區 226形成於基板210之部分，鄰接轉移閘極結構223且對面 於光二極體224。 即是，與本發明之第一實施例形成該通道阻絕層1 1 5於 溝槽之整個內表面相比，本發明之第二實施例藉塡充整個溝 槽形成該通道阻絕層2 1 5。因此，因爲一附加製程用以形成 一元件隔離層爲不需要的，它能簡化CMOS影像感測器製造 製程。 第5A至5B圖爲剖面視圖，依據本發明之第二實施例例 示一種用於製造第4圖所示之CMOS影像感測器之方法。 首先，如第5A圖所示，類似於本發明之第一實施例， 提供含有一深溝槽（未顯示）之高摻雜P +型基板210。例如， 蝕刻形成在基板210上之硏磨墊氧化層211與硏磨墊氮化層 2 1 2之預定部分，藉以在基板2 1 0形成一深溝槽。 1288476 ‘ ' 其次，如第5B圖所示，藉使用一臨場方法實施磊晶製 程且因此，成長高摻雜P +型通道阻絕層2 1 5直至該深溝槽（未 顯不）被塡充。 其次，實施溼蝕刻製程，藉以除去硏磨墊氮化層2 1 2與 硏磨墊氧化層2 1 1。 其次，經由本發明第一實施例所使用之方法形成轉移閘 極結構223。其後，使用離子植入製程，藉以在轉移閘極結 I構223與通道阻絕層215間形成光二極體224於基板210之 部分。更詳細地，植入低摻雜Ν·型離子且因此，形成低摻雜 Τ型光二極體224。在此，轉移閘極結構223包含形成於閘 極絕緣層2 1 7與閘極傳導層2 1 9之堆疊結構中之閘極圖案 2〇〇 ’與形成在閘極圖案220之二側壁上之複數個間隙壁 222 ° 其次，實施離子植入製程且接著，形成浮置擴散區226 於基板2 1 0之部分，鄰接轉移閘極結構223且對面於光二極 $ 體224。較佳地，植入高摻雜Ν +型雜質，藉以形成高摻雜 Ν +型浮置擴散區226。 以本發明爲基礎，形成一深溝槽於基板且接著，一磊晶 成長通道阻絕層被形成於深溝槽之整個內表面。因此，它能 形成均勻通道阻絕層於該深溝槽之側壁上。因此，它能不僅 防止串擾事件而且暗電流之流動。因此，將CMOS影像感測 器之效率大幅提升。 本發明包含關於韓國專利申請號KR 2005 - 0085676發 明主體，其係在2005年9月14曰申請於韓國專利局，該全 1288476 / * 人 藝 技 知 熟 對 它 述 描 被 例 施 實 。 佳 此較 於些 入一 併於 被關 -- nHJ 弓 Φ 索發 以本 容當 內 士其各種改變與修改，在不逸離以下申請專利範圍所界定之 發明精神與範圍下可被實現將是明顯的。 【圖式簡單說明】 本發明之以上與其他目的及特色可關於以下特定實施 例之描述與連同附圖變得更佳瞭解，其中： 第1圖爲一剖面視圖例示一習知互補金氧半導體 (CMOS)影像感測器之單位像素的部分； 第2圖爲一剖面視圖，例示依據本發明之第一實施例， 一 CMOS影像感測器之單位像素的部分； 第3A至3C圖爲剖面視圖，例示一種用於製造第2圖所 示之CMOS影像感測器之方法； 第4圖爲一剖面視圖，例示依據本發明之第二實施例， 一 CMOS影像感.測器之單位像素的部分；及 第5 A至5 B圖爲剖面視圖，例示一種用於製造第4圖所 示之CMOS影像感測器之方法。 【主要元件符號說明】 10 高摻雜P + +型基板 12 元件隔離層 14 閘極絕緣層 16 閘極傳導層 18 閘極圖案 19 間隙壁 -13- 轉移閘極結構 低摻雜型光二極體 高摻雜N +型浮置擴散區 高摻雜P +型雜質區 高摻雜P +型雜質區 高摻雜P + +型基板 硏磨墊氧化層 硏磨墊氮化層 深溝槽 通道阻絕層 閘極絕緣層 閘極傳導層 闊極圖案 間隙壁 轉移閘極結構f 光二極體 浮置擴散區 元件隔離層 高摻雜P + +型基板 硏磨墊氧化層 硏磨墊氮化層 通道阻絕層 閘極絕緣層 閘極傳導層 -14- 1288476. 220 閘極圖案 222 間隙壁 223 轉移閘極結構 224 光二極體

Claims (1)

1288476 · • 十、申請專利範圍： 1·一種互補金氧半導體（CMOS)影像感測器，包括： 含有一溝槽之第一傳導型基板； 藉使用第一傳導型磊晶層，形成於該溝槽之整個內表面 之通道阻絕層； 形成在該通道阻絕層上之元件隔離層，以塡充該溝槽； 形成在該通道阻絕層之一側上，該基板之部分的第二傳 $ 導型光二極體；及 形成在鄰接該光二極體之該基板上的轉移閘極結構，以 轉移從該光二極體產生之光電子。 2.如申請專利範圍第1項之CMOS影像感測器，進而包含基 板上之第一傳導型雜質擴散區，其中光二極體係形成於該 基板上。 3·如申請專利範圍第2項之CMOS影像感測器，其中元件隔 離層從溝槽之下部分被形成具有一預定高度，以避免轉移 ^ 閘極結構之傳導材料殘存於該溝槽內部。 4·如申請專利範圍第2項之CMOS影像感測器，進而包含形 成對面於光二極體，且鄰接轉移閘極結構之該基板之部分 的浮置擴散區，以從轉移閘極結構接收光電子。 5·—種CMOS影像感測器，包括： 含有一溝槽之第一傳導型基扳； 藉使用第一傳導型磊晶層所形成之一通道阻絕層，以塡 充該溝槽； _ 形成在該通道阻絕層之一側之該基板部分的第二傳導 -16- 1288476 ‘ 型光二極體；及 形成在鄰接該光二極體之該基板上的轉移閘極結構，以 轉移從該光二極體產生之光電子。 6·如申請專利範圍第5項之CMOS影像感測器，其中該通道 阻絕層不僅被形成於該溝槽之整個構形，而且及於形成光 二極體之基板上。 7·如申請專利範圍第6項之CMOS影像感測器，進而包含形 成在對面於光二極體，且鄰接轉移閘極結構之該基板的浮 置擴散區，以從轉移閘極結構接收光電子。 8. —種用以製造CMOS影像感測器之方法，包括： 準備含有一溝槽之第一傳導型基板； 藉實施一磊晶製程，形成第一傳導型通道阻絕層於該溝 槽之整個內表面； 形成一元件隔離層於該通道阻絕層上，以塡充該溝槽； 在該通道阻絕層之一側之該基板上’形成一閘極圖案用 於轉移閘極結構； 形成間隙壁於該閘極圖案之側壁上；及 藉實施一離子植入製程，在該溝槽與該閘極圖案間之該 基板之部分，形成第二傳導型光二極體。 9. 如申請專利範圍第8項之方法’其中該通道阻絕層不僅被 形成於該溝槽之整個構形’而且及於形成光二極體之基板 上。 1 0.如申請專利範圍第9項之方法，其中該元件隔離層從溝槽 之下部分被形成具有一預定高度’以避免傳導材料殘存於 1288476 ^ β 該溝槽內部。 1 1 .如申請專利範圍第9項之方法，進而包含形成在對面於光 二極體，且鄰接轉移閘極結構之該基板之部分的浮置擴散 區，以於該光二極體形成後藉實施一離子植入製程，從該 轉移閘極結構接收光電子。 12.—種用於製造CMOS影像感測器之方法，包括： 準備含有一溝槽之第一傳導型基板； 藉實施一磊晶製程，形成第一傳導型通道阻絕層，以塡 ^ 充該溝槽； 在該通道阻絕層之一側該基板上，形成一閘極圖案用於 一轉移閘極結構； 形成間隙壁於該閘極圖案之側壁上；及 藉實施一離子植入製程，在該溝槽與該閘極圖案間該基 板之部分，形成第二傳導型光二極體。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該通道阻絕層不僅 0 被形成於該溝槽之整個構形，而且及於形成光二極體之基 板上。 14.如申請專利範圍第13項之方法，進而包含形成於對面光 二極體，且鄰接轉移閘極結構之該基板部分的浮置擴散 區，以於該光二極體形成後，藉實施一離子植入製程從該 轉移閘極結構接收光電子。