专利名称：用于制造cmos图像传感器的方法
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，更具体地，涉及一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其通过使除了电子-空穴对以外的、由光电二极管上部存在的晶体缺陷导致的CMOS图像传感器中电子-空穴对的形成最小化，从而提高低照度特性。
背景技术：
通常，图像传感器是一种将光学图像转化成电信号的半导体器件。图像传感器通常分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。CCD型图像传感器包括彼此紧密设置的多个MOS(金属氧化物半导体)电容，电荷载流子转移或保存在这些MOS电容中。
另一方面，CMOS图像传感器通过使用控制电路和信号处理电路的CMOS技术使MOS晶体管的数目与像素数目一样多，并且随后通过使用光电二极管检测输出，从而采用切换模式(switch mode)。
CCD具有很多缺点，例如驱动模式复杂，能量消耗大，以及由于掩模工艺多而不能在用于CCD的芯片中实现信号电路等。最近，为了克服这些缺点，已进行了很多开发使用亚微米CMOS制造技术的CMOS图像传感器的研究。
CMOS图像传感器通过在单位像素中形成光电二极管和MOS晶体管以检测切换模式中的信号，从而获得图像。如上所述，由于CMOS图像传感器使用这种CMOS制造技术，因此CMOS图像传感器具有很小的能量消耗，并且与需要约30-40个掩模的CCD制造工艺相比，具有需要约20个掩模的单个制造工艺。因此，CMOS图像传感器可以将信号处理电路集成在一个芯片中，使其可以马上广泛应用于各种用途，例如数码相机(DSC)、PC摄像机和移动摄像机等。
另一方面，根据晶体管的数目，可将CMOS图像传感器分成3T型CMOS图像传感器、4T型CMOS图像传感器和5T型CMOS图像传感器。3T型CMOS图像传感器包括单个光电二极管和三个晶体管，4T型CMOS图像传感器包括单个光电二极管和四个晶体管。
以下，将参考所附的附图对根据现有技术的用于制造CMOS图像传感器的方法进行说明。
图1为根据现有技术的4T型CMOS图像传感器的等效电路图。
如图1所示，CMOS图像传感器的单位像素包括作为光电转换器的光电二极管(PD)10和四个晶体管。
这里，四个晶体管包括转移晶体管(transfer transistor)Tx、复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx。选择晶体管Sx的漏极电连接负载晶体管(未示出)，该选择晶体管Sx的漏极是每个单位像素的输出端。
图2-图4为CMOS图像传感器的剖视图，其用于说明根据现有技术制造CMOS图像传感器的方法。
如图2所示，在根据现有技术的制造CMOS图像传感器的方法中，首先在半导体衬底10上形成器件隔离区11和有源区。这里，有源区通常指除了器件隔离区11以外的其余区域。
接下来，在半导体衬底10中的有源区的预定部分形成用于晶体管的多层栅(gate poly)20。该多层栅20与图1所示的转移晶体管Tx相对应。
接着，在所得到的对象的整个表面涂覆光致抗蚀剂层。如图3所示，完成曝光和显影处理，以形成具有用于露出多层栅20的一侧的形状的光致抗蚀剂层30和光电二极管区域。
然后，使用光致抗蚀剂层30作为掩模，在半导体衬底10中注入n型杂质离子，从而形成具有预定深度的光电二极管区域40。
接下来，除去光致抗蚀剂层30，并且在包括多层栅20的半导体衬底10的整个表面上沉积氮化物层或氧化物层。
然后，如图4所示，通过干蚀刻工艺在多层栅20的两侧形成间隔件35。
然后，在所得到的对象的整个表面涂覆光致抗蚀剂层，并且如图4所示进行曝光和显影处理，以形成用于露出光电二极管区域40的光致抗蚀剂层33。
然后，使用光致抗蚀剂层33作为掩模注入p型杂质离子，以在光电二极管区域40的表面上形成p型杂质区域50。
然而，根据现有技术的CMOS图像传感器具有如下问题。
在现有技术的情况中，当形成于光电二极管上表面的间隔材料层是通过干蚀刻工艺形成时，由于离子损失而增加了光电二极管上表面的晶体缺陷，从而增加了CMOS图像传感器的暗电流。
另一方面，在根据现有技术的CMOS图像传感器中，在CMOS图像传感器的制造期间，在光电二极管的上部进行p型掺杂。原因是要将n型光电二极管与晶体缺陷层隔离开，其中晶体缺陷层例如是存在于光电二极管的表面的悬挂键(dangling bond)。
然而，在现有技术的情况中，可能在p型离子注入过程中发生由于离子注入产生的晶体缺陷。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其能够基本上消除由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其通过在间隔材料层形成于光电二极管的上表面的状态下，使由于n型光电二极管上部存在的晶体缺陷导致的CMOS图像传感器中电子-空穴对的形成最小化，从而提高低照度特性。
本发明的其他优点、目的和特征将在后面的说明书中部分地阐述，并且对于本领域的技术人员在研究了下面的内容之后会部分地变得清楚，或者可以从本发明的实施中学会。本发明的目的和其他优点可以通过在所撰写的说明书、其权利要求书以及附图中所特别指出的结构而实现和获得。
为了实现本发明的目的和其他优点，正如在此具体实施并广泛描述的，本发明提供了一种用于制造CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的方法，该方法包括以下步骤在半导体衬底上形成光电二极管和转移晶体管的多层栅，该光电二极管和该转移晶体管构成该CMOS图像传感器；在该光电二极管的上部和该转移晶体管的多层栅的上部的整个表面上沉积间隔材料；在沉积有该间隔材料的光电二极管的上部表面中注入p型杂质离子。
在本发明的一个实施例中，该间隔材料为氮化物层或氧化物层。
在本发明的一个实施例中，将p型杂质离子注入该光电二极管的上部表面中的步骤是以下述方式实现的，即，使用掩模遮住除了该光电二极管的上部以外的其余区域，将p型杂质离子注入该光电二极管的上部表面中。
在本发明的另一个实施例中，本发明提供了一种用于制造CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的方法，该方法包括以下步骤制备半导体衬底，其中限定了器件隔离区和有源区；在该有源区的上部的预定部分形成多层栅；在位于该多层栅的一侧的有源区中注入n型杂质离子，以形成具有预定深度的光电二极管区域；在该光电二极管的上部和该多层栅的上部的整个表面上沉积间隔材料；以及在沉积有该间隔材料的光电二极管的上表面中注入p型杂质离子。
在本发明的另一个实施例中，该有源区由p型半导体制成。
在本发明的另一个实施例中，该间隔材料为氮化物层或氧化物层。
在本发明的另一个实施例中，该多层栅是构成该CMOS图像传感器的转移晶体管的多层栅。
在本发明的另一个实施例中，将p型杂质离子注入该光电二极管的上部表面中的步骤是以下述方式实现的，即，使用掩模遮住除了该光电二极管的上部以外的其余区域，然后将p型杂质离子注入该光电二极管的上部表面中。
应当理解的是，本发明的以上概括性说明和以下的具体说明都是示范性和说明性的，并且旨在提供对所请求的本发明的进一步解释。
所包含的附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入到本申请中并构成本申请的一部分，所述的附图示出了本发明的实施例，并与文字描述一起用于解释本发明的原理。在附图中图1为根据现有技术的4T CMOS图像传感器的等效电路图；图2-图4为CMOS图像传感器的剖视图，其用于说明根据现有技术的制造CMOS图像传感器的方法；图5a-图5d为CMOS图像传感器的剖视图，其用于说明根据本发明的制造CMOS图像传感器的方法。
具体实施例方式
现将详细参考本发明的优选实施例进行说明，其实例在附图中示出。在所有的附图中尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
在下文中，将参考
根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法。
本发明提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其通过使除了由光产生的电子-空穴对(EHP)以外的、由n型光电二极管上部存在的晶体缺陷导致的CMOS图像传感器中电子-空穴对的形成最小化，从而提高低照度特性。
图5a-图5d为CMOS图像传感器的剖视图，其用于说明根据本发明的制造CMOS图像传感器的方法。更具体地，图5a-图5d为CMOS图像传感器的光电二极管区域和转移晶体管的多层栅区(poly gate region)的剖视图。
如图5a所示，在本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法中，首先制备半导体衬底100，该半导体衬底100中限定了器件隔离区110和有源区。这里，除了器件隔离区110以外的其余区域作为有源区。
接下来，在半导体衬底100的有源区的预定部分形成用于转移晶体管的多层栅120。虽然未示出，但在形成多层栅120期间还形成了构成CMOS图像传感器的其余晶体管的多层栅。
接下来，在形成具有用于露出多层栅的一侧的预定形状的光致抗蚀剂层130之后，使用光致抗蚀剂层130作为掩模在半导体衬底100中注入n型杂质离子，从而形成具有预定深度的光电二极管区域140。
然后，如图5b所示，在包括多层栅120的半导体衬底100的整个表面上沉积氮化物层或氧化物层150。
接着，如图5c所示，干蚀刻多层栅120的一部分以形成间隔件150b。这时，沉积在光电二极管上部的整个表面上的氮化物层或氧化物层150没有被干蚀刻。也就是说，沉积在光电二极管140上部的整个表面上的间隔材料层150a没有被干蚀刻。
在本发明的情况中，由于光电二极管的上表面没有被干蚀刻，因此与现有技术相比，本发明可以更好地防止图像传感器的低照度特性由于离子损伤而降低。
然后，参考图5d，以下是在间隔材料层150a沉积在光电二极管140的上部的状态下，使用用于露出光电二极管区域的光电二极管层160作为掩模，将p型杂质注入光电二极管区域140的表面中的过程。
如图5d所示，在存在由氮化物层或氧化物层制成的间隔材料层150a的状态下，光致抗蚀剂层160的形状为仅露出光电二极管区域140。
接下来，通过离子注入工艺将p型杂质注入光电二极管区域的表面中，从而形成钉扎(pinned)光电二极管结构。
在上述的本发明中，应理解的是，光电二极管区域140上部的整个表面处于已除去间隔材料层150a的状态。
因此，本发明的优点是能够防止由现有技术的制造方法导致的光电二极管的上部表面中的离子损失的发生，其中现有技术通过干蚀刻工艺除去间隔材料层150a。
而且，与现有技术不同的是，在本发明中由于p型杂质在间隔材料层150a沉积于光电二极管区域的状态下注入光电二极管区域的上表面中，因此其可以使可能在硅衬底Si中产生的注入损失最小化。
另外，在本发明中，p型杂质离子在图5d的步骤中注入光电二极管的上表面中。然而，当p型杂质离子同样在图5b或图5c的步骤中(在光电二极管区域的上表面中沉积氮化物层或氧化物层150)注入光电二极管区域的上表面中时，本发明可以具有相同的效果。
也就是说，如图5b所示，在为了形成间隔件而在光电二极管区域的上部形成氮化物层或氧化物层150之后，可以将p型杂质注入光电二极管的上部中。
另外，如图5c所示，在进行干蚀刻工艺以形成间隔件150b之后，可以使用沉积在光电二极管区域上部的间隔材料层150a作为缓冲层，将p型杂质注入该光电二极管区域的上部中。
作为参考，当在图5b和图5c中注入离子时，优选地，使用掩模遮住除了光电二极管区域的上部以外的其余区域，从而将p型杂质离子注入光电二极管区域的表面中。
本领域技术人员应该清楚的是，可以对本发明进行多种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖落入所附的权利要求书及其等同范围内的本发明的所有修改和变型。
从以上说明很清楚地是，根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法具有以下效果。
首先，该方法通过干蚀刻工艺在晶体管中的多层栅的侧壁形成间隔件，从而防止光电二极管的表面产生离子损失，这将提高图像传感器的低照度特性。
其次，本发明通过使用间隔材料层作为缓冲层，可以在p型杂质注入光电二极管的上表面中时，使由于离子注入导致的损失最小化。
权利要求
1.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括以下步骤在半导体衬底上形成光电二极管和转移晶体管的多层栅，该光电二极管和该转移晶体管构成该CMOS图像传感器；在该光电二极管的上部和该转移晶体管的多层栅的上部的整个表面上沉积间隔材料；以及在沉积有该间隔材料的光电二极管的上部表面中注入p型杂质离子。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该间隔材料为氮化物层或氧化物层。
3.如权利要求1所述的方法，其中，将p型杂质离子注入该光电二极管的上部表面中的步骤是以下述方式实现的，即，使用掩模遮住除了该光电二极管的上部以外的其余区域，将p型杂质离子注入该光电二极管的上部表面中。
4.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括以下步骤制备半导体衬底，其中限定了器件隔离区和有源区；在该有源区的上部的预定部分形成多层栅；在位于该多层栅的一侧的有源区中注入n型杂质离子，以形成具有预定深度的光电二极管区域；在该光电二极管的上部和该多层栅的上部的整个表面上沉积间隔材料；以及在沉积有该间隔材料的光电二极管的上表面中注入p型杂质离子。
5.如权利要求4所述的方法，其中，该有源区由p型半导体制成。
6.如权利要求4所述的方法，其中，该间隔材料为氮化物层或氧化物层。
7.如权利要求4所述的方法，其中，该多层栅是构成该CMOS图像传感器的转移晶体管的多层栅。
8.如权利要求4所述的方法，其中，将p型杂质离子注入该光电二极管的上部表面中的步骤是以下述方式实现的，即，使用掩模遮住除了该光电二极管的上部以外的其余部分，将p型杂质离子注入该光电二极管的上部表面中。
全文摘要
本发明提供一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其可通过使除了电子－空穴对以外的、由光电二极管上部存在的晶体缺陷导致的CMOS图像传感器中电子－空穴对的形成最小化，从而提高低照度特性。该方法包括以下步骤在半导体衬底上形成光电二极管和转移晶体管的多层栅，光电二极管和转移晶体管构成CMOS图像传感器；在光电二极管和转移晶体管的多层栅的上部的整个表面上沉积间隔材料；以及在沉积有间隔材料的光电二极管的上部表面中注入p型杂质离子。该方法通过干蚀刻工艺在CMOS图像传感器的转移晶体管中的多层栅的侧壁形成间隔件，从而防止光电二极管的表面产生离子损失，这可以提高图像传感器的低照度特性。
文档编号H01L27/146GK1992222SQ20061017125
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月21日 优先权日2005年12月29日
发明者沈喜成 申请人:东部电子股份有限公司