专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术：
图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件，且其主 要分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化硅 (complementary metal oxide silicon ) ( CMOS )图像传感器(CIS )。 CMOS图^f象传感器具有形成于单位^^素内的光电二^f及管和MOS晶 体管，并且CMOS图像传感器适用于通过使用开关方式(switching method )顺序地检测每个单位像素的电信号来实现成像。
发明内容
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该图像传感 器及其制造方法可以通过使由在图像传感器的光电二极管和杂质 区的表面上刻蚀引起的缺陷的产生最小化来最大化图像传感器的 可靠性。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器可以包括下 列中的至少一个具有包括第一杂质区和第二杂质区的光电二才及管 的半导体衬底，在光电二才及管和第三杂质区之间的半导体衬底上和/或上方形成的第一4册才及，在第三杂质区和第四杂质区之间的半导体 衬底上和/或上方形成的第二栅极，在第二栅极的侧壁和第四杂质区
上和/或上方形成的隔离体(spacer),以及在光电二极管区、第一栅 才及、第三杂质区以及第二4册才及的侧壁和部分最上表面上和/或上方形 成的绝缘膜。
本发明实施例涉及 一 种制造图 <象传感器的方法，该方法可以包 括下列中的至少之一在半导体衬底上和/或上方形成第一栅极和第 二栅极；在其上和/或上方形成了第一栅极和第二栅极的半导体衬底 中形成包括第一杂质区和第二杂质区的光电二极管；在其上和/或上 方形成了第 一棚-4及和第二4册4及的半导体4t底上和/或上方形成第一 氧化膜；在第四杂质区的第二氧化膜上和/或上方形成第一氮化膜图 样；在其上和/或上方形成了第 一 氮化膜图样的第 一 氧化膜上和/或 上方形成第二氧化膜；通过实施第一刻蚀工艺来在光电二极管、第 一栅极和第三杂质区上形成第 一氧化膜图样和第二氧化膜图样；以 及然后在第二4册才及的侧壁和第四杂质区上和/或上方形成隔离体。
本发明实施例涉及 一 种制造图 <象传感器的方法，该方法可以包 括下列中的至少之一 在半导体衬底上方同时形成第 一栅极和第二 栅极；在半导体衬底中形成包括第一杂质区和第二杂质区的光电二 -fe管；同时形成第三杂质区和第四杂质区，其中第三杂质区形成在 半导体衬底中并且与光电二极管隔开，而第四杂质区形成在半导体 衬底中并且与第三杂质区隔开；在包括第一栅极和第二栅极以及第 三杂质区和第四杂质区的半导体衬底上方顺序形成第 一 氧化膜和 第一氮化膜；在部分第一氧化膜上方形成第一氮化膜图样，其中该 部分第一氧化膜形成在第四杂质区、第二栅才及的第一侧壁和第二棚-极的部分最上表面上方；在第 一氧化膜的剩余部分和第 一 氮化膜图 样上方形成第二氧化膜；以及然后在光电二极管、第一棚4及、第三 杂质区、第二栅极的第二侧壁和第二栅极的部分最上表面上方同时形成第一氧化膜图样和第二氧化膜图样，而且还在第四杂质区上方 和在第二栅极的第 一侧壁上形成隔离体。
本发明实施例涉及一种装置，该装置可以包括下列中的至少一
个半导体衬底，形成于半导体衬底中的光电二极管；在半导体衬 底中形成的并与光电二极管隔开的第三杂质区；在半导体衬底中形 成的并与第三杂质区隔开的第四杂质区；在光电二4 l管和第三杂质 区之间的半导体衬底上方形成的第一栅极；在第三杂质区和第四杂 质区之间的半导体4于底上方形成的第二4册^l;在第四杂质区和第二 栅极的第一侧壁上方形成的隔离体；以及在光电二极管、第一栅极、 第三杂质区以及第二4册才及的第二侧壁和部分最上表面上方形成的 绝缘膜。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器可以包括下 列中的至少一个半导体衬底；在半导体衬底中形成的包括第一杂 质区和第二杂质区的光电二极管；在半导体衬底中形成的并与第一 杂质区和第二杂质区隔开的第三杂质区；在半导体衬底中形成的并 与第三杂质区隔开的第四杂质区；在光电二极管和第三杂质区之间 的半导体衬底上方形成的第一栅极；在第三杂质区和第四杂质区之
间的半导体衬底上方形成的第二栅4及；在第四杂质区和第二棚4及的 第一侧壁上方形成的隔离体；以及在光电二才及管、第一冲册才及、第三 杂质区以及第二栅极的第二侧壁和部分最上表面上方形成的绝缘 膜。
实例图1至图8示出了制造根据本发明实施例的图像传感器的 方法。
具体实施例方式
尽管参照了关于CMOS图像传感器(CIS)的结构的实例图， 但本发明实施例不限于CMOS图像传感器，而可以应用于包括CCD 图像传感器的全部图像传感器。
如实例图1中所示，在其中形成了隔离膜5的半导体衬底10 上和/或上方形成第一才册才及25和第二才册4及26。可以通过在半导体4于 底10中形成沟槽并且用绝缘材料间隙填充该沟槽来形成隔离膜5。 半导体衬底10可以是高浓度p十+型硅衬底并且具有形成于其上和/ 或其上方的低浓度P型外延层(epitaxial layer )。这样，由于低浓度 P型外延层的存在，可以显著地且大大地(deeply)增加光电二极 管的势垒区(depletion region )，并且因it匕，可以l是高光电二才及管用 于收集光电荷(optical charge)的能力。当高浓度p十+型衬底设置 在P型外延层下方时，光电荷在扩散至邻近的单位像素中之前^皮重 纟且(recombined ) 。 乂人而，可以)咸少光电荷的随才几才广散(random diffusion ),并且可以减少光电荷的传llr功能(transfer function of the optical charges )的变化。
第 一栅极25由第 一氧化膜图样21和第一多晶硅图样23形成。 第二栅极26由第二氧化膜图样22和第二多晶石圭图样24形成。可 以通过在半导体衬底10上和/或上方形成第一氧化膜和第一多晶石圭 膜并且然后实施第一刻蚀工艺来同时形成第一棚4及25和第二4册才及 26。第一栅极25可以成为传输栅极(transfer gate),而第二栅极26 可以成为复位栅极(reset gate )。尽管本发明实施例示出第一栅极 25和第二栅极26由多晶硅形成，但本发明并不限于此。例如，第 一栅-才及25和第二棚-才及26可以由金属石圭化膜(metal silicide film )形 成。如实例图2所示，在包括隔离膜5、第一栅极25和第二栅极 26的半导体衬底10上和/或上方形成第一光刻胶图样19。然后实施 第一离子注入工艺和第二离子注入工艺以/人而形戍光电二才及管14。 光电二4及管14可以^皮形成包"fe第一杂质区12和第二杂质区13，其 中使用第一光刻胶图样19作为掩膜通过实施第一离子注入工艺形 成第一杂质区12，并且然后通过实施第二离子注入工艺形成第二杂 质区13。可以通过注入n型杂质来形成第一杂质区12，而可以通 过注入p型杂质来形成第二杂质区13。第一杂质区12、第二杂质 区13和半导体坤于底10相互4妄触并且可以作为PNP光电二才及管来才乘 作。
如实例图3中所示，在去除第一光刻月交图样19之后，在包括 隔离膜5、光电二极管14和第一栅极25的半导体衬底10上和/或 上方形成第二光刻月交图样29。然后，为了在第一4册极25和第二栅 才及26之间的半导体4于底10中形成第三杂质区16以及在半导体4于 底10中形成第四杂质区18，实施第三离子注入工艺。可以通过注 入n型杂质来形成第三杂质区16和第四杂质区18。第三杂质区16 可以作为浮置扩散区(floating diffusion region )来操作。产生自光 电二极管14的光电荷通过第一棚-极25传输至第三杂质区16，然后 传输至电路单元。为了检测下一个信号，第二栅极26可以释放存 ^诸在第三杂质区16中的光电荷。
如实例图4中所示，在去除第二光刻胶图样29之后，在包括 隔离月莫5、光电二才及管14、第三杂质区16、第四杂质区18、第一 栅极25和第二栅极26的半导体衬底10上和/或上方形成第二氧化 膜31和氮化膜32。
如实例图5所示，通过在氮化膜32上实施第二刻蚀工艺来形 成第一氮化膜图样34。在部分第二氧化膜31上和/或上方形成第一 氮化膜图样34，其中该部分第二氧化膜31形成在第二栅才及26的侧壁和部分最上表面以及第四杂质区18上和/或上方。通过在形成于 第二4册才及26的侧壁和部分最上表面以及第四杂质区18上和/或上方 的部分第二氧化膜31上和/或上方形成第三光刻力交图样39,并且然 后实施第二刻蚀工艺来形成第一氮化膜图样34，其中该第二刻蚀工 艺去除形成于隔离层5、光电二才及管14、第三杂质区16以及第一 栅极25和第二栅极26的侧壁和部分最上表面上和/或上方的部分氮 化膜32。可以使用干法刻蚀或湿法刻蚀来实施第二刻蚀工艺。去除 在隔离月莫5、光电二4及管14、第一才册才及25、第三杂质区16以及第 二4册才及26的侧壁和部分最上表面上和/或上方形成的部分氮4b"莫32 将4吏随后在第三杂质区16中形成4妄触件(contact)变容易，并且还 防止了由氮化膜32引起的光电二极管14的感光度(灵敏度， sensitivity)的降低。
如实例图6所示，在去除第三光刻胶图样39之后，在第二氧 化膜31和第一氮化膜图样34上和/或上方形成第三氧化膜36。从 而，在第四杂质区18上和/或上方形成包括第二氧化膜31、第一氮 化膜图样34和第三氧化膜36的氧化物-氮化物-氧化物(ONO )层 叠膜(stacked film )。第二氧化膜31和第三氧化膜36层叠在隔离 层5、光电二才及管14、第三杂质区16、第四杂质区18以及笫一4册 才及25和第二4册4及26的侧壁和部分最上表面上和/或上方。
如实例图7中所示，为了在第二4册4及26的侧壁和第四杂质区 18上形成隔离体40,实施了第三刻蚀工艺。可以通过在隔离膜5、 光电二极管14、第一栅极25、第三杂质区16以及第二栅极26的 另 一个侧壁和另外的部分最上表面上和/或上方形成第四光刻月交图 样49，并且然后实施第三刻蚀工艺来形成隔离体40。 -使用各向异 性刻蚀工艺(anisotropic etch process )来实施该第三刻烛工艺。通 过第三刻蚀工艺，同时形成第五氧化膜图样51、第六氧化膜图样 56和隔离体40。隔离体40可以包括第三氧化膜图样41、第二氮化
12膜图样44和第四氧化膜图样46，其中第三氧化膜图样41、第二氮 化膜图样44和第四氧化膜图样46通过第三刻蚀工艺形成在第二冲册 才及26的侧壁和第四杂质区18上和/或上方。因此，在隔离膜5、光 电二极管14、第一栅极25、第三杂质区16以及第二栅极26的另 一个侧壁和另外的部分最上表面上和/或上方只保留了第五氧化膜 图样51和第六氧化膜图样56 。由于第四光刻胶图样49形成在隔离 膜5、光电二极管14、第一栅极25、第三杂质区16以及第二4册极 26的另一个侧壁和另外的部分最上表面上方，所以光电二4及管14 和第三杂质区16不^皮刻蚀以致可以防止由刻蚀引起的对它们的损 害。因此，当由于刻蚀引起对光电二^l管14和第三杂质区16的损 害时，影响了半导体器件的暗特性(dark characteristic),即在没有 光的情况下，电子为转-才奂电压(converted voltage), 乂人而在图^象上 产生噪声，因此使器件恶化。根据本发明实施例，在光电二极管14 和第三杂质区16上和/或上方形成第四光刻月交图冲羊49以1"更可以防止 对他们的这种损害。
如实例图8所示，去除第四光刻胶图样49。从而，在包括隔离 月莫5、光电二才及管14、第一4册才及25、第三杂质区16、第二冲册才及26 和第四杂质区18的半导体衬底10上和/或上方形成第五氧化膜图样 51和第六氧化膜图样56。可以仅在第二栅极26的另一个侧壁和第 四杂质区18上和/或上方形成隔离体40。可以在半导体4于底10上 和/或上方形成金属线层、滤色器阵列(color filter array )以及一个 或多个相应的微透镜。根据本发明实施例的这种图像传感器及其制 造方法可以防止由于在光电二极管和浮置扩散区上的刻蚀引起的 损还，从而防止了由于暗特性引起的器件恶化。
根据本发明实施例的图像传感器包括半导体衬底，在该半导体 ^"底中形成了包"^舌第一杂质区12和第二杂质区13的光电二才及管 14。第一栅极25包括第一氧化膜图样21和第一多晶硅图样23，且第一栅极25形成在光电二极管14和第三杂质区16之间的半导体 衬底10上和/或上方。第二栅极26包括第二氧化膜图样22和第二 多晶硅图样24，且第二栅极26形成在第三杂质区16和第四杂质区 18之间的半导体衬底10上和/或上方。隔离体40包括第三氧化膜 图样41、第二氮化膜图样44和第四氧化膜图样46，且隔离体40 形成在第二4册4及26另一个侧壁和第四杂质区18上和/或上方。至少 在隔离力莫5、光电二^ l管14、第一栅4及25、第三杂质区16和第二 栅极26的另一个侧壁和部分最上表面上和/或上方形成第五氧化膜 图样51和第六氧化膜图样56。第三杂质区16可以用作浮置扩散区。
尽管本文中描述了多个实施例，但是应该理解，本领域技术人 员可以想到多种其他修改和实施例，它们都将落入本公开的原则的 精神和范围内。更特别地，在本公开、附图、以及所附权利要求的 范围内，可以在主题结合4非列的4非列方式和/或组成部分方面进4亍各 ^H务改和改变。除了纟且成部分和/或4非列方面的^f奮改和改变以外，可 选的4吏用对本领域冲支术人员来i兌也是显而易见的。
权利要求
1. 一种图像传感器，包括半导体衬底；光电二极管，所述光电二极管形成于所述半导体衬底中并包括第一杂质区和第二杂质区；第三杂质区，形成在所述半导体衬底中并与所述第一杂质区和所述第二杂质区隔开；第四杂质区，形成在所述半导体衬底中并与所述第三杂质区隔开；第一栅极，形成于所述光电二极管和所述第三杂质区之间的所述半导体衬底上方；第二栅极，形成于所述第三杂质区和所述第四杂质区之间的所述半导体衬底上方；隔离体，形成于所述第四杂质区和所述第二栅极的第一侧壁上方；以及绝缘膜，形成于所述光电二极管、所述第一栅极、所述第三杂质区和所述第二栅极的第二侧壁和部分最上表面上方。
2. 4艮据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述绝缘膜包括具 有第一氧化膜和第二氧化膜的层叠层。
3. 根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述隔离体包括第 三氧化膜、氮化膜和第四氧化膜。
4. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第三杂质区是 浮置扩散区。
5. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二杂质区形 成在所述第一杂质区上方并且与所述半导体衬底的最上表面 共面。
6. —种装置，包括半导体衬底；光电二极管，形成于所述半导体衬底中；第三杂质区，形成在所述半导体衬底中并与所述光电二 才及管隔开；第四杂质区，形成在所述半导体衬底中并与所述第三杂 质区隔开；第一冲册极，形成于所述光电二才及管和所述第三杂质区之 间的所述半导体衬底上方；第二棚"f及，形成于所述第三杂质区和所述第四杂质区之 间的所述半导体4于底上方；隔离体，形成于所述第四杂质区和所述第二栅^及的第一 侧壁上方；以及绝纟彖膜，形成于所述光电二4及管、所述第一栅4及、所述 第三杂质区以及所述第二4册极的第二侧壁和部分最上表面上 方。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中，所述绝缘膜包括具有第一 氧化膜和第二氧化膜的层叠层。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中，所述隔离体包括第三氧化 膜、氮化膜和第四氧化膜。
9. 根据权利要求6所述的装置，其中，所述第三杂质区包括浮置 扩散区。
10. 根据权利要求6所述的装置，其中，所述光电二极管包括第一 杂质区和第二杂质区。
11. 根据权利要求IO所述的装置，其中，所述第二杂质区形成在 所述第一杂质区上方并且与所述半导体衬底的最上表面共面。
12. —种制造图像传感器的方法，包括在半导体衬底上方同时形成第一栅极和第二栅极；在所述半导体衬底中形成包括第一杂质区和第二杂质区 的光电二4及管；同时形成第三杂质区和第四杂质区，所述第三杂质区形 成在所述半导体衬底中并与所述光电二极管隔开，而所述第四 杂质区形成在所述半导体衬底中并与所述第三杂质区隔开；在包纟舌所述第 一栅4及和所述第二4册纟及以及所述第三杂质 区和所述第四杂质区的所述半导体衬底上方顺序形成第一氧 化膜和第一氮化膜；在部分所述第一氧化膜上方形成第一氮化膜图样，其中 所述部分所述第一氧化膜形成于所述第四杂质区、所述第二栅 极的第一侧壁和所述第二栅极的最上表面的第一部分上方；在所述第 一 氧化膜的剩余部分和所述第 一 氮化膜图样上 方形成第二氧化膜；以及然后同时形成第一氧化膜图样、第二氧化膜图样和隔离体， 其中，所述第一氧化膜图样和所述第二氧化膜图样形成在所述 光电二极管、所述第一栅极、所述第三杂质区、所述第二栅极 的第二侧壁和所述第二栅极的所述最上表面的第二部分上方，而所述隔离体形成在所述第四杂质区上方和所述第二4册才及的 所述第一侧壁上。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，形成第一氮化膜图样包 括在部分所述第一氮化膜上方形成光刻胶图样，其中所述 部分所述第 一氮化膜形成于所述第四杂质区、所述第二棚-极的 所述第一侧壁和所述第二4册4及的所述最上表面的所述第一部 分上方；以及然后使用所述光刻胶图样作为掩膜实施刻蚀工艺。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述刻蚀工艺包括干法 刻蚀工艺。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述刻蚀工艺包括湿法 刻蚀工艺。
16. 根据权利要求12所述的方法，其中，同时形成所述第一氧化 膜图样、所述第二氧化膜图样和所述隔离体包括在所述光电二^l管、所述第一棚4及、所述第三杂质区、 所述第二栅极的所述第二侧壁和所述第二栅极的所述最上表 面的所述第二部分上方形成光刻胶图^^;以及然后使用所述光刻胶图样作为掩膜实施刻蚀工艺。
17， 根据权利要求16所述的方法，其中，所述刻蚀工艺暴露所述 第二4册^l的所述最上表面的所述第一部分。
18. 才艮据权利要求12所述的方法，其中，所述第二杂质区形成在 所述第一杂质区上方且与所述半导体衬底的所述最上表面共 面。
19. 4艮据^l利要求12所述的方法，其中，所述隔离体包括第三氧 化膜图样、第二氮化膜图样和第四氧化膜图样。
20. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述第三杂质区包括浮 置扩散区。
全文摘要
一种图像传感器包括半导体衬底，形成于半导体衬底中的光电二极管，在半导体衬底中形成的并与光电二极管隔开的第三杂质区，在半导体衬底中形成的并与第三杂质区隔开的第四杂质区，在光电二极管和第三杂质区之间的半导体衬底上方形成的第一栅极，在第三杂质区和第四杂质区之间的半导体衬底上方形成的第二栅极，在第四杂质区和第二栅极的第一侧壁上方形成的隔离体，以及在光电二极管、第一栅极、第三杂质区以及第二栅极的第二侧壁和部分最上表面上方形成的绝缘膜。
文档编号H01L21/822GK101442065SQ20081017359
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月10日 优先权日2007年11月20日
发明者沈喜成 申请人:东部高科股份有限公司