通過多晶硅吸雜降低cmos圖像傳感器白像素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種通過多晶硅吸雜降低CMOS圖像傳感器白像素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對(duì)智能終端的需求愈來愈龐大，而有著智能終端“眼睛”之稱的圖像傳感器也迎來了前所未有的發(fā)展空間。傳統(tǒng)的CCD圖像傳感器由于其功耗較大，市場(chǎng)局限在高性能的數(shù)碼相機(jī)中；CM0S圖像傳感器(CIS)不僅功耗低、速率快，而且易于與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝相兼容，生產(chǎn)成本較低，這使得CIS占據(jù)了圖像傳感器市場(chǎng)的半壁江山。
[0003]未來CIS發(fā)展的方向是高像素、低功耗、高像質(zhì)。高像素和低功耗要求像素尺寸不斷地縮小，然而隨著像素尺寸的不斷縮小，像素的質(zhì)量卻急劇下降，特別是量子效率和噪聲。量子效率是指光電二極管將光子轉(zhuǎn)變成為光生載流子的能力，它與光電二極管的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，可以通過調(diào)整光電二極管的深度來彌補(bǔ)小尺寸像素量子效率低的問題，但是噪聲的降低卻非常的困難。
[0004]表征像素噪聲的一個(gè)重要參數(shù)是暗光下的白像素個(gè)數(shù)。白像素是指那些亮度相對(duì)于周圍像素亮度異常偏高的像素點(diǎn)，暗光下白像素個(gè)數(shù)越多、圖像的質(zhì)量就越差。目前絕大多數(shù)的CIS廠商都采用特定的邏輯運(yùn)算電路來修復(fù)白像素。但是修復(fù)前的白像素在通過邏輯運(yùn)算修復(fù)之后，或多或少會(huì)對(duì)周圍像素的原始色彩產(chǎn)生一定的影響。因此，減少修復(fù)前的白像素個(gè)數(shù)仍是提高圖像質(zhì)量的重要方面。
[0005]請(qǐng)參閱圖1，圖1是現(xiàn)有的一種CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，其顯示目前CIS的主流設(shè)計(jì)。如圖1所示，該CIS包含了基體100中的光電二極管102、淺溝槽隔離103、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)108，光電二極管周圍及表面由P+型區(qū)域101作隔離，以及基體100上方的傳輸柵107、層間電介質(zhì)104、通孔和金屬層106。光電二極管102由緩變PN結(jié)構(gòu)成，基體100為P型，從深到淺施主型雜質(zhì)濃度逐漸增加，依次從N型過渡到N+型。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)利用N+型作為傳輸柵的漏極。其工作原理是:當(dāng)有光線照射進(jìn)由緩變PN結(jié)構(gòu)成的光電二極管中時(shí)，光電二極管中就會(huì)產(chǎn)生光生載流子的積累，通過控制外部電路打開傳輸柵，光生載流子就從光電二極管中流入浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)既是傳輸柵的漏極，又是一個(gè)PN結(jié)電容，通過此電容，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)將光生載流子轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)輸出。
[0006]白像素的一個(gè)主要來源是金屬離子污染，尤其是重金屬離子。在圖1例舉的CMOS圖像傳感器中，當(dāng)光電二極管中存在金屬離子雜質(zhì)105(圖示以空心圓點(diǎn)表示)污染時(shí)，金屬離子能夠在硅禁帶中引入深能級(jí)，使得像素單元的光電二極管可在沒有光照的情況下通過熱激發(fā)產(chǎn)生大量的載流子，點(diǎn)亮受金屬污染的像素單元，使之成為白像素。
[0007]工藝上減少金屬污染的主要方法是選用雜質(zhì)含量較少的帶外延層的硅片，控制從機(jī)臺(tái)端的作業(yè)部件中引入的金屬元素。雖然這些措施在一定程度上減少了金屬污染引起的白像素，但是想要進(jìn)一步降低白像素，卻異常的困難，因?yàn)闃O少量的金屬離子就能引起白像素的增尚O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種通過多晶硅吸雜降低CMOS圖像傳感器白像素的方法，通過多晶硅吸附金屬雜質(zhì)，以降低金屬雜質(zhì)含量，從而降低白像素。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種通過多晶硅吸雜降低CMOS圖像傳感器白像素的方法，包括以下步驟:
[0011]步驟SOl:提供一具有硅外延層的基體，在所述硅外延層中形成淺溝槽隔離、光電二極管的PN結(jié)以及光電二極管側(cè)面的P+型隔離；
[0012]步驟S02:在所述硅外延層上依次形成柵氧化層和多晶硅層；
[0013]步驟S03:進(jìn)行退火，利用多晶硅吸附所述硅外延層中的金屬雜質(zhì)；
[0014]步驟S04:形成多晶硅傳輸柵和側(cè)墻；形成光電二極管表面的P+型隔離以及形成N+型浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；形成層間電介質(zhì)、通孔和金屬層。
[0015]優(yōu)選地，步驟S03中，退火溫度為650?1000攝氏度，退火時(shí)間為10?30分鐘，
退火降溫速率為2?5攝氏度/分鐘。
[0016]優(yōu)選地，步驟S04中，在形成多晶硅傳輸柵之前，先對(duì)多晶硅層進(jìn)行預(yù)摻雜。
[0017]優(yōu)選地，采用離子注入方式，形成由緩變PN結(jié)構(gòu)成的光電二極管，基體為P型，從深到淺施主型雜質(zhì)濃度逐漸增加，依次從N型過渡到N+型。
[0018]優(yōu)選地，采用化學(xué)氣相沉積工藝生長(zhǎng)多晶硅層，并通過光刻以及刻蝕工藝制備形成多晶娃傳輸柵。
[0019]優(yōu)選地，步驟S04中，采用離子注入方式，形成N+型浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，作為多晶硅傳輸柵的漏極。
[0020]優(yōu)選地，在退火之后，先對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行N型預(yù)摻雜，然后，再形成所述多晶娃傳輸柵。
[0021]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器白像素較高的問題，通過利用制作多晶硅傳輸柵的多晶硅層，在退火過程中吸附硅外延層中的金屬雜質(zhì)，使光電二極管中的金屬雜質(zhì)含量得以降低，從而有效降低了 CMOS圖像傳感器中白像素的數(shù)量。
【附圖說明】
[0022]圖1是現(xiàn)有的一種CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明通過多晶硅吸雜降低CMOS圖像傳感器白像素的方法流程圖；
[0024]圖3?圖8是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中根據(jù)圖2的方法制作CMOS圖像傳感器像素單元時(shí)的工藝步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026]需要說明的是，在下述的【具體實(shí)施方式】中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來加以理解。
[0027]在以下本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中，請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明通過多晶硅吸雜降低CMOS圖像傳感器白像素的方法流程圖；同時(shí)，請(qǐng)結(jié)合參閱圖3?圖8，圖3?圖8是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中根據(jù)圖2的方法制作CMOS圖像傳感器像素單元時(shí)的工藝步驟示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的通過多晶硅吸雜降低CMOS圖像傳感器白像素的方法，包括以下步驟:
[0028]如框01所示，步驟SOl:提供一具有硅外延層的基體，在所述硅外延層中形成淺溝槽隔離、光電二極管的PN結(jié)以及光電二極管側(cè)面的P+型隔離。
[0029]請(qǐng)參閱圖3。首先，可采用常規(guī)的CMOS平面工藝，通過光刻、刻蝕以及化學(xué)氣相沉積等工藝，在具有硅外延層200的基體中的淺層區(qū)制作形成淺溝槽隔離203。為了控制硅外延層中的晶格缺陷，降低其產(chǎn)生白像素的影響，在本實(shí)施例中采用了帶外延層的P型硅片作為基體的材料。
[0030]請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3。接著，在基體外延層200上可通過涂敷一層光刻膠(圖略)，并通過光刻、刻蝕方式對(duì)光刻膠進(jìn)行圖形化，將不需要進(jìn)行離子注入的區(qū)域通過光刻膠進(jìn)行覆蓋，去除需要進(jìn)行離子注入?yún)^(qū)域的光刻膠。然后，以圖形化的光刻膠為阻擋層，通過離子注入工藝在基體外延層200中形成光電二極管202的PN結(jié)。在形成PN結(jié)時(shí)，可通過先后深淺不同的離子注入組合方式來形成此光電二極管結(jié)構(gòu)，以使所形成的光電二極管由緩變PN結(jié)構(gòu)成，基體為P型，從深到淺施主型雜質(zhì)濃度逐漸增加，依次從N型過渡到N+型。
[0031]請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3。接下來，將之前的光刻膠去除，然后再用同樣的方式，在基體外延層上涂敷一層光刻膠，并以圖形化的光刻膠