專利名稱：用于制造cmos圖像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造圖像傳感器的方法，更具體而言，涉及用于制造CMOS圖像傳感器以減少泄漏電流的方法。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器可被大致分為電荷耦合器件(charge coupled device，簡(jiǎn)稱為CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxidesemiconductor，簡(jiǎn)稱為CMOS)圖像傳感器。
在CCD的情形下，相應(yīng)的金屬氧化硅MOS電容器相鄰設(shè)置，其中，電荷載流子被儲(chǔ)存到并傳輸給電容器。同時(shí)，CMOS圖像傳感器采用將控制電路和信號(hào)處理電路用作外圍電路的CMOS技術(shù)。CMOS圖像傳感器采用通過(guò)形成對(duì)應(yīng)于像素?cái)?shù)量的預(yù)定數(shù)量的MOS晶體管來(lái)順序檢測(cè)輸出信號(hào)的切換方法。
CCD的功率消耗高且掩模工藝復(fù)雜。另外，在CCD的內(nèi)部設(shè)置信號(hào)處理電路是不可能的，因此，其不能被形成在一個(gè)芯片上。為了解決這些問(wèn)題，已經(jīng)研究并開(kāi)發(fā)出亞微米CMOS制造技術(shù)。
CMOS圖像傳感器可以具有多種像素。通常，CMOS圖像傳感器可以具有3-T(3-Transistor，3晶體管)結(jié)構(gòu)的像素，也可以具有4-T(4-Transistor，4晶體管)結(jié)構(gòu)的像素。此時(shí)，3-T結(jié)構(gòu)的像素包括一個(gè)光電二極管和三個(gè)晶體管，4-T結(jié)構(gòu)的像素包括一個(gè)光電二極管和四個(gè)晶體管。
圖1示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的3-T結(jié)構(gòu)CMOS圖像傳感器的2×2像素陣列。
在圖1中，單位像素包括一個(gè)光電二極管PD和讀出電路。該讀出電路由三個(gè)晶體管構(gòu)成。在這種情況下，三個(gè)晶體管由復(fù)位晶體管(reset transistor)Rx、激勵(lì)晶體管(drive transistor)Dx、和選擇晶體管(select transistor)Sx形成。復(fù)位晶體管Rx用于使收集在光電二極管PD中的光學(xué)電荷復(fù)位。另外，激勵(lì)晶體管Dx起到源跟隨緩沖放大器的作用，且選擇晶體管Sx用于切換并尋址光電荷。
多個(gè)單位像素被設(shè)置以形成像素陣列，其中，每個(gè)單位像素均具有光電二極管和讀出電路。另外，額外的外圍電路被提供以輸出像素陣列所產(chǎn)生的光電荷。
在包括光電二極管PD的光電二極管部(A)中，沒(méi)有形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層(salicide layer)。然而，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層被形成在除了光電二極管部(A)之外的讀出電路和外圍電路的其它部分中。
由于自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層被形成在讀出電路和外圍電路中，所以通過(guò)降低信號(hào)線和柵極的阻抗提高速度是可能的。同時(shí)，由于自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層反射光，所以自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層沒(méi)有形成在光電二極管部(A)中。對(duì)于光電二極管PD而言，接收光并再現(xiàn)圖像是必要的。
下面，將參考附圖描述根據(jù)相關(guān)技術(shù)的用于制造CMOS圖像傳感器的方法。
圖2A至圖2H是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的用于制造CMOS圖像傳感器的截面圖，其中，左側(cè)示出外圍電路，右側(cè)示出像素陣列。
首先，如圖2A所示，包括外圍電路和像素陣列的半導(dǎo)體襯底10被限定為有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)。接著，在半導(dǎo)體襯底10的場(chǎng)區(qū)中形成溝道。此后，通過(guò)用絕緣層填充溝道形成STI(Shallow TrenchIsolation，淺槽絕緣、淺溝道隔離)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)氧化層11。因此，半導(dǎo)體襯底10被分成有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)。
參考圖2B，柵絕緣層和多晶硅的導(dǎo)電層(a gate insulating layerand a conductive layer of polysilicon)被順序沉積到半導(dǎo)體襯底10的整個(gè)表面上。隨后，通過(guò)使用用于制作柵電極圖樣的掩模的蝕刻工藝來(lái)選擇性地去除柵絕緣層和導(dǎo)電層。因此，在外圍電路和像素陣列的讀出電路中形成柵絕緣層19和柵電極12。
參考圖2C，使用掩模將雜質(zhì)離子摻雜到半導(dǎo)體襯底10中，從而形成光電二極管PD。在這種情況下，提供掩模以在像素陣列的半導(dǎo)體襯底10中限定光電二極管PD。如果半導(dǎo)體襯底10是p型的，則將n型雜質(zhì)離子摻雜到p型半導(dǎo)體襯底中，以形成光電二極管PD。
接著，在半導(dǎo)體襯底10的整個(gè)表面上形成氮化硅層SiN，然后對(duì)氮化硅層進(jìn)行回蝕刻(etch-back)，以在柵電極12的兩側(cè)形成絕緣層隔離物13。
如圖2D所示，在半導(dǎo)體襯底10的整個(gè)表面上形成氧化物類型的絕緣層14a。
如圖2E所示，光刻膠(photoresist，光致抗蝕劑)PR被涂覆到絕緣層14a上，對(duì)所涂覆的光刻膠PR進(jìn)行曝光和顯影處理，使得光刻膠PR殘存在光電二極管PD上。
參照2F，使用殘存的光刻膠PR作為掩模，去除絕緣層14a，從而形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層(salicide prevention layer，又稱自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防止層)14。也就是，在光電二極管PD上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防止層14。
此時(shí)，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層14和場(chǎng)氧化層11由氧化物類型材料形成。也就是，當(dāng)形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層14時(shí)，場(chǎng)氧化層11被損壞，由此，如圖2F的“A”所示出的，暴露出對(duì)應(yīng)于有源區(qū)的邊緣的半導(dǎo)體襯底10。
如圖2G所示，去除了光刻膠PR。
如圖2H所示，通過(guò)使用柵電極12和絕緣隔離物13作為掩模，將雜質(zhì)離子摻雜進(jìn)對(duì)應(yīng)于外圍電路和讀出電路的有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底10，從而形成源漏結(jié)15。
此后，通過(guò)執(zhí)行自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物處理，在像素陣列的讀出電路和外圍電路中的柵電極12和源漏結(jié)15的表面上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層16。也就是，在包括自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層14的半導(dǎo)體襯底10的整個(gè)表面上沉積難熔金屬層(refractory metal layer)(Co、W等)，接著，在所沉積的難熔金屬層上執(zhí)行熱處理。結(jié)果，所沉積的難熔金屬層反作用于底層的硅，從而，在難熔金屬層和硅之間的交界面中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層16。半導(dǎo)體襯底和柵電極由硅材料制成。就此而言，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層16形成在源漏結(jié)15和柵電極12上。然而，由于使用自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層14遮掩了光電二極管PD，因此，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層16沒(méi)有被形成在光電二極管PD中。
但是，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的用于制造CMOS圖像傳感器的方法具有以下缺點(diǎn)。
如圖2H的“B”所示，當(dāng)形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層14時(shí)，場(chǎng)氧化層11被損壞。也就是，在場(chǎng)氧化層和有源區(qū)之間的交界面，有源區(qū)的邊緣中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層。在自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層形成在有源區(qū)的邊緣中的情況下，將造成像素陣列的光點(diǎn)二極管PD和源漏結(jié)15中的泄漏電流。
泄漏電流對(duì)CMOS圖像傳感器有不良影響。更具體而言，如果泄漏電流增加，成品率將降低至0％。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及用于制造CMOS圖像傳感器的方法，這種CMOS圖像傳感器能夠基本上消除由于相關(guān)技術(shù)的局限性和缺陷導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的目的在于提供用于制造CMOS圖像傳感器以減少泄漏電流并提高成品率的方法。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將作為說(shuō)明書(shū)的一部分隨后闡述，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(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
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，提供了一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟準(zhǔn)備包括外圍電路和像素陣列的半導(dǎo)體襯底，其中，所述像素陣列包括光電二極管和讀出電路；在所述半導(dǎo)體襯底中限定有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底的所述場(chǎng)區(qū)中形成場(chǎng)氧化層；在所述外圍電路和所述像素陣列的所述讀出電路中形成柵電極；在所述像素陣列的光電二極管部中形成光電二極管；在所述有源區(qū)的所述半導(dǎo)體襯底中的所述柵電極的兩側(cè)處形成源漏結(jié)；在所述像素陣列的所述半導(dǎo)體襯底中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層；以及使用所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層作為掩模，在所述外圍電路中的所述柵電極和所述源漏結(jié)的表面中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層。
應(yīng)該了解，前面的概述以及隨后的本發(fā)明的詳述是示范性和說(shuō)明性的，目的在于提供對(duì)所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步的說(shuō)明。


附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，被結(jié)合進(jìn)并構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示范性實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。在附圖中圖1示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的3-T結(jié)構(gòu)CMOS圖像傳感器的2×2像素陣列；圖2A至圖2H是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的用于制造CMOS圖像傳感器的工藝的截面圖；以及圖3A至圖3F是根據(jù)本發(fā)明的用于制造CMOS圖像傳感器的工藝的截面圖。
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，附圖中將使用相同的附圖標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同或相似的部件。
下面，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的用于制造CMOS圖像傳感器的方法。
總體而言，在像素陣列中，柵電極要求低阻抗。因此，優(yōu)選地，在像素陣列中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層。但是，在源漏結(jié)中不形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層。
在根據(jù)本發(fā)明的像素陣列的讀出電路中，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層被形成在柵電極上，但不形成在源漏結(jié)中。
圖3A至圖3F是根據(jù)本發(fā)明的用于制造CMOS圖像傳感器的工藝的截面圖，其中，左側(cè)示出外圍電路，右側(cè)示出像素陣列。
如圖3A所示，硅半導(dǎo)體襯底20被限定為有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)，其中，硅半導(dǎo)體襯底20包括外圍電路和像素陣列。接著，在場(chǎng)區(qū)的半導(dǎo)體襯底20中形成溝道。此后，通過(guò)用絕緣層填充溝道形成STI(Shallow Trench Isolation，淺槽絕緣、淺溝道隔離)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)氧化層21。因此，半導(dǎo)體襯底20被分成有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)。
參考圖3B，柵絕緣層和多晶硅的導(dǎo)電層(a gate insulating layerand a conductive layer of polysilicon)被順序沉積到半導(dǎo)體襯底20的整個(gè)表面上，隨后，通過(guò)使用用于制作柵電極圖樣的掩模的蝕刻工藝來(lái)選擇性地去除柵絕緣層和導(dǎo)電層。因此，在外圍電路和像素陣列的讀出電路中形成柵絕緣層29和柵電極22。
如圖3C所示，使用掩模將雜質(zhì)離子摻雜到半導(dǎo)體襯底20中，從而形成光電二極管PD。在這種情況下，提供掩模以在像素陣列的半導(dǎo)體襯底20中限定光電二極管PD。如果半導(dǎo)體襯底20是p型的，則將n型雜質(zhì)離子摻雜到p型半導(dǎo)體襯底，以形成光電二極管PD。
接著，在半導(dǎo)體襯底20的整個(gè)表面上形成氮化硅層SiN，接著對(duì)氮化硅層進(jìn)行回蝕刻(etch-back)，以在柵電極22的兩側(cè)形成絕緣層隔離物23。接著，使用柵電極22和絕緣隔離物23作為掩模，將雜質(zhì)離子摻雜到包括外圍電路和讀出電路的有源區(qū)，從而形成源漏結(jié)25。
如圖3D所示，在半導(dǎo)體襯底20的整個(gè)表面上形成氧化物類型的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24。接著，對(duì)自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝，從而，對(duì)自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24進(jìn)行平坦化。此時(shí)，如圖所示，在用于平坦化自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24的處理中暴露柵電極22的上表面。然而，盡管未示出，也可以不暴露柵電極22的上表面。
如果在用于平坦化自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24的處理中暴露柵電極22的上表面，則在下述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物處理過(guò)程中，在讀出電路的柵電極22的表面中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層。因此，可以降低柵電極22的阻抗。
如圖3E所示，光刻膠(photoresist，光致抗蝕劑)PR被涂覆到自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24上，接著通過(guò)曝光和顯影處理，被圖樣化以殘存在像素陣列上。接著，使用圖樣化的光刻膠PR作為掩模，蝕刻外圍電路的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24。在這種情況下，場(chǎng)氧化層21和自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24由氧化物類型材料形成。然而，像素陣列的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24未被蝕刻，使得在用于蝕刻自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24的上述處理過(guò)程中沒(méi)有損壞像素陣列的場(chǎng)氧化層。
如圖3F所示，在除去光刻膠PR后，使用自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24作為掩模，執(zhí)行自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物處理。因此，在柵電極22和源漏結(jié)的表面中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物26。也就是，在包括自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24的半導(dǎo)體襯底20的整個(gè)表面上形成難熔金屬層(refractory metal layer)(Co、W等)，接著，在所沉積的難熔金屬層上執(zhí)行熱處理。結(jié)果，所沉積的難熔金屬層反作用于底層的硅，從而，在難熔金屬層和硅層之間的交界面中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層26。半導(dǎo)體襯底和柵電極由硅材料制成。就此而言，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層26形成在外圍電路中的源漏結(jié)25和柵電極上，以及形成在讀出電路的柵電極22上。然而，由于使用自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24遮掩了光電二極管PD和讀出電路的源漏結(jié)25，從而，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層26沒(méi)有被形成在光電二極管PD和讀出電路的源漏結(jié)25上。
同時(shí)，當(dāng)平坦化自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24時(shí)，如果沒(méi)有暴露柵電極22的表面，則用自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層24遮掩像素陣列。因此，在柵電極22和外圍電路的源漏結(jié)25的表面中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物26。接著，選擇性地除去非反應(yīng)金屬層(non-reactivemetal layer)，從而完成了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于制造CMOS圖像傳感器的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明的用于制造CMOS圖像傳感器的方法中，沒(méi)有蝕刻像素陣列的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層。因此，可以防止像素陣列的場(chǎng)氧化層在蝕刻自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層時(shí)受到損壞。結(jié)果，可以防止有源區(qū)被暴露，并防止自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物處理中的泄漏電流，從而改善了CMOS圖像傳感器的制造的成品率。
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(lái)說(shuō)，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
1.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括準(zhǔn)備包括外圍電路和像素陣列的半導(dǎo)體襯底，其中，所述像素陣列包括光電二極管和讀出電路；在所述半導(dǎo)體襯底中限定有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底的所述場(chǎng)區(qū)中形成場(chǎng)氧化層；在所述外圍電路和所述像素陣列的所述讀出電路中形成柵電極；在所述像素陣列的光電二極管部中形成光電二極管；在所述有源區(qū)的所述半導(dǎo)體襯底中的所述柵電極的兩側(cè)處形成源漏結(jié)；在所述像素陣列的所述半導(dǎo)體襯底中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層；以及使用所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層作為掩模，在所述外圍電路中的所述柵電極和所述源漏結(jié)的表面中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層的過(guò)程包括平坦化所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層以暴露所述柵電極的上表面的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，平坦化所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層的步驟通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層的過(guò)程包括平坦化所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層，以不暴露所述柵電極的上表面的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層的過(guò)程對(duì)應(yīng)于在所述外圍電路中的所述柵電極和所述源漏結(jié)的所述表面中形成所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層的過(guò)程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層的過(guò)程對(duì)應(yīng)于在所述像素陣列的所述柵電極的所述表面中、在所述外圍電路的所述柵電極的所述表面中、以及在所述外圍電路的所述源漏結(jié)的所述表面中形成所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層的過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于制造CMOS圖像傳感器的方法，能夠減少泄漏電流并提高成品率，包括以下步驟準(zhǔn)備包括外圍電路和像素陣列的半導(dǎo)體襯底，其中，所述像素陣列包括光電二極管和讀出電路；在所述半導(dǎo)體襯底中限定有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底的所述場(chǎng)區(qū)中形成場(chǎng)氧化層；在所述外圍電路和所述像素陣列的所述讀出電路中形成柵電極；在所述像素陣列的光電二極管部中形成光電二極管；在所述有源區(qū)的所述半導(dǎo)體襯底中的所述柵電極的兩側(cè)處形成源漏結(jié)；在所述像素陣列的所述半導(dǎo)體襯底中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層；以及使用所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)層作為掩模，在所述外圍電路中的所述柵電極和所述源漏結(jié)的表面中形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物層。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1744323SQ20051008061
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月5日
發(fā)明者全寅均 申請(qǐng)人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社