专利名称：互补型金属氧化物半导体图像传感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(imagesensor)的制造方法，尤其涉及一种能改善原有N信道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管特性的互补型金属氧化物半导体图像传感器的制造方法。
背景技术：
一般说来，CMOS图像传感器是一种能把光学图像转换成电信号的半导体装置。该CMOS图像传感器包括有光检测单元，用于检测光；和逻辑电路，用于将上述检测到的光处理成电信号，然后，此电信号被转换成相应的数据。此CMOS技术采用一开关模式，其中，通过使用多个MOS晶体管(其以具有和像素相同的数目而制成)，以依序地检测出各输出。
此CMOS图像传感器被分成一像素区域(pixel region)和一周围区域(peripheral region)。特别地，一像素数组(array)形成在该像素区域中，而NMOS和P信道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管皆形成在周围区域中。如图1所示，像素数组中的单位像素包括一光电二极管(photodiode，PD)，该光电二极管是一种用来收集光的装置；和四个晶体管，例如一转移晶体管(transfer transistor，Tx)；一重设晶体管(reset transistor，Rx)；一驱动晶体管(drive transistor，Dx)；以及一选择晶体管(selecttransistor，Sx)。更详细地说，该转移晶体管Tx把光电二极管上所收集的光转移至一浮动扩散节点F(floating diffusion node F)上。该重设晶体管Rx通过一所需的电位值，把该浮动扩散节点F设定，然后再通过把该光所产生的电荷放电，以产生一电位值，利用该电位值重设该浮动扩散节点F。该驱动晶体管Dx作为一源极随耦器缓冲放大器(sourcefollower buffer amplifier)，选择晶体管Sx选择地输出对应于该光所产生的电荷的电位值。同时，在该浮动扩散节点F中，有一电容Cfd。此外，在该单位像素之外，存在有一用于读取该输出信号的负载晶体管。
在此，该周围区域中的NMOS晶体管是一正常的NMOS晶体管。该转移晶体管Tx和重设晶体管Rx皆为低门限电压(low threshold voltage)或为损耗(depletion)模式的NMOS晶体管。该驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx皆为典型增强模式的NMOS晶体管。因此，该转移晶体管Tx和重设晶体管Rx皆形成为原有MOS晶体管(其不具有p阱)。相反，p阱(p-wells)形成在该周围区域中的该NMOS晶体管中，而且也在该驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx的主动区域中。
图2是传统CMOS图像传感器的截面视图。图2只示出一个光电二极管和一个转移晶体管Tx，上述转移晶体管为一个原有NMOS晶体管。
如图所示，通过使用由氮化物制成的硬掩模，在基片10上形成具有预定深度的沟槽1。其中，基片10掺杂有高浓度的p型杂质(impurity)，掺杂有低浓度p型杂质的附生层(epitaxial layer)形成在该基片10中。然后，进行离子植入工艺，通过使用该硬掩模形成一N信道停止区域100。此时使用硼离子。之后，这种用于形成该N信道停止区域100的离子植入工艺称为N信道停止离子植入工艺(N-channel stopion-implantationprocess)。特别地，实施N信道停止离子植入工艺，使得N信道停止区域100围绕该沟槽1。而且，该N信道停止区域100的形成有助于改善相对于暗电流(dark current)、漏电流以及崩溃电压的图像传感器的特性。在形成该N信道停止区域100之后，一氧化层沉积在一基片结构上，直到填充入该沟槽1中为止。然后，实施化学机械抛光(CMP)工艺，以使该已沉积的氧化层平坦化，并因而形成一已完成的氧化层11，此氧化层11具有一浅沟槽绝缘(STI)结构。
之后，一栅极绝缘层12和一栅极13依序形成在该基片10的一主动区域中。通过使用第一掩模和第一离子植入工艺两者来形成一光电二极管，一深N-杂质区域14形成在该基片10的一光电二极管区域中。之后，通过使用第二掩模和第二离子植入工艺两者来形成该光电二极管，第一p0杂质离子被离子植入至该深N-杂质区域14的表面上。一栅极间隔物15形成在该栅极13的侧壁上。之后，通过使用第三离子植入工艺来形成该光电二极管，第二p0杂质离子被离子植入至该深N-杂质区域14的表面上，使得一p0杂质区域16形成在该深N-杂质区域14的表面上。
然而，因为上述形成该光电二极管的过程实施了两次掩模和三次离子植入工艺，所以传统的形成光电二极管的方法非常复杂。同时，典型的形成N信道停止区域的硼离子在小于大约25KeV能级下会引起氮信道现象(nitride channeling phenomenon)，以此把离子植入能量的实施状况限制住。结果，很难改善原有NMOS晶体管的特性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种互补型金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，其能改善原有N信道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管的特性，也能实现成本效益并简化光电二极管制造工艺。
根据本发明的一个方面，提供一种互补型金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，包括如下步骤(a)形成第一传导型的基片，其具有光电二极管区域和原有第二传导性信道晶体管区域；和(b)通过使用第一传导性杂质离子，实施用于形成第二传导型信道停止区域的离子植入工艺，以形成第一传导型杂质区域，所述第一传导型杂质区域延伸至所述原有第二传导型信道晶体管区域。
结合附图，通过下述较佳实施例的描述，本发明的上述和其它目的及特征将变得更加明显，其中图1为传统的CMOS图像传感器的单位像素的电路图；图2为传统的CMOS图像传感器的截面视图；以及图3A至3C为截面视图，其显示本发明较佳实施例的CMOS图像传感器的制造方法。
具体实施例方式
下面将参考附图来详细描述本发明的较佳实施例。
图3A至3C为截面视图，其显示本发明的一较佳实施例的一种CMOS图像传感器的制造方法。图3A至3C只显示出一光电二极管和一原有晶体管区域。
请参考图3A，一衬垫氧化层和一氮化层沉积在一p型基片30(提供一p型附生层)上，且形成图案，使得该p型基片30的一部分暴露出来。衬垫氧化层图案31和硬掩模32由此形成。在此，考虑到在一后续的离子植入工艺(用于形成一N信道停止区域)期间会发生信道现象，该硬掩模32形成有一预定的厚度。较佳地，该硬掩模32的预定厚度在大约1450至大约1900之间。之后，上述形成N信道停止区域的离子植入工艺称为N信道停止离子植入工艺。
接下来，使用硬掩模32对暴露的基片30进行蚀刻，由此形成一具有预定深度的沟槽33。之后，一光致抗蚀剂图案34(用于把该p型基片30的光电二极管区域打开，且用于把原有NMOS晶体管区域打开)通过实施一光刻工艺而形成在该硬掩模32的上表面上。使用该光致抗蚀剂图案作为掩模，使p型杂质通过该硬掩模32，且最终达到该p型基片30的打开部分，来实施该N信道停止离子植入工艺。同时，该N信道停止离子植入工艺分别需要旋转四次不同的角度，角度分别为大约0度、大约90度、大约180度以及大约270度。
从该N信道停止离子植入工艺中，在该p型基片30的一表面上产生该信道现象(channeling phenomenon)。在此，高能量使用于该N信道停止离子植入工艺中，以获得该信道现象。因为采用该N信道停止离子植入工艺，所以会形成作为原有NMOS晶体管的N信道停止区域和光电二极管的第一p0杂质区域的p型离子杂质区域35。在此，该p型杂质离子为硼离子。较佳地，该N信道停止离子植入工艺使用硼离子的浓度为大约3.5×1012×4/cm3，而且考虑到硬掩模32和该光致抗蚀剂图案34的厚度的情况下，使用大于大约30KeV的能量。较佳地，在该N信道停止离子植入工艺中所使用的能量在大约35KeV至大约50KeV之间。在此，以符号表示出该硼离子浓度的理由是要指出每次N信道停止离子植入工艺分别需要旋转四次不同的角度，角度分别为大约0度、大约90度、大约180度以及大约270度，配合使用该硼离子的预定浓度大约为3.5×1012/cm3来实施此工艺。之后，会使用用于指明离子植入浓度的相同符号，来指出这种离子植入工艺。
请参考图3B，采用公知技术来移除该光致抗蚀剂图案34。然后，一氧化层沉积在上述得到的结构上，直到填充入该沟槽33中。实施CMP工艺，以使该已沉积的氧化层平坦化。之后，该硬掩模32和衬垫氧化层图案31被移除，以形成场氧化层36，该场氧化层36具有STI结构。该场氧化层36形成该原有NMOS晶体管的一主动区域。接下来，一栅极绝缘层37和一栅极38依序形成在该p型基片30的一主动区域上。通过采用第一掩模和第一离子植入工艺(以形成该光电二极管)，在该p型基片30的该光电二极管区域中形成一深N-杂质区域39。
参考图3C，一栅极间隔物40形成在该栅极38的侧壁上，然后，通过实施第二离子植入工艺(以形成该光电二极管)，在该深N-杂质区域39的一表面上形成第二p0杂质区域41。在实施该第二离子植入工艺之后，可完全地形成该光电二极管的p0杂质区域。在此，每次离子植入工艺分别需要旋转四次不同的角度，角度分别为大约0度、大约90度、大约180度以及大约270度。同时，在第二离子植入工艺中，二氟化硼(BF2)离子的较佳浓度大约为4.0×1012×4/cm3，使用大约30KeV的植入能量，来进行离子植入。
根据本发明的较佳实施例，考虑到该硬掩模和该光致抗蚀剂图案的厚度，该N信道停止离子植入工艺通过适当地控制植入能量，而予以实施。通过适当地控制该植入能量，在该原有NMOS晶体管的该主动区中，会产生信道现象，由此同时形成该第一p0杂质区域。因此，可降低掩模的总数目和形成该光电二极管所重复的离子植入步骤。最后，简化的掩模和离子植入工艺有效地降低制造成本。同时，因为该p型杂质区域，即该N信道停止区域，甚至能形成在该原有NMOS晶体管的该主动区域中，所以能改善该相对于一崩溃电压和漏电流的原有NMOS晶体管的特性。
虽然本发明已描述出实施例，但非常明显的是，本领域的技术人员却可在不远离下述权利要求所定义的本发明的范围的情况下，做出种种变化和改进。
权利要求
1.一种互补型金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，包括如下步骤(a)形成第一传导型的基片，其具有光电二极管区域和原有第二传导性信道晶体管区域；和(b)通过使用第一传导性杂质离子，实施用于形成第二传导型信道停止区域的离子植入工艺，以形成第一传导型杂质区域，所述第一传导型杂质区域延伸至所述原有第二传导型信道晶体管区域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一传导型杂质区域作为光电二极管的一传导型杂质区域和所述第二传导型信道停止区域。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一传导型为P型，所述第二传导型为N型。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述(b)包括如下步骤在所述基片上形成衬垫氧化层和硬掩模，所述衬垫氧化层和所述硬掩模使所述基片的一部分曝光；以及对所述基片的所述曝光部分进行蚀刻，以形成具有预定深度的沟槽。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述硬掩模的厚度为大约1450至大约1900。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于用于形成所述第二传导型信道停止区域的该离子植入工艺使用大于大约30KeV的能量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于用于形成所述第二传导型信道停止区域的所述离子植入工艺使用大约35KeV至大约50KeV之间的能量。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于用于形成所述第二传导型信道停止区域的所述离子植入工艺使用硼离子来实施。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于用于形成所述第二传导型信道停止区域的所述离子植入工艺通过旋转四次不同的角度来实施，分别为大约0度、大约90度、大约180度以及大约270度。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述硼离子以大约3.5×1012×4/cm3的浓度进行离子植入。
全文摘要
本发明涉及一种互补型金属氧化物半导体图像传感器(COMS image sensor)的制造方法。该方法包括如下步骤(a)形成第一传导型的基片，其具有光电二极管区域和原有第二传导性信道晶体管区域；和(b)通过使用第一传导性杂质离子，实施用于形成第二传导型信道停止区域的离子植入工艺，以形成第一传导型杂质区域，所述第一传导型杂质区域延伸至所述原有第二传导型信道晶体管区域。
文档编号H01L21/02GK1531101SQ20041000853
公开日2004年9月22日 申请日期2004年3月11日 优先权日2003年3月13日
发明者李源镐 申请人:海力士半导体有限公司