專利名稱：Cmos圖像傳感器的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器的制造方法。
背景技術：
圖像傳感器是將光學圖像轉換為電信號的半導體器件。圖像傳感器主要分類為電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。在CCD中，電荷載流子在相互接近的MOS電容器中儲存和轉移。
CMOS圖像傳感器采用了CMOS技術(該技術使用控制電路和信號處理電路作為外圍電路并用MOS晶體管來連續(xù)地檢測輸出)，利用形成得與像素數(shù)量一樣多的MOS晶體管的開關模式。
CCD具有幾個缺點，例如，復雜的驅動系統(tǒng)，高功耗，以及由于多個掩模處理而導致的復雜工藝。而且，由于信號處理電路不能形成于CCD芯片中，不容易制造單芯片CCD。因此，最近通過用亞微米CMOS技術開發(fā)CMOS圖像傳感器的方式來開展研究，以克服這些缺點。
CMOS圖像傳感器通過以開關模式連續(xù)檢測信號來顯示圖像，其中，像素單元被配置為具有光電二極管和MOS晶體管。
由于CMOS圖像傳感器是使用CMOS技術制造的，CMOS圖像傳感器具有這樣的有利優(yōu)點，如低功耗，以及需要大約20個掩模的簡單制造工藝，與此相比CCD制造工藝需要30到40個掩模，并且不能制造包括多個信號處理電路的單芯片CMOS圖像傳感器。在這方面，CMOS圖像傳感器已作為新一代圖像傳感器成為引人注目的中心，并已被用于各種應用領域，如數(shù)碼相機(DSC)、計算機相機和手機相機。
同時，CMOS圖像傳感器根據(jù)晶體管的數(shù)目字分為3T型、4T型和5T型，等等。3T型CMOS圖像傳感器配置一個光電二極管和3個晶體管，4T型CMOS圖像傳感器配置一個光電二極管和4個晶體管。以下，將示出3T型CMOS圖像傳感器的單元元件(unit cell)的布局。
圖1是現(xiàn)有技術的3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖。
參考圖1，3T型CMOS圖像傳感器的一個像素單元包括一個光電二極管(PD)和3個N型MOS晶體管(T1、T2和T3)。光電二極管的負極連接到第一NMOS晶體管(T1)的漏極和第二NMOS晶體管(T2)的柵極。
第一和第二NMOS晶體管(T1和T2)的源極連接到提供參考電壓VR的電源線，第一NMOS晶體管T1的柵極連接到提供復位信號RST的復位線。
第三NMOS晶體管(T3)的源極連接到第二NMOS晶體管(T2)的漏極，第三NMOS晶體管(T3)的漏極通過信號線連接到讀取電路。第三NMOS晶體管(T3)的柵極連接到提供選擇信號SLCT的列選擇線。
因此，第一NMOS晶體管(T1)稱為復位晶體管Rx，第二NMOS晶體管(T2)稱為驅動晶體管Dx。第三NMOS晶體管T3稱為選擇晶體管Sx。
以下，將參考附圖描述現(xiàn)有技術的CMOS圖像傳感器。
圖2示出了現(xiàn)有技術的3T型CMOS圖像傳感器的像素單元的布局圖。
參考圖2，在半導體襯底中限定有源區(qū)10，在有源區(qū)10的較寬的部分上形成光電二極管區(qū)20，并將3個晶體管的柵極30、40和50相互重疊地形成于有源區(qū)10的其它部分。
也就是，通過柵極30、40和50分別形成復位晶體管Rx、驅動晶體管Dx和選擇晶體管Sx。
這里，將雜質離子注入除了柵極30，40和50下面部分之外的各晶體管的有源區(qū)中，以形成每個晶體管的源極/漏極區(qū)。
因此，將電源電壓Vdd施加到復位晶體管Rx與驅動晶體管Dx之間的源極/漏極區(qū)，在選擇晶體管Sx一側的源極/漏極區(qū)與讀取電路連接。
盡管沒有示出，柵極30、40和50各自連接到一信號線，該信號線在其一端具有焊盤并連接到外部驅動電路。
圖3為示出現(xiàn)有技術的CMOS圖像傳感器的雜質注入?yún)^(qū)的示意圖。
參考圖3，通過將濃度為1015或更高的N型雜質離子注入各柵極120、130和140以及除了光電二極管20之外的有源區(qū)10，形成高濃度n+型擴散區(qū)70。
同樣將高濃度n+型雜質離子注入光電二極管區(qū)20中，以形成用于形成接觸部分的歐姆電阻器。而且，由于當將注入高濃度n+型雜質離子注入柵極30中時的掩模不對準，一些雜質離子可能被注入到光電二極管區(qū)20中。
圖4A到圖4E是示出了現(xiàn)有技術的CMOS圖像傳感器的制造方法的橫截面圖。
參考圖4A，執(zhí)行外延處理，以在高濃度P++型半導體襯底61上形成低濃度P-型外延層62。
接下來，在半導體襯底61中限定有源區(qū)和器件隔離區(qū)，然后，通過淺溝槽隔離(STI)或硅的局部氧化(LOCOS)在器件隔離區(qū)中形成器件隔離區(qū)63。
將柵極絕緣層64和導電層(例如高濃度多晶硅層)連續(xù)地沉積在其中形成有器件隔離區(qū)63的外延層62的整個表面上。然后，從柵極65中有選擇地去除導電層和柵極絕緣層64。
參考圖4B，將第一光致抗蝕劑層66施加到半導體襯底61的整個表面上，然后，通過曝光和顯影處理來圖案化，以暴露出藍、綠和紅光電二極管區(qū)67。
然后，使用圖案化的第一光致抗蝕劑層66作為掩模，將低濃度n-型雜質離子注入到外延層62中，以在藍、綠和紅光電二極管區(qū)67中形成低濃度n-型擴散區(qū)。
各光電二極管區(qū)67是復位晶體管Rx的源極區(qū)(參考圖1和圖2)。
當將反向偏壓施加到光電二極管區(qū)67與低濃度P-型外延層62之間時，產生耗盡層，并且當復位晶體管截止時，由于接收光而產生的電子減小了驅動晶體管的電位。在這種方式下，在復位晶體管導通并隨后截止之后，電位持續(xù)減小，從而產生電壓差。圖像傳感器使用電壓差進行信號處理而運行。
這里，將光電二極管區(qū)67形成到相同的2～3μm深度。
也就是，通過以相同的離子注入能量注入雜質離子，將光電二極管區(qū)367形成到相同深度。
參考圖4C，將第一光致抗蝕劑層66徹底去除，然后，將絕緣層沉積在半導體襯底61的整個表面上。此后，執(zhí)行回蝕處理以在柵極65的兩側上形成側壁絕緣層68。
然后，將第二光致抗蝕劑層69施加到半導體襯底61的整個表面上，并隨后圖案化以覆蓋光電二極管區(qū)67，并通過曝光和顯影處理來暴露出每個晶體管的源極/漏極區(qū)和柵極64。
接下來，使用圖案化的第二光致抗蝕劑層69作為掩模，將高濃度n+型雜質離子注入暴露的源極/漏極區(qū)和柵極64中，以形成n+型擴散區(qū)70。
這里，與動態(tài)隨機存儲器(DRAM)相同，CMOS圖像傳感器需要高集成技術的發(fā)展。然而，在具有一百萬或更多像素的CMOS圖像傳感器中，像素的尺寸減小和由此導致的光敏性的減小產生了大問題。
尤其是，為了用n型雜質來摻雜復位晶體管、驅動晶體管和選擇晶體管的柵極以形成雙柵多晶硅(dual gate poly)，必須將多晶硅摻雜到最高濃度，并且其中主要使用的是源極/漏極離子注入。
參考圖4D，將第二光致抗蝕劑層69去除。之后，將第三光致抗蝕劑層71施加到半導體襯底61的整個表面上，并隨后圖案化，以通過曝光和顯影處理暴露出光電二極管區(qū)67。
隨后，將p0型雜質離子注入光電二極管區(qū)67中，其中使用圖案化的第三光致抗蝕劑層71作為掩模來形成n-型擴散區(qū)，從而在半導體襯底61的表面下形成p0型擴散區(qū)72。
這里，p0型擴散區(qū)72被形成到小于0.1μm的深度。
參考圖4E，將第三光致抗蝕劑層71去除，并隨后在半導體襯底61上執(zhí)行熱處理，以擴散每個雜質擴散區(qū)。
然而，由于掩模的不對準，即使在光電二極管區(qū)，也可能執(zhí)行用于源極/漏極的離子注入。這減少了在光電二極管區(qū)中電荷的聚集，從而降低了圖像傳感器的光敏性。
而且，掩模的不對準是在將高濃度雜質離子注入柵極和復位晶體管的源極/漏極區(qū)時產生的，因而，帶來了在頂部和底部、右邊和左邊的不對準，從而減少了像素的均勻性。
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器的制造方法，其充分地消除了由現(xiàn)有技術的局限和缺點產生的一個或多個問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種CMOS圖像傳感器的制造方法，該方法能夠在用雜質離子摻雜柵極時，通過在圖案化柵極之前注入高濃度離子來阻止高濃度雜質離子由于掩模的不對準而被注入光電二極管中，從而改善圖像傳感器的光敏性。
本發(fā)明的另外的優(yōu)點、目的和特征，一部分將在以下的描述中提出，而一部分對于檢查了下面描述的本領域普通技術人員來說將是顯而易見的，或是可從實踐本發(fā)明中學到的。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點可通過在文字描述和權利要求以及附圖中特別指出的結構來實現(xiàn)和達到。
為了根據(jù)本發(fā)明目的達到上述目的和其它優(yōu)點，如本說明書以實施例和概括說明方式所描述的，提供了一種互補金屬氧化物半導體圖像傳感器的制造方法，該方法包括在半導體襯底中形成器件隔離層，以限定器件隔離區(qū)和有源區(qū)；在半導體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層；將高濃度雜質離子注入多晶硅層；選擇性地去除多晶硅層和柵極絕緣層以形成柵極；將雜質離子注入有源區(qū)以形成光電二極管區(qū)；并將雜質離子注入有源區(qū)以形成源極/漏極區(qū)。
上述方法還可包括在所述柵極的兩側形成絕緣層側壁。
在上述方法中，所述柵極絕緣層可通過熱氧化處理或化學氣相淀積來形成。
在上述方法中，形成源極/漏極區(qū)可包括以光致抗蝕劑層來掩模至少一部分所述柵極，并將雜質離子注入該柵極中。
在上述方法中，可將高濃度第二導電型雜質離子注入所述多晶硅層中。
在上述方法中，還可包括在所述半導體襯底的整個表面上形成層間絕緣層，并形成穿透該層間絕緣層的接觸部分。
在上述方法中，還可包括將雜質離子注入所述接觸部分中。
包括附圖為的是提供對本發(fā)明的進一步理解，且附圖與本申請結合并構成本申請的一部分，示出了本發(fā)明的一個或多個實施例，并與文字描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1是現(xiàn)有技術的3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖；圖2示出了現(xiàn)有技術的3T型CMOS圖像傳感器的單元元件的布局；圖3為示意圖，示出了用于形成歐姆電阻器的雜質被注入形成于現(xiàn)有技術CMOS圖像傳感器內的光電二極管的接觸部分中；圖4A到圖4E是示出現(xiàn)有技術的CMOS圖像傳感器制造方法的橫截面圖；圖5A到圖5H是示出根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器制造方法的橫截面圖。
具體實施例方式
下面將詳述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，這些實施例的示例示于附圖中。只要能夠，對于相同或相似的部分，將在整個附圖中使用相同的參考編號。
圖5A到圖5G是示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器制造方法的橫截面圖。
參考圖5A，執(zhí)行外延處理，以在半導體襯底101，例如高濃度第一導電型(P++型)單晶硅襯底中形成低濃度第一導電型(P-型)外延層102。
這里，在低濃度第一導電型外延層102中形成大而深的用于光電二極管的耗盡區(qū)，這增加了低電壓光電二極管采集光電荷的容量，并提高了光敏性。
同時，可在n型半導體襯底上形成p型外延層。這里，將低濃度第一導電型外延層102形成到4-7μm的深度。
然后，在半導體襯底101中形成器件隔離層103，其中外延層102被形成為將器件彼此隔離。
盡管沒有示出，以下將描述器件隔離層103的形成方法。
在半導體襯底101上，順序形成焊盤(pad)氧化物層、焊盤氮化物層和四乙氧基硅烷(tetra ethyl ortho silicate，TEOS)氧化物層，并在TEOS氧化物層上形成光致抗蝕劑層。
通過曝光和顯影處理，使用限定有源區(qū)和器件隔離區(qū)的掩模，將光致抗蝕劑層圖案化。這里，將器件隔離區(qū)的光致抗蝕劑層去除。
使用圖案化的光致抗蝕劑層作為掩模，選擇性地去除器件隔離區(qū)的焊盤氧化物層、焊盤氮化物層和TEOS氧化物層。
使用圖案化的焊盤氧化物層、焊盤氮化物層和TEOS氧化物層作為掩模，將半導體襯底101的與器件隔離區(qū)相對應的部分刻蝕到預定深度，以形成溝槽。其后，徹底去除光致抗蝕劑層。
在形成了溝槽的半導體襯底101的整個表面上，形成薄的犧牲氧化物層，然后，在半導體襯底101上形成O3TEOS層以填充溝槽。即使在溝槽的內壁上也形成犧牲氧化物層，而且O3TEOS層是在大約1000℃或更高的溫度條件下形成的。
使用化學機械研磨(CMP)處理去除除了溝槽區(qū)之外的O3TEOS層，以在溝槽內形成器件隔離層103。之后，去除焊盤氧化物層、焊盤氮化物層和TEOS氧化物層被。
參考圖5B，在半導體襯底101的整個表面上形成柵極絕緣層104和多晶硅層105a。
柵極絕緣層104可通過熱氧化或化學氣相淀積(CVD)形成。
接下來，將高濃度n型雜質離子注入在半導體襯底101上形成的多晶硅層105a中。
參考圖5C，通過光刻和刻蝕工藝，將多晶硅層105a和柵極絕緣層104選擇性地去除，以形成柵極105。
參考圖5D，將第一光致抗蝕劑層106施加到包括柵極105的半導體襯底101的整個表面上，然后選擇性地圖案化，以通過曝光和顯影處理暴露出每個光電二極管區(qū)。
接下來，使用圖案化的第一光致抗蝕劑層106作為掩模，將低濃度第二導電型(n-型)雜質離子注入外延層102中，以在光電二極管區(qū)中形成n-型擴散區(qū)107。
參考圖5E，將第一光致抗蝕劑層106徹底去除，并隨后在包括柵極105的半導體襯底101的整個表面上形成絕緣層。之后，在絕緣層的整個表面上執(zhí)行回蝕處理，以在柵極105的兩側上形成絕緣層側壁108。
然后，將第二光致抗蝕劑層109施加到包括柵極105的半導體襯底101的整個表面上，并隨后通過曝光和顯影處理而圖案化，以覆蓋光電二極管區(qū)并暴露出每個晶體管的源極/漏極區(qū)(這里的浮置擴散區(qū))。
接下來，使用圖案化的第二光致抗蝕劑層109作為掩模，將高濃度第二導電型(n+型)雜質離子注入暴露的源極/漏極區(qū)中，以形成n+型擴散區(qū)(浮置擴散區(qū))110。
參考圖5F，去除第二光致抗蝕劑層109。之后，將第三光致抗蝕劑層111施加到半導體襯底101的整個表面上，并隨后圖案化，以通過曝光和顯影處理暴露出各光電二極管區(qū)的一部分。
然后，使用圖案化的第三光致抗蝕劑層111作為掩模，將第一導電型(p0型)雜質離子注入其中形成了n-型擴散區(qū)107的外延層102中，以在外延層102的表面下形成p0型擴散區(qū)112。
參考圖5G，去除第三光致抗蝕劑層111，并在半導體襯底101上執(zhí)行熱處理處理，以擴散每個雜質擴散區(qū)。
參考圖5H，在半導體襯底101的整個表面上形成層間絕緣層120，并將一部分層間絕緣層120去除，形成接觸部分121，以連接到p0型擴散區(qū)112。
接下來，將高濃度雜質離子注入接觸部分121中。在本發(fā)明中，由于離子是在形成接觸部分121以后注入的，所以，使用最少的離子注入，就能通過歐姆電阻器形成接觸部分。
然后，盡管沒有示出，形成金屬線、濾色層和微透鏡，以完成圖像傳感器。
在本發(fā)明的實施例中示出了3T型CMOS圖像傳感器，但是，本發(fā)明并不限于此，而是可以以相同的方式應用于4T型CMOS圖像傳感器。
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效果。
當在3T型像素陣列中以摻雜高濃度復位晶體管時，能夠防止離子由于掩模不對準而注入光電二極管中，從而用自對準的離子注入解決了電容器減小的問題并改善了像素的均勻度。
對于所屬領技術人員明顯的是，可以對本發(fā)明做各種更改和變化。因此，本發(fā)明意在覆蓋落在所附權利要求及其等效方案范圍內的所有修改和變化。
權利要求
1.一種互補金屬氧化物半導體圖像傳感器的制造方法，包括在半導體襯底中形成器件隔離層，以限定器件隔離區(qū)和有源區(qū)；在所述半導體襯底中形成柵極絕緣層和多晶硅層；將高濃度雜質離子注入所述多晶硅層中；選擇性地去除所述多晶硅層和柵極絕緣層，以形成柵極；將雜質離子注入所述有源區(qū)中，以形成光電二極管區(qū)；將雜質離子注入所述有源區(qū)中，以形成源極/漏極區(qū)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括在所述柵極的兩側形成絕緣層側壁。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述柵極絕緣層是通過熱氧化處理或化學氣相淀積形成的。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中形成源極/漏極區(qū)包括以光致抗蝕劑層來掩模至少一部分所述柵極，并將雜質離子注入該柵極中。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中將高濃度第二導電型雜質離子注入所述多晶硅層中。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括在所述半導體襯底的整個表面上形成層間絕緣層，并形成穿透該層間絕緣層的接觸部分。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括將雜質離子注入所述接觸部分中。
全文摘要
提供了一種CMOS圖像傳感器的制造方法。根據(jù)該方法，在半導體襯底形成器件隔離層以限定器件隔離區(qū)和有源區(qū)。在半導體襯底上形成柵極絕緣層和多晶硅層。將高濃度的雜質離子注入多晶硅層中。選擇性地去除多晶硅層和柵極絕緣層以形成柵極。將雜質離子注入有源區(qū)中以形成光電二極管區(qū)；將雜質離子注入有源區(qū)中以形成源極/漏極區(qū)。本發(fā)明能夠改善像素的均勻度。
文檔編號H01L21/70GK1992213SQ20061017011
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權日2005年12月28日
發(fā)明者韓昌勛 申請人:東部電子股份有限公司