Cmos圖像傳感器及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種器件包括二極管，該二極管包括位于半導(dǎo)體襯底中的第一、第二和第三摻雜區(qū)域。第一摻雜區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型并且具有第一雜質(zhì)濃度。第二摻雜區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型并且具有比第一雜質(zhì)濃度低的第二雜質(zhì)濃度。第二摻雜區(qū)域圍繞第一摻雜區(qū)域。第三摻雜區(qū)域具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，其中第三摻雜區(qū)域與第一摻雜區(qū)域的一部分和第二摻雜區(qū)域的一部分重疊。本發(fā)明還公開了CMOS圖像傳感器及其形成方法。
【專利說明】CMOS圖像傳感器及其形成方法
[0001]本申請要求于2012年5月31日提交的、名稱為“CMOS Image Sensor and Methodsof Manufacturing Same”、申請?zhí)枮榈?1/653，748號的美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán),其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及CMOS圖像傳感器及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0003]圖像傳感器芯片(包括正面圖像傳感器芯片和背面照明(BSI)圖像傳感器芯片)廣泛用于諸如照相機(jī)的應(yīng)用中。在圖像傳感器芯片的形成過程中，圖像傳感器(諸如光電二極管)和邏輯電路形成在晶圓的硅襯底上，然后在晶圓的正面形成互連結(jié)構(gòu)。在正面圖像傳感器芯片中，在互連結(jié)構(gòu)上方形成濾色器和微透鏡。在BSI圖像傳感器芯片的形成過程中，在互連結(jié)構(gòu)形成之后，使晶圓減薄，并且在硅襯底的背面形成諸如濾色器和微透鏡的背面結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用圖像傳感器芯片時(shí)，光投射到圖像傳感器上，其中光被轉(zhuǎn)變成電信號。
[0004]圖像傳感器芯片中的圖像傳感器響應(yīng)于光子刺激產(chǎn)生電信號。圖像傳感器的滿阱容量(full well capacity)和信噪比最好較大。為了提高圖像傳感器(諸如光電二極管)的滿阱容量和信噪比，可以增加光電二極管的P型和/或η型區(qū)域的雜質(zhì)濃度。但是，這種增加使得圖像傳感器的一些其他性能退化。例如，由于雜質(zhì)濃度的增加，可能不利地提高暗電流和白像素性能。此外，由于雜質(zhì)濃度變高，可能增大光電二極管的漏電流，其中漏電流形成在光電二極管和相鄰的隔離區(qū)域之間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種器件，包括:
[0006]半導(dǎo)體襯底；
[0007]二極管，包括:
[0008]位于所述半導(dǎo)體襯底中且具有第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)域，其中，所述第一摻雜區(qū)域具有第一雜質(zhì)濃度；
[0009]位于所述半導(dǎo)體襯底中且具有所述第一導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)域，其中，所述第二摻雜區(qū)域具有比所述第一雜質(zhì)濃度低的第二雜質(zhì)濃度，并且所述第二摻雜區(qū)域環(huán)繞所述第一摻雜區(qū)域；以及
[0010]位于所述半導(dǎo)體襯底中且具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)域，其中，所述第三摻雜區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域的一部分和所述第二摻雜區(qū)域的
一部分重疊。
[0011]在可選實(shí)施例中，所述器件還包括包含所述二極管的圖像傳感器芯片，所述二極管在所述圖像傳感器芯片中是光電二極管。[0012]在可選實(shí)施例中，所述器件還包括位于所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域上方并且與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域接觸的第四摻雜區(qū)域，其中，所述第三摻雜區(qū)域進(jìn)一步位于所述第四摻雜區(qū)域上方并與所述第四摻雜區(qū)域接觸，以及所述第四摻雜區(qū)域具有所述第一導(dǎo)電類型并具有高于所述第一雜質(zhì)濃度和所述第二雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
[0013]在可選實(shí)施例中，所述第四摻雜區(qū)域與所述第二摻雜區(qū)域的第一部分重疊，并且所述第二摻雜區(qū)域的第二部分不與所述第四摻雜區(qū)域?qū)?zhǔn)。
[0014]在可選實(shí)施例中，所述器件還包括:柵極電介質(zhì)，與所述第一摻雜區(qū)域的一部分和所述第二摻雜區(qū)域的一部分重疊；柵電極，位于所述柵極電介質(zhì)上方；以及，重?fù)诫s區(qū)域，鄰近所述柵極電介質(zhì)，所述重?fù)诫s區(qū)域具有所述第一導(dǎo)電類型并通過具有所述第二導(dǎo)電類型的溝道區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域分隔開，并且所述溝道區(qū)域與所述柵電極重疊。
[0015]在可選實(shí)施例中，所述器件還包括半導(dǎo)體隔離區(qū)域，所述半導(dǎo)體隔離區(qū)域包括摻雜有所述第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，其中，所述半導(dǎo)體隔離區(qū)域圍繞所述第二摻雜區(qū)域。
[0016]在可選實(shí)施例中，所述第三摻雜區(qū)域與所述半導(dǎo)體隔離區(qū)域接觸。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種器件，包括:
[0018]半導(dǎo)體襯底；
[0019]柵極電介質(zhì)，位于所述半導(dǎo)體襯底上方；
[0020]柵電極，位于所述柵極電介質(zhì)上方；以及
[0021]光電二極管，位于所述半導(dǎo)體襯底中，其中，所述光電二極管包括:
[0022]第一摻雜區(qū)域，具有第一導(dǎo)電類型，所述第一摻雜區(qū)域具有第一雜質(zhì)濃度；
[0023]第二摻雜區(qū)域，具有所述第一導(dǎo)電類型并圍繞所述第一摻雜區(qū)域，所述第二摻雜區(qū)域具有比所述第一雜質(zhì)濃度低的第二雜質(zhì)濃度，并且所述柵電極與所述第一摻雜區(qū)域的部分和所述第二摻雜區(qū)域的部分重疊；以及
[0024]第三摻雜區(qū)域，具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，所述第三摻雜區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域重疊。
[0025]在可選實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型是η型。
[0026]在可選實(shí)施例中，所述器件還包括與所述光電二極管對準(zhǔn)的濾色器和微透鏡。
[0027]在可選實(shí)施例中，所述濾色器和所述微透鏡位于所述半導(dǎo)體襯底的與所述柵電極相對的一側(cè)。
[0028]在可選實(shí)施例中，所述第一摻雜區(qū)域的底面與所述第二摻雜區(qū)域的底面基本齊平。
[0029]在可選實(shí)施例中，所述第一摻雜區(qū)域的底面高于所述第二摻雜區(qū)域的底面。
[0030]在可選實(shí)施例中，所述器件還包括位于所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域上方并與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域接觸的第四摻雜區(qū)域，所述第四摻雜區(qū)域具有所述第一導(dǎo)電類型，其中，所述第四摻雜區(qū)域還位于所述第三摻雜區(qū)域下方并與所述第三摻雜區(qū)域接觸，并且所述第四摻雜區(qū)域具有比所述第一雜質(zhì)濃度和所述第二雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)濃度。[0031]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種方法，包括:
[0032]形成包括第一開口的第一注入掩模；
[0033]通過所述第一開口注入半導(dǎo)體襯底的第一部分以形成第一摻雜區(qū)域；
[0034]形成包括第二開口的第二注入掩模；
[0035]注入所述半導(dǎo)體襯底的第二部分以形成第二摻雜區(qū)域，其中，所述半導(dǎo)體襯底的第一部分被所述半導(dǎo)體襯底的第二部分圍繞；以及
[0036]注入所述半導(dǎo)體襯底的表面層以形成導(dǎo)電類型與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域的導(dǎo)電類型相反的第三摻雜區(qū)域，所述第三摻雜區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域形成二極管。
[0037]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:
[0038]在所述半導(dǎo)體襯底上方形成柵極介電層；
[0039]在所述柵極介電層上方形成柵電極層；以及
[0040]圖案化所述柵極介電層和所述柵電極層以分別形成柵極電介質(zhì)和柵電極，其中，所述柵電極與所述第一摻雜區(qū)域的一部分和所述第二摻雜區(qū)域的一部分重疊。
[0041 ] 在可選實(shí)施例中，在形成所述柵極介電層和所述柵電極層之后以及在圖案化的步驟之前，形成所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域。
[0042]在可選實(shí)施例中，在形成所述柵極介電層和所述柵電極層之前，形成所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域。
[0043]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:采用傾斜注入來注入所述半導(dǎo)體襯底以形成導(dǎo)電類型與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域的導(dǎo)電類型相同的第四摻雜區(qū)域，所述第四摻雜區(qū)域與所述第三摻雜區(qū)域重疊并接觸所述第三摻雜區(qū)域，并且所述第四摻雜區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域重疊并接觸所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域。
[0044]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:注入所述半導(dǎo)體襯底以形成圍繞所述第二摻雜區(qū)域的半導(dǎo)體隔離區(qū)域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0045]為了更全面地理解實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中:
[0046]圖1至圖11是根據(jù)各種實(shí)施例的在制造圖像傳感器晶圓的中間階段的截面圖和俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面詳細(xì)論述本發(fā)明的實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，實(shí)施例提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的構(gòu)思。所論述的具體實(shí)施例是說明性的，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0048]根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，提供了形成圖像傳感器晶圓/芯片的方法。示出了形成圖像傳感器晶圓/芯片的中間階段。論述了實(shí)施例的多樣性。在所有的各個(gè)附圖和示例性實(shí)施例中，相似的參考標(biāo)號用于表不相似的兀件。[0049]圖1示出了圖像傳感器晶圓20，其包括半導(dǎo)體襯底22。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底22是晶體硅襯底?？蛇x地，半導(dǎo)體襯底22由其他半導(dǎo)體材料諸如硅鍺、硅碳、II1-V族化合物半導(dǎo)體材料等形成。在一些實(shí)施例中，襯底22包括摻雜區(qū)域24，其可以輕摻雜為P型。而且，摻雜區(qū)域24可以是在初始襯底25上生長的外延區(qū)域，并且在外延期間具有原位摻雜的P型雜質(zhì)?？蛇x地，可以通過注入形成摻雜區(qū)域24。在一些實(shí)施例中，摻雜區(qū)域24是例如具有P型濃度在約IO1Vcm3和約IO1Vcm3之間的輕摻雜的P型(P-)區(qū)域。形成從襯底22的頂面延伸至襯底22內(nèi)的溝槽26。
[0050]接下來，參照圖2，形成并圖案化光刻膠28，可以通過光刻膠28中的開口暴露出溝槽26。然后使用作為注入掩模的光刻膠28實(shí)施注入或多個(gè)注入32。在注入期間，將P型雜質(zhì)注入至襯底22內(nèi)，從而形成P型區(qū)域30。雖然P型區(qū)域30在圖2中顯示為彼此分離的離散區(qū)域，離散區(qū)域30可以是整個(gè)區(qū)域的部分，如圖5B中的俯視圖所示。P型區(qū)域30還被稱為場(局部)輕摻雜(FLD)區(qū)域。P型區(qū)域30可以具有例如在約IO1Vcm3和約102°/cm3之間的P型雜質(zhì)濃度。在P型區(qū)域30形成之后，去除光刻膠28。
[0051]圖3示出了隔離區(qū)域36和深阱區(qū)域40的形成。隔離區(qū)域36在下文中還被稱為淺溝槽隔離(STI)區(qū)域36。STI區(qū)域36的形成可以包括將介電材料填充至溝槽26 (圖2)內(nèi)，然后實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以去除介電材料的多余部分，該多余部分位于襯底22上方。介電材料的余下部分形成STI區(qū)域36。
[0052]接下來，形成并圖案化光刻膠34?？梢酝ㄟ^光刻膠34中的開口暴露出STI區(qū)域36。然后實(shí)施注入或多個(gè)注入38以將P型雜質(zhì)注入至襯底22內(nèi)，從而形成深阱區(qū)域40。深阱區(qū)域40可以具有例如在約IO1Vcm3和約102°/cm3之間的p型雜質(zhì)濃度。深阱區(qū)域40位于P型區(qū)域30下方。P型區(qū)域30和深阱區(qū)域40在下文中還被稱為半導(dǎo)體隔離區(qū)域。然后去除光刻膠34。
[0053]接下來，參照圖4，形成η型區(qū)域42。形成工藝包括形成并圖案化光刻膠41，將η型雜質(zhì)注入(由箭頭39表示)至摻雜區(qū)域24內(nèi)，然后去除光刻膠41。雖然示出了一個(gè)光刻膠41，η型區(qū)域42的形成可以包括形成并去除多個(gè)光刻膠，然后使用每一個(gè)光刻膠作為注入掩模來實(shí)施一個(gè)或多個(gè)η型注入。通過使用一個(gè)以上的光刻膠41，可以調(diào)整η型區(qū)域42的輪廓。例如，當(dāng)多個(gè)光刻膠41中的開口 43具有不同的尺寸時(shí)，可以使η型區(qū)域42的側(cè)壁傾斜，從而η型區(qū)域42的下部可以比上部窄或?qū)?。η型區(qū)域42在整個(gè)不同的深度可以具有基本一致的η型雜質(zhì)濃度，其意味著η型區(qū)域42的頂部、中部和底部可以具有彼此接近的η型雜質(zhì)濃度。例如，η型區(qū)域42中的最高η型雜質(zhì)濃度與最低η型雜質(zhì)濃度之間的比值可以小于10。在一些示例性實(shí)施例中，η型區(qū)域42可以具有例如在約IO1Vcm3和約IO18/cm3之間的η型雜質(zhì)濃度。在η型區(qū)域42形成之后去除光刻膠41。
[0054]圖5Α示出了 η型區(qū)域46的形成。形成工藝包括形成并圖案化光刻膠48，將η型雜質(zhì)注入(由箭頭51表示)至摻雜區(qū)域24內(nèi)，然后去除光刻膠48。雖然示出了一個(gè)光刻膠48，η型區(qū)域域46的形成還包括形成并去除多個(gè)光刻膠，然后采用每一個(gè)光刻膠實(shí)施一個(gè)或多個(gè)η型注入。η型區(qū)域46在整個(gè)不同的深度可以具有基本一致的η型雜質(zhì)濃度，其意味著η型區(qū)域46的頂部、中部和底部可以具有彼此接近的η型雜質(zhì)濃度。例如，η型區(qū)域46中的最高η型雜質(zhì)濃度與最低η型雜質(zhì)濃度之間的比值可以小于10。此外,η型區(qū)域46可以具有在約IO1Vcm3和約IO1Vcm3之間的η型雜質(zhì)濃度，其高于η型區(qū)域域42中的η型雜質(zhì)濃度。
[0055]在一些實(shí)施例中，η型區(qū)域46的底面46Α1與η型區(qū)域42的底面42Α基本齊平。在可選的實(shí)施例中，η型區(qū)域46的底面位于46Α2所示出的位置，其高于η型區(qū)域42的底面42Α。在又一可選的實(shí)施例中，η型區(qū)域46的底面位于46Α3所示出的位置，其低于η型區(qū)域42的底面42Α。此外，η型區(qū)域46的橫向尺寸W2小于η型區(qū)域42相應(yīng)的橫向尺寸Wl。橫向尺寸Wl和W2還分別是光刻膠41和48中的開口的橫向尺寸，分別如圖4和圖5Α所示。
[0056]在一些實(shí)施例中，通過另外的注入(使用其他注入掩模，其未示出)形成另外的η型區(qū)域47。η型區(qū)域47可以被η型區(qū)域46圍繞。η型區(qū)域47的η型雜質(zhì)濃度還高于η型區(qū)域46的η型雜質(zhì)濃度。在可選的實(shí)施例中，沒有形成η型區(qū)域47。在又一實(shí)施例中，除η型區(qū)域47外，還可以形成另外的η型區(qū)域(未示出)，并且被η型區(qū)域47圍繞。該另外的η型區(qū)域的η型雜質(zhì)濃度還可以高于η型區(qū)域47的η型雜質(zhì)濃度。
[0057]圖5Β示出圖5Α中的結(jié)構(gòu)的截面圖，其中圖5Α中的截面圖沿圖5Β中的剖面線5Α-5Α獲得。在η型區(qū)域42和46的俯視圖中，η型區(qū)域42環(huán)繞η型區(qū)域46。在一些實(shí)施例中，如圖5Β所示，η型區(qū)域42和46具有矩形俯視形狀。在可選的實(shí)施例中，η型區(qū)域42和46可以具有任何其他合適的俯視形狀，包括但不限于圓形、六邊形、八邊形等。如圖5Β所示，η型區(qū)域42和46結(jié)合在一起形成組合的η型區(qū)域，其中η型區(qū)域46形成η型區(qū)域的內(nèi)部部分，而η型區(qū)域42形成組合的η型區(qū)域的外部部分。
[0058]在后續(xù)制造工藝中，可以具有一些熱工藝，其導(dǎo)致η型區(qū)域42和46中的雜質(zhì)向外擴(kuò)散。但是，在向外擴(kuò)散之后，從η型區(qū)域42的雜質(zhì)濃度到η型區(qū)域46的雜質(zhì)濃度仍然存在大幅的突然轉(zhuǎn)變，因而η型區(qū)域42和46可以區(qū)分為是摻雜有不同雜質(zhì)濃度的單獨(dú)形成的區(qū)域。
[0059]參照圖6，在襯底22及摻雜區(qū)域30、42和46上方形成柵極介電層49和柵電極層50。柵極介電層49可以包含氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、它們的組合、和/或它們的多層。柵電極層50是導(dǎo)電的或半導(dǎo)電的。在一些實(shí)施例中，電極層50由多晶娃形成。在可選的實(shí)施例中，柵電極層50由其他導(dǎo)電材料，諸如金屬、金屬硅化物、金屬氮化物或它們的組合形成。
[0060]圖7示出了根據(jù)可選的實(shí)施例的η型區(qū)域42和46的形成。在這些實(shí)施例中，在柵極介電層49和柵電極層50形成之后實(shí)施η型區(qū)域42、46和47的形成。注入的η型雜質(zhì)因而穿透柵極介電層49和柵電極層50以形成η型區(qū)域42、46和47。還示意性地示出了用于注入的相應(yīng)的光刻膠41和48。雖然光刻膠41和48不出在同一截面圖中，然而它們可在不同的時(shí)間形成。
[0061]圖案化柵極介電層49和柵電極層50以分別形成柵極電介質(zhì)149和柵電極150。圖8示出了最后得到的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，實(shí)施η型注入54以形成η型區(qū)域52，其是襯底22的表面層。在η型注入54期間，進(jìn)一步注入η型區(qū)域42的表面部分和η型區(qū)域46的表面部分以形成η型區(qū)域52。使注入54傾斜，從而η型區(qū)域52延伸到柵電極150下面并且與柵電極150重疊。在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)中，η型區(qū)域52與η型區(qū)域42示出的左側(cè)部分和η型區(qū)域46的一些部分重疊。η型區(qū)域52的雜質(zhì)濃度可以大于η型區(qū)域42和46的雜質(zhì)濃度。η型區(qū)域52還可以與η型區(qū)域46示出的右側(cè)部分的一部分或全部重疊，其中虛線52Α示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的η型區(qū)域52的右側(cè)邊緣的可能部分。在可選的實(shí)施例中，沒有形成η型區(qū)域52，從而后續(xù)形成的P型區(qū)域56 (圖9)與η型區(qū)域42和46接觸。
[0062]參照圖9，實(shí)施P型注入55以形成P型區(qū)域56，其覆蓋在η型區(qū)域52上方并且與η型區(qū)域52接觸。在η型區(qū)域52沒有形成的實(shí)施例中，P型區(qū)域56位于η型區(qū)域42和46上方并且與η型區(qū)域42和46接觸。P型區(qū)域56的左側(cè)邊緣接觸ρ型區(qū)域30并且可以延伸至P型區(qū)域30內(nèi)。ρ型注入可以是垂直的，以便ρ型區(qū)域56的右側(cè)邊緣與柵電極150的左側(cè)邊緣對準(zhǔn)。可選地，如圖9所示，使ρ型注入55傾斜，以便ρ型區(qū)域56延伸到柵電極150的下方并且與柵電極150重疊。因而形成光電二極管58。光電二極管58包括作為光電二極管58的ρ側(cè)的ρ型區(qū)域56，和作為光電二極管58的η側(cè)的η型區(qū)域42和46 (以及η型區(qū)域52，如果形成的話)。光電二極管58的η側(cè)與ρ側(cè)形成ρ-η結(jié)。此外，還可以通過注入步驟形成η型延伸區(qū)域59 (輕摻雜的漏極/源極區(qū)域)。
[0063]圖10示出了具有作為柵極堆疊件的柵極電介質(zhì)149和柵電極150的晶體管60的剩余部分的形成。晶體管60的剩余部分還包括重?fù)诫s的η型區(qū)域62、硅化物區(qū)域64和柵極間隔件70。重?fù)诫s的η型區(qū)域62是晶體管60的源極或漏極區(qū)域(在下文中被稱為源極/漏極區(qū)域)。另外，還形成接觸塞66、層間電介質(zhì)(ILD) 68、阻隔保護(hù)氧化物(ResistProtective oxide, RPO)和接觸蝕刻終止層(CESL) 72 等。
[0064]在圖10中的最后得到的結(jié)構(gòu)中，摻雜區(qū)域24的部分61形成晶體管60的溝道區(qū)域。光電二極管58和晶體管60用作同一圖像傳感器單元的光電二極管和轉(zhuǎn)移柵晶體管。當(dāng)晶體管60打開時(shí)，溝道61充當(dāng)光電二極管58和源極/漏極區(qū)域62之間的電連接。因而，由光電二極管58產(chǎn)生的電荷可以流經(jīng)溝道61至源極/漏極區(qū)域62，可以控制源自源極/漏極區(qū)域62的電荷并且將其處理為相應(yīng)的圖像傳感器單元的電信號。當(dāng)晶體管60關(guān)閉時(shí)，光電二極管58和源極/漏極區(qū)域62之間的電連接斷開。
[0065]根據(jù)一些實(shí)施例，如圖11所示，可以實(shí)施一些背面處理以形成晶圓20作為背面照明(BSI)圖像傳感器晶圓，其包括位于其中的多個(gè)圖像傳感器芯片。處理包括從背面減薄襯底22 ;形成重?fù)诫sρ型層74 ;形成BSI膜堆疊件76 (其可以包括氧化物層、抗反射層、金屬柵格等);形成濾色器78 ;以及形成微透鏡80。在可選的實(shí)施例(未示出)中，繼續(xù)處理步驟以從圖11中的結(jié)構(gòu)形成前側(cè)照明圖像傳感器晶圓，其中在圖10中示出的結(jié)構(gòu)上方形成金屬層(未不出)、濾色器78和微透鏡80。
[0066]雖然在示出的實(shí)施例中指定摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域(諸如區(qū)域30、40、42、46、47、52、56等)的雜質(zhì)類型，實(shí)施例的教導(dǎo)易于用于具有導(dǎo)電類型與這些摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類型相反的器件的形成。
[0067]在實(shí)施例中，光電二極管58的η型區(qū)域包括內(nèi)部部分46 (圖11)和圍繞內(nèi)部部分46的外部部分42，其中外部部分42的雜質(zhì)濃度低于內(nèi)部部分46的雜質(zhì)濃度。因此，減少了光電二極管58至半導(dǎo)體隔離區(qū)域30和40 (圖11)的泄露。另一方面，因?yàn)橥獠坎糠?2具有低雜質(zhì)濃度，因此可以減少P型區(qū)域30和40的ρ型雜質(zhì)濃度，這導(dǎo)致改進(jìn)的暗電流和白像素性能。內(nèi)部部分46的高雜質(zhì)濃度還導(dǎo)致相應(yīng)的圖像傳感器的滿阱容量和信噪比較聞。
[0068]根據(jù)實(shí)施例，一種器件包括二極管，其包括位于半導(dǎo)體襯底中的第一、第二和第三摻雜區(qū)域。第一摻雜區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型，并且具有第一雜質(zhì)濃度。第二摻雜區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型，并且具有比第一雜質(zhì)濃度低的第二雜質(zhì)濃度。第二摻雜區(qū)域圍繞第一摻雜區(qū)域。第三摻雜區(qū)域具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，其中第三摻雜區(qū)域與第一摻雜區(qū)域的一部分和第二摻雜區(qū)域的一部分重疊。
[0069]根據(jù)其他實(shí)施例,一種器件包括半導(dǎo)體襯底、位于半導(dǎo)體襯底上方的柵極電介質(zhì)和位于柵極電介質(zhì)上方的柵電極。在半導(dǎo)體襯底中設(shè)置光電二極管。光電二極管包括具有第一導(dǎo)電類型并且具有第一雜質(zhì)濃度的第一摻雜區(qū)域、和圍繞第一摻雜區(qū)域的具有第一導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)域，其中第二摻雜區(qū)域具有比第一雜質(zhì)濃度低的第二雜質(zhì)濃度。柵電極與部分第一摻雜區(qū)域和部分第二摻雜區(qū)域重疊。二極管還包括具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)域，其中第三摻雜區(qū)域與第一摻雜區(qū)域和第二摻雜區(qū)域重疊。
[0070]根據(jù)又一實(shí)施例，一種方法包括形成具有第一開口的第一注入掩模；通過第一開口注入半導(dǎo)體襯底的第一部分以形成第一摻雜區(qū)域；形成具有第二開口的第二注入掩模；以及注入半導(dǎo)體襯底的第二部分以形成第二摻雜區(qū)域。半導(dǎo)體襯底的第一部分被半導(dǎo)體襯底的第二部分圍繞。注入半導(dǎo)體襯底的表面層以形成導(dǎo)電類型與第一和第二摻雜區(qū)域的導(dǎo)電類型相反的第三摻雜區(qū)域，其中第三摻雜區(qū)域與第一摻雜區(qū)域和第二摻雜區(qū)域形成二極管。
[0071]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了實(shí)施例及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的實(shí)施例的主旨和范圍的情況下，進(jìn)行各種改變、替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明應(yīng)很容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與本文所述相應(yīng)實(shí)施例基本上相同的功能或者獲得基本上相同的結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求預(yù)期在其范圍內(nèi)包括這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。此外，每條權(quán)利要求構(gòu)成單獨(dú)的實(shí)施例，并且多個(gè)權(quán)利要求和實(shí)施例的組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種器件，包括: 半導(dǎo)體襯底； 二極管，包括: 位于所述半導(dǎo)體襯底中且具有第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)域，其中，所述第一摻雜區(qū)域具有第一雜質(zhì)濃度； 位于所述半導(dǎo)體襯底中且具有所述第一導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)域，其中，所述第二摻雜區(qū)域具有比所述第一雜質(zhì)濃度低的第二雜質(zhì)濃度，并且所述第二摻雜區(qū)域環(huán)繞所述第一摻雜區(qū)域；以及 位于所述半導(dǎo)體襯底中且具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)域，其中，所述第三摻雜區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域的一部分和所述第二摻雜區(qū)域的一部分重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括包含所述二極管的圖像傳感器芯片，所述二極管在所述圖像傳感器芯片中是光電二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括位于所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域上方并且與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域接觸的第四摻雜區(qū)域，其中，所述第三摻雜區(qū)域進(jìn)一步位于所述第四摻雜區(qū)域上方并與所述第四摻雜區(qū)域接觸，以及所述第四摻雜區(qū)域具有所述第一導(dǎo)電類型并具有高于所述第一雜質(zhì)濃度和所述第二雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
4.一種器件，包括: 半導(dǎo)體襯底； 柵極電介質(zhì)，位于所述半導(dǎo)體襯底上方； 柵電極，位于所述柵極電介質(zhì)上方；以及 光電二極管，位于所述半導(dǎo)體襯底中，其中，所述光電二極管包括: 第一摻雜區(qū)域，具有第一導(dǎo)電類型，所述第一摻雜區(qū)域具有第一雜質(zhì)濃度； 第二摻雜區(qū)域，具有所述第一導(dǎo)電類型并圍繞所述第一摻雜區(qū)域，所述第二摻雜區(qū)域具有比所述第一雜質(zhì)濃度低的第二雜質(zhì)濃度，并且所述柵電極與所述第一摻雜區(qū)域的部分和所述第二摻雜區(qū)域的部分重疊；以及 第三摻雜區(qū)域，具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，所述第三摻雜區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域重疊。
5.一種方法，包括: 形成包括第一開口的第一注入掩模； 通過所述第一開口注入半導(dǎo)體襯底的第一部分以形成第一摻雜區(qū)域； 形成包括第二開口的第二注入掩模； 注入所述半導(dǎo)體襯底的第二部分以形成第二摻雜區(qū)域，其中，所述半導(dǎo)體襯底的第一部分被所述半導(dǎo)體襯底的第二部分圍繞；以及 注入所述半導(dǎo)體襯底的表面層以形成導(dǎo)電類型與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域的導(dǎo)電類型相反的第三摻雜區(qū)域，所述第三摻雜區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域形成二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括:在所述半導(dǎo)體襯底上方形成柵極介電層； 在所述柵極介電層上方形成柵電極層；以及 圖案化所述柵極介電層和所述柵電極層以分別形成柵極電介質(zhì)和柵電極，其中，所述柵電極與所述第一摻雜區(qū)域的一部分和所述第二摻雜區(qū)域的一部分重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在形成所述柵極介電層和所述柵電極層之后以及在圖案化的步驟之前，形成所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在形成所述柵極介電層和所述柵電極層之前，形成所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括: 采用傾斜注入來注入所述半導(dǎo)體襯底以形成導(dǎo)電類型與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域的導(dǎo)電類型相同的第四摻雜區(qū)域，所述第四摻雜區(qū)域與所述第三摻雜區(qū)域重疊并接觸所述第三摻雜 區(qū)域，并且所述第四摻雜區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域重疊并接觸所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括: 注入所述半導(dǎo)體襯底以形成圍繞所述第二摻雜區(qū)域的半導(dǎo)體隔離區(qū)域。
【文檔編號】H01L21/8238GK103456752SQ201310178004
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】高敏峰, 楊敦年, 劉人誠, 莊俊杰, 曾曉暉, 許慈軒 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司