專利名稱：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CMOS圖像傳感器的制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器的制造方法，其能夠在形成光電二極管時(shí)防止高能注入的摻雜劑滲透到柵電極的下部，從而防止晶體管的電流泄漏與閾值電壓的變化。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器是一種用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，并且其分為電荷耦合器件(CCD)和CMOS圖像傳感器。
CCD具有多個(gè)布置成矩陣形式的光電二極管(PD)，以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。CCD包括多個(gè)垂直電荷耦合器件(VCCD)，其設(shè)置于矩陣內(nèi)垂直布置的光電二極管之間，以便當(dāng)從各光電二極管產(chǎn)生電荷時(shí)沿垂直方向轉(zhuǎn)移電荷；多個(gè)水平電荷耦合器件(HCCD)，其用于沿水平方向轉(zhuǎn)移已從VCCD轉(zhuǎn)移的電荷；以及讀出放大器，其用于通過(guò)讀出沿水平方向轉(zhuǎn)移的電荷而輸出電信號(hào)。
然而，此類CCD具有多種缺點(diǎn)，例如復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)模式、高功耗等。此外，CCD需要多個(gè)步驟的光處理，因而CCD的制造工藝復(fù)雜。另外，由于難以將控制器、信號(hào)處理器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)集成于CCD的單個(gè)芯片上，所以CCD不適用于尺寸緊湊的產(chǎn)品。
近來(lái)，CMOS圖像傳感器作為能夠解決CCD的問(wèn)題的下一代圖像傳感器而成為受關(guān)注的焦點(diǎn)。CMOS圖像傳感器是一種采用切換模式(switchingmode)的器件，以利用MOS晶體管來(lái)順序地檢測(cè)各單位像素的輸出，其中通過(guò)使用諸如控制器和信號(hào)處理器之類的外圍器件的CMOS技術(shù)，在半導(dǎo)體襯底上形成對(duì)應(yīng)于單位像素的MOS晶體管。也就是說(shuō)，CMOS傳感器在各單位像素內(nèi)包括光電二極管和MOS晶體管，并在切換模式下順序地檢測(cè)各單位像素的電信號(hào)以實(shí)現(xiàn)圖像。由于CMOS圖像傳感器利用CMOS技術(shù)，所以CMOS圖像傳感器具有諸如低功耗和由于較少數(shù)量的光處理(photoprocessing)步驟而產(chǎn)生的制造工藝簡(jiǎn)單之類的有利優(yōu)點(diǎn)。此外，因?yàn)榭刂破?、信?hào)處理器和A/D轉(zhuǎn)換器可以集成于CMOS圖像傳感器的單個(gè)芯片上，所以CMOS圖像傳感器允許產(chǎn)品尺寸緊湊。因此，CMOS圖像傳感器已經(jīng)廣泛用于各種應(yīng)用，例如數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等。
下文中，將描述傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的制造方法。
圖1A至1C為示出了傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的剖視圖。
如圖1A所示，在P型半導(dǎo)體襯底100上形成低密度P型(P-)外延層110。隨后，通過(guò)使用限定有源區(qū)和隔離區(qū)的掩模，來(lái)對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行曝光和顯影工藝，將形成于該隔離區(qū)內(nèi)的外延層110蝕刻至預(yù)定的深度，從而形成溝槽。半導(dǎo)體襯底100上形成O3TEOS(正硅酸四乙酯)膜，以在溝槽中填充O3TEOS，隨后通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝進(jìn)行圖案化以使O3TEOS膜僅保留于溝槽中，從而在隔離區(qū)中形成隔離層120。
隨后，在半導(dǎo)體襯底100的整個(gè)表面上順序地形成絕緣層和導(dǎo)電層，而后選擇性地去除所述絕緣層和導(dǎo)電層，從而形成柵電極140和柵絕緣層130。
隨后，形成光致抗蝕劑圖案(未示出)以僅露出外延層110的與源極/漏極區(qū)相對(duì)應(yīng)的部分，且將低密度N型摻雜劑注入到所得結(jié)構(gòu)中，從而形成用于輕摻雜漏極(LDD)的低密度N型雜質(zhì)區(qū)。
如圖1B所示，在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上沉積光致抗蝕劑膜(未示出)，隨后對(duì)于所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行曝光和顯影工藝，從而形成光致抗蝕劑圖案以露出光電二極管區(qū)。此時(shí)，光致抗蝕劑圖案允許露出柵電極140的一部分。隨后，通過(guò)高能離子注入工藝將N型摻雜劑注入到形成于光電二極管區(qū)內(nèi)的外延層110中，并進(jìn)行擴(kuò)散工藝，從而形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)160。之后，去除該光致抗蝕劑圖案。
如圖1C所示，在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上沉積絕緣層，并對(duì)于所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行回蝕工藝，由此在柵電極140的兩側(cè)形成間隔件170。隨后，形成光致抗蝕劑圖案(未示出)以能夠露出形成于源極/漏極區(qū)內(nèi)或源極/漏極區(qū)附近的間隔件，且隨后將高密度N型摻雜劑注入到該源極/漏極區(qū)的上部，從而形成高密度N型雜質(zhì)區(qū)180。此外，形成光致抗蝕劑圖案(未示出)以露出形成于光電二極管區(qū)內(nèi)或光電二極管區(qū)附近的間隔件，且隨后將P型摻雜劑注入N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)160的上部，從而形成光電二極管P型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)190。
然而，在用于形成光電二極管的高能N型摻雜劑注入工藝期間，由于高能離子注入，可通過(guò)柵電極140而將N型摻雜劑摻雜到位于柵絕緣層130的下部的溝道區(qū)中。
換而言之，由于將N型摻雜劑摻雜到形成于柵電極140下方的溝道區(qū)的范圍，晶體管的閾值Vth降低到等于或小于目標(biāo)值的水平，因而就可能增加斷態(tài)漏電流(off leakage current)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問(wèn)題而做出本發(fā)明，因此本發(fā)明的目的在于提供一種CMOS圖像傳感器的制造方法，其能夠在形成光電二極管時(shí)防止高能注入的摻雜劑滲透到柵電極的下部，從而防止晶體管的電流泄漏與閾值電壓的變化。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供一種CMOS圖像傳感器的制造方法，該制造方法包括以下步驟在包括光電二極管區(qū)和晶體管區(qū)的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的晶體管區(qū)上形成柵電極；在該柵電極上形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物層；以及注入第二導(dǎo)電型摻雜劑以在該半導(dǎo)體襯底的光電二極管區(qū)內(nèi)形成光電二極管。
優(yōu)選地，所述注入第二導(dǎo)電型摻雜劑的步驟包括以下子步驟在包括該自對(duì)準(zhǔn)硅化物層的該半導(dǎo)體表面的整個(gè)表面上沉積光致抗蝕劑膜；圖案化該光致抗蝕劑膜以露出該半導(dǎo)體襯底的光電二極管區(qū)和與所述光電二極管區(qū)相鄰的部分自對(duì)準(zhǔn)硅化物層；以及通過(guò)使用圖案化的光致抗蝕劑膜和自對(duì)準(zhǔn)硅化物層的露出部分作為掩模，將第二導(dǎo)電型摻雜劑注入到露出的光電二極管區(qū)中。在本發(fā)明中，可以100KeV或以下的能量注入所述第一導(dǎo)電型摻雜劑，以介于100KeV和200KeV之間的能量注入所述第二導(dǎo)電型摻雜劑。


圖1A至圖1C為示出了傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的剖視圖；以及圖2A至圖2C為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參考附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制造方法。
圖2A至圖2C為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的剖視圖。
如圖2A所示，在P型半導(dǎo)體襯底200上形成低密度P型(P-)外延層201。隨后，在外延層201上涂布光致抗蝕劑膜(未示出)。之后，通過(guò)使用限定有源區(qū)和隔離區(qū)的掩模，來(lái)對(duì)該光致抗蝕劑膜進(jìn)行曝光和顯影工藝，從而形成光致抗蝕劑圖案，以便僅露出外延層201的與隔離區(qū)相對(duì)應(yīng)的部分。通過(guò)使用該光致抗蝕劑圖案作為掩模，將露出的外延層201蝕刻至預(yù)定深度，從而形成溝槽(未示出)。之后去除該光致抗蝕劑圖案。
隨后，在外延層201的整個(gè)表面上形成O3TEOS膜(未示出)，以在該溝槽中填充O3TEOS膜，隨后對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝以使O3TEOS膜僅保留于該溝槽中，從而在隔離區(qū)中形成隔離層202。
在形成有隔離層202的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上順序地形成絕緣層(未示出)和導(dǎo)電層(未示出)，而后選擇性地去除所述絕緣層和導(dǎo)電層，從而形成柵電極204和柵絕緣層203。
隨后，形成光致抗蝕劑圖案(未示出)以便可以僅露出外延層201的與源極/漏極區(qū)相對(duì)應(yīng)的部分，并通過(guò)使用該光致抗蝕劑圖案作為掩模，注入低密度N型離子，從而形成用于輕摻雜漏極(LDD)的低密度N型雜質(zhì)區(qū)205。隨后，去除該光致抗蝕劑圖案。
如圖2B所示，在柵絕緣層203和柵電極204的兩個(gè)側(cè)壁處形成間隔件206。間隔件206具有氧化物/氮化物(ON)層結(jié)構(gòu)或氧化物/氮化物/氧化物(ONO)層結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上順序地形成氧化物層和氮化物層(在ONO結(jié)構(gòu)中，再在該氮化物層上形成氧化物層)之后，通過(guò)回蝕工藝可形成間隔件206。
之后，通過(guò)使用該光致抗蝕劑圖案(未示出)、柵電極和間隔件作為掩模，將高密度N型離子注入到半導(dǎo)體襯底的與源極/漏極區(qū)相對(duì)應(yīng)的部分中，從而形成高密度N型雜質(zhì)區(qū)207。
隨后，在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成包括鎢(W)或鈷(Co)的金屬層(未示出)，隨后對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱工藝，以在柵電極204和高密度N型雜質(zhì)區(qū)207的上表面上通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)硅化反應(yīng)(salicide reaction)而形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物層208。然后，選擇性地去除未經(jīng)過(guò)自對(duì)準(zhǔn)硅化反應(yīng)的殘余金屬層。
如圖2C所示，在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上沉積光致抗蝕劑膜(未示出)，且形成光致抗蝕劑圖案209以便可以通過(guò)曝光和顯影工藝而露出形成于光電二極管區(qū)內(nèi)的外延層201和和與所述光電二極管區(qū)相鄰的部分自對(duì)準(zhǔn)硅化物層208。
隨后，通過(guò)使用光致抗蝕劑圖案209和露出的自對(duì)準(zhǔn)硅化物層208作為掩模，將N型摻雜劑注入到所得結(jié)構(gòu)中，而后對(duì)該所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)散工藝，從而形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。使用100KeV至250KeV的高能量注入所述N型摻雜劑，以便可深深地注入所述N型摻雜劑。此時(shí)，由于用作掩模的柵電極上的自對(duì)準(zhǔn)硅化物層208作為離子注入阻擋層(barrier)，所以使用高能量注入離子，自對(duì)準(zhǔn)硅化物層208也可以防止注入的離子滲透到柵電極的下部。因此，自對(duì)準(zhǔn)硅化物層208可以防止發(fā)生晶體管的電流泄漏與閾值電壓的變化。
隨后，以100KeV或以下的低能量注入P型摻雜劑，并進(jìn)行擴(kuò)散工藝，從而在N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)210的上部形成P型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)211。然后，去除光致抗蝕劑圖案209。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。
自對(duì)準(zhǔn)硅化物在用于形成光電二極管的高能離子注入工藝之前形成于柵電極上，并用作高能離子注入阻擋層，因而防止注入的離子滲透到柵電極的下部。因此，自對(duì)準(zhǔn)硅化物層可防止發(fā)生晶體管的電流泄漏與閾值電壓的變化。
盡管已經(jīng)參考某些優(yōu)選實(shí)施例描述并示出了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器的制造方法，所述制造方法包括以下步驟在包括光電二極管區(qū)和晶體管區(qū)的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的晶體管區(qū)上形成柵電極；在所述柵電極上形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物層；以及注入第二導(dǎo)電型摻雜劑以在所述半導(dǎo)體襯底的光電二極管區(qū)內(nèi)形成光電二極管。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述注入第二導(dǎo)電型摻雜劑的步驟包括以下子步驟在包括所述自對(duì)準(zhǔn)硅化物層的半導(dǎo)體表面的整個(gè)表面上沉積光致抗蝕劑膜；圖案化所述光致抗蝕劑膜，以露出所述半導(dǎo)體襯底的光電二極管區(qū)和與所述光電二極管區(qū)相鄰的部分自對(duì)準(zhǔn)硅化物層；以及通過(guò)使用圖案化的光致抗蝕劑膜和所述自對(duì)準(zhǔn)硅化物層的露出部分作為掩模，將第二導(dǎo)電型摻雜劑注入到露出的光電二極管區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中該制造方法還包括將第一導(dǎo)電型摻雜劑注入到所述半導(dǎo)體襯底的所述光電二極管區(qū)中的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的制造方法，其中以第一能量注入所述第一導(dǎo)電型摻雜劑，以第二能量注入所述第二導(dǎo)電型摻雜劑，且所述第二能量高于所述第一能量。
5.如權(quán)利要求3所述的制造方法，其中以100KeV或以下的能量注入所述第一導(dǎo)電型摻雜劑，以介于100KeV和200KeV之間的能量注入所述第二導(dǎo)電型摻雜劑。
6.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物層的步驟包括以下子步驟在包括所述柵電極的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成金屬層；進(jìn)行引發(fā)自對(duì)準(zhǔn)硅化反應(yīng)的熱工藝；以及去除未經(jīng)過(guò)所述自對(duì)準(zhǔn)硅化反應(yīng)的金屬層。
7.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中所述金屬層包括鎢或鈷。
8.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述第一導(dǎo)電型摻雜劑包括P型摻雜劑，所述第二導(dǎo)電型摻雜劑包括N型摻雜劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種CMOS圖像傳感器的制造方法，其能夠在形成光電二極管時(shí)防止高能注入的摻雜劑滲透到柵電極的下部，從而防止晶體管的電流泄漏與閾值電壓的變化。該方法包括步驟在包括光電二極管區(qū)和晶體管區(qū)的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的晶體管區(qū)上形成柵電極；在該柵電極上形成自對(duì)準(zhǔn)硅化物層；以及注入第二導(dǎo)電型摻雜劑以在該半導(dǎo)體襯底的光電二極管區(qū)內(nèi)形成光電二極管。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1992209SQ20061015670
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者金成茂 申請(qǐng)人:東部電子股份有限公司