专利名称：具有像素隔离区的图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传感器。该传感器具有单位像素隔离结构，更详细地说该结构具有一种由将单位像素区间的漏电流屏蔽的杂质层和将入射光扩散防止的遮光膜构成的像素隔离区。
背景技术：
所谓图像传感器(image sensor)是将一元或二元以上的光学信息转换为电信号的装置。图像传感器的种类可大致分为显像管与固定摄像元件。显像管以电视为中心，广泛用于将图像处理技术运用的测量、控制、识别等，发展为应用技术。
另一方面，作为正被销售的固定摄像元件，有CCD(ChargedCoupled Device)型与CMOS型两种。
CMOS型图像传感器是以将CMOS制造技术应用，使光学图像转换为电信号的元件。如像素数，采用一种将MOS晶体管制作、并将其切断、依次将输出检测的开关方式。CMOS传感器与被正在广泛、大量用作现有图像传感器的CCD型图像传感器比较，具有驱动方式简便，可实现多种扫描方式；可将信号处理电路制作成的单一芯片，不仅可使产品实现小体积，而且可为应用具有兼容性CMOS技术，因而节省制造成本、降低电力损耗的优点。由于这种优点，所以近年来，CMOS型图像传感器比CCD型图像传感器更进一步得到大量应用。
图1示出CMOS型图像传感器的结构。参照符号10示出的像素隔离区，12示出光电二极管(Photo Diode)，14示出控制电极。
参照图1，则CMOS型图像传感器由含有光电二极管(PhotoDiode)12与控制电极14的单位像素区阵列式相邻排列，其间配置像素隔离区10。单位像素区是发挥将入射光转变为电信号功能的单元，图像传感器是具有数个单位像素区的集合体。通过这种单位像素区的数量决定转变为电信号的图像分辨率。因此，为提高分辨率，数个单位像素区可相邻阵列，为使在邻接的单位像素区间绝缘，在邻接的单位像素区间，将像素隔离区10配置。
为生成上述像素隔离区10，过去采用了LOCOS(Local oxidationof silicon)或Sti(shallow trench isolation)工艺。其中，特别是制造工艺，主要采用较简便的LOCOS工艺，但LOCOS工艺是经热氧化工艺将氧化膜裸露，使氧化硅膜长大的工艺。
图2a～图2d示出了供将在现有的像素隔离区生成使用的LOCOS工艺。
首先在硅基板上将氧化硅膜(SiO2)与氮化硅膜(Si3N4)形成(请参阅图2a)。而且，在将要生成的像素隔离区清除的部分上，通过采用等离子装置的干式腐蚀(dry etching)工艺清除氮化硅膜(Si3N4)，使氧化硅膜(SiO2)局部裸露(图2b)。
在清除氮化硅膜(Si3N4)，氧化硅膜(SiO2)局部被裸露后，通过高温热处理工艺，使已被裸露的氧化硅膜(SiO2)长大(图2c)。
若使氧化硅膜(SiO2)长大的工艺结束后，则通过将等离子装置应用的干式腐蚀(dry etching)工艺，将残留的氮化硅膜(Si3N4)清除(请参阅图2d)。于是，通过上述的工艺，在邻接阵列排列的单位像素区生成像素隔离区。
但是，若根据上述LOCOS工艺，则为清除氮化硅膜(Si3N4)，将等离子腐蚀反复使用。但是，上述等离子在高温温度在腐蚀时，损伤上述硅基板，结果在图像传感器上产生白色伤痕。
于是，为解决LOCOS工艺的问题，有许多此方面的发明申请。韩国专利第2000-64430号公开公报，公布了在单位像素区将元件分离用杂质层注入的CMOS型图像传感器。
另外，韩国专利第2000-51300号公开专利公报，则公布了一种通过在元件分离膜的下部将杂质层形成，进行元件分离的发明。
然而，若通过上述已公布发明，生成元件分离区，则可在邻接的单位像素区间实现电绝缘膜，但入射光扩散到邻接的单位像素区是不可防止的。
发明内容
为解决上述的问题，本发明人研究出本发明的技术。本发明的目的旨在提供一种具有元件隔离区的图像传感器，该区可将因等离子腐蚀产生的硅基板损伤减少，并将入射光在邻接的单位像素区扩散防止。
本发明的其它目的及其优点如后所述，通过本发明的实施将可以了解。另外，本发明的目的及其优点可通过权利要求范围示出的单元及组合来实现。
为将上述目的达到，本发明涉及的图像传感器，在由半导体基板；和为在将该基板表面入射光进行光电转换用的数个单位像素区；和由在位于邻接的单位像素区间的像素隔离区构成的图像传感器中，上述像素隔离区含有杂质区将邻接的单位像素区间注入，邻接的单位像素区间发生的漏电流屏蔽；遮光膜在该杂质区的表面上形成，为防止在邻接的单位像素区入射光扩散。
上述遮光膜为不透明绝缘体，可使用氧化硅膜(SiO2)或高分子树脂(resin)等。
另外，上述杂质区根据半导体基板的型号，由p型或n型杂质掺加构成。
上述像素隔离区不仅仅可适用于CCD、CMOS型图像传感器，而且还可适用于将光会集输出电信号的全部图像传感器。
图1为现有的CMOS型图像传感器的结构图。
图2a～图2d为表示现有像素隔离工艺的LOCOS工艺框图。
图3为由本发明理想实施例使像素隔离的图像传感器的结构图。
图4a～图4d为表示采用本发明理想实施例的像素隔离工艺框图。
图5a～图5c为采用本发明理想实施例的单位像素区结构图。标号说明10像素隔离区 12光电二极管(photo diode)14控制电极(GATA电极) 42单位像素区44杂质区 46遮光膜52、62、72氧化膜 63P型陷阱区54、64、74光电二极管n区 56、66光电二极管表面P区58、68、78游离扩散区 59、69、79控制电极具体实施方式
以下根据附图，详细叙述本发明理想的实施例。在此之前，本发明详细说明书以及权利要求范围中被使用的述语和词汇是一般情况下使用，不应仅限于字典上的含义的解释，为将发明人本身的发明通过最妥善的方法加以说明，根据将述语的概念适当进行定义的原则，应使用能适应于本发明的技术思想中的含义与概念进行解释。
因此，本详细说明书记述的实例与附图示出的结构不受本发明最理想的实施例的限制，因不能将本发明的技术思想全部代替叙述，所以在本专利申请时，应理解为可由本发明代言的各种各样的相同结构与变型例。
图3涵盖由本发明最理想的实施例生成像素隔离区的图像传感器。图中的参考符号42表示单位像素区，44表示杂质区，46表示遮光膜。
杂质区44为p型或n型杂质，是根据半导体基板的型号，注入离子而形成。所以能起到将单位像素区的漏电流屏蔽的作用。另外，遮光膜46在上述杂质区接触而形成，可发挥将在单位像素区42中入射的光在邻连的单位像素区42扩散防止的功能。即目前将杂质注入到半导体基板上，在邻接的单位像素区42间达到电绝缘目的，但不能将入射的光在邻接的单位像素区42被扩散屏蔽。但是，本发明可通过将上述遮光膜在杂质区44的上部形成，使入射光在邻接单位像素区42上被扩散屏蔽。
包含上述杂质区44与遮光膜46的像素隔离区，不仅仅是现有一般使用的CCD型、CMOS型等图像传感器，而且可在以将光聚集、输出电信号的全部图像传感器使用。尤其是即使本申请和在同日提出、由本发明人申请的NMOS图像传感器，也可同时进行使用。
图4a～图4e示出具有采用本发明中理想的实施例产生的杂质区与遮光膜的像素隔离区生成的工艺。通过上述工艺可使由等离子腐蚀造成硅基板的损伤降低到最低程度。
参考该图，首先将在硅基板上单位像素区间的漏电流屏蔽的杂质区进行离子注入(请参阅图4a)。上述杂质层根据硅基板的型号，可使用P型或N型杂质。
若将杂质层的离子注入结束，则如图4b所示，在硅的基板上将氧化硅膜(SiO2)与氮化硅膜(Si3N4)形成。这时氧化硅膜(SiO2)比现有的在LOCOS工艺中的氧化硅膜(SiO2)形成的厚度大是理想的。
如果能形成氧化硅膜(SiO2)与氮化硅膜(Si3N4)，则有关要生成将像素隔离区除外的剩余区，实施采用等离子装置的干式腐蚀(dryetching)法，局部清除氮化硅膜(Si3N4)，(请参阅图4c)。
在上述工艺中，与LOCOS工艺中相同，实施高温等离子腐蚀，但因在硅基板上存在着厚厚的氧化硅膜(SiO2)的缓冲作用，可防止硅基板的损伤。
若氮化硅膜(Si3N4)的腐蚀结束，则如图4d所示，将局部存在的氮化硅膜(Si3N4)作为掩膜，清除氧化硅膜(SiO2)。可使用由化学药品引起的湿式腐蚀(wet etching)的清除上述氧化硅膜(SiO2)。
若通过湿式腐蚀(wet etching)，使除像素隔离区外的剩余硅基板裸露，则本发明的像素隔离区的制造工艺进行抛光。也可进一步形成将由此上述裸露的硅基板进行保护的氧化膜(图4e)。
根据上述工艺生成的像素隔离区，由在硅基板上以离子注入，形成的p型或n型杂质区与在上述硅基板上形成的遮光膜构成。
在本实施例中，在将上述遮光膜用氧化硅膜(SiO2)与氮化硅膜(Si3N4)上生成，但通过工艺的变更，也可加工成如高分子树脂(resin)层那种不透明绝缘层。
图5a～图5c举例示出通过本发明理想的实施例，在单位像素区中使用的各种图像传感器。
图5a示出在单位像素区使用的CMOS型图像传感器。
请参照该图，则CMOS型单位像素区在由半导体基板的上部形成的氧化膜52，以一定深度，在半导体基板内形成的光电二极管n区54；位于该光电二极管n区的上部、具有界面的光电二极管表面p区56；以一定间隙隔离、具有界面、位于半导体基板内的游离扩散区58；位于该游离扩散区58和上述光电二极管区54、56间的半导体基板上的控制电极59构成。
CMOS型单位像素区，将入射的光在上述光电二极管n区54进行光电转换，生成信号电荷，经上述光电二极管表面p区56转换为在游离扩散区58放大的后电压信号，输出。
通常，控制电极59与下述的游离扩散区58以及与光电二极管54、56被定位的结构构成。控制电极主要由掺加的多晶硅形成。
图5b将在单位像素区使用的CCD型图像传感器示出。
请参照该图，则上述CCD型单位像素区具有在半导体基板的上部形成的氧化膜62；以一定深度在半导体基板内形成的光电二极管n区64；位于上述光电二极管n区64上，具有界面的光电二极管表面p区66；以一定间隙隔离、具有界面、位于半导体基板内的游离扩散区68；位于该游离扩散区68上部的半导体基板上的控制电极69；以及上述光电二极管n区64；光电二极管表面p区66；游离扩散区68的p型陷阱区63构成。
CCD型图像传感器将入射的光在上述光电二极管n区64上进行光电转换，生成信号电荷，经上述光电二极管表面p区66，将p型陷阱区63水平横穿，转换为在游离扩散区68被放大的后电压信号，输出。通常，控制电极69由和下述游离扩散区68被叠加的结构构成。在掺加的多晶硅上形成。
图5c将在单位像素区中使用的NMOS型图像传感器示出。
请参考该图，则由含有在半导体基板的上部形成的氧化膜72；在该氧化膜的上部形成的控制电极79；在该控制电极79上，以一定间隙被隔离、位于其一方、上部具有界面，在半导体基板内形成的光电二极管n型区74以及在上述控制电极79上以一定间隙被隔离、位于另一方、上部具有界面，在半导体基板内形成的为游离扩散区的n型区78构成。
NMOS型图像传感器的具体工作过程与本发明在相同日期，因由同一发明人申请的发明中已经公布，所以省略掉其详细说明。
如上所述，本发明的像素隔离区不仅适用于CCD型、CMOS型图像传感器，而且还可适用于将光聚集，在电信号输出的所有图像传感器。
如上所述，本发明尽管通过限定的实施例及附图加以说明，但本发明不受该限制，在本发明所属的技术领域中，对于具有常识者来说，本发明的技术思想与在权利要求范围内的同等范围内可进行各种修正及变形是顺理成章的。
如上所述，若根据本发明，则在清除氮化硅膜(Si3N4)的等离子腐蚀时，由于氧化硅膜(SiO2)的缓冲作用，可防止硅基板的损伤。另外，通过另具备将入射光扩散到更高效率屏蔽的遮光膜，可使图像传感器的功能得到提高。
权利要求
1.一种图像传感器，其特征在于在由半导体基板；单位像素区数个将在该半导体基板表面入射的光进行光电转换；像素隔离区位于邻接的单位像素区间内构成的图像传感器中，含有杂质区上述像素隔离区将邻接的单位像素区间注入，在邻接的单位像素区间发生的漏电流屏蔽；遮光膜在上述杂质区的表面形成，在邻接的单位像素区将入射光扩散进行防止。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于上述杂质区通过在半导体基板上由p型或n型杂质掺加，而形成。
3.权利要求1记述的图像传感器，其特征在于上述遮光膜由不透明绝缘体构成。
4.权利要求3记述的图像传感器，其特征在于上述遮光膜为氧化硅膜。
5.权利要求3记述的图像传感器，其特征在于上述遮光膜为不透明高分子树脂。
6.权利要求1记述的图像传感器，其特征在于上述单位像素区由CMOS型半导体构成。
7.权利要求1记述的图像传感器，其特征在于上述单位像素区由CCD型半导体构成。
8.权利要求1记述的图像传感器，其特征在于上述单位像素区含有数个氧化膜在半导体基板的上部形成；控制电极在该氧化膜的上部形成；光电二极管n型区在该控制电极上，以一定间隙隔离、位于其一方、上面具有界面，在半导体基板内形成；n型区在上述控制电极上，以一定间隙隔离、位于另一方、上面具有界面，在半导体基板内形成的游离扩散区构成的单位像素的NMOS型半导体构成。
全文摘要
本发明提供一种图像传感器，该传感器具有由将单位像素区间的漏电流屏蔽的杂质层与将入射光扩散防止的遮光膜构成的像素隔离区。在由半导体基板，与为将在该半导体基板上的表面被入射的光进行光电转换用的数个单位像素区，与在位于邻接的单位像素区间的像素隔离区构成的图像传感器中，上述像素隔离区含有杂质区将在邻接的单位像素区注入的邻接单位像素区间产生漏电流进行屏蔽；遮光膜在该杂质区的表面被形成，在邻接单位像素区将入射光扩散防止。
文档编号H01L31/062GK1487590SQ0213142
公开日2004年4月7日 申请日期2002年10月10日 优先权日2002年10月4日
发明者林元义明, 徐英珠 申请人:日本葛瑞菲克科技株式会社, 林元义明, 徐英珠