專利名稱：垂直cmos圖像傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直CMOS圖像傳感器的制造方法，更特別地，涉及一種通過控制離子注入的種類(或元素)、劑量和能量來減小或最小化(注入)插頭中的徑向擴(kuò)散的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器可被分為電荷耦合器件圖像傳感器CCD以及CMOS圖像傳感器。在CCD的情況下，金屬氧化硅MOS電容器彼此相鄰布置，并且將電載流子存儲(chǔ)在MOS電容器中并且從該MOS電容器中傳遞。在CMOS圖像傳感器中，MOS晶體管的數(shù)量通常對(duì)應(yīng)于像素的數(shù)量。CMOS技術(shù)通常用于形成作為外圍電路的控制電路和信號(hào)處理電路，從而使用MOS晶體管順序地輸出輸出信號(hào)。
在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的垂直CMOS圖像傳感器中，通常通過以高能量和大劑量注入磷，來形成深約2μm的插頭(其可被用于讀出例如紅色光電二極管的信號(hào))。在非常大劑量的情況下，可存在相對(duì)嚴(yán)重的徑向擴(kuò)散。因而，相鄰的光電二極管的隔離特性可能惡化。
在下文中，將描述一種根據(jù)相關(guān)技術(shù)的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法。
圖1是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法的橫截面圖。
如圖1所示，紅色光電二極管11形成在第一外延層(未示出)中，并且第二外延層12在其上生長(zhǎng)至大約2μm的厚度。隨后，在第二外延層12上形成第一光刻膠圖樣(未示出)，其中，第一光刻膠圖樣(未示出)具有用于插頭的開口部分。為了與紅色光電二極管11電連接，使用第一光刻膠圖樣作為掩模，磷離子以高能量(例如，1200keV)以及以中等能量(例如，500keV)注入到第二外延層12中以形成插頭13。在去除第一光刻膠圖樣后，第二光刻膠圖樣(未示出)形成在第二外延層12上。隨后，通過離子注入，在第二外延層12中形成綠色光電二極管14，并且去除第二光刻膠圖樣。
接下來，在包括有綠色光電二極管14的第二外延層12上形成第三外延層15，并且在第三外延層15中形成STI(淺溝道隔離)層16。隨后，第三光刻膠圖樣(未示出)形成在第三外延層15上，并且通過離子注入，在第三外延層15中形成第二插頭17。
此外，在包括STI層16的第三外延層15上形成第四光刻膠圖樣(未示出)，并且通過離子注入形成藍(lán)色光電二極管18。
在上述的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的垂直CMOS圖像傳感器中，由于第一插頭的徑向擴(kuò)散，相鄰的光電二極管之間的隔離特性可能劣化。因此，由于隔離特性的惡化，很難減小單位像素的尺寸。
根據(jù)相關(guān)技術(shù)的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法具有以下的缺點(diǎn)。
在可能形成注入插頭的深度約為2μm的地方(例如，用于讀出紅色光電二極管的信號(hào))，由于大劑量的磷注入(并且可能在某種程度上為大劑量與高能量結(jié)合)，徑向擴(kuò)散可能很嚴(yán)重。因此，由于隔離特性的惡化，可能具有關(guān)于減小單位像素尺寸的限制。結(jié)果，很難獲得(或?qū)崿F(xiàn)可能的)高集成的垂直CMOS圖像傳感器，并且很難降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種用于垂直CMOS圖像傳感器的制造方法，其基本上消除了由于相關(guān)技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于垂直CMOS圖像傳感器的制造方法(其通常通過最小化插頭注入的徑向擴(kuò)散來提高集成度以及減小單位像素的尺寸)，在該方法中，以控制的劑量和能量注入磷離子和砷離子。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將部分地在隨后的說明書中闡述，部分地在本領(lǐng)域技術(shù)人員分析以下內(nèi)容的基礎(chǔ)上變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和達(dá)到。
為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文中所體現(xiàn)和概括描述的，一種用于垂直CMOS圖像傳感器的制造方法包括在半導(dǎo)體襯底中形成第一光電二極管；在包括第一光電二極管的半導(dǎo)體襯底上形成第一外延層；通過將第一和第二離子順序地注入第一外延層中，來形成第一插頭；在第一外延層中形成第二光電二極管；在包括第二光電二極管的第一外延層上形成第二外延層；在第二外延層中形成隔離區(qū)；以及在第二外延層中形成第三光電二極管和第二插頭。
此時(shí)，形成第一插頭的過程包括在第一外延層中形成限定第一插頭區(qū)域的光刻膠圖樣；通過光刻膠圖樣，以1500keV的能量注入磷離子，以1200keV的能量注入砷離子，并且以500keV的能量注入砷離子。
此外，可以以小劑量注入磷離子，并且可以以大劑量注入砷離子。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的先前的概述和隨后的詳述都是示例性的和說明性的，目的在于提供對(duì)所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步說明。


附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并入并且構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分。

本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起解釋本發(fā)明原理。在附圖中圖1示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法的橫截面圖；圖2至圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法的橫截面圖；以及圖6和圖7示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)和根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器中的結(jié)合特性比較的二維仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
以下將詳細(xì)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的附圖標(biāo)號(hào)表示相同或相似的部件。
在下文中，將參照附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法進(jìn)行說明。
圖2至圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法的橫截面圖。
參照?qǐng)D2，第一外延層可生長(zhǎng)(通常通過傳統(tǒng)的硅或硅-鍺的外延生長(zhǎng))在半導(dǎo)體襯底30上，并且第一光刻膠涂覆在包括第一外延層的半導(dǎo)體襯底30上。(可選地，在沒有首先形成外延層的情況下，可使用可能與這種外延層相似的具有一定預(yù)定性質(zhì)或特性的單晶硅襯底。)隨后，通過傳統(tǒng)的光刻法和顯影，在半導(dǎo)體襯底30上形成第一光刻膠圖樣32，其中，第一光刻膠圖樣32在對(duì)應(yīng)紅色光電二極管的襯底或外延層的預(yù)定部分或者區(qū)域中設(shè)置開口。然后，通常通過離子注入(例如，以適于形成這種光電二極管的能量，例如在此所述的相對(duì)低的能量，注入用于這種光電二極管的傳統(tǒng)劑量的傳統(tǒng)摻雜物)，來形成紅色光電二極管31，并且去除第一光刻膠圖樣32。
如圖3所示，在包括紅色光電二極管31的半導(dǎo)體襯底30上形成2μm厚的第二外延層33(通常通過硅或硅-鍺的傳統(tǒng)外延生長(zhǎng)而形成)。然后，在第二外延層33上涂覆第二光刻膠。隨后，通過傳統(tǒng)的光刻法和顯影，在半導(dǎo)體襯底30上形成第二光刻膠圖樣34，其中，第二光刻膠圖樣34設(shè)置有通向?qū)?yīng)第一插頭(其提供了與紅色光電二極管31的電連接)的外延層33的預(yù)定部分或區(qū)域的開口。通過使用第二光刻膠圖樣34作為掩模注入雜質(zhì)離子，在對(duì)應(yīng)開口的第二外延層33的預(yù)定部分中形成第一插頭35。
在下文中，將詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的第一插頭的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，使用第二光刻膠圖樣34作為掩模，以相對(duì)高能量(例如，從大約1000keV至大約2000keV，優(yōu)選地從大約1200keV至大約1800keV，以及在一個(gè)實(shí)施例中大約為1500keV)注入小劑量的磷離子(例如，從大約5×1012至大約1×1013個(gè)原子/cm2)。并隨后，使用第二光刻膠圖樣34作為掩模，以相對(duì)高的能量(例如，從大約1000keV至大約1500keV，以及在一個(gè)實(shí)施例中大約為1200keV)注入一定劑量(例如，從大約5×1012至大約5×1013原子/cm2，優(yōu)選地從大約7×1012至大約8×1012原子/cm2)的砷離子，從而形成第一插頭35。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，使用第二光刻膠圖樣34作為掩模，以相對(duì)高的能量(例如，從大約1000keV至大約2000keV，優(yōu)選地從大約1200keV至大約1800keV，并且在一個(gè)實(shí)施例中大約為1500keV)注入小劑量的磷離子(例如，從大約5×1012至大約1×1013原子/cm2)。以相對(duì)高的能量(例如，從大約1000keV至大約1500keV，并且在一個(gè)實(shí)施例中大約為1200keV)注入一定劑量的(例如，從大約7×1012至大約8×1012原子/cm2)砷離子。并隨后，以相對(duì)低的能量(例如，從大約300keV至大約1000keV，優(yōu)選地從大約400keV至大約800keV并且在一個(gè)實(shí)施例中大約為500keV)注入一定劑量的(例如，從大約7×1012至大約8×1012原子/cm2)砷離子，從而形成第一插頭35。在第一和第二實(shí)施例中，離子注入的順序是可改變的。
在光刻膠圖樣34中的開口的尺寸可等于或小于用于形成圖1所示的相關(guān)技術(shù)中的插頭13的對(duì)應(yīng)開口的尺寸。由此，可改進(jìn)第一插頭35的垂直連通性，并且即使光刻膠圖樣34中的開口尺寸與用于形成圖1中插頭13的對(duì)應(yīng)開口尺寸相同，也可以通過減少插頭35中的摻雜物(例如，磷)劑量來減少或防止來自第一插頭35的摻雜物的徑向擴(kuò)散。
參照?qǐng)D4，在去除第二光刻膠圖樣34后，涂覆第三光刻膠。隨后，通過傳統(tǒng)的光刻法和顯影形成第三光刻膠圖樣36，該第三光刻膠圖樣在對(duì)應(yīng)綠色光電二極管的預(yù)定部分或區(qū)域中具有開口。然后，可使用第三光刻膠圖樣36作為掩模，通過注入離子(例如，以適于形成這種光電二極管的能量，例如在此所述的相對(duì)低的能量，注入用于這種光電二極管的傳統(tǒng)劑量的傳統(tǒng)摻雜物)，形成綠色光電二極管37，并隨后去除第三光刻膠圖樣36。
參照5，在包括綠色光電二極管37的第二外延層33上形成第三外延層38(通常通過硅或硅-鍺的傳統(tǒng)外延生長(zhǎng)而形成)。然后，通常通過濕和/或干熱氧化(例如，在STI溝道中形成襯里氧化物(liner oxide))和/或塊硅氧化物的傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積(其可為等離子增強(qiáng)型和/或等離子輔助型)來填充溝道，隨后通過化學(xué)機(jī)械拋光和/或深蝕刻來從溝道以外的區(qū)域中去除氧化物，來進(jìn)行傳統(tǒng)的STI(淺溝道隔離)處理以部分蝕刻第三外延層38并且在其中形成絕緣層(例如，二氧化硅)，由此，形成隔離區(qū)39。
隨后，在包括隔離區(qū)39的第三外延層38上形成第四光刻膠圖樣。此外，通過傳統(tǒng)的離子注入(例如，以適于形成穿過第三外延層38的注入插頭40的一個(gè)或多個(gè)能量注入中等至大劑量的磷和/或砷)，可形成第二插頭40以提供與綠色光電二極管37的電連接。在去除第四光刻膠圖樣后，在第三外延層38上形成第五光刻膠圖樣，并且通過離子注入形成藍(lán)色光電二極管41(例如，以適于形成這種光電二極管的能量，例如在此所述的相對(duì)低的能量，使用用于這種光電二極管的傳統(tǒng)劑量的傳統(tǒng)摻雜物進(jìn)行注入)?？蛇x地，除了在此所述的紅、綠以及藍(lán)光電二極管以外，可采用包括品紅色、黃色、以及青色光電二極管的垂直光電傳感器。
圖6和圖7示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)和根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器中的結(jié)合特性比較的二維仿真結(jié)果。
在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的垂直CMOS圖像傳感器(圖6所示)中，廣泛地產(chǎn)生徑向擴(kuò)散。其間，根據(jù)二維剖面圖可以看出，在根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器(圖7所示)的情況下，即使在兩種方法中在相同區(qū)域(例如，通過相同尺寸的光刻膠開口)中形成注入插頭，也可減小或防止這種徑向擴(kuò)散，而不產(chǎn)生垂直特性中的問題。這樣，可通過獲得相鄰光電二極管之間的足夠間隔來改進(jìn)隔離特性。也就是說，在根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器中，利用磷和砷的擴(kuò)散特性來改進(jìn)第一插頭35的隔離特性，從而通過減小單位像素的尺寸提高了圖像傳感器的集成度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法具有以下優(yōu)勢(shì)。
在根據(jù)本發(fā)明的垂直CMOS圖像傳感器的制造方法中，為了形成用于讀出光電二極管的信號(hào)的插頭，在控制摻雜物劑量和能量的同時(shí)，注入磷和/或砷離子。這樣，可以通過減小或最小化插頭中摻雜物的徑向擴(kuò)散來改進(jìn)相鄰光電二極管之間的隔離特性。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，可以減少單位像素的尺寸并且可以提高垂直CMOS圖像傳感器的集成度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種垂直CMOS圖像傳感器的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底中形成第一光電二極管；在包括所述第一光電二極管的所述半導(dǎo)體襯底上形成第一外延層；通過將第一和第二離子順序地注入所述第一外延層中，形成第一插頭；在所述第一外延層中形成第二光電二極管；在包括所述第二光電二極管的所述第一外延層上形成第二外延層；在所述第二外延層中形成隔離區(qū)；以及在所述第二外延層中形成第三光電二極管和第二插頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述第一插頭的過程包括在所述第一外延層中形成限定所述第一插頭區(qū)域的光刻膠圖樣；以及使用所述光刻膠圖樣作為掩模，將磷離子和砷離子注入所述第一外延層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，以1200keV至1800keV的能量注入所述磷離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，以1500keV的能量注入所述磷離子。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，以1000keV至1500keV的能量注入所述砷離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，以1200keV的能量注入所述砷離子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述第一插頭的過程包括在所述第一外延層中形成限定所述第一插頭區(qū)域的光刻膠圖樣；使用所述光刻膠圖樣作為掩模，將磷離子注入所述第一外延層中；使用所述光刻膠圖樣作為掩模，將第一砷離子注入所述第一外延層中；以及使用所述光刻膠圖樣作為掩模，將第二砷離子注入所述第一外延層中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，以1200keV至1800keV的能量注入所述磷離子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，以1500keV的能量注入所述磷離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，以1000keV至1500keV的能量注入所述第一砷離子。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，以1200keV的能量注入所述第一砷離子。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，以400keV至800keV的能量注入所述第二砷離子。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，以500keV的能量注入所述第二砷離子。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，注入小劑量的磷離子，以及注入大劑量的砷離子。
15.一種垂直CMOS圖像傳感器的制造方法，包括通過將具有相對(duì)低分子量的第一離子以小劑量和高能量注入所述第一外延層中并將具有相對(duì)高分子量的第二離子以大劑量和低能量注入所述第一外延層中，以在其中具有第一光電二極管的半導(dǎo)體襯底上的所述第一外延層中形成第一插頭；以及在所述第一外延層中形成第二光電二極管。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，形成所述第一插頭的過程包括通過限定所述第一插頭區(qū)域的光刻膠圖樣，將磷離子以相對(duì)高的能量注入所述第一外延層中以及將砷離子以相對(duì)低的能量注入所述第一外延層中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，以大約1000keV至大約2000keV的能量注入所述磷離子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，以大約1500keV的能量注入所述磷離子。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，以大約1000keV至大約1500keV的能量注入所述砷離子。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，以大約1200keV的能量注入所述砷離子。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括通過所述光刻膠圖樣，以中等能量注入所述砷離子。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，注入小劑量的磷離子。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，注入劑量大約為5×1012至大約為1×1013原子/cm2的磷離子。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，注入大劑量的砷離子。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，注入劑量大約為5×1012至大約為5×1013原子/cm2的砷離子。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在所述第一外延層上形成第二外延層，以及在所述第二外延層中形成第三光電二級(jí)管和第二插頭。
27.一種垂直CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，在其中具有第一光電二極管；第一外延層，在所述半導(dǎo)體襯底上，具有在所述第一外延層中的第一插頭，所述第一插頭包括(i)相對(duì)小劑量的第一離子，具有相對(duì)低的分子量和相對(duì)深的深度；以及(ii)相對(duì)大劑量的第二離子，具有相對(duì)高的分子量和相對(duì)淺的深度；以及在所述第一外延層中的第二光電二極管。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第一離子包括劑量大約為5×1012至大約為1×1013原子/cm2并且深度達(dá)到大約2μm的磷。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述第二離子包括劑量大約為5×1012至大約為5×1013原子/cm2的砷。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CMOS圖像傳感器，還包括在所述第一外延層上的第二外延層，所述第二外延層在其中包括第三光電二極管和第二插頭。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CMOS圖像傳感器，所述第二外延層在其中還包括隔離結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直CMOS圖像傳感器的制造方法，以通過最小化徑向擴(kuò)散來減小像素尺寸以提高集成度，其中，在控制劑量和能量時(shí)，注入磷離子和砷離子，該方法包括在半導(dǎo)體襯底中形成第一光電二極管；在半導(dǎo)體襯底上形成第一外延層；通過將第一和第二離子順序地注入第一外延層，形成第一插頭；在第一外延層中形成第二光電二極管；在第一外延層中形成第二外延層；在第二外延層中形成隔離區(qū)；以及在第二外延層中形成第三光電二極管和第二插頭。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1819236SQ200510135150
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者李相基 申請(qǐng)人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社