專(zhuān)利名稱(chēng)：Cmos圖像傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器的制造方法，尤其涉及一種CMOS圖像傳感 器的制造方法，用以改善圖像傳感器的特性。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感 器可主要分為電荷耦合器件(CCD)和CMOS圖像傳感器(CIS)。CCD具有多個(gè)排列成矩陣形式的光電二極管(PD)，這些光電二極管 將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。CCD包括多個(gè)垂直電荷耦合器件(VCCD)、水平 電荷耦合器件(HCCD)以及讀出放大器。VCCD形成于排列成矩陣形式的 各個(gè)光電二極管之間，并沿著垂直方向傳遞每個(gè)光電二極管產(chǎn)生的電荷。 HCCD沿著水平方向傳遞每個(gè)VCCD傳遞的電荷。讀出放大器感測(cè)水平傳遞 的電荷，并由此產(chǎn)生電信號(hào)。然而，CCD的驅(qū)動(dòng)方式復(fù)雜，并且其功耗較大。此外，CCD的缺點(diǎn)還 在于由于需要多步光學(xué)處理(photo process)，因此制造工藝復(fù)雜。此外，CCD由于難以將控制器、信號(hào)處理器以及模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器集 成到一個(gè)CCD芯片上而不能小型化。近來(lái)，CMOS圖像傳感器作為用來(lái)克服CCD缺陷的下一代圖像傳感器 受到了關(guān)注。CMOS圖像傳感器是一種采用開(kāi)關(guān)方式的器件，其中利用CMOS制造技 術(shù)在半導(dǎo)體襯底上形成與單位象素的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的多個(gè)MOS晶體管，從而 由各個(gè)MOS晶體管按順序檢測(cè)每個(gè)單位像素的輸出。在CMOS制造技術(shù)中， 控制器和信號(hào)處理器用作外圍電路。也就是說(shuō)，在CMOS圖像傳感器中， 一個(gè)光電二極管和一個(gè)MOS晶體 管形成于一個(gè)單位象素中，由此以開(kāi)關(guān)方式按順序檢測(cè)每個(gè)單位像素的電信 號(hào)并實(shí)現(xiàn)圖像。
通過(guò)利用CMOS制造技術(shù)，CMOS圖像傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)功耗低； 以及由于光學(xué)處理步驟少，因此制造工藝簡(jiǎn)單。此外，借助于控制器、信號(hào)處理器、A/D轉(zhuǎn)換器等在CMOS圖像傳感器 芯片中的集成，CMOS圖像傳感器具有其產(chǎn)品易于小型化的優(yōu)點(diǎn)。因此，CMOS圖像傳感器廣泛用于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，例如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼 攝像機(jī)等等。圖1A至圖1E是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造CMOS圖像傳感器的方法的橫 截面圖。如圖1A所示，利用外延工藝，在高濃度？++型半導(dǎo)體襯底61上形成低 濃度P—型外延層62。在半導(dǎo)體襯底61中限定有源區(qū)和器件隔離區(qū)。然后，利用淺溝槽隔離 (STI)工藝在器件隔離區(qū)中形成器件隔離膜63。之后，在外延層62的整個(gè)表面上且包括在器件隔離膜63上，按順序沉 積柵極絕緣膜64和導(dǎo)電層(例如，高濃度多晶硅層)。接著，選擇性地去 除導(dǎo)電層和柵極絕緣膜64，從而形成柵電極65。如圖1B所示，在半導(dǎo)體襯底61的整個(gè)表面上方涂覆第一光致抗蝕劑膜 66，并且通過(guò)曝光和顯影處理將第一光致抗蝕劑膜66圖案化，從而暴露每 個(gè)藍(lán)、綠和紅光電二極管區(qū)。隨后，以經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑膜66作為掩模，在外延層62中注 入低濃度N型雜質(zhì)離子，由此形成N-型擴(kuò)散區(qū)67，即藍(lán)、綠和紅光電二級(jí) 管區(qū)。當(dāng)形成用作光電二極管區(qū)的N'型擴(kuò)散區(qū)67時(shí)，進(jìn)行磷(P)的離子注入。 為了增強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)男?，以不同的離子注入能量進(jìn)行連續(xù)兩次處理。換句話說(shuō)，分別以不同的能量、即160KeV和100keV連續(xù)地進(jìn)行用于 形成光電二極管區(qū)的N型離子注入。以低能量進(jìn)行的離子注入是在離子注入 角度約為4度至10度的情況下進(jìn)行的。以高能量進(jìn)行的離子注入是在離子 注入角度為零度的情況下進(jìn)行的。如圖1C所示，將第一光致抗蝕劑膜66完全去除。然后，在半導(dǎo)體襯底 61的整個(gè)表面上沉積絕緣膜并對(duì)其進(jìn)行回蝕。從而，在柵電極65的兩側(cè)表 面處形成絕緣側(cè)壁層68。在半導(dǎo)體襯底61的整個(gè)表面上涂覆第二光致抗蝕
劑膜69之后，通過(guò)曝光和顯影工藝將第二光致抗蝕劑膜69圖案化，以覆蓋 光電二極管區(qū)并暴露每個(gè)晶體管的源極/漏極區(qū)。接下來(lái)，使用經(jīng)圖案化的第二光致抗蝕劑膜69作為掩模，在暴露的源 極/漏極區(qū)中注入高濃度N"型雜質(zhì)離子，由此形成W型擴(kuò)散區(qū)(浮置擴(kuò)散區(qū)) 70。如圖1D所示，去除第二光致抗蝕劑膜69。在半導(dǎo)體襯底61的整個(gè)表 面上涂覆第三光致抗蝕劑膜71之后，通過(guò)曝光和顯影工藝將第三光致抗蝕 劑膜71圖案化，以暴露每個(gè)光電二極管區(qū)。使用經(jīng)圖案化的第三光致抗蝕劑膜71作為掩模，在光電二極管區(qū)且包 括在N型擴(kuò)散區(qū)67中注入pG型雜質(zhì)離子(例如BF2+)。從而，在N型擴(kuò)散 區(qū)67上形成PQ型擴(kuò)散區(qū)72。就此而言，由于光電二極管與半導(dǎo)體襯底61之間界面的缺陷，在光電 二極管的表面可能產(chǎn)生電子。這會(huì)引起電子移動(dòng)到光電二極管區(qū)，由此在表 面處產(chǎn)生不需要的信號(hào)。因此，在上表面處形成有許多空穴的^型擴(kuò)散區(qū) 72用于通過(guò)使得電子與空穴結(jié)合來(lái)去除電子。然而，有一部分電子殘留，而沒(méi)有被去除或與空穴結(jié)合從而導(dǎo)致暗電流， 由此使得CMOS傳感器的產(chǎn)品特性下降。如圖IE所示，去除第三光致抗蝕劑膜71 。對(duì)半導(dǎo)體襯底61進(jìn)行熱處理， 由此促進(jìn)每個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)中的擴(kuò)散。由于為了去除暗電流而通過(guò)P型離子注入來(lái)形成較厚的P型結(jié)層，因此 暗電流減少，并且光接收部件的光靈敏度降低。所以，產(chǎn)品特性是不令人滿 意的。因此，在離子注入之后，應(yīng)該在最大程度上防止P型摻雜劑擴(kuò)散到光 電二極管區(qū)。然而，在傳統(tǒng)技術(shù)中，在控制質(zhì)量小且擴(kuò)散快的硼(B)擴(kuò)散方面存在 局限。因此，以低能量進(jìn)行的離子注入難以實(shí)現(xiàn)所需形式的濃度分布。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供一種CMOS圖像傳感器的制造方法，其能 夠改善光電二極管的暗電流及接收光的靈敏度特性。按照本發(fā)明的方案，提供一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳
感器的制造方法，包括以下步驟
將第一導(dǎo)電類(lèi)型摻雜劑注入半導(dǎo)體襯底中，并在所述半導(dǎo)體襯底的表面
上形成光電二極管區(qū)；
對(duì)形成有光電二極管區(qū)的所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行尖峰退火；以及 將第二導(dǎo)電類(lèi)型摻雜劑注入所述光電二極管區(qū)的上部，以形成第二導(dǎo)電
類(lèi)型擴(kuò)散區(qū)。


從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述及其它目的和特征將變 得更為明顯，其中-
圖1A至圖1E為示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造CMOS圖像傳感器的方法的工 藝橫截面圖；以及
圖2A至圖2E為根據(jù)本發(fā)明制造CMOS圖像傳感器的方法的工藝橫截 面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。 參照?qǐng)D2A至圖2E，示出了根據(jù)本發(fā)明制造CMOS圖像傳感器的方法的 橫截面圖。
如圖2A所示，利用外延工藝，在半導(dǎo)體襯底101上形成低濃度F型外 延層102，其中半導(dǎo)體襯底101例如為高濃度？++型單晶硅。
形成外延層102以使光電二極管中具有大且深的耗盡區(qū)，由此增強(qiáng)了低 壓光電二極管收集光電荷的能力，還提高了其光靈敏度。
之后，在半導(dǎo)體襯底101中限定有源區(qū)和器件隔離區(qū)。然后，利用淺溝 槽隔離(STI)工藝在器件隔離區(qū)中形成器件隔離膜103。
下面將描述形成器件隔離膜103的方法，但沒(méi)有在圖中示出。
首先，在半導(dǎo)體襯底101上按順序形成襯墊氧化物膜、襯墊氮化物膜和 四乙基原硅酸鹽(TEOS)氧化物膜。然后，在TEOS氧化物膜上形成光致 抗蝕劑膜。
接下來(lái)，使用限定有源區(qū)和器件隔離區(qū)的掩模，將光致抗蝕劑膜曝光和
圖案化。此時(shí)，去除器件隔離區(qū)的光致抗蝕劑膜。
以經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑膜作為掩模，選擇性地去除器件隔離區(qū)的襯墊
氧化物膜、襯墊氮化物膜和TEOS氧化物膜。
以經(jīng)圖案化的襯墊氧化物膜、襯墊氮化物膜和TEOS氧化物膜作為掩模， 將與器件隔離區(qū)相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體襯底蝕刻至預(yù)定深度，由此形成溝槽。然后， 去除光致抗蝕劑膜。
隨后，在溝槽中埋入絕緣材料，由此在溝槽中形成器件隔離膜103。然 后，去除襯墊氧化物膜、襯墊氮化物膜和TEOS氧化物膜。
在外延層102的整個(gè)表面上且包括在器件隔離膜103上按順序沉積柵極 絕緣膜104和導(dǎo)電層(例如，高濃度多晶硅層)。
柵極絕緣膜104可以通過(guò)熱氧化工藝形成，也可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積 (CVD)方法形成。
選擇性地去除導(dǎo)電層和柵極絕緣膜104，由此形成柵電極105。
柵電極105成為傳輸晶體管的柵電極。
如圖2B所示，在半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上且包括在柵電極105上 涂覆第一光致抗蝕劑膜106，并且通過(guò)曝光和顯影處理將第一光致抗蝕劑膜 106圖案化，從而暴露每個(gè)藍(lán)、綠和紅光電二極管區(qū)。
隨后，以經(jīng)圖案化的第一光致抗蝕劑膜106作為掩模，在外延層102中 注入低濃度N型雜質(zhì)離子，由此形成N-型擴(kuò)散區(qū)107，即藍(lán)、綠和紅光電二 級(jí)管區(qū)。
當(dāng)形成用作光電二極管區(qū)的N—型擴(kuò)散區(qū)107時(shí)，進(jìn)行磷(P)的離子注 入。為了增強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)男?，以不同的離子注入能量進(jìn)行連續(xù)兩次處理。
換句話說(shuō)，分別以不同的能量、即160KeV和100keV連續(xù)地進(jìn)行用于 形成光電二極管區(qū)的N型離子注入。以低能量進(jìn)行的離子注入是在離子注入 角度約為4度至10度的情況下進(jìn)行的。以高能量進(jìn)行的離子注入是在離子 注入角度為零度的情況下進(jìn)行的。
如圖2C所示，將第一光致抗蝕劑膜106完全去除。對(duì)半導(dǎo)體襯底101 進(jìn)行尖峰退火，由此補(bǔ)償磷離子引起的晶格損傷，以形成N-型擴(kuò)散區(qū)107。
在上述工藝中，在光電二極管區(qū)中注入作為N型摻雜劑的磷離子之后， 在其上部注入作為P型摻雜劑的BF2+離子。磷的離子注入必然引起硅晶格的
損傷，從而使得晶格間形成空隙?？障读颗c離子注入量和能量成比例。硼(B) 擴(kuò)散的理論上的逼近主要受到由晶格間的空隙引起的瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散(TED) 效應(yīng)影響。因此，在進(jìn)行退火之前去除晶格間的空隙，以控制P型摻雜劑在 光電二極管區(qū)上部的擴(kuò)散。
尖峰退火的條件為在N2或Ar氣體氣氛中，在低于100(TC的溫度，優(yōu) 選在800。C至90(TC的溫度，同時(shí)每秒升高10(TC至20(TC。
然而，由于晶格間空隙的程度取決于N型摻雜劑的離子注入量和能量而 不同，因此可改變條件。
尖峰退火在較低溫度下進(jìn)行，用以抑制N型慘雜劑在光電二極管區(qū)中的 擴(kuò)散，并且僅去除晶格間空隙的缺陷。此外，尖峰退火的目的是最大程度上 抑制在光電二極管區(qū)的前序工藝中摻雜劑的擴(kuò)散。
由于僅通過(guò)低溫尖峰退火不會(huì)將摻雜劑本身退火，因此還應(yīng)該進(jìn)行隨后 的退火處理。
之后，在半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上沉積絕緣膜，并對(duì)其進(jìn)行回蝕。 由此，在柵電極105的兩側(cè)表面處形成絕緣側(cè)壁層108。
接下來(lái)，在半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上涂覆第二光致抗蝕劑膜109。 然后，通過(guò)曝光和顯影工藝將第二光致抗蝕劑膜109圖案化，以覆蓋光電二 極管區(qū)并暴露每個(gè)晶體管的源極/漏極區(qū)。
然后，使用經(jīng)圖案化的第二光致抗蝕劑膜109作為掩模，在暴露的源極 /漏極區(qū)中注入高濃度W型雜質(zhì)離子。由此，在暴露的源極/漏極區(qū)中形成W 型擴(kuò)散區(qū)(浮置擴(kuò)散區(qū))110。
如圖2D所示，去除第二光致抗蝕劑膜109。之后，在半導(dǎo)體襯底101 的整個(gè)表面上涂覆第三光致抗蝕劑膜111，然后通過(guò)曝光和顯影工藝將第三 光致抗蝕劑膜lll圖案化，以暴露每個(gè)光電二極管區(qū)。
使用經(jīng)圖案化的第三光致抗蝕劑膜111作為掩模，在外延層102中并且 包括在N-型擴(kuò)散區(qū)107中注入導(dǎo)電類(lèi)型(pG型)雜質(zhì)離子。從而，在外延層 102的表面上形成PQ型擴(kuò)散區(qū)112。
在pG型擴(kuò)散區(qū)112中注入的雜質(zhì)離子為BF2離子。BF2離子是以1X1016 原子/cn^至5X 10"原子/ci^的濃度以及5KeV至20KeV的注入能量注入的。
如圖2E所示，去除第三光致抗蝕劑膜111。然后，對(duì)半導(dǎo)體襯底101
進(jìn)行熱處理，由此促進(jìn)每個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)中的擴(kuò)散。
隨后的工藝沒(méi)有在圖中示出，其中在產(chǎn)物的整個(gè)表面上在層間絕緣膜中 形成多個(gè)金屬布線。之后，形成濾色層和微透鏡。從而，完成圖像傳感器。
因此，根據(jù)上述制造CMOS圖像傳感器的新型方法，形成光電二極管區(qū) 并對(duì)其進(jìn)行尖峰退火，以去除晶格間的空隙；然后，將P型摻雜劑注入光電 二極管區(qū)的上部，由此抑制P型摻雜劑的擴(kuò)散，同時(shí)改善光電二極管的暗電 流和靈敏度特性。
盡管參照優(yōu)選實(shí)施例示出且描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該 理解，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)中限定的本發(fā)明范圍的情況下，可以進(jìn)行多 種變化和修改。
權(quán)利要求
1. 一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法，所述方法包括以下步驟將第一導(dǎo)電類(lèi)型摻雜劑注入半導(dǎo)體襯底中，并在所述半導(dǎo)體襯底的表面中形成光電二極管區(qū)；對(duì)形成有所述光電二極管區(qū)的所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行尖峰退火；以及將第二導(dǎo)電類(lèi)型摻雜劑注入所述光電二極管區(qū)的上部，以形成第二導(dǎo)電類(lèi)型擴(kuò)散區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)行所述尖峰退火的條件為在 氣體氣氛中，在低于IOOO'C的溫度下，同時(shí)每秒升高100至200'C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中進(jìn)行所述尖峰退火的條件為在 80(TC至900。C的溫度，同時(shí)每秒升高100至20(TC。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述尖峰退火采用的氣體包括N2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述尖峰退火采用的氣體包括Ar。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中注入第一導(dǎo)電類(lèi)型摻雜劑的步驟 在不同的離子注入能量下進(jìn)行兩次。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟在形成所述第二導(dǎo) 電類(lèi)型擴(kuò)散區(qū)之后，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述尖峰退火抑制所述第一導(dǎo)電 類(lèi)型摻雜劑的擴(kuò)散，并去除晶格間的空隙。
全文摘要
一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的制造方法，包括以下步驟將第一導(dǎo)電類(lèi)型摻雜劑注入半導(dǎo)體襯底中，并在所述半導(dǎo)體襯底的表面上形成光電二極管區(qū)；對(duì)形成有光電二極管區(qū)的所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行尖峰退火，由此抑制第一導(dǎo)電類(lèi)型摻雜劑的擴(kuò)散并去除晶格間的空隙；以及將第二導(dǎo)電類(lèi)型摻雜劑注入所述光電二極管區(qū)的上部，以形成第二導(dǎo)電類(lèi)型擴(kuò)散區(qū)。本發(fā)明能夠改善光電二極管的暗電流及接收光的靈敏度特性。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101211832SQ200710142658
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2006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