專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，并且更具體地，涉及CMOS圖像傳感器的光電二極管及其制造方法，其中，形成的光電二極管比半導(dǎo)體襯底更高更寬，以改善對光的敏感性。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器被分為電荷耦合器件(CCD)和CMOS圖像傳感器。CCD將載流子存儲在MOS電容器中，并且將載流子傳輸?shù)組OS電容器。MOS電容器互相鄰近。CMOS圖像傳感器采用切換模式，即，通過使用CMOS技術(shù)形成對應(yīng)于單位像素數(shù)量的MOS晶體管，使用MOS晶體管順序檢測單位像素的輸出，其中，CMOS技術(shù)使用控制電路和信號處理電路作為外圍電路。
將對象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號的CMOS圖像傳感器包括具有光電二極管的信號處理芯片。每個信號處理芯片均包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、內(nèi)電壓發(fā)生器、定時發(fā)生器、和數(shù)字邏輯電路。在這種情況下，從空間、耗能以及成本的角度看是經(jīng)濟的。CCD的制造要求技術(shù)處理步驟。但是，CMOS圖像傳感器可以通過對比CCD便宜的硅片進行簡單蝕刻處理來大量生產(chǎn)。而且，CMOS圖像傳感器在組裝密度方面具有優(yōu)勢。
為了顯示圖像，通過在單位像素中形成光電二極管和晶體管，CMOS圖像傳感器以切換模式順序檢測信號。而且，因為CMOS圖像傳感器使用CMOS技術(shù)，因此要求耗能低，并且掩模數(shù)量比CCD圖像傳感器要求的30至40個掩模少20個。這樣，在CMOS圖像傳感器中，簡化了處理步驟，并且多種信號處理電路可以集成在一塊芯片中。從而，CMOS圖像傳感器作為下一代圖像傳感器受到很大關(guān)注。
圖1和圖2示出現(xiàn)有CMOS圖像傳感器的單位電路。
如圖1所示，光電二極管PD，用于使用接收到的光產(chǎn)生光學(xué)電荷；傳輸(transfer)晶體管101，用于通過將信號Tx施加到其柵極，將由光電二極管100產(chǎn)生的光學(xué)電荷傳輸?shù)礁訑U散區(qū)102；復(fù)位晶體管103，用于通過將信號Rx施加到其柵極以將浮動擴散區(qū)的電勢設(shè)定成期望值，來使浮動擴散區(qū)102復(fù)位，并用于使浮動擴散區(qū)放電；激勵晶體管104，用于通過將信號Dx施加到其柵極作為源跟隨器緩沖放大器；選擇晶體管105，用于尋址；負載晶體管106，用于提供從單位像素讀出的輸出信號(Vb)。
如圖2所示，在重摻雜的P-型襯底110上生長P-型外延層111，并且在外延層111上形成輕摻雜的N-型光電二極管區(qū)113、P-型阱114、和器件絕緣膜(FOX)112。在光電二極管區(qū)113和P-型阱114之間的外延層111上形成傳輸(transfer)晶體管101和復(fù)位晶體管103。在P-型阱114上形成激勵晶體管104和選擇晶體管105。在傳輸晶體管101和復(fù)位晶體管103之間的外延層111上形成浮動擴散區(qū)102。P-型擴散層115在輕摻雜的P-型外延層111的表面下的輕摻雜的N-型光電二極管區(qū)113中形成，并且比外延層摻雜得輕。
參考圖3，示出以上CMOS圖像傳感器的藍色光電二極管部分，在其中形成有輕摻雜的P-型外延層111的半導(dǎo)體襯底110上形成器件絕緣膜112。器件絕緣膜112用于隔離包括輕摻雜的N-型光電二極管區(qū)113的有源區(qū)。包括柵電極的傳輸晶體管101在外延層111上形成。第一中間層介電膜116在包括傳輸晶體管101的外延層111上形成。第一中間層介電膜116被選擇性地蝕刻，以形成通孔117。然后，第一金屬層(未示出)被沉積并被選擇性地蝕刻，以形成第一金屬層圖案118。第二中間層介電膜119在包括第一金屬層圖案118的第一中間層介電膜116上形成。第二金屬層(未示出)在第二中間層介電膜119上形成，然后被選擇性地蝕刻，以形成第二金屬層圖案120。包括第二金屬層圖案120的第三中間層介電膜121在第二中間層介電膜119上形成。器件鈍化層122在第三中間層介電膜121上形成。藍色濾色器陣列元件123在器件鈍化層122上形成，作為包括紅濾色器圖案、藍色濾色器圖案、和綠色濾色器圖案的濾色器陣列的一部分，以及平面化層124在藍色濾色器陣列元件上形成。最后，對應(yīng)于藍色濾色器陣列元件123，在平面化層124上形成微透鏡125。
但是，在以上制造的CMOS圖像傳感器中，藍色光電二極管可能不能感應(yīng)更短的波長，因為在一般像素結(jié)構(gòu)中的藍色光具有0.3μm的穿透深度。相反，紅光具有10μm的穿透深度。因此，妨礙了以1∶1的比率期望顯示各個顏色(例如，紅色、綠色、和藍色)，從而降低了色彩重現(xiàn)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器的藍色光電二極管及其制造方法，其基本上消除了由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的一個或多個問題。
本發(fā)明的目的是提供一種CMOS圖像傳感器的光電二極管及其制造方法，其中，光電二極管具有更厚的厚度，以改善對光的敏感性。
本發(fā)明的其他優(yōu)勢、目的、和特征將在以下說明中部分描述，并且部分通過本領(lǐng)域技術(shù)人員的驗證將變得明顯，或者可以從本發(fā)明的實施例了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)勢可以通過在說明書中特別指出的結(jié)構(gòu)、權(quán)利要求以及附圖實現(xiàn)和獲得。
為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的目的的這些目的和其他優(yōu)勢，如在此具體和概括描述的，提供了一種CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底；柵電極，在半導(dǎo)體襯底上形成；第一光電二極管區(qū)，在半導(dǎo)體襯底上形成；第二光電二極管區(qū)，在第一光電二極管區(qū)上形成。
本發(fā)明的另一方面，提供了一種CMOS圖像傳感器，包括第一輕摻雜的P-型外延層，在重摻雜的P-型半導(dǎo)體襯底上形成；傳輸晶體管的柵電極，在第一外延層上形成；第一N-型光電二極管區(qū)，在第一外延層上形成；第二N-型光電二極管區(qū)，在對應(yīng)于第一光電二極管區(qū)的第一外延層上形成。
本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極；在半導(dǎo)體襯底中形成第一光電二極管區(qū)；以及，在第一光電二極管區(qū)上形成第二光電二極管區(qū)。
本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在重摻雜的P-型半導(dǎo)體襯底上形成第一輕摻雜的P-型外延層；在第一外延層上形成柵電極；在第一外延層上形成第一N-型光電二極管區(qū)；在包括第一光電二極管區(qū)的第一外延層上形成第二N-型外延層；以及，通過使第二外延層圖案化以只保留在第一光電二極管區(qū)上，形成第二N-型光電二極管區(qū)。
本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在重摻雜的P-型半導(dǎo)體襯底上形成第一輕摻雜的P-型外延層；在第一外延層上形成柵電極；在第一外延層上形成第一N-型光電二極管區(qū)；在包括第一光電二極管區(qū)的第一外延層上形成介電膜；使介電膜形成圖案，以暴露第一光電二極管區(qū)；以及，通過在對應(yīng)于第一光電二極管區(qū)的第一外延層上形成第二N-型外延層，形成第二光電二極管區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，第二光電二極管區(qū)的厚度為300至5000。第二光電二極管區(qū)的厚度不超過所述介電膜(216)的厚度，第二光電二極管區(qū)的最佳厚度為所述介電膜(216)厚度的一半。
應(yīng)該明白，本發(fā)明的以上概括描述和以下詳細描述是示例性的和說明性的，用于提供對所要求的本發(fā)明的進一步解釋。


附圖提供對本發(fā)明的進一步理解，并結(jié)合到本申請中，構(gòu)成本申請的一部分，與說明書一起用于說明本發(fā)明的實施例和解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是現(xiàn)有CMOS圖像傳感器的單位電路的平面圖；圖2是圖1中示出的CMOS圖像傳感器的剖視圖；圖3是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的藍色光電二極管部分的剖視圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的藍色光電二極管部分的剖視圖；圖5至圖9是根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例制造的CMOS圖像傳感器的藍色光電二極管的剖視圖；以及圖10至圖13是根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例制造的CMOS圖像傳感器的藍色光電二極管的剖視圖。
具體實施例方式
將詳細作出對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的參考，其例子在附圖中示出。如果可能，類似參考標號用于參考所有附圖中相同或相似的部分。
參考圖4，示出根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的藍色光電二極管部分，器件絕緣膜212在其中形成有第一輕摻雜的P-型外延層211的半導(dǎo)體襯底210上形成。器件絕緣膜212用于使包括輕摻雜的N-型藍色光電二極管區(qū)213的有源區(qū)絕緣。第二輕摻雜的N-型外延層226形成在光電二極管區(qū)213上。
包括柵電極的傳輸晶體管201在第一外延層211上形成。第一中間層介電膜216在包括傳輸晶體管201的第一外延層211上形成。第一中間層介電膜216被選擇性地蝕刻，以形成通孔217。然后，第一金屬層(未示出)被沉積并被選擇性地蝕刻，以形成第一金屬層圖案218。第二中間層介電膜219在包括第一金屬層圖案218的第一中間層介電膜216上形成。第二金屬層(未示出)在第二中間層介電膜219上形成，然后被選擇性地蝕刻，以形成第二金屬層圖案220。包括第二金屬層圖案220的第三中間層介電膜221在第二中間層介電膜219上形成。器件鈍化層222在第三中間層介電膜221上形成。藍色濾色器陣列元件223在器件鈍化層222上形成，作為包括紅色濾色器圖案、藍色濾色器圖案、和綠色濾色器圖案的濾色器陣列的一部分，以及平面化層224在藍色濾色器陣列元件上形成。最后，對應(yīng)于藍色濾色器陣列元件，在平面化層224上形成微透鏡225。
圖5至圖9分別示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于制造CMOS圖像傳感器的方法的順序處理步驟。
如圖5所示，器件絕緣膜212在其上形成有第一輕摻雜的P-型外延層211的半導(dǎo)體襯底(未示出)中形成。器件絕緣膜212用于使器件相互絕緣。包括柵電極的傳輸晶體管201和輕摻雜的N-型藍色光電二極管區(qū)213在第一外延層211中形成。
如圖6所示，在包括藍色光電二極管區(qū)213的第一外延層211上生長厚度為300至5000的第二輕摻雜的N-型外延層226。這樣，在傳輸晶體管201上不生長第二外延層226。
如圖7所示，光刻膠膜圖案227在對應(yīng)于藍色光電二極管區(qū)213的第二外延層226上形成。如圖8所示，使用光刻膠膜圖案227作為掩模蝕刻第二外延層226，以使第二外延層226只保留在對應(yīng)于藍色光電二極管區(qū)213的第一外延層211上。如圖9所示，光刻膠膜圖案227被去除。
圖10至圖13分別示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用于制造CMOS圖像傳感器的方法的順序處理步驟。
如圖10所示，器件絕緣膜212在其中形成有第一輕摻雜的P-型外延層211的半導(dǎo)體襯底(未示出)中形成。器件絕緣膜212用于使裝置相互絕緣。包括柵電極的傳輸晶體管201和輕摻雜的N-型藍色光電二極管區(qū)213在第一外延層211上形成。中間層介電膜230在包括傳輸晶體管201的第一外延層211上形成。
如圖11所示，通過在中間層介電膜230上沉積一層光刻膠并且通過曝光和顯影步驟(光刻法)使沉積的層形成圖案，形成使對應(yīng)于藍色光電二極管區(qū)213的上部區(qū)域暴露的光刻膠膜圖案231。
如圖12所示，使用光刻膠膜圖案231作為掩模蝕刻中間層介電膜230，從而去除暴露的部分。
如圖13所示，生長第二輕摻雜的N-型外延層226，這樣，在沒有中間層介電膜230的地方不生長第二外延層226。
以上制造的CMOS圖像傳感器，改善了藍色光的敏感性，通過使用器件絕緣膜上面的部分作為對藍色光敏感的區(qū)域(深度)，增加有效藍色光電二極管區(qū)的整體厚度。因為接收藍色光的輕摻雜的N-型外延層(其在半導(dǎo)體襯底的表面之上延伸)具有更厚的厚度，因此焦點的深度可以被減小，以更有效地收集光，從而改善顏色再現(xiàn)特性。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底；柵電極，形成在所述半導(dǎo)體襯底上；第一光電二極管區(qū)，形成在所述半導(dǎo)體襯底中；以及第二光電二極管區(qū)，形成在所述第一光電二極管區(qū)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第一光電二極管區(qū)是藍色光電二極管區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第二光電二極管區(qū)是藍色光電二極管區(qū)。
4.一種CMOS圖像傳感器，包括第一輕摻雜的P-型外延層，形成在重摻雜的P-型半導(dǎo)體襯底上；傳輸晶體管的柵電極，形成在所述第一外延層上；第一N-型光電二極管區(qū)，形成在所述第一外延層上；以及第二N-型光電二極管區(qū)，形成在與所述第一光電二極管區(qū)相對應(yīng)的所述第一外延層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第一N-型光電二極管區(qū)是N-型藍色光電二極管區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第二N-型光電二極管區(qū)是N-型藍色光電二極管區(qū)。
7.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極；在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一光電二極管區(qū)；以及在所述第一光電二極管區(qū)上形成第二光電二極管區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一光電二極管區(qū)是藍色光電二極管區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第二光電二極管區(qū)是藍色光電二極管區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第二光電二極管區(qū)形成300至5000的厚度。
11.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在重摻雜的P-型半導(dǎo)體襯底上形成第一輕摻雜的P-型外延層；在所述第一外延層上形成柵電極；在所述第一外延層上形成第一N-型光電二極管區(qū)；在包括所述第一光電二極管區(qū)的所述第一外延層上形成第二N-型外延層；以及通過圖案化所述第二外延層以只保留在所述第一光電二極管區(qū)上，來形成第二N-型光電二極管區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一光電二極管區(qū)是藍色光電二極管區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第二光電二極管區(qū)是藍色光電二極管區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第二光電二極管區(qū)形成300至5000的厚度。
15.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在重摻雜的P-型半導(dǎo)體襯底上形成第一輕摻雜的P-型外延層；在所述第一外延層上形成柵電極；在所述第一外延層上形成第一N-型光電二極管區(qū)；在包括所述第一光電二極管區(qū)的所述第一外延層上形成介電膜；使所述介電膜圖案化，以暴露所述第一光電二極管區(qū)；以及通過在與所述第一光電二極管區(qū)相對應(yīng)的所述第一外延層上形成第二N-型外延層，形成第二光電二極管區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第一光電二極管區(qū)是藍色光電二極管區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第二光電二極管區(qū)是藍色光電二極管區(qū)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第二光電二極管區(qū)形成300至5000的厚度。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第二光電二極管區(qū)的厚度不超過所述介電膜的厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第二光電二極管區(qū)的最佳厚度為所述介電膜厚度的一半。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其中，藍色光電二極管具有更厚的厚度，以改善藍色光的敏感性。CMOS圖像傳感器的藍色光電二極管包括第一輕摻雜的P－型外延層，形成在重摻雜的P－型半導(dǎo)體襯底上；傳輸晶體管的柵電極，形成在第一外延層上；第一N－型藍色光電二極管區(qū)，形成在第一外延層上；以及第二N－型藍色光電二極管區(qū)，形成在與第一藍色光電二極管區(qū)相對應(yīng)的第一外延層上。
文檔編號H01L21/822GK1819233SQ20051013514
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者韓昌勛 申請人:東部亞南半導(dǎo)體株式會社