專利名稱：互補金屬氧化物半導體圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器；并且更具體地，涉及互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。
背景技術：
互補金屬氧化物半導(CMOS)裝置已在移動電話、用于個人計算機的攝像機和電子設備中廣泛使用。CMOS圖像傳感器與傳統(tǒng)地用作圖像傳感器的電荷耦合裝置(CCD)比較提供了一種簡單的操作方法。通過使用CMOS圖像傳感器，可將單個處理電路集成到一個芯片中。因而，有可能將系統(tǒng)具體化于芯片上，從而獲得模塊的最小化。
此外，CMOS圖像傳感器有很多優(yōu)點，包括降低了生產(chǎn)成本，因為CMOS圖像傳感器可使用具有兼容性的建立技術。
圖1是說明傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的單元像素的部分的截面視圖。
如圖1中所示，裝置隔離層12局部地形成于較低結構中，所述較低結構通過堆疊高摻雜P++-型基片10和低摻雜P--型外延層(未示出)而形成。在下文中，該較低結構被稱為半導體結構。包括半導體結構上的柵絕緣層14和柵傳導層16的堆疊結構的柵圖案18，以及在柵圖案18兩個側壁上的多個間隔物19形成轉移柵結構20。
同樣，每個分別作為P0-型雜質和溝道停止層而起作用的多個高摻雜P+-型雜質區(qū)24和25，以及低摻雜N--型光電二極管21通過離子植入工藝和熱擴散工藝而形成于與轉移柵結構20的一側對準的半導體結構的部分中。高摻雜N+-型浮動擴散區(qū)22形成于與轉移柵結構20的另一側對準的半導體結構的部分中。
此時，在防止電子在相鄰像素間運動即串擾事件中，裝置隔離層12起作用。近來，為確保防止串擾事件，深深地形成了溝槽。但是，如果所述溝槽以若干微米的深度形成，有可能防止從半導體結構的深部分生成的電子移動到相鄰像素。但是，可能存在限制，即深深形成的溝槽(下文中稱為深溝槽)的側壁不能全部摻雜。相應地，光電二極管21的耗盡層擴展到深溝槽的側壁，并且因此，暗電流可增加。
發(fā)明內容
因而，本發(fā)明的目的是提供能夠防止串擾事件和暗電流流動的互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器，包括包括溝槽的第一傳導型基片；溝道停止層，通過在溝槽內表面之上使用第一傳導型外延層而形成；裝置隔離層，形成于溝道停止層上以填充溝槽；第二傳導型光電二極管，形成于溝道停止層一側中基片的部分中；以及轉移柵結構，形成于基片上，鄰近光電二極管，以轉移從光電二極管所產(chǎn)生的光電子。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種CMOS圖像傳感器，包括包括溝槽的第一傳導型基片；溝道停止層，通過使用第一傳導型外延層而形成以填充溝槽；第二傳導型光電二極管，形成于溝道停止層一側中基片的部分中；以及轉移柵結構，形成于基片上，鄰近光電二極管，以轉移從光電二極管所產(chǎn)生的光電子。
根據(jù)本發(fā)明進一步的方面，提供了一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括制備包括溝槽的第一傳導型基片；通過執(zhí)行外延工藝在溝槽內表面之上形成第一傳導型溝道停止層；在溝道停止層上形成裝置隔離層以填充溝槽；在溝道停止層一側中的基片上形成用于轉移柵結構的柵圖案；在柵圖案的側壁上形成間隔物；以及通過執(zhí)行離子植入工藝在溝槽和柵圖案之間的基片的部分中形成第二傳導型光電二極管。
根據(jù)本發(fā)明根據(jù)本發(fā)明更進一步的方面，提供了一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括制備包括溝槽的第一傳導型基片；通過執(zhí)行外延工藝而形成第一傳導型溝道停止層以填充溝槽；在溝道停止層一側中的基片上形成用于轉移柵結構的柵圖案；在柵圖案的側壁上形成間隔物；以及通過執(zhí)行離子植入工藝在溝槽和柵圖案之間的基片的部分中形成第二傳導型光電二極管。
關于以下結合附圖給出的優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的以上及其它目的和特征將變得更好理解，其中圖1是說明傳統(tǒng)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的單元像素的部分的截面視圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS圖像傳感器的單元像素的部分的截面視圖；圖3A到3C是說明用于制造圖2中所示CMOS圖像傳感器的方法的截面視圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的CMOS圖像傳感器的單元像素的部分的截面視圖；以及圖5A到5B是說明用于制造圖4中所示CMOS圖像傳感器的方法的截面視圖。
具體實施例方式
下文中，將參考附圖提供對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述。
同樣，應注意，為在本說明書中清楚地限定層和區(qū)，夸張了層和區(qū)的厚度。如果書及層形成于另一層或基片上，所述層可直接形成于所述另一層或基片上，或者第三層可插于層間。此外，貫穿本說明書，系統(tǒng)的參考數(shù)字指示系統(tǒng)的構造元件。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的CMOS圖像傳感器的單元像素的部分的截面視圖。
參考圖2，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS圖像傳感器的單元像素包括被提供以深溝槽(未示出)的高摻雜P++-型基片110；溝道停止層115，通過在深溝槽內表面之上使用高摻雜P+-型外延層而形成；裝置隔離層130，形成于溝道停止層115上以填充深溝槽；低摻雜N--型光電二極管124，形成于溝道停止層115一側中的基片110的部分中；以及轉移柵結構123，形成于基片110上，靠近光電二極管124。此外，CMOS圖像傳感器的單元像素包括浮動擴散區(qū)126，其形成于鄰近轉移柵結構123并與光電二極管124相對的基片110的部分中。
此時，轉移柵結構123包括柵圖案120，通過使用柵絕緣層117和柵傳導層119而形成；以及多個間隔物122，形成于柵圖案120的兩個側壁上。具體地，柵傳導層119通過使用從包括多晶硅、硅化鎢及其堆疊層的組所選的一個而形成。多個間隔物122通過使用氮化物層、氧化物層或氧氮化物層而形成。
雖未示出，高摻雜P+-型外延層被堆疊在高濃度的P+-型基片110上。此時，基片110是單晶硅層。
即，根據(jù)本發(fā)明第一實施例，外延生長的溝道停止層115通過在深溝槽內表面之上以與光電二極管124相反的傳導類型摻雜而形成。因此，有可能形成一致的溝道停止層115，盡管溝槽的線寬度窄且溝槽的深度深。相應地，有可能不但防止CMOS圖像傳感器串擾事件的產(chǎn)生，而且防止暗電流流動。
圖3A到3C是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于制造圖2中所示CMOS圖像傳感器的方法的截面視圖。
首先，如圖3A中所示，墊氧化物層111和墊氮化物層112沉積于高摻雜P++-型基片110上。此時，低摻雜P--型外延層(未示出)形成于基片110上部上。
接下來，執(zhí)行深溝槽隔離(DTI)蝕刻工藝，從而在基片110上深深地形成溝槽，即深溝槽。例如，采用掩模工藝和蝕刻工藝，并且然后，在墊氮化物層112上形成預定的掩模圖案(未示出)。之后，通過使用掩模圖案而執(zhí)行蝕刻工藝，從而蝕刻墊氮化物層112、墊氧化物層111和基片110的預定部分。因而，在基片110的部分中形成前述深溝槽113。此后，掩模圖案通過剝除工藝而去除。
此時，在除了單元像素的剩余部分中通過典型的淺溝槽隔離(STI)工藝來執(zhí)行裝置隔離。
接下來，如圖3B中所示，通過使用原地法(in-situ method)來執(zhí)行外延工藝，從而使高摻雜P+-型溝道停止層115在深溝槽113內表面之上生長。此時，第一傳導型雜質擴散區(qū)可形成于其中形成光電二極管的基片上(下文中稱為光電二極管區(qū))。例如，在光電二極管區(qū)上存在的墊氮化物層112和墊氧化物層111被蝕刻，并且此后，執(zhí)行外延工藝，從而在光電二極管區(qū)的基片110上形成溝道停止層115。
接下來，如圖3C中所示，通過濕蝕刻工藝，墊氮化物層112和墊氧化物層111被去除。
接下來，高密度等離子體(HDP)氧化物層沉積于溝道氧化物層115上以填充深溝槽。此后，所沉積的HDP氧化物層被平面化，并且因此，形成了裝置隔離層130。此時，裝置隔離層130從深溝槽113下部以預定高度形成，以防止將通過基片工藝沉積的柵傳導層119保留在溝槽113內。
接下來，柵絕緣層117形成于包括裝置隔離層130的整個層上，并且此后，前述柵傳導層119形成于柵絕緣層117上。更詳細地，柵氧化物層通過氧化工藝而形成，并且此后，通過化學氣相沉積(CVD)方法來沉積傳導材料，如多晶硅。
接下來，柵傳導層119和柵絕緣層117的預定部分被蝕刻，從而在基片110上形成用于轉移柵結構123的柵圖案120。此后，多個間隔物122通過使用絕緣層而形成于柵圖案120的兩個側壁上。
接下來，通過使用預定掩模圖案來執(zhí)行離子植入工藝，從而在溝道停止層115和柵圖案120之間的基片110的部分中形成光電二極管124。例如，低摻雜N--型光電二極管124通過植入N-型雜質如磷(P)或砷(As)而形成。
接下來，浮動擴散區(qū)126通過執(zhí)行離子植入工藝而形成于鄰近柵圖案120并與光電二極管124相對的基片110的部分中。
圖4是說明根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的CMOS圖像傳感器的單元像素的部分的截面視圖。
參考圖4，根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的CMOS圖像傳感器的單元像素包括被提供以溝槽(未示出)的高摻雜P++-型基片210；溝道停止層215，通過使用高摻雜P+-型外延層而形成以填充溝槽；低摻雜N--型光電二極管224，形成于溝道停止層215的一側中的基片210的部分中；以及轉移柵結構223，形成于基片210上，靠近光電二極管224，以轉移從光電二極管224所產(chǎn)生的光電子。此外，CMOS圖像傳感器的單元像素還包括浮動擴散區(qū)226，其形成于鄰近轉移柵結構223并與光電二極管224相對的基片210的部分中。
即，與其中溝道停止層115形成于溝槽的內表面之上的本發(fā)明第一實施例相比，根據(jù)本發(fā)明第二實施例，溝道停止層215通過填充整個溝槽而形成。相應地，由于不需要用于形成裝置隔離層的附加工藝，有可能簡化CMOS圖像傳感器制造過程。
圖5A到5B是說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于制造圖4中所示CMOS圖像傳感器的方法的截面視圖。
首先，如圖5A中所示，與本發(fā)明第一實施例類似，提供了包括深溝槽(未示出)的高摻雜P+-型基片210。例如，蝕刻形成于基片210上的墊氧化物層211和墊氮化物層212的預定部分，從而在基片210中形成深溝槽。
接下來，如圖5B中所示，通過使用原地法來執(zhí)行外延工藝，并且因此，使高摻雜P+-型溝道停止層215生長直到深溝槽(未示出)被填滿。
接下來，執(zhí)行濕蝕刻工藝，從而去除墊氮化物層212和墊氧化物層211。
接下來，通過在本發(fā)明第一實施例中所使用的方法，形成轉移柵結構223。此后，采用離子植入工藝，從而在轉移柵結構223和溝道停止層215之間的基片210的部分中形成光電二極管224。更詳細地，植入低摻雜N--型離子，并因此形成低摻雜N--型光電二極管224。在此，轉移柵結構223包括柵圖案200，形成于柵絕緣層217和柵傳導層219的堆疊結構中；及多個間隔物222，形成于柵圖案220的兩個側壁上。
接下來，執(zhí)行離子植入工藝，并然后在鄰近轉移柵結構223并與光電二極管224相對的基片210的部分中形成浮動擴散區(qū)226。優(yōu)選地，植入高摻雜N+-型雜質，從而形成高摻雜N+-型浮動擴散區(qū)226。
基于本發(fā)明，在基片中形成深溝槽，并且然后在該深溝槽內表面之上形成外延生長的溝道停止層。因此，有可能在深溝槽的側壁上形成一致的溝道停止層。相應地，有可能不僅防止串擾事件而且防止暗電流流動。因此，CMOS圖像傳感器效率得到大大改善。
本發(fā)明包含與以下申請相關的主題2005年9月14日提交到韓國專利局的韓國專利申請No.KR 2005-0085676，其全部內容在此引入作為參考。
盡管已關于某些優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但對于本領域的技術人員顯而易見的是，可進行各種變化和修改而不背離所附權利要求中所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器，包括包括溝槽的第一傳導型基片；溝道停止層，通過在所述溝槽內表面之上使用第一傳導型外延層而形成；裝置隔離層，形成于所述溝道停止層上以填充所述溝槽；第二傳導型光電二極管，形成于所述溝道停止層一側中所述基片的部分中；轉移柵結構，形成于基片上，鄰近所述光電二極管，以轉移從所述光電二極管所產(chǎn)生的光電子。
2.如權利要求1的CMOS圖像傳感器，進一步包括在所述基片上的第一傳導型雜質擴散區(qū)，所述光電二極管形成于所述基片中。
3.如權利要求2的CMOS圖像傳感器，其中所述裝置隔離層以預定的高度從所述溝槽的下部形成以防止所述轉移柵結構的傳導材料保留在所述溝槽中。
4.如權利要求2的CMOS圖像傳感器，進一步包括浮動擴散區(qū)，其形成在與所述光電二極管相對并鄰近所述轉移柵結構的基片的部分中以接收來自所述轉移柵結構的光電子。
5.一種CMOS圖像傳感器，包括包括溝槽的第一傳導型基片；溝道停止層，通過使用第一傳導型外延層而形成以填充所述溝槽；第二傳導型光電二極管，形成于所述溝道停止層一側中所述基片的部分中；轉移柵結構，形成于所述基片上，鄰近所述光電二極管，以轉移從所述光電二極管所產(chǎn)生的光電子。
6.如權利要求5的CMOS圖像傳感器，其中所述溝道停止層不僅形成于所述溝槽的輪廓之上而且形成于所述光電二極管在其中形成的所述基片上。
7.如權利要求6的CMOS圖像傳感器，進一步包括浮動擴散區(qū)，其與所述光電二極管相對并鄰近所述轉移柵結構而形成于所述基片中，以接收來自所述轉移柵結構的光電子。
8.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括制備包括溝槽的第一傳導型基片；通過執(zhí)行外延工藝在所述溝槽內表面之上形成第一傳導型溝道停止層；在所述溝道停止層上形成裝置隔離層以填充所述溝槽；在所述溝道停止層一側中所述基片上形成用于轉移柵結構的柵圖案；在所述柵圖案的側壁上形成間隔物；以及通過執(zhí)行離子植入工藝在所述溝槽和所述柵圖案之間的基片的部分中形成第二傳導型光電二極管。
9.如權利要求8的方法，其中所述溝道停止層不僅形成于所述溝槽的輪廓之上而且形成于所述光電二極管在其中形成的所述基片上。
10.如權利要求9的方法，其中所述裝置隔離層以預定的高度從所述溝槽的下部形成以防止傳導材料保留在所述溝槽中。
11.如權利要求9的方法，進一步包括在與所述光電二極管相對并鄰近所述轉移柵結構的基片的部分中的浮動擴散區(qū)，以在形成所述光電二極管后通過執(zhí)行離子植入工藝而接收來自所述轉移柵結構的光電子。
12.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括制備包括溝槽的第一傳導型基片；通過執(zhí)行外延工藝形成第一傳導型溝道停止層以填充所述溝槽；在所述溝道停止層一側中所述基片上形成用于轉移柵結構的柵圖案；在所述柵圖案的側壁上形成間隔物；以及通過執(zhí)行離子植入工藝在所述溝槽和所述柵圖案之間的基片的部分中形成第二傳導型光電二極管。
13.如權利要求12的方法，其中所述溝道停止層不僅形成于所述溝槽的輪廓之上而且形成于所述光電二極管在其中形成的所述基片上。
14.如權利要求13的方法，進一步包括在形成所述光電二極管后，通過執(zhí)行離子植入工藝，在與所述光電二極管相對并鄰近所述轉移柵結構的基片的部分中形成浮動擴散區(qū)以接收來自所述轉移柵結構的光電子。
全文摘要
提供了一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)裝置及其制造方法。該CMOS圖像傳感器包括溝槽的第一傳導型基片；溝道停止層，通過在溝槽內表面之上使用第一傳導型外延層而形成；裝置隔離層，形成于溝道停止層上以填充溝槽；第二傳導型光電二極管，形成于溝道停止層一側中基片的部分中；以及轉移柵結構，形成于基片上，鄰近光電二極管，以轉移從光電二極管所產(chǎn)生的光電子。
文檔編號H01L21/70GK1933167SQ200510097439
公開日2007年3月21日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權日2005年9月14日
發(fā)明者金相榮 申請人:美格納半導體有限會社