專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器可以是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感
器可分類為電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖 像傳感器(CIS)。在CCD中，可彼此接近地布置各個(gè)MOS電容器，載 流子可存儲(chǔ)于電容器中并且可以傳輸。
CMOS技術(shù)可使用控制電路和信號(hào)處理電路作為周邊電路。CMOS圖 像傳感器可包括對(duì)應(yīng)于大量像素的大量MOS晶體管，并且可以以切換方 式使用MOS晶體管依次檢測(cè)輸出。CMOS圖像傳感器在單元像素中可包 括光電二極管和MOS晶體管。CMOS圖像傳感器可以以切換方式依次檢 測(cè)信號(hào)，并且可如此確定圖像。光電二極管的靈敏度對(duì)于CMOS圖像傳感 器的操作可以是重要的。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施方案涉及圖像傳感器及其制造方法。
根據(jù)一些實(shí)施方案，圖像傳感器可包括以下中的至少一個(gè)。在半導(dǎo)體 襯底上和/或上方的柵極。在形成有柵極的所述半導(dǎo)體襯底上和/或上方的 第一雜質(zhì)區(qū)域。在所述半導(dǎo)體襯底上和/或上方的第二雜質(zhì)區(qū)域，所述第二 雜質(zhì)區(qū)域比所述第一雜質(zhì)區(qū)域淺。在所述第一雜質(zhì)區(qū)域中形成的并且以預(yù) 定角度朝向所述^!f極彎曲的第三雜質(zhì)區(qū)域。根據(jù)一些實(shí)施方案，第三雜質(zhì) 區(qū)域可以是n-型雜質(zhì)區(qū)域。
根據(jù)一些實(shí)施方案，制造圖像傳感器的方法可包括以下步驟中的至少 一個(gè)。在半導(dǎo)體襯底上和/或上方形成柵極。在形成有柵極的半導(dǎo)體襯底上 和/或上方形成第一雜質(zhì)區(qū)域，所述第一雜質(zhì)區(qū)域以預(yù)定角度朝向柵極彎 曲。在包括第一雜質(zhì)區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上和/或上方形成第二雜質(zhì)區(qū)域。在所述半導(dǎo)體襯底上和/或上方形成比所述第二雜質(zhì)區(qū)域淺的第三雜質(zhì)區(qū)域。
根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第一雜質(zhì)區(qū)域可摻雜有n-型摻雜劑。


示例性圖1 5A是說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施方案的圖像傳感器和制造圖像傳 感器的方法的截面圖.
具體實(shí)施例方式
示例性圖5A是說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施方案的圖像傳感器的截面圖。參考 示例性圖5A，根據(jù)一些實(shí)施方案的圖像傳感器可包括在半導(dǎo)體襯底10 上和/或上方形成的柵極30，以及在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方的第一雜質(zhì) 區(qū)域40、第二雜質(zhì)區(qū)域45和第三雜質(zhì)區(qū)域50。才艮據(jù)一些實(shí)施方案，半導(dǎo) 體襯底10可形成有在重度摻雜的？++-型硅襯底上和/或上方的輕度摻雜的 p-型外延層。輕度摻雜的p-型外延層可使光電二極管的^區(qū)擴(kuò)大和加深。 這可提高光電二極管收集光電荷的能力。根據(jù)一些實(shí)施方案，柵極30可包 括氧化物層圖案和多晶硅圖案。
如果在p-型外延層下形成重度摻雜的？++-型襯底，那么光電荷可彼此 再結(jié)合。結(jié)合后的光電荷然后可擴(kuò)散至相鄰單元像素。根據(jù)一些實(shí)施方案, 可減少光電荷的隨機(jī)擴(kuò)散。這可減少光電荷的傳輸變化。
根據(jù)一些實(shí)施方案，第一雜質(zhì)區(qū)域40和第二雜質(zhì)區(qū)域45可摻雜有可 作為n-型摻雜劑的磷(P)和砷(As)中的至少一種。根據(jù)一些實(shí)施方案， 第三雜質(zhì)區(qū)域50可摻雜有可作為p-型摻雜劑的硼(B)。
根據(jù)一些實(shí)施方案，第一雜質(zhì)區(qū)域40可比第二雜質(zhì)區(qū)域45深。第一 雜質(zhì)區(qū)域40可以以預(yù)定角度朝向桶f極30傾斜和/或彎曲。第一雜質(zhì)區(qū)域 40可包括多個(gè)雜質(zhì)區(qū)域40a、 40b、 40c。
第 一雜質(zhì)區(qū)域40可與第二雜質(zhì)區(qū)域45重疊。第 一雜質(zhì)區(qū)域40和第二 雜質(zhì)區(qū)域45的重疊區(qū)域的密度可高于第一雜質(zhì)區(qū)域40或第二雜質(zhì)區(qū)域45 的密度。根據(jù)一些實(shí)施方案，第三雜質(zhì)區(qū)域50可比第二雜質(zhì)區(qū)域45淺。
由于笫一雜質(zhì)區(qū)域40可以以預(yù)定角度朝向柵極30傾斜，所以可形成 朝向柵極30的電場(chǎng)。根據(jù)一些實(shí)施方案，由光電二極管產(chǎn)生的電子可容易 地移動(dòng)至柵極30。換言之，可提高由光電二極管產(chǎn)生的電子的傳輸效率，這可增加飽和電流并可防止滯后。由此可改善圖i象傳感器的靈敏度。
示例性圖1 5A是說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施方案的制造圖像傳感器的方法的 截面圖。示例性圖1A是說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施方案的制造圖像傳感器的方法 的側(cè)截面圖。示例性圖1B是說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施方案的制造圖像傳感器的 方法的平面圖。
參考示例性圖1A和1B,在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方可形成氧化物 層15、多晶硅層20和第一光刻膠圖案100。半導(dǎo)體襯底可包括隔離層5。
半導(dǎo)體襯底10可形成有在重度摻雜的？++-型硅襯底上和/或上方的輕 度摻雜的p-型外延層。輕度摻雜的p-型外延層可使光電二極管的^區(qū)擴(kuò) 大和加深。這可增強(qiáng)光電二極管收集光電荷的能力。
如果在p-型外延層下形成重度摻雜的口++-型襯底，那么在光電荷可擴(kuò) 散至相鄰單元像素之前，光電荷可彼此再結(jié)合。因此，可減少光電荷的隨 機(jī)擴(kuò)散，并且可減少光電荷的傳輸變化。根據(jù)一些實(shí)施方案，通過(guò)在半導(dǎo) 體襯底10中形成溝槽并在溝槽中填充絕緣材料可形成隔離層5。
參考示例性圖1B,在柵極區(qū)域和多晶硅圖案區(qū)域上和/或上方可設(shè)置 第一光刻膠圖案100。在多晶硅圖案區(qū)域上和/或上方的第一光刻膠圖案 100b可以以預(yù)定角度朝向可設(shè)置在柵極區(qū)域上和/或上方的第二光刻膠圖 案100a傾斜和/或彎曲。
第一光刻膠圖案100b可設(shè)置在以后可形成多晶硅圖案的區(qū)域上和/或 上方并可具有矩形形狀，其中第一光刻膠圖案100b的中心部分可以具有 角度地朝向柵極30。
參考示例性圖2A和2B，可蝕刻多晶硅層20和氧化物層15。這可形 成柵極30和多晶硅圖案25。根據(jù)第一光刻膠圖案100的形狀，可形成多 晶硅圖案25和柵極30。根據(jù)一些實(shí)施方案，然后可通過(guò)例如灰化工藝移 除第一光刻膠圖案IOO。根據(jù)一些實(shí)施方案，柵極30可以是傳輸柵極。根 據(jù)一些實(shí)施方案，柵極30可包括多晶硅。根據(jù)一些實(shí)施方案，柵極30不 限于此，并且可包括金屬硅化物層。
參考示例性圖3A和3B,在具有多晶硅圖案25的半導(dǎo)體襯底10上和 /或上方可形成第二光刻膠圖案200。才艮據(jù)一些實(shí)施方案，通過(guò)第一離子注 入工藝可形成第一雜質(zhì)區(qū)域40。才艮據(jù)一些實(shí)施方案，第二光刻膠圖案200 可覆蓋柵極300。通過(guò)將磷(31P+)和砷(75As+)中的至少一種注入到半導(dǎo)體襯底IO 中可形成第一雜質(zhì)區(qū)域40。根據(jù)一些實(shí)施方案，多晶硅圖案25和第二光 刻膠圖案200可用作該步驟的掩模。
根據(jù)一些實(shí)施方案，可以以約3xl0H原子/cn^-3xl0"原子/cii^的劑 量和約200 KeV~300 KeV的能量，使用砷(75As+)進(jìn)行第一離子注入 工藝。根據(jù)一些實(shí)施方案，第一離子注入工藝可不限于該配置，而是可以 根據(jù)產(chǎn)品特性采用各種摻雜劑以不同劑量和能量水平進(jìn)行。
參考示例性圖3B,第一雜質(zhì)區(qū)域40可與多晶硅圖案25交替對(duì)齊。因 此，第一雜質(zhì)區(qū)域40可以以預(yù)定角度朝向柵極30彎曲。這可類似于多晶 硅圖案25的形狀。根據(jù)一些實(shí)施方案，具有長(zhǎng)矩形形狀的第一雜質(zhì)區(qū)域 40的中心部分可朝向柵極30彎曲。然后例如通過(guò)濕蝕刻工藝可移除多晶 硅圖案25。
根據(jù)一些實(shí)施方案，雖然多晶硅圖案25可包括三個(gè)多晶硅圖案(第一 多晶硅圖案25a、第二多晶硅圖案25b和第三多晶硅圖案25c)，但是多晶 硅圖案的數(shù)量不限于此.根據(jù)一些實(shí)施方案，多晶硅圖案的數(shù)量可大于或 小于三。根據(jù)一些實(shí)施方案，第一雜質(zhì)區(qū)域40的數(shù)量可根據(jù)多晶硅圖案 25的數(shù)量變化。
參考示例性圖4，可通過(guò)4吏用第二光刻膠圖案200作為掩模實(shí)施第二 離子注入工藝。這可形成第二雜質(zhì)區(qū)域45。祁^據(jù)一些實(shí)施方案，可通過(guò)將 可作為n-型摻雜劑的磷(31P+)和砷(75As+)中的至少一種注入到半導(dǎo) 體襯底10中形成第二雜質(zhì)區(qū)域45。根據(jù)一些實(shí)施方案，第二光刻膠圖案 200可用作該注入工藝的4^模。
才艮據(jù)一些實(shí)施方案，可以以對(duì)應(yīng)于第一離子注入工藝能量的約3/4的 能量進(jìn)行第二離子注入工藝以注入n-型摻雜劑。例如，可以以約5xl0"原 子/cm2 ~ 5xl0"原子/cm2的劑量和約150 KeV ~ 200 KeV的能量，使用砷 (75As+)實(shí)施第二離子注入工藝。才艮據(jù)一些實(shí)施方案，第二離子注入工 藝不限于這樣的配置，而是可以根據(jù)產(chǎn)品特性采用各種摻雜劑以不同劑量 和能量水平進(jìn)行。才艮據(jù)一些實(shí)施方案，為增加飽和電流，第二注入工藝可 實(shí)施兩次。
第一雜質(zhì)區(qū)域40可與笫二雜質(zhì)區(qū)域45重疊。才艮據(jù)一些實(shí)施方案，第 一雜質(zhì)區(qū)域40和第二雜質(zhì)區(qū)域45的重疊區(qū)域的密度可高于第一雜質(zhì)區(qū)域
740或第二雜質(zhì)區(qū)域45的密度。
根據(jù)一些實(shí)施方案，第二雜質(zhì)區(qū)域45可比第一雜質(zhì)區(qū)域40淺。才艮據(jù) 一些實(shí)施方案，由于第二雜質(zhì)區(qū)域45可以是高度摻雜的區(qū)域，所以根據(jù)一 些實(shí)施方案可形成的光電二極管可以是重度摻雜的。這可增加飽和電流。
參考示例性圖5A，例如通過(guò)實(shí)施第三離子注入工藝可形成第三雜質(zhì)區(qū) 域50。才艮據(jù)一些實(shí)施方案，第二光刻膠圖案200可用作該工藝的4i模。然 后可移除第二光刻膠圖案200。
通過(guò)將可以作為p-型摻雜劑的硼(B )和BF2+中的至少一種注入到半 導(dǎo)體襯底10中，可形成第三雜質(zhì)區(qū)域50。才艮據(jù)一些實(shí)施方案，第二光刻 膠圖案200可用作掩模以形成第三雜質(zhì)區(qū)域50。因此可形成第三雜質(zhì)區(qū)域 50.根據(jù)一些實(shí)施方案，因此可形成包括第一雜質(zhì)區(qū)域40、第二雜質(zhì)區(qū)域 45和第三雜質(zhì)區(qū)域50的光電二極管。
根據(jù)一些實(shí)施方案，第一雜質(zhì)區(qū)域40、第二雜質(zhì)區(qū)域45和第三雜質(zhì) 區(qū)域50可接觸半導(dǎo)體襯底10。根據(jù)一些實(shí)施方案，光電二極管可因此是 PNP光電二極管。
光電二極管可在第一雜質(zhì)區(qū)域40處具有較高的密度，并且可具有較高 密度的光電二極管的一部分可以以預(yù)定角度朝向柵極30傾斜。
因此，參考示例性圖5B，可形成朝向柵極30的電場(chǎng)。因此，由光電 二極管產(chǎn)生的電子可相對(duì)容易地移動(dòng)至柵極30。這可增加由光電二極管產(chǎn) 生的電子的傳輸效率。因此可增加飽和電流，這可防止滯后。因此，可改 善圖像傳感器的靈敏度。
根據(jù)一些實(shí)施方案，在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方可形成浮置擴(kuò)散區(qū)。 根據(jù)一些實(shí)施方案，在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方也可形成金屬互連層、 濾色器陣列、和m鏡。
根據(jù)一些實(shí)施方案，圖像傳感器及其制造方法可包括朝向柵極彎曲和/ 或傾斜的離子注入層。這可增加光電二極管的面積。
根據(jù)一些實(shí)施方案，可提高由光電二極管產(chǎn)生的電子的傳輸效率。這 可增加飽和電流并且可明顯防止滯后.才艮據(jù)一些實(shí)施方案，可改善圖〗象傳 感器的靈敏度和圖像傳感器的可靠性。
根據(jù)一些實(shí)施方案，雖然可參考附圖描述了 CMOS圖像傳感器(CIS)的結(jié)構(gòu)，但是實(shí)施方案不限于此。根據(jù)一些實(shí)施方案，朝向初f極彎曲的離
子注入層可用于任何圖像傳感器，包括電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是在公開(kāi)的實(shí)施方案中可做出各種改 變和變化。因此，只要這些顯然和明顯的改變和變化在所附權(quán)利要求和其 等同物的范圍之內(nèi)，則公開(kāi)的實(shí)施方案意圖覆蓋這些顯然和明顯的改變和 變化。
權(quán)利要求
1. 一種器件，包括在半導(dǎo)體襯底上方的柵極；在所述半導(dǎo)體襯底上方的第一雜質(zhì)區(qū)域；在所述半導(dǎo)體襯底上上方的第二雜質(zhì)區(qū)域，所述第二雜質(zhì)區(qū)域比所述第一雜質(zhì)區(qū)域淺并且形成在所述第一雜質(zhì)區(qū)域的至少一部分上方；和在所述第一雜質(zhì)區(qū)域中形成的并且以預(yù)定角度朝向所述柵極彎曲的第三雜質(zhì)區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的器件，其中所述第三雜質(zhì)區(qū)域包括n-型雜質(zhì)區(qū) 域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述第一雜質(zhì)區(qū)域包括n-型雜質(zhì)區(qū) 域，所述第二雜質(zhì)區(qū)域包括p-型雜質(zhì)區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第三雜質(zhì)區(qū)域比所述第一雜質(zhì) 區(qū)域深。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第三雜質(zhì)區(qū)域包括多個(gè)雜質(zhì)區(qū) 域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中在重疊區(qū)域中所述第一雜質(zhì)區(qū)域的 一部分覆蓋所述第三雜質(zhì)區(qū)域，和其中所述重疊區(qū)域的密度大于所述第一 雜質(zhì)區(qū)域的密度或所述第三雜質(zhì)區(qū)域的密度。
7. —種方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上方形成柵極；在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一雜質(zhì)區(qū)域，所述第一雜質(zhì)區(qū)域以預(yù)定角度朝向所述柵極彎曲；在包括所述第一雜質(zhì)區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底中形成第二雜質(zhì)區(qū)域；和在所述第一雜質(zhì)區(qū)域和第二雜質(zhì)區(qū)域上方形成比所述第二雜質(zhì)區(qū)域淺 的第三雜質(zhì)區(qū)域。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一雜質(zhì)區(qū)域摻雜有n-型摻雜 劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二雜質(zhì)區(qū)域包括n-型雜質(zhì)區(qū)域，所述第三雜質(zhì)區(qū)域包括p-型雜質(zhì)區(qū)域。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底包括在重度摻雜的 ++-型硅襯底上方的輕度摻雜的p-型外延層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述第一雜質(zhì)區(qū)域包括 在所述半導(dǎo)體襯底上方形成多晶珪圖案；使用所述多晶硅圖案作為掩模，通過(guò)實(shí)施離子注入工藝在所述半導(dǎo)體 襯底上方形成所述第一雜質(zhì)區(qū)域；和移除所述多晶硅圖案。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述柵極和所述多晶硅圖案是同時(shí) 形成的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在所述半導(dǎo)體襯底中所述第一雜質(zhì) 區(qū)域形成得比所述第二雜質(zhì)區(qū)域深。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一雜質(zhì)區(qū)域包括多個(gè)雜質(zhì)區(qū) 域。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在重疊區(qū)域中所述第二雜質(zhì)區(qū)域的 一部分覆蓋所述第一雜質(zhì)區(qū)域，和其中所述重疊區(qū)域的密度大于所述第一 雜質(zhì)區(qū)域的密度或所述第二雜質(zhì)區(qū)域的密度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中通過(guò)將磷(31P+)和砷(75As+) 中的至少一種注入到所述半導(dǎo)M底中，形成所述第一雜質(zhì)區(qū)域。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中以約3xl0"原子/cm^3xl(^原子 /0112的劑量和約200 KeV~300 KeV的能量，使用砷(75As+)進(jìn)行用于 形成所述第 一雜質(zhì)區(qū)域的所述離子注入工藝。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括以對(duì)應(yīng)于用于形成所述第一雜質(zhì) 區(qū)域的所述能量的約3/4的能量水平形成所述第二雜質(zhì)區(qū)域。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中以約5xl0n原子/ci^ 5xl(P原子 / 112的劑量和約150 KeV~200 KeV的能量，通過(guò)使用砷(75As+)的離 子注入工藝形成笫二雜質(zhì)區(qū)域。
20. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括用磷(P)和砷(As)中的至少 一種摻雜所述第一雜質(zhì)區(qū)域和第二雜質(zhì)區(qū)域，用硼(B)摻雜所述第三雜 質(zhì)區(qū)域。
全文摘要
實(shí)施方案涉及圖像傳感器和制造圖像傳感器的方法。根據(jù)實(shí)施方案，圖像傳感器可包括在半導(dǎo)體襯底上方的柵極；在半導(dǎo)體襯底上方的第一雜質(zhì)區(qū)域；在半導(dǎo)體襯底上方的第二雜質(zhì)區(qū)域，第二雜質(zhì)區(qū)域比第一雜質(zhì)區(qū)域淺；和在第一雜質(zhì)區(qū)域中形成的并且以預(yù)定角度朝向柵極彎曲的第三雜質(zhì)區(qū)域。根據(jù)實(shí)施方案，第三雜質(zhì)區(qū)域可以是n-型雜質(zhì)區(qū)域。根據(jù)實(shí)施方案，可增加光電二極管的面積，可提高由光電二極管產(chǎn)生的電子的傳輸效率。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101471365SQ20081018655
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者李政皓 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司