专利名称：图像传感器和制造图像传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传感器，且更具体地涉及一种制造CMOS图像传感 器的方法。
背景技术：
图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的器件。图像传感器可以被 分为电荷耦合器件(CCD)或CMOS图像传感器。CCD图像传感器可以包 括在空间上相互之间更加接近的多个MOS (金属一氧化物一硅)电容器，借 此，载流子可以被存储在电容器中以被传送。CMOS图像传感器可以包括具 有多个MOS晶体管的开关系统，所述MOS晶体管利用CMOS技术而与像 素相对应，其中所述CMOS技术利用控制电路和信号处理电路作为外围电 路，以利用MOS晶体管对输出进行连续检测。钉扎光电二极管(pinnedphotodiode)是可以通过利用CCD图像传感器 或CMOS图像传感器感测输入光以产生并积聚光生电荷的器件。钉扎二极管 可以具有掩埋于衬底内的PNP或NPN结的结构，被称作掩埋式光电二极管。钉扎二极管可以比具有源极/漏极PN结结构、MOS电容器结构或类似 结构的光电二极管具有更大的优点。其中一个优点在于，由于耗尽层的可延 伸的深度而导致将入射光子转换成电子的能力强(高量子效率)。特别地， 在具有PNP结结构的钉扎二极管中，n区完全耗尽以形成耗尽层，该耗尽层 包括两个p区以及插入在它们之间的n区。因此，如此的钉扎二极管通过增 加耗尽层的深度，可以增强光敏性以及具有提高光生电荷生成效率(量子效 率)的能力。根据相关技术，解释如下。图1A到图1C为横截面图，用于表示根据相
关技术制造CMOS图像传感器的方法。如在举例的图1A中所示，制造CMOS图像传感器的方法可以包括在？+ 型半导体衬底10上和/或上方形成P型外延层11的步骤。然后，具有沟道阻 断区(channel stop region)的器件隔离层12可以通过注入BF2离子而形成在 半导体衬底10上。栅极绝缘层13和栅极14然后被形成在半导体衬底10上 和/或上方。可选择地，用于防止扩散反射的非反射涂层能够在栅极14上和/或上方 形成。栅极14可以是转移晶体管的栅极。复位栅极、驱动栅极、选择栅极 等也可以被形成。栅极14的导电层可以包括掺杂多晶硅层以及比如W-硅化 物、Ti-硅化物、Ta-硅化物、Mo-硅化物等多种硅化物层中的至少一种。如在图1B中所示，在形成离子注入掩模之后，杂质可以被注入到半导 体衬底10的光电二极管区内以形成N型扩散区15。随后， 一系列的离子注 入可以被实施以形成CMOS晶体管的源极/漏极。特别地，轻离子注入可以 被实施，然后氧化物间隔件17被形成在栅极14的侧壁上，之后重离子注入 可以被实施。转移晶体管的感测节点(FD区域)18可以被重度地进行离子 注入，以减小位于转移晶体管的栅极14与感测节点18之间的重叠电容。如在图1C中所示，掩模图案然后可以被形成以只暴露用于形成光电二 极管的有源区。Po型扩散区19然后可以通过将离子注入到有源区中而被形 成。在掩模图案已经被去除之后，在大约900。C的温度下，通过在氮环境下 实施退火过程20分钟，掺杂物可以被扩散。但是，在上述光电二极管中，在栅极的沟道已经被打开之后，比如邻近 热能量(neighbor thermal energy)之类的附加能量可以提供给被存在于光电 二极管内的缺陷所捕获的电子。因此，这些电子作为噪声而运转。发明内容本发明的实施例涉及一种制造CMOS图像传感器的方法，通过所述方 法，由被位于光电二极管内的缺陷所捕获的电子所产生的噪声可以被防止。本发明的实施例涉及一种制造CMOS图像传感器的方法，通过所述方 法，利用被缺陷所捕获的电子，转移栅极的沟道可以被反转。本发明的实施例涉及一种制造图像传感器的方法，其可以包括下列步骤
中的至少一个在半导体衬底上方形成外延层；在外延层的指定部分中形成器件隔离层；在外延层的由器件隔离层界定的有源区上方形成栅极；通过在外延层上实施离子注入，形成被连接到所述外延层的表面的第二导电类型第一扩散区，用于在外延层的内部形成光电二极管；以及通过在位于栅极和第一扩散区之间的边界上实施离子注入形成第二导电类型第二扩散区。本发明的实施例涉及一种制造图像传感器的方法，其可以包括下列步骤 中的至少一个在具有重掺杂第一导电类型的半导体衬底上方形成具有第一导电类型的外延层；在外延层内形成器件隔离层；在外延层的由器件隔离层 界定的有源区上方形成栅极，其中所述栅极被掩埋于外延层的指定深度内； 然后在外延层的光电二极管区域内形成具有第二导电类型的第一扩散区。本发明的实施例涉及一种图像传感器，其包括下列中的至少一个 具有第一导电类型的外延层，其形成在具有重掺杂第一导电类型的半导体衬 底上方；器件隔离层，其形成在所述外延层内；沟槽，其具有形成在所述外 延层内的预定深度；栅极，其形成在所述沟槽内；以及具有第二导电类型的 第一扩散区，其形成在所述外延层的光电二极管区域内，并且被连接到所述 栅极上。根据实施例，所述栅极可以被形成为具有预定厚度，并且使得 所述栅极的一部分从所述外延层的最上层表面凸出。利用本发明，栅极可以被连接到光电二极管的耗尽区，因此通过使被缺 陷捕获的电子经耗尽层自由移动而抑制了噪声的生成。而且，利用被缺陷捕 获的电子，转移栅极的沟道能够被反转。
图1A到图1C示出制造CMOS图像传感器的方法。图2示出根据实施例的CMOS图像传感器的单位像素。图3A到图3C示出根据实施例的制造CMOS图像传感器的方法。图4A到图4C示出根据实施例的制造CMOS图像传感器的方法。
具体实施方式
如在图2中所示，根据实施例的CMOS图像传感器的单位像素100可以 包括被从由器件隔离层界定的器件隔离区域中区分出来的有源区。转移晶体
管120的栅极123、复位晶体管130的栅极133、驱动晶体管140的栅极143 以及选择晶体管150的栅极153可以被排列以跨接(cross over)在有源区上。浮置扩散区域FD可以形成在外延层内以与N/Po型扩散区间隔开，同时 转移晶体管120的栅极123可以设置在上述两者之间。在下列描述中光电二极管PD可以具有N/Po型扩散区。可选择的，光电 二极管PD可以实际上只具有N型扩散区。在这种情况下，N型扩散区可以 与下面的外延层一起被构成为PN或NP结二极管。在下列的描述中，？++'或？+'可以表示重掺杂的？型，'Po'可以表示中 等程度掺杂的P型，并且'N'可以表示轻度掺杂的N型(N-type)。第一和第 二导电类型分别表示P和N或者N和P。为了解释方便，具有Po/N型扩散区的光电二极管PD被作为例子在下面 的描述中采用。在下列的描述中，参照沿着图2中的切割线A-A被对开的光电二极管和 单位像素的转移栅极来解释图像传感器制造方法。如在图3A中所示，根据实施例的制造CMOS图像传感器的方法可以包 括在P+型半导体衬底20上和/或上方形成P型外延层21。然后器件隔离层 22可以形成在外延层21内以界定半导体衬底20的有源区。器件隔离层22 可以通过浅沟槽隔离(STI)工艺或通过硅的局部氧化(LOCOS)工艺而形 成。然后，转移晶体管120的栅极绝缘层121和栅极123可以形成在外延层 21上和/或上方。在这个过程中，在图2中所示的复位栅极、驱动栅极、选 择栅极等可以被同时形成。如在图3B中所示，在离子注入掩模已经被形成之后，通过离子注入， 杂质可以被注入到外延层21的光电二极管区域(也就是，光电二极管将被 形成的区域)中以形成N型扩散区24。通过离子注入，N型扩散区24a可以 在栅极123和N型扩散区24之间被形成。优选地，离子注入可以通过倾斜 方法(tiltmethod)被实施。用于形成光电二极管的N型扩散区24可以通过 N型扩散区24a被延伸到栅极123的一侧的底部。然后， 一系列的离子注入可以被实施以形成CMOS晶体管的源极/漏极。 特别地，轻度离子注入可以被实施，栅极绝缘层121和在栅极绝缘层121的
侧壁上的氧化物间隔件125以及栅极123能够被形成，然后重度离子注入被 实施。重度离子注入可以只在转移栅极的感测节点(FD区域)25上被实施， 以减少位于转移晶体管120的栅极123和感测节点25之间的重叠电容。如在图3C中所示，掩模图案然后可以被形成以只暴露用于在内部形成 光电二极管的有源区。然后，离子注入可以在有源区上被实施以形成Po型 扩散区26。这样，光电二极管被形成。在掩模图案己经被去除之后，掺杂物 (dopant)通过退火而被扩散。光电二极管的耗尽区变成被连接到所述栅极的下部。因此，被缺陷捕获 的电子可以经耗尽区自由移动。因此，耗尽区可以被用来使转移栅极的沟道 反转。如在图4A中所示，根据实施例的制造图像传感器的方法可以包括在P+ 型半导体衬底20上和/或上方形成P型外延层21。器件隔离层22然后可以 在用于器件隔离区域的外延层21上和/或其上方形成，以界定半导体衬底20 的有源区。器件隔离层22可以通过浅沟槽隔离(STI)工艺或通过硅的局部 氧化(LOCOS)工艺而被形成。在掩模图案已经被形成以暴露转移晶体管120的外延层21的指定部分 之后，通过利用掩模图案进行蚀刻，沟槽能够被形成。在掩模图案已经被去 除之后，栅极绝缘层121可以被形成在所述沟槽底部上和/或其上方。然后， 栅极123可以被形成在位于沟槽内的栅极绝缘层121上和/或其上方。特别地， 栅极123可以被以指定深度掩埋于外延层21内，以使得栅极123的一部分 从所述外延层21的最上层表面凸出。因此，栅极绝缘层121和栅极123被 凹进在外延层21内。随后，在图2中所示的复位栅极、驱动栅极、选择栅 极等可以以相同的方式被形成。如在图4B中所示，在离子注入掩模已经被形成之后，通过离子注入， 杂质可以被注入到光电二极管区域中以形成N型扩散区24。 N型扩散区24 可以被连接到栅极123的下部。随后， 一系列的离子注入可以被实施以形成 CMOS晶体管的源极/漏极。特别地，轻度离子注入可以被实施，栅极绝缘层 121和在栅极绝缘层121的侧壁上的氧化物间隔件125以及栅极123被形成， 然后重度离子注入被实施。重度离子注入可以只在转移栅极的感测节点(FD 区域)25上被实施，以减少位于转移晶体管120的栅极123和感测节点25
之间的重叠电容。如在图4C中所示，掩模图案然后可以被形成以只暴露用于形成光电二 极管在其内的有源区。然后，离子注入可以在有源区上被实施以形成Po型 扩散区26，这样，光电二极管被形成。在掩模图案已经被去除之后，掺杂物 通过退火被扩散。光电二极管的耗尽区可以连接到栅极123的下部。因此，被缺陷捕获的 电子可以经耗尽区自由移动。因此，耗尽区可以被用来使转移栅极123的沟 道反转。因此，实施例能够提供下列的效果或优点。首先，栅极可以被连接到光 电二极管的耗尽区，因此通过使被缺陷捕获的电子经耗尽层自由移动而抑制 了噪声的生成。最后，利用被缺陷捕获的电子，转移栅极的沟道能够被反转。虽然实施例在这里已经被说明，但是应该理解的是，在本发明公开原理 的精神和范围内，可以由本领域技术人员提出多种其它的修改和实施例。更 具体而言，在说明书、附图及所附权利要求书的范围之内，对于各组成部分 和/或对象的组合排列能够作出各种变型和修改。除了各组成部分和/或排列 的变型和修改之外，各种替代性使用对于本领域技术人员来说也是显而易见 的。
权利要求
1.一种方法，包括在半导体衬底上方形成外延层；在所述外延层的指定部分中形成器件隔离层；在所述外延层的由所述器件隔离层界定的有源区上方形成栅极；通过在所述外延层上实施离子注入，形成被连接到所述外延层的表面的第二导电类型的第一扩散区，用于在所述外延层的内部形成光电二极管；以及通过在位于所述栅极与所述第一扩散区之间的边界上实施离子注入，形成第二导电类型的第二扩散区。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述外延层包括第一导电类型的外 延层。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述半导体衬底包括重掺杂第一导 电类型的半导体衬底。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中利用倾斜方法在位于所述栅极与所 述第一扩散区之间的边界上实施离子注入，形成所述第二扩散区。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第二扩散区从所述第一扩散区 延伸到所述栅极的 一侧的下部。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述外延层和所述第一扩散区包括 PN结二极管和NP结二极管中的至少一种。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一扩散区包括第二导电类型 的第一扩散区。
8. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在形成所述第二扩散区之 后，形成第一导电类型的第三扩散区。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中形成第三扩散区的步骤包括在所 述第一扩散区上方的外延层的表面上实施离子注入。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述外延层、所述第一扩散区以 及所述第三扩散区包括PNP结二极管和NPN结二极管中的至少一种。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中通过浅沟槽隔离工艺和硅的局部氧化工艺中的至少一种来形成所述器件隔离层。
12. —种方法，包括在重掺杂第一导电类型的半导体衬底上方形成第一导电类型的外延层； 在所述外延层中形成器件隔离层；在所述外延层的由所述器件隔离层界定的有源区上方形成栅极，其中所 述栅极被掩埋于所述外延层内的指定深度；以及在所述外延层的光电二极管区域中形成第二导电类型的第一扩散区，并 使所述第一扩散区连接到所述栅极。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中形成所述栅极的步骤包括 在所述外延层中形成具有所述指定深度的沟槽； 在所述沟槽的底部上方形成栅极绝缘层；以及 在所述沟槽中的栅极绝缘层上方形成所述栅极； 其中所述栅极从所述外延层的最上层表面凸出指定高度。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中所述外延层和所述第一扩散区包 括PN结二极管和NP结二极管中的至少一种。
15. 根据权利要求12所述的方法，还包括步骤在形成所述第一扩散区 之后，形成第一导电类型的第三扩散区。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中形成所述第三扩散区的步骤包 括在所述第一扩散区上方的所述外延层的表面上实施离子注入。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述外延层、所述第一扩散区以 及所述第三扩散区包括PNP结二极管和NPN结二极管中的至少一种。
18. 根据权利要求12所述的方法，其中通过浅沟槽隔离工艺和硅的局部 氧化工艺中的至少一种来形成所述器件隔离层。
19. 一种装置，包括第一导电类型的外延层，其形成在重惨杂第一导电类型的半导体衬底上方；器件隔离层，其形成在所述外延层内；沟槽，其具有形成在所述外延层内的预定深度；栅极，其形成在所述沟槽内；以及第二导电类型的扩散区，其形成在所述外延层的光电二极管区域内，并且被连接到所述栅极上；其中所述栅极形成为预定厚度，并且使得所述栅极的一部分从所述外延 层的最上层表面凸出。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述外延层和所述扩散区包括 PN结二极管和NP结二极管中的至少一种。
全文摘要
一种图像传感器和制造CMOS图像传感器的方法，该方法可以包括在重掺杂第一导电类型衬底上形成第一导电类型外延层，在所述外延层的指定部分形成器件隔离层，在外延层种由器件隔离层界定的有源区上形成栅极，通过在用于在内部形成光电二极管的外延层上实施离子注入，形成被连接到外延层的表面的第二导电类型第一扩散区，以及通过在位于栅极和第一扩散区之间的边界上实施离子注入，形成第二导电类型第二扩散区。因此，所述光电二极管的栅极和耗尽区被连接，由此通过使被缺陷捕获的电子经耗尽区自由移动而抑制了噪声产生。
文档编号H01L21/70GK101211834SQ200710160139
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月24日 优先权日2006年12月29日
发明者朴东彬 申请人:东部高科股份有限公司