專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及CMOS圖像傳感器，并且更特別地，涉及改進的CMOS圖像傳感器及其制造方法，其中可以防止產生暗電流。
背景技術：
通常，圖像傳感器是將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。圖像傳感器主要被分成電荷耦合器件圖像傳感器(以下簡寫為“CCD”)以及互補金屬氧化物半導體(以下簡寫為“CMOS”)。
CCD包括以矩陣形式排列的多個光電二極管(PD)、在多個光電二極管之間沿垂直方向設置的多個垂直電荷耦合器件(VCCD)、水平電荷耦合器件(HCCD)、以及讀出放大器。通過輸出由VCCD沿垂直方向傳輸的電荷，光電二極管將光信號轉換成電信號。隨后，由HCCD沿水平方向傳輸由每個VCCD傳輸的電荷。最后，通過讀出放大器讀出水平方向上的這些電荷，該讀出放大器依次輸出電信號。
上述配置的CCD具有復雜的驅動機構，它們需要相當大的功耗，并且它們需要具有大量光學處理的復雜的制造過程。此外，當嘗試減小產品的尺寸時，使用上述配置的CCD是很不利的，這是因為很難將控制電路、信號處理電路、模/數轉換電路(A/D轉換器)等集成在CCD芯片上。
最近，焦點已經轉向了作為下一代圖像傳感器的CMOS圖像傳感器，這是因為它們克服了CCD的缺點。CMOS圖像傳感器采用切換方法，用于通過MOS晶體管順序地檢測每一個單位像素的輸出。在半導體襯底上形成MOS晶體管。每個MOS晶體管對應單位像素。此外，控制電路、信號處理電路等被用作外圍電路。在單位像素中具有光電二極管和MOS晶體管的CMOS圖像傳感器通過根據切換方法順序地檢測每個單位像素的電信號來形成圖像。
CMOS圖像傳感器是有優(yōu)勢的，這是因為其低功耗，以及因為其需要簡單的具有少量光學處理步驟的制造過程。此外，可將控制電路、信號處理電路、模/數轉換電路等集成在CMOS傳感器芯片上，因此利于產品的小型化。由此，CMOS圖像傳感器可被廣泛地用于諸如數字照相機、數字攝像機等不同的應用。
根據晶體管的數量將CMOS圖像傳感器分成3-T型、4-T型、5-T型等。3-T型CMOS圖像傳感器包括一個光電二極管和三個晶體管。以及4-T型CMOS圖像傳感器包括一個光電二極管和四個晶體管。
圖1是普通的3-T型CMOS傳感器的單位像素的布局圖。
參照圖1，在普通的3-T型CMOS圖像傳感器的單位像素中，限定有源區(qū)10。在有源區(qū)10的較寬部分上形成光電二極管20。形成三個晶體管的柵電極120、130、和140以重疊剩余的有源區(qū)10。三個晶體管(即，復位、激勵以及選擇晶體管Rx、Dx和Sx)分別配置有柵電極120、130、和140。將雜質離子注入有源區(qū)10，但是不注入柵電極120、130、和140的下面。雜質離子形成三個晶體管中的每個的源/漏區(qū)。此后，電源電壓Vdd施加到復位和激勵晶體管Rx和Dx之間的源/漏區(qū)，而選擇晶體管Sx的源/漏區(qū)與讀出電路(圖中未示出)連接。
柵電極120、130、和140中的每一個與對應的信號線(圖中未示出)連接。每一條對應的信號線在其一端上設置有襯墊(pad)，從而其可與外部驅動電路連接。
圖2是圖1中根據現有技術的3T型CMOS圖像傳感器沿線II-II’的橫截面圖，示出了光電二極管和復位晶體管。
如圖2所示，在P++型半導體襯底100上形成P-型EPI層101。半導體襯底100是由有源區(qū)(圖1中的10)和器件隔離區(qū)限定的。在器件隔離區(qū)中形成隔離層103。
在EPI層101上形成柵極氧化物121。隨后在柵極氧化物121上形成柵極123，由此形成復位晶體管。在柵極123的兩個側壁上形成絕緣隔離物125。
在對應光電二極管(PD)的EPI層中順序地形成N-型擴散區(qū)131和P°型擴散區(qū)132。在該實例中，在N-型擴散區(qū)131上形成P°型擴散區(qū)132。此外，形成高濃度n型擴散區(qū)(n+)和低濃度n型擴散區(qū)(n-)作為復位晶體管的源/漏區(qū)(S/D)。
上述結構的傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器具有導致暗電流增加的缺點，這造成了電荷存儲能力的惡化以及由此導致的器件一般性能的惡化。
當沒有光進入光電二極管時，暗電流是由從光電二極管傳輸到器件的其他區(qū)域的電子產生的。據報導，暗電流是由于不飽和鍵或分布在器件的鄰近表面的區(qū)域、在絕緣層103和P°型擴散區(qū)132之間的邊界區(qū)域、絕緣層103和N-型擴散區(qū)131之間的邊界區(qū)域、P°型擴散區(qū)132和N-型擴散區(qū)131之間的邊界區(qū)域、P°型擴散區(qū)132以及N-型擴散區(qū)131周圍的缺陷而產生的。在低照明環(huán)境中，暗電流可導致諸如電荷存儲能力惡化以及CMOS圖像傳感器性能普遍惡化的嚴重問題。
為了降低發(fā)生在器件的鄰近表面區(qū)域的暗電流的影響，根據傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器，P°型擴散區(qū)132形成在用于光電二極管的N-型擴散區(qū)131上。然而，這種CMOS圖像傳感器受到發(fā)生在絕緣層103和P°型擴散區(qū)132之間的邊界區(qū)域以及絕緣層103和N-型擴散區(qū)131之間的邊界區(qū)域的暗電流的嚴重影響。
此外，如圖2所示，當在EPI層101上形成光刻膠圖樣作為離子注入掩模以形成用于光電二極管的N-型擴散區(qū)131和P°型擴散區(qū)132時，通過在光刻膠圖樣中形成的開口暴露對應光電二極管的整個有源區(qū)。當應用離子注入處理將雜質注入到暴露的有源區(qū)以形成N-型擴散區(qū)131和P°型擴散區(qū)132時，也將雜質注入到光電二極管的有源區(qū)131和132與絕緣層103之間的邊界區(qū)域中。這些離子導致在光電二極管的有源區(qū)131和132與絕緣層103之間的邊界區(qū)域的損害和缺陷。這些缺陷產生電子和空穴載流子，并且使電子重新結合。因此，光電二極管的漏電流增加并且增加了CMOS圖像傳感器的暗電流。
因此，由于很難阻止在光電二極管的有源區(qū)131和132與絕緣層103之間的邊界區(qū)域產生的暗電流，所以對在傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器中的暗電流特性的改進受到了限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其基本上消除了由于相關技術的局限性和缺陷而導致的一個或多個問題。
本發(fā)明的優(yōu)點在于提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其通過在隔離層和有源區(qū)之間與光電二極管一起形成P+型區(qū)域和氧化層防止有源區(qū)的離子擴散到隔離層中并由此而不產生暗電流。
本發(fā)明的其他優(yōu)點、目的和特征將作為說明書的一部分隨后闡述，在本領域技術人員分析以下內容的基礎上變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
為了實現這些和其它優(yōu)點，并且根據本發(fā)明的目的，如本文中所體現和概括描述的，根據本發(fā)明的CMOS圖像傳感器包括第一導電型半導體襯底，由有源區(qū)和器件隔離區(qū)限定；隔離層，形成在襯底的器件隔離區(qū)中；第二導電型擴散區(qū)，形成在襯底的有源區(qū)中；第一導電型摻雜區(qū)，形成在襯底的器件隔離區(qū)中，該第一導電型摻雜區(qū)圍繞隔離區(qū)；以及介電層，形成在隔離層和第一導電型摻雜區(qū)之間，其中，第一導電型摻雜區(qū)和介電層位于隔離層和第二導電型擴散區(qū)之間。
在本發(fā)明的另一方面，根據本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制造方法包括以下的步驟在由有源區(qū)和器件隔離區(qū)限定的第一導電型半導體襯底上方按順序形成襯墊氧化層以及氮化物層；選擇性地蝕刻氮化物層以形成開口，通過該開口暴露襯墊氧化層的一部分；使用被選擇性蝕刻的氮化物層作為掩模，形成第一導電型摻雜區(qū)；在開口的側壁上形成隔離物；使用蝕刻的氮化物層和隔離物作為掩模，選擇性地蝕刻襯墊氧化層的暴露部分以及與此對應的襯底以形成溝道；在溝道中形成介電層；在介電層上形成隔離層以填充溝道；去除隔離物、氮化物層以及襯墊氧化層；以及在襯底的有源區(qū)中形成第二導電型擴散區(qū)，如此在第二導電型擴散區(qū)和隔離層之間是對應第一導電型摻雜區(qū)和介電層的空間。
應該了解，前面的概述以及后面的本發(fā)明的詳述是示例性和說明性的，目的在于提供對所要求的本發(fā)明的進一步的說明。


附圖提供了對本發(fā)明的進一步的理解，其被并入并構成了本說明書的一部分，說明本發(fā)明的實施例，并與說明書一起解釋本發(fā)明原理。
在附圖中圖1是CMOS圖像傳感器的單位像素的一般布局圖；圖2是根據相關技術的3T型CMOS圖像傳感器的橫截面圖，示出了根據圖1中線II-II’的光電二極管和復位晶體管；圖3是本發(fā)明的3T型CMOS圖像傳感器的橫截面圖，示出了根據圖1中線II-II’的光電二極管和復位晶體管；以及圖4a至4f是示出根據本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制造方法的過程的橫截面圖。
具體實施例方式
以下將詳細參照本發(fā)明的實施例，其實例在附圖中示出。
圖3是根據本發(fā)明實施例的3T型CMOS圖像傳感器的橫截面圖，示出了根據圖1中線II-II’的光電二極管和復位晶體管。
參照圖3，P-型EPI層201形成在由有源區(qū)(圖1中的10)和器件隔離區(qū)限定的P++型半導體襯底200上。隔離層220形成在器件隔離區(qū)中。半導體襯底200的有源區(qū)是由光電二極管區(qū)和晶體管區(qū)限定的。
柵極氧化層221以及柵極223順序地形成在EPI層201上以形成圖1所示的復位晶體管。絕緣隔離物(spacer)225形成在柵極223的側壁上。N-型擴散區(qū)231形成在對應光電二極管區(qū)的EPI層201的區(qū)域中。在EPI層201的表面中，在柵極223的旁邊形成源/漏(圖1的S/D)區(qū)，其中，源/漏區(qū)包括高濃度n型擴散區(qū)(n+)226和低濃度n型擴散區(qū)(n-)224。
根據本發(fā)明，P+型摻雜區(qū)210和熱氧化層211形成在隔離層220和N-型擴散區(qū)231之間。P+型摻雜區(qū)210和熱氧化層211防止在傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器中存在的暗電流的問題，該傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器具有與N-型擴散區(qū)直接連接的隔離層。當將N-型離子注入到半導體襯底中以形成光電二極管時，都位于隔離層220和N-型擴散區(qū)231之間的P+型摻雜區(qū)210和熱氧化層211防止N-型離子滲透到隔離層220中。
P+型摻雜區(qū)210是通過將EPI層201摻雜硼(B)形成的。P+型摻雜區(qū)210的厚度可為2500-4000。熱氧化層211是使用熱氧化處理形成的。熱氧化層211的厚度可為50-500。在熱氧化處理過程中，P+型摻雜區(qū)210的硼(B)的徑向擴散通過空隙注入而增加。在隨后的阱(well)退火處理中，防止硼(B)滲透到光電二極管的N-型擴散區(qū)231中。
圖4a至4f是示出了根據本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制造方法的處理的橫截面圖。
在下文中，將對本發(fā)明的方法進行詳細地描述，并且集中描述在半導體襯底上形成隔離層和光電二極管區(qū)。
參照圖4a，通過使用外延處理，在諸如高濃度第一導電型(P++型)單晶硅等的半導體襯底200上形成低濃度第一導電型(P-型)EPI層201。形成EPI層201以通過能夠使形成的光電二極管的耗盡區(qū)寬且深來提高低電壓光電二極管的光敏性和存儲光電荷的能力。
在EPI層201上形成襯墊氧化層202。然后在襯墊氧化層202上形成氮化物層203。
通過蝕刻，選擇性地去除氮化物層203以形成開口，通過該開口，暴露出襯墊氧化層202的一部分。
通過使用被選擇性去除的氮化物層203作為掩模來摻雜高濃度P型離子雜質，在EPI層201表面的右下方形成P+型摻雜區(qū)210。B或BF2可作為高濃度P型離子。
參照圖4b，在EPI層201的整個表面上，包括在選擇性形成圖樣的氮化物層203的上方，形成介電層(圖中未示出)。隨后，深蝕刻(etchback)后來形成的介電層以在氮化物層203中的開口的側壁上形成隔離物。
隨后，使用氮化物層203和隔離物204作為掩模，選擇性地蝕刻襯墊氧化物層202的暴露部分。
參照圖4c，使用氮化物層203和隔離物204作為掩模，選擇性地去除在其中形成有P+型摻雜區(qū)210的EPI層201以形成具有預定深度的溝道。在P+型摻雜區(qū)210中形成溝道205，使得整個溝道205被P+型摻雜區(qū)210包圍。
參照圖4d，通過熱氧化處理，在溝道205中形成厚度為50-500的熱氧化層206?？稍诖蠹s800-1150℃執(zhí)行熱氧化處理。形成的熱氧化層206與P+型摻雜區(qū)210直接接觸。在熱氧化處理期間，通過空隙注入，增加了在P+型摻雜區(qū)210中的B或BF2離子的徑向擴散。由此，阱退火處理用于防止B或BF2滲透到用于形成光電二極管的N-型擴散區(qū)231中(如圖4f所示)。
參照圖4e，在熱氧化物層206上形成隔離層220以填充溝道205。通過沉積SOG(旋涂玻璃)、USG(未摻雜的硅酸巖玻璃)、或TEOS型介電層，在包括溝道205的EPI層201的整個表面上形成隔離層220。其后，通過CMP(化學機械拋光)或回刻處理，去除溝道205內部以外的介電層。還通過清潔或平坦化處理去除隔離物204、氮化物層203以及襯墊氧化層202。
參照圖4f，在整個EPI層201上涂抹光刻膠(圖中未示出)并且將其形成圖樣之后，暴露出光電二極管區(qū)。隨后，通過使用形成圖樣的光刻膠(圖中未示出)作為掩模將N-型離子雜質注入到光電二極管區(qū)，在光電二極管區(qū)中形成N-型擴散區(qū)231。盡管在附圖中未示出，在形成N-型擴散區(qū)231之前，使用傳統(tǒng)的處理，在EPI層201的有源區(qū)上形成柵極氧化物和柵極。
通過遠離位于P+型摻雜區(qū)210和熱氧化層211之間的隔離層220形成N-型擴散區(qū)231，本發(fā)明的CMOS圖像傳感器基本上減少了否則可在光電二極管和隔離層220之間的邊界區(qū)域上產生的暗電流。
還可在N-型擴散區(qū)231上形成P°型擴散區(qū)(圖中未示出)。
此外，本發(fā)明提供了以下效果和優(yōu)點。
首先，本發(fā)明通過在光電二極管和隔離層之間形成P+型摻雜區(qū)210和熱氧化層211，最小化在光電二極管和隔離層之間的邊界區(qū)域上的暗電流。
通過減小暗電流，本發(fā)明可消除由于暗電流而發(fā)生的缺陷并且改進了CMOS圖像傳感器的可靠性。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，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，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括第一導電型半導體襯底，由有源區(qū)和器件隔離區(qū)限定；隔離層，形成在所述襯底的所述器件隔離區(qū)中；第二導電型擴散區(qū)，形成在所述襯底的所述有源區(qū)中；第一導電型摻雜區(qū)，形成在所述襯底的所述器件隔離區(qū)中，所述第一導電型摻雜區(qū)圍繞所述隔離區(qū)；以及介電層，形成在所述隔離層和所述第一導電型摻雜區(qū)之間，其中，所述第一導電型摻雜區(qū)和所述介電層位于所述隔離層和所述第二導電型擴散區(qū)之間。
2.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述介電層為熱氧化層。
3.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述介電層具有50-500的厚度。
4.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第一導電型摻雜區(qū)通過將B或BF2注入到所述器件隔離區(qū)中形成。
5.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第一導電型摻雜區(qū)具有2500-4000的厚度。
6.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第一導電型襯底包括高濃度第一導電型硅；以及低濃度第一導電型外延層，形成在所述高濃度第一導電型硅上。
7.一種CMOS圖像傳感器的制造方法，包括以下步驟在由有源區(qū)和器件隔離區(qū)限定的第一導電型半導體襯底上方按順序形成襯墊氧化層以及氮化物層；選擇性地蝕刻所述氮化物層以形成開口，通過所述開口暴露出所述襯墊氧化層的一部分；使用所述被選擇性蝕刻的氮化物層作為掩模，形成第一導電型摻雜區(qū)；在所述開口的側壁上形成隔離物；使用所述蝕刻的氮化物層和所述隔離物作為掩模，選擇性地蝕刻所述襯墊氧化層的暴露部分和下面的襯底以形成溝道；在所述溝道中形成介電層；在所述介電層上形成隔離層以填充所述溝道；去除所述隔離物、所述氮化物層以及所述襯墊氧化層；以及按照以下方式在所述襯底的所述有源區(qū)中形成第二導電型擴散區(qū)在所述第二導電型擴散區(qū)和所述隔離層之間是對應所述第一導電型摻雜區(qū)和所述介電層的空間。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，在所述溝道中形成所述介電層的步驟包括以800-1150℃熱氧化包括所述溝道的所述襯底的處理。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，形成的所述介電層具有50-500的厚度。
10.根據權利要求7所述的方法，其中，通過將B或BF2注入到所述襯底的所述器件隔離區(qū)中，來形成所述第一導電型摻雜區(qū)。
11.根據權利要求7所述的方法，其中，將所述第一導電型摻雜區(qū)形成為具有2500-4000的厚度。
12.根據權利要求7所述的方法，其中，通過在所述襯底的整個表面上形成氮化物層并且對所述氮化物層進行回刻，來形成所述隔離物。
13.根據權利要求7所述的方法，其中，所述第一導電型襯底包括高濃度第一導電型硅；以及低濃度第一導電型外延層，形成在所述高濃度第一導電型硅上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其中，CMOS圖像傳感器具有在光電二極管和隔離層之間的邊界區(qū)域上的最小的暗電流。本發(fā)明包括第一導電型摻雜區(qū)，形成在襯底的器件隔離區(qū)中，該第一導電型摻雜區(qū)圍繞隔離區(qū)；以及介電層，形成在隔離層和第一導電型摻雜區(qū)之間，其中，第一導電型摻雜區(qū)和介電層位于隔離層和第二導電型擴散區(qū)之間。
文檔編號H01L21/822GK1819234SQ20051013514
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權日2004年12月28日
發(fā)明者韓昌勛 申請人:東部亞南半導體株式會社