專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造CMOS圖像傳感器的方法，更具體地，涉及這樣一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其中將垂直型CMOS圖像傳感器中的摻雜劑注入工藝減至最小，以簡單地形成埋置型B-光電二極管。
背景技術：
一般而言，圖像傳感器是將光學圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導體器件。在圖像傳感器中，CMOS圖像傳感器是一種通過使用了外圍器件，例如控制電路和信號處理電路的CMOS技術，提供與像素數(shù)目對應的光電二極管，采用開關模式依次檢測輸出的器件。
已經(jīng)進行了研究，來制造光敏感度得到改善的各種圖像傳感器。
例如，CMOS圖像傳感器由光電二極管和CMOS邏輯電路組成，其中光電二極管用于感測光，CMOS邏輯電路用于將感測到的光處理為電信號，以將其變?yōu)閿?shù)據(jù)。為了改善光敏感度，或者，必須增加光電二極管在圖像傳感器區(qū)的總面積中所占的面積，或者，必須通過縮短光的路徑并在光電二極管的上部形成微透鏡，采用光聚集技術以在光電二極管區(qū)接收更多的光。
根據(jù)晶體管的數(shù)量，CMOS圖像傳感器分為3T型CMOS圖像傳感器、4T型CMOS圖像傳感器以及5T型CMOS圖像傳感器。3T型CMOS圖像傳感器包括一個光電二極管和三個晶體管，而4T型CMOS圖像傳感器包括四個晶體管。以下將說明3T型CMOS圖像傳感器的像素單元的等效電路圖和布局。
圖1為普通3T CMOS圖像傳感器的等效電路圖。圖2為示出3T MOS圖像傳感器的像素單元的布局示意圖。
如圖1所示，普通3T型CMOS圖像傳感器的像素單元包括一個光電二極管(PD)和三個NMOS晶體管T1、T2以及T3。光電二極管的負極連接至第一NMOS晶體管T1的漏極以及第二NMOS晶體管T2的柵極。
此外，第一NMOS晶體管T1和第二NMOS晶體管T2的源極連接至饋入基準電壓VR的電源線，而第一NMOS晶體管T1的柵極連接至饋入復位信號RST的復位線。
此外，第三NMOS晶體管T3的源極連接至第二NMOS晶體管的漏極。第三NMOS晶體管T3的漏極通過信號線連接至讀取電路(未示出)。第三NMOS晶體管T3的柵極連接至一提供選擇信號SLCT的列選擇線。
因此，第一NMOS晶體管T1被稱為復位晶體管Rx，第二NMOS晶體管T2被稱為驅(qū)動晶體管Dx，第三NMOS晶體管T3被稱為選擇晶體管Sx。
如圖2所示，在普通3T CMOS圖像傳感器的像素單元中限定了有源區(qū)10，使得一個光電二極管20形成在有源區(qū)10的較寬部分中，并且疊置的三個晶體管的柵電極120、130以及140形成在有源區(qū)10的剩余部分中。
也就是說，復位晶體管Rx通過柵電極120而形成，驅(qū)動晶體管Dx通過柵電極130而形成，選擇晶體管Sx通過柵電極140而形成。
在此，將摻雜劑注入晶體管的有源區(qū)10中除了柵電極120、130以及140的下部之外的部分，從而形成晶體管的源極和漏極區(qū)。
因此，電源電壓Vdd被提供給復位晶體管Rx與驅(qū)動晶體管Dx之間的源/漏極區(qū)，并且，形成于選擇晶體管Sx的一側(cè)的源/漏極區(qū)連接至讀取電路(未示出)。
盡管圖中未示出，柵電極120、130以及140被連接至信號線，并且各信號線的一端包括連接至外部驅(qū)動電路的焊盤。
以下，參照附圖描述制造傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的方法。
圖3A至圖3D為示出制造具有垂直光電二極管結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的方法的剖視圖。
如圖3A所示，將摻雜劑選擇性地注入半導體襯底31中，從而在光電二極管區(qū)中以不同的深度形成用于感測紅色以及綠色信號的R-光電二極管81以及G-光電二極管82。
然后，利用硬掩模(未示出)，例如氮化物層，蝕刻半導體襯底31的預定部分，從而將外圍電路區(qū)與像素區(qū)相互分離，以形成溝槽，沉積待埋置在溝槽內(nèi)的氧化物層，并通過化學機械拋光(CMP)法將表面平坦化，以形成淺溝槽隔離(STI)32。
在形成了STI 32的半導體襯底31的待形成PMOS的區(qū)域中，形成P阱區(qū)51，在半導體襯底上依次形成柵極氧化物層41和柵極42，并通過表面層離子注入(blanket ion implantation)方法，將低密度N型雜質(zhì)離子注入預定部分，以在NMOS晶體管區(qū)域中形成N型LDD區(qū)43。
然后，形成第一光致抗蝕劑圖案91，使得僅有PMOS區(qū)露出，并利用柵極42作為掩模，離子注入低密度P型雜質(zhì)，以在PMOS晶體管區(qū)中形成P型LDD區(qū)53。
接著，如圖3B所示，形成第二光致抗蝕劑圖案92，使得僅有光電二極管區(qū)露出，然后離子注入N型雜質(zhì)，以形成B-光電二極管83。
接著，如圖3C所示，在半導體襯底31的整個表面上沉積氧化物層，并進行整個表面的回蝕，以形成連接至柵極42側(cè)壁的側(cè)壁間隔件40。
形成第三光致抗蝕劑圖案93，使得僅有光電二極管區(qū)露出，并離子注入P型雜質(zhì)，以在B-光電二極管83中形成P型雜質(zhì)區(qū)83a。從而，完成埋置的B-光電二極管。
然后，如圖3D所示，用光致抗蝕劑(未示出)涂覆半導體襯底31的整個表面，進行圖案化，使得僅有NMOS晶體管區(qū)露出，并離子注入N型雜質(zhì)，例如砷(As)，以形成N型源極和漏極區(qū)44。
最后，去除上述光致抗蝕劑，涂覆另一種光致抗蝕劑，進行圖案化，使得僅有PMOS晶體管區(qū)露出，并離子注入P型雜質(zhì)，例如硼(B)，以形成P型源極和漏極區(qū)54。
此時，N型源極和漏極區(qū)44以及P型源極和漏極區(qū)54的區(qū)域比N型LDD區(qū)43以及P型LDD區(qū)53窄側(cè)壁間隔件40的寬度。
然而，上述制造CMOS圖像傳感器的方法有如下問題。
即，為了形成埋置型光電二極管，要用深的N型雜質(zhì)區(qū)來形成B-光電二極管，在相鄰的柵極側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔件，并且將P型雜質(zhì)離子注入N型雜質(zhì)區(qū)的表面，以完成埋置型光電二極管。為了形成埋置型光電二極管，要附加注入P型雜質(zhì)離子的PDP工藝，使得工藝復雜。
此外，形成側(cè)壁間隔件之后，形成P型雜質(zhì)區(qū)，使得電流在側(cè)壁間隔件下泄漏。在傳統(tǒng)技術中，對于解決電流泄漏的問題存在局限性。

發(fā)明內(nèi)容
構(gòu)思本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其中，當形成埋置型光電二極管時，在光電二極管區(qū)中同時形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)，因此可減少一個步驟，從而簡化制造工藝，并且，P型雜質(zhì)區(qū)形成在側(cè)壁間隔件之下，改善了光電二極管的泄漏電流。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，制造CMOS圖像傳感器的方法包括步驟提供半導體襯底，所述半導體襯底分為PMOS區(qū)、NMOS區(qū)以及二極管區(qū)；在所述半導體襯底上形成淺溝槽隔離(STI)；僅露出所述NMOS區(qū)，并注入低密度N型雜質(zhì)，以形成N型LDD區(qū)；露出所述二極管區(qū)和PMOS區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)；僅露出所述二極管區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成N型雜質(zhì)區(qū)；在柵極的兩個側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔件；僅露出所述NMOS區(qū)，并注入高密度N型雜質(zhì)，以形成N型源極和漏極區(qū)；以及僅露出所述PMOS區(qū)，并注入高密度P型雜質(zhì)，以形成P型源極和漏極區(qū)。
上述方法中，在露出所述二極管區(qū)和PMOS區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)的步驟中，所述P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)可通過一次性注入雜質(zhì)離子同時形成。
上述方法中，在露出所述二極管區(qū)和PMOS區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)的步驟中，可注入低密度P型雜質(zhì)離子。
上述方法中，所述側(cè)壁間隔件可在形成所述P型雜質(zhì)區(qū)之后形成。
上述方法中，在露出所述二極管區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成N型雜質(zhì)區(qū)的步驟中，可以4至7度的角度注入N型雜質(zhì)離子。
上述方法中，在以4至7度的角度注入N型雜質(zhì)離子的步驟中，可在所述柵極之下的P型雜質(zhì)區(qū)的底部上形成二極管結(jié)。
上述方法中，在僅露出所述二極管區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成N型雜質(zhì)區(qū)的步驟中，可形成埋置型B-光電二極管。
上述方法中，所述N型雜質(zhì)區(qū)可形成得比所述P型雜質(zhì)區(qū)更深。
上述方法中，在離子注入N型雜質(zhì)，以形成N型源極和漏極區(qū)的步驟中，可露出所述二極管區(qū)，并同時離子注入N型雜質(zhì)。
上述方法中，在所述半導體襯底上形成所述淺溝槽隔離之前，可進一步在所述二極管區(qū)中形成R-光電二極管和G-光電二極管。
上述方法中，所述R-光電二極管、G-光電二極管以及B-光電二極管可相互垂直地疊置。
上述方法中，在所述半導體襯底上形成柵極之前，可在所述PMOS區(qū)中形成P阱區(qū)。
上述方法中，在所述柵極下，可進一步形成柵極氧化物層。
上述方法中，所述N型雜質(zhì)可包括砷。
上述方法中，所述P型雜質(zhì)可包括硼。
本發(fā)明制造CMOS圖像傳感器的方法具有以下效果第一，可減少一個步驟，簡化工藝；第二，可在側(cè)壁間隔件的表面上形成P型雜質(zhì)區(qū)，因此能防止損壞表面，從而防止B-光電二極管的電流泄漏；第三，能夠改善B-光電二極管的動態(tài)范圍。


圖1為普通3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖；圖2為示出普通3T型CMOS圖像傳感器的像素單元的布局示意圖；圖3A至圖3D為示出制造具有傳統(tǒng)的垂直光電二極管結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的方法的過程的剖視圖；以及圖4A至圖4F為示出根據(jù)本發(fā)明制造具有垂直光電二極管結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的方法的過程的剖視圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明根據(jù)本發(fā)明制造CMOS圖像傳感器的方法。
圖4A至圖4F為示出根據(jù)本發(fā)明制造具有垂直光電二極管結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的方法的過程的剖視圖。
如圖4A所示，將雜質(zhì)離子選擇性地注入半導體襯底231中，從而在光電二極管區(qū)中以不同的深度形成用于感測紅色以及綠色信號的R-光電二極管281以及G-光電二極管282。
然后，為了將外圍電路區(qū)與像素區(qū)相互分離，利用硬掩模(未示出)，例如氮化物層，各向異性地蝕刻半導體襯底231的預定部分，以形成溝槽，沉積待埋置在溝槽內(nèi)的氧化物層，并通過化學機械拋光(CMP)法將表面平坦化，以形成淺溝槽隔離(STI)232。
在形成了STI 232的半導體襯底231的待形成PMOS的區(qū)域，形成P阱區(qū)251，在半導體襯底上依次沉積氧化物層和多晶硅，并利用柵極掩模進行圖案化，以形成柵極氧化物層241和柵極242。
在此，柵極可由單層多晶硅形成，然而，為了柵極的特定電阻以及高速電阻，可通過在柵極上疊置金屬來形成柵極。金屬主要用作擴散阻擋層、鎢的疊置層以及鎢的硅化物。
然后，將所得物用光致抗蝕劑圖案(未示出)覆蓋，使得僅有NMOS晶體管區(qū)露出，并通過表面層離子注入方法，將低密度N型雜質(zhì)注入預定部分，從而在NMOS晶體管區(qū)中形成N型LDD區(qū)243。
然后，如圖4C所示，形成第二光致抗蝕劑圖案292，使得僅有二極管區(qū)露出，并離子注入N型雜質(zhì)，例如砷，以形成用于感測藍色信號的B-光電二極管283。
然后，將所得物用第一光致抗蝕劑圖案291覆蓋，使得僅有PMOS晶體管區(qū)以及二極管區(qū)露出，并離子注入低密度P型雜質(zhì)，以在PMOS晶體管區(qū)中形成P型LDD區(qū)253，并且同時在二極管區(qū)中形成P型雜質(zhì)區(qū)283a。
當形成P型LDD區(qū)時，同時形成P型雜質(zhì)區(qū)283a，因此簡化了工藝，并且該P型雜質(zhì)區(qū)是在形成側(cè)壁間隔件的工藝之前形成的，因此二極管結(jié)形成在側(cè)壁間隔件之下。也就是說，由于P型雜質(zhì)區(qū)形成在側(cè)壁間隔件之下，所以防止了在側(cè)壁間隔件下產(chǎn)生泄漏電流。
如上所述，將低密度P型雜質(zhì)注入P型LDD區(qū)以及P型雜質(zhì)區(qū)中。由于僅在外圍電路中形成PMOS，所以不對控制性能造成影響。
然后，如圖4B所示，將所得物用第二光致抗蝕劑圖案292覆蓋，使得僅有二極管區(qū)露出，并離子注入N型雜質(zhì)，以形成N型雜質(zhì)區(qū)。此時，N型雜質(zhì)區(qū)被形成得比P型雜質(zhì)區(qū)更深。N型雜質(zhì)區(qū)變成B-光電二極管283，從而完成埋置型B-光電二極管。此時，當注入N型離子時，以4至7度的角度注入離子，從而在P型雜質(zhì)區(qū)283a之下形成二極管結(jié)。在此，可以控制注入離子的量，因此能形成光電二極管。
接著，如圖4C所示，在半導體襯底231的整個表面上沉積氧化物層或氮化物層，并進行整個表面的回蝕，以形成連接至柵極242的側(cè)壁的側(cè)壁間隔件240。
然后，如圖4D所示，將所得物用光致抗蝕劑圖案293覆蓋，使得僅有NMOS晶體管露出，并離子注入N型雜質(zhì)，例如砷，以形成N型源極和漏極區(qū)244。此時，由于B-光電二極管283為N型雜質(zhì)區(qū)，所以第三光致抗蝕劑圖案不需要覆蓋二極管區(qū)。
然后，如圖4E所示，將所得物用第四光致抗蝕劑圖案294覆蓋，從而去除第三光致抗蝕劑圖案293，并且僅有PMOS晶體管區(qū)露出，并離子注入P型雜質(zhì)，例如硼，以形成P型源極和漏極區(qū)254。
當去除第五光致抗蝕劑圖案295之后，如圖4F所示，就完成了埋置型光電二極管，該光電二極管的表面包括P型雜質(zhì)區(qū)283a。根據(jù)以上實施例，當注入N型雜質(zhì)離子時可使用砷，當注入P型雜質(zhì)離子時可使用硼。
雖然未示出，當在包括柵極的整個表面上形成層間絕緣層，并且穿過該層間絕緣層形成連接至源極和漏極區(qū)的源電極和漏電極之后，就完成了半導體器件的晶體管。然后，當通過互連工藝完成邏輯工藝之后，就最后完成了CMOS圖像傳感器。
雖然參照特定優(yōu)選實施例示出并描述了本發(fā)明，所屬領域技術人員應理解，在不脫離所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍，可以對本發(fā)明做各種形式和細節(jié)的變化。
根據(jù)本發(fā)明制造CMOS圖像傳感器的方法具有以下效果。
第一，當形成埋置型光電二極管并形成P型LDD區(qū)時，在光電二極管區(qū)中同時形成P型雜質(zhì)區(qū)，因此可以減少一個步驟，簡化工藝。也就是說，是以簡單的工藝形成埋置型光電二極管。
第二，形成側(cè)壁間隔件之前，在二極管區(qū)中形成P型雜質(zhì)區(qū)，從而能在側(cè)壁間隔件的表面上形成P型雜質(zhì)區(qū)。因此，能夠防止損壞表面，從而防止B-光電二極管的電流泄漏。
第三，由于可以使B-光電二極管上的結(jié)電容不同于B-光電二極管下的結(jié)電容，所以能夠改善B-光電二極管的動態(tài)范圍。
權利要求
1.一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法包括以下步驟提供半導體襯底，所述半導體襯底分為PMOS區(qū)、NMOS區(qū)以及二極管區(qū)；在所述半導體襯底上形成淺溝槽隔離；僅露出所述NMOS區(qū)，并注入低密度N型雜質(zhì)，以形成N型LDD區(qū)；露出所述二極管區(qū)和PMOS區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)；僅露出所述二極管區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成N型雜質(zhì)區(qū)；在柵極的兩個側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔件；僅露出所述NMOS區(qū)，并注入高密度N型雜質(zhì)，以形成N型源極和漏極區(qū)；僅露出所述PMOS區(qū)，并注入高密度P型雜質(zhì)，以形成P型源極和漏極區(qū)。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在露出所述二極管區(qū)和PMOS區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)的步驟中，所述P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)是通過同時注入雜質(zhì)離子同時形成的。
3.如權利要求1所述的方法，其中，在露出所述二極管區(qū)和PMOS區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)的步驟中，注入的是低密度P型雜質(zhì)離子。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述側(cè)壁間隔件是在形成所述P型雜質(zhì)區(qū)之后形成的。
5.如權利要求1所述的方法，其中，在露出所述二極管區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成N型雜質(zhì)區(qū)的步驟中，是以4至7度的角度注入N型雜質(zhì)離子。
6.如權利要求5所述的方法，其中，在以一角度離子注入N型雜質(zhì)的步驟中，在所述柵極之下的P型雜質(zhì)區(qū)的底部上形成二極管結(jié)。
7.如權利要求1所述的方法，其中，在僅露出所述二極管區(qū)，并注入雜質(zhì)，以形成N型雜質(zhì)區(qū)的步驟中，形成埋置型B-光電二極管。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述N型雜質(zhì)區(qū)形成得比所述P型雜質(zhì)區(qū)更深。
9.如權利要求1所述的方法，其中，在離子注入N型雜質(zhì)，以形成N型源極和漏極區(qū)的步驟中，露出所述二極管區(qū)，并同時離子注入N型雜質(zhì)。
10.如權利要求8所述的方法，其中，在所述半導體襯底上形成所述淺溝槽隔離之前，還在所述二極管區(qū)中形成R-光電二極管和G-光電二極管。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述R-光電二極管、G-光電二極管以及B-光電二極管相互垂直地疊置。
12.如權利要求1所述的方法，其中，在所述半導體襯底上形成柵極之前，在所述PMOS區(qū)中形成P阱區(qū)。
13.如權利要求1所述的方法，其中，在所述柵極下，還形成柵極氧化物層。
14.如權利要求1所述的方法，其中，所述N型雜質(zhì)包括砷。
15.如權利要求1所述的方法，其中，所述P型雜質(zhì)包括硼。
全文摘要
一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其中當形成埋置型光電二極管時，在光電二極管區(qū)中同時形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)，可減少一個步驟，簡化制造工藝，且P型雜質(zhì)區(qū)形成在側(cè)壁間隔件下，改善了光電二極管的泄漏電流。該方法包括步驟提供分為PMOS區(qū)、NMOS區(qū)以及二極管區(qū)的半導體襯底；在半導體襯底上形成STI；僅露出NMOS區(qū)并注入低密度N型雜質(zhì)，形成N型LDD區(qū)；露出二極管區(qū)和PMOS區(qū)并注入雜質(zhì)以形成P型雜質(zhì)區(qū)和P型LDD區(qū)；僅露出二極管區(qū)并注入雜質(zhì)以形成N型雜質(zhì)區(qū)；在柵極的兩側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔件；僅露出NMOS區(qū)并注入高密度N型雜質(zhì)以形成N型源極和漏極區(qū)；僅露出PMOS區(qū)并注入高密度P型雜質(zhì)以形成P型源極和漏極區(qū)。
文檔編號H01L21/8238GK1992210SQ200610156708
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權日2005年12月28日
發(fā)明者李相基 申請人:東部電子股份有限公司