专利名称：Cmos图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种CMOS图像传感器，其具有高介电常数的绝缘层、在像素区中具有非硅化的源/漏区以及在外围电路区中具有硅化的源/漏区，并涉及该CMOS图像传感器的制造方法。
背景技术：
在具有像素区和外围电路区的CMOS图像传感器中，硅化物层一般只在外围电路区中的MOS晶体管的源/漏区上形成，而不在像素区中形成。这是因为，通过在像素区中形成非硅化的源/漏区，能够减少CMOS图像传感器中不希望有的暗电流，而通过在外围电路区中形成硅化的源/漏区能够使CMOS图像传感器输入/输出逻辑电路实现高性能。
图1是示出了一种常规的CMOS图像传感器的制造方法的剖视图。
参照图1，限定有源区的沟道隔离层102形成于具有像素区和外围电路区的半导体衬底100上。当在像素区和外围电路区中形成阱区(未示出)之后，在半导体衬底100上形成栅绝缘层104和栅电极层106。随后，通过离子注入处理形成宽(extended)源/漏区108。然后，在栅绝缘层104和栅电极层106的侧壁上形成栅隔离物层110。通过另一离子注入处理形成深源/漏区112。
在半导体衬底100的全部表面上涂上有机材料层(未示出)之后，通过深蚀刻(etch-back)处理暴露栅电极层106的上表面。掩模层图样(未示出)形成为覆盖像素区，并形成为通过去除外围电路区的有机材料层来暴露外围电路区。随后，去除掩模层图样。利用常用的典型的硅化处理，在像素区中的栅电极层106上以及外围电路区中的栅电极层106和源/漏区112上形成硅化物层114。这样，在像素区和外围电路区中都形成了栅电极层106上的硅化物层114，而只在外围电路区中形成了源/漏区112上的硅化物层114。
但是，在常规的CMOS图像传感器制造方法中，难以将具有高介电常数的绝缘层作为栅绝缘层。而且，具有高介电常数的绝缘层对热不稳定。因此，即使用具有高介电常数的绝缘层形成栅绝缘层，该具有高介电常数的绝缘层也会在随后用于形成源/漏区的高温处理中被破坏。
本背景技术部分所披露的信息仅用于增进对本发明背景的理解，因此，它可能包含不构成对于该国的本领域技术人员而言是已知的现有技术的信息。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，它能基本上解决由于相关技术的局限性和缺陷导致的一个或多个问题。本发明的一个优点在于其形成了高介电常数的绝缘层，不会由于高温处理中而导致该绝缘层的破坏。
根据本发明一个实施例的CMOS图像传感器的典型制造方法包括以下步骤在半导体衬底上利用栅绝缘层和假栅电极层形成假栅极堆(dummy gate stack)；在所述假栅极堆的至少一个侧壁上形成栅隔离物层；通过利用所述假栅极堆和所述栅隔离物层作为注入掩模的离子注入处理，在所述半导体衬底上形成源/漏区；去除所述假栅极堆，以暴露所述半导体衬底的一部分表面；在所述半导体衬底的暴露表面上形成具有高介电常数的绝缘层；在所述具有高介电常数的绝缘层上形成栅电极层；在所述半导体衬底的其上具有所述栅电极层的整个表面上顺序地形成衬里层(liner layer)和假金属前介电层(dummy pre-metal dielectric layer)；通过平坦化处理部分地去除所述假金属前介电层和所述衬里层，以暴露所述栅电极层的表面；通过使用掩模层图样覆盖像素区，顺序地去除外围电路区中的所述假金属前介电层和所述衬里层；通过硅化处理，在所述像素区中的所述栅电极层上以及在所述外围电路区中的所述栅电极层和所述源/漏区上形成硅化物层；以及去除残留在所述像素区中的所述假金属前介电层和所述衬里层。
在形成所述假栅极堆之后，所述典型方法还可包括以下步骤通过利用所述假栅极堆作为注入掩模来注入用于形成轻掺漏极(LDD)结构的宽源/漏区的杂质离子。
在通过利用所述假栅极堆和所述栅隔离物层作为注入掩模的离子注入处理形成所述源/漏区之后，所述典型方法还可包括以下步骤通过利用快速热处理来扩散所注入的杂质离子。
所述具有高介电常数的绝缘层的形成可在低于600℃的温度下进行。
所述衬里层可形成氮化物层。
根据本发明的一个实施例的CMOS图像传感器，包括栅隔离物，形成于所述半导体衬底上；绝缘层，其具有高介电常数，在去除形成于所述栅隔离物之间的假栅极堆之后，形成于所述栅隔离物之间和所述半导体衬底之上；栅电极，形成于所述栅隔离物之间和所述具有高介电常数的栅绝缘层之上；硅化物层，形成于所述栅电极之上；以及源/漏区，形成于所述半导体衬底中的所述栅电极以外的位置。
所述栅绝缘层可在所述源/漏区形成之后，形成于所述栅隔离物之间。
所述假栅极堆的去除可在所述源/漏区形成之后进行。
所述的典型CMOS图像传感器还可包括硅化物层，所述硅化物层形成于所述外围电路区(而不是像素区)中的所述源/漏区之上。
所述具有高介电常数的绝缘层可在低于600℃的温度下形成。
本发明的其它优点和特征将在随后的说明中地阐述，并且部分地从说明书中或者通过实施本发明而变得显而易见。应该理解，以上对本发明的一般性描述和以下的详细描述都是示例性的和说明性质的，目的在于对要求保护的本发明提供进一步的说明。
附图构成本说明书的一部分，有助于进一步理解本发明，这些附图示出了本发明的一些实施例，并可与说明书一起用来说明本发明的原理。
图1是示出了一种常规的CMOS图像传感器的制造方法的剖视图；图2到图8是示出了根据本发明的一个典型实施例的CMOS图像传感器的制造方法的工序的剖视图。
具体实施例方式
以下将参照附图对本发明的一个典型实施例进行详细描述。
图2到图8是示出了根据本发明的一个典型实施例的CMOS图像传感器的制造方法的工序的剖视图。
首先，参照图2，通过形成隔离层210，在半导体衬底(例如硅衬底)200上限定有源区域。隔离层210形成为如图2所示的沟道型，然而其也可以形成其它各种类型，例如LOCOS(硅的局部氧化)型。隔离层210不仅如图示那样将像素区与外围电路区分开，还可在像素区中或外围电路区中限定有源区。在形成隔离层210之后，形成典型的阱区(未示出)。阱区可通过使用注入掩模的离子注入处理来形成。随后，在半导体衬底200、隔离层210、和阱区上形成栅氧化物层220。栅氧化物层220可通过典型的氧化处理形成。然后，在栅氧化物层220上形成假栅电极层230，例如多晶硅层。
参照图3，在多晶硅层上形成具有开口的掩模层图样，例如光刻胶图样(未示出)，该开口用于部分地暴露图2的多晶硅层230。通过用光刻胶图样作为蚀刻掩模，去除暴露的多晶硅层230及暴露的多晶硅层下面的栅氧化物层220。这样，如图3所示，在像素区和外围电路区中形成了具有栅氧化物层302和多晶硅层304的栅极堆。然后，通过用栅极堆作为注入掩模的离子注入处理来注入用于形成轻掺漏极(LDD)结构的杂质离子。接着，在栅极堆的侧壁上形成栅隔离物层308。在用栅极堆和栅隔离物层308作为注入掩模的离子注入处理之后，通过在大约800℃的温度下的扩散处理，例如快速热处理(RTP)，形成宽源/漏区306和深源/漏区310。
参照图4，去除多晶硅层图样304以暴露栅氧化物层图样302的表面。然后，去除栅氧化物层图样302以暴露半导体衬底200的表面。在清洁半导体衬底200的暴露表面之后，在像素区和外围电路区中的半导体衬底200的暴露表面上形成具有高介电常数的绝缘层312。具有高介电常数的绝缘层312可在相对较低的温度(例如，低于600℃)下形成。接着，在具有高介电常数的绝缘层312上形成栅电极层314，例如多晶硅层。在整个表面上顺序地形成衬里层240(例如氮化物层)和假金属前介电层250。
参照图5，通过平坦化处理，将假金属前电介质层250和衬里层240部分地去除至预定程度。可通过化学机械抛光(CMP)法进行该平坦化处理。栅隔离物层308可用作用于平坦化的阻止层，这样，当栅隔离物层308的上表面暴露时，就可阻止平坦化处理。图5中箭头标号表示平坦化处理中的平坦化方向。
参照图6，当在半导体衬底的整个表面上形成掩模层(未示出)，例如光刻胶层(未示出)之后，通过典型的光刻法处理形成光刻胶图样260。该光刻胶图样260形成为覆盖像素区，但留下外围电路区被暴露。
接着，参照图7，通过用图6中的光刻胶图样260作为蚀刻掩模的蚀刻处理，顺序地去除外围电路区中的假金属前介电层250和衬里层240。然后去除光刻胶图样260。蚀刻处理之后，在像素区中，衬里层240和假金属前介电层250使得只有栅电极层314的上表面是暴露的。在外围电路区中，去除衬里层240和假金属前介电层250，以暴露源/漏区310和栅电极层314的上表面。然后进行硅化处理。通过硅化处理，在像素区中和外围电路区中的栅电极层314上都形成硅化物层316，只在外围电路区中的源/漏区310上形成硅化物层318。
参照图8，去除残留在像素区中的假金属前介电层250和衬里层240，以暴露在该区中的源/漏区310的表面。由此制造出了CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器包括具有高介电常数的栅绝缘层和外围电路区中的源/漏区310上的硅化物层318，而无需像素区中的源/漏区310的硅化。
如上所述，在根据本发明的一个典型实施例的制造CMOS图像传感器的方法中，栅绝缘层可通过大马士革工艺(damasceneprocess，镶嵌工艺)形成，而不会由于采用用于掺杂剂活化的高温退火而导致破坏。另外，在像素区和外围电路区中的栅电极层上都形成了硅化物层，而只在外围电路区的源/漏区形成硅化层，以改进CMOS图像传感器的操作速度和暗电流特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤在半导体衬底上利用栅绝缘层和假栅电极层形成假栅极堆；在所述假栅极堆的至少一个侧壁上形成栅隔离物层；通过利用所述假栅极堆和所述栅隔离物层作为注入掩模的离子注入处理，在所述半导体衬底上形成源/漏区；去除所述假栅极堆，以暴露所述半导体衬底的一部分表面；在所述半导体衬底的暴露表面上形成具有高介电常数的绝缘层；在所述具有高介电常数的绝缘层上形成栅电极层；在所述半导体衬底的其上具有所述栅电极层的整个表面上顺序地形成衬里层和假金属前介电层；通过平坦化处理部分地去除所述假金属前介电层和所述衬里层，以暴露所述栅电极层的表面；通过使用掩模层图样覆盖像素区，顺序地去除外围电路区中的所述假金属前介电层和所述衬里层；通过硅化处理，在所述像素区中的所述栅电极层上以及在所述外围电路区中的所述栅电极层和所述源/漏区上形成硅化物层；以及去除残留在所述像素区中的所述假金属前介电层和所述衬里层。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在形成所述假栅极堆之后，通过利用所述假栅极堆作为注入掩模来注入用于形成轻掺漏极结构的宽源/漏区的杂质离子。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤在通过利用所述假栅极堆和所述栅隔离物层作为注入掩模的离子注入处理形成所述源/漏区之后，通过利用快速热处理来扩散所注入的杂质离子。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述具有高介电常数的绝缘层的形成在低于600℃的温度下进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬里层形成氮化物层。
6.一种CMOS图像传感器，包括半导体衬底；栅隔离物，形成于所述半导体衬底上；绝缘层，其具有高介电常数，在去除形成于所述栅隔离物之间的假栅极堆之后，形成于所述栅隔离物之间和所述半导体衬底之上；栅电极，形成于所述栅隔离物之间和所述具有高介电常数的栅绝缘层之上；硅化物层，形成于所述栅电极之上；以及源/漏区，形成于所述半导体衬底中的所述栅电极以外的位置。
7.根据权利要求6所述的CMOS图像传感器，其中，所述栅绝缘层在所述源/漏区形成之后，形成于所述栅隔离物之间。
8.根据权利要求6所述的CMOS图像传感器，其中，所述假栅极堆的去除在所述源/漏区形成之后进行。
9.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其中，所述假栅极堆的去除在所述源/漏区形成之后进行。
10.根据权利要求6所述的CMOS图像传感器，其中，所述CMOS图像传感器包括外围电路区和像素区，其中，所述CMOS图像传感器还包括硅化物层，所述硅化物层形成于所述外围电路区中的所述源/漏区之上，而不是形成于所述像素区中的所述源/漏区之上。
11.根据权利要求6所述的CMOS图像传感器，其中，所述具有高介电常数的绝缘层在低于600℃的温度下形成。
全文摘要
通过大马士革工艺形成用于CMOS图像传感器的具有高介电常数的栅绝缘层。栅电极层上的硅化物层既在像素区中又在外围电路区中形成，而源/漏区上的硅化物层只在外围电路区中形成。
文档编号H01L27/146GK1790672SQ20051013191
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者李相基 申请人:东部亚南半导体株式会社