专利名称：Cmos图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器的制作方法。
背景技术：
互补金属氧化物(CMOS)图像传感器(image sensor)芯片是一种将光信号转换 为电信号的半导体器件，近年来，由于在电路集成，能量消耗和制造成本方面的诸多优点， CMOS图像传感器得到了快速发展。CMOS图像传感器包括一系列的象素单位(pixel cells) 和外围电路(periphery circuit)，每个象素单位包括一个发光二极管和至少一个MOS晶 体管，从而通过处于开光模式中的MOS晶体管检测各个单位象素的电信号，所述的发光二 极管用于吸收入射光能量并且将光能量转化为光电流。参考附图1至附图4所示，为现有的CMOS图像传感器制作工艺各步骤的结构示意 图，参考附图1，在半导体衬底100内具有浅沟槽隔离结构101 (STI)，相邻的浅沟槽隔离结 构101之间用于形成发光二极管和MOS晶体管，所述的半导体衬底例如为P型掺杂。在所 述半导体衬底的用于形成MOS晶体管的区域上依次沉积栅极氧化层102和栅极103，所述的 栅极氧化层102和栅极103构成MOS晶体管的栅极结构，可选的，所述的栅氧化层的材料例 如为氧化硅等，栅极的材料例如为多晶硅。参考附图2，在所述半导体衬底的用于形成发光二极管的区域内进行第一离子注 入，在所述的半导体衬底内形成一定深度和掺杂浓度的第一掺杂区域104，所述的第一离子 注入工艺中注入的离子类型与半导体衬底的掺杂离子类型相反，例如，所述的半导体衬底 为N型掺杂，则所述的第一掺杂区域104的掺杂类型为P型掺杂。所述的第一掺杂区域104 与半导体衬底形成一个PN结，形成光电二极管，用于将入射的光子转化为电子。参考附图3，在所述的用于形成MOS晶体管的区域沉积覆盖所述栅极结构的绝 缘材料层，并采用等离子刻蚀工艺刻蚀所述绝缘材料层，以在所述栅极结构侧壁形成侧墙 105 (spacer)0参考附图4所示，在所述的第一掺杂区域104的表面进行第二离子注入，在第一掺 杂区域104上形成覆盖层106，所述的覆盖层106的掺杂类型与第一掺杂区域104的掺杂 类型相反。覆盖层106与第一掺杂区域204之间又形成一个PN结，用于控制第一掺杂区域 104与半导体衬底100之间形成的PN结在将光子转化为电子后形成的电流的流动方向。在CMOS图像传感器芯片的制作工艺中，提高图像的清晰度是CMOS图像传感器芯 片发展的一个主要方向。对于一个CMOS图像传感器芯片来说，拥有的象素数越高，图像清 晰度越高，而每一个包括光电二极管和MOS晶体管的器件结构就构成一个基本的象素单 元。为了提高CMOS图像传感器芯片的象素数，在同一单位面积上制作的基本象素单元的个 数增多，这就导致每一个基本象素单元的面积减小。从图4所示的CMOS图像传感器的结构可以看出，CMOS图像传感器中的光电二极管 是一个包括半导体衬底，第一掺杂区域以及覆盖层的三维的PN结电容器。随着CMOS图像 传感器芯片每一个象素单元面积的减小，所述的PN结电容器的面积也越来越小，导致半导体衬底/第一掺杂区域/覆盖层的边界也越来越小，这就使光电二极管的电容值减小。光 电二极管电容值的减小会导致光电二极管光子到电子转化能力的降低，并且还会导致其它 的电性能例如信躁比，动态工作范围和光敏性变差。
发明内容
本发明提供一种CMOS图像传感器的制作方法，以解决现有的CMOS图像传感器随 着面积的减小，光电二极管电容值变小导致的缺陷。一种CMOS图像传感器的制作方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有用于隔离有源区的隔离结构，所述的 有源区包括用于形成MOS晶体管的区域和用于形成发光二极管的区域；在所述半导体衬底的用于形成MOS晶体管的区域上形成栅极结构；在所述半导体衬底的用于形成发光二极管的区域上形成不连续分布的第一氧化 层；在所述的半导体衬底以及第一氧化层上形成第二氧化层，并在所述的第二氧化层 上形成暴露出发光二极管区域的第一光刻胶图案层；以所述的第一光刻胶图案层为掩膜，进行第一离子注入，形成与半导体衬底掺杂 类型相反的第一掺杂区域；去除所述第一光刻胶图案层，并在所述的栅极结构侧壁形成覆盖第二氧化层的侧掉 工回；在所述的半导体衬底上形成暴露出发光二极管区域的第二光刻胶图案层；以所述的第二光刻胶图案层为掩膜，进行第二离子注入，形成与第一掺杂区域的 掺杂类型相反的覆盖层，去除所述第二光刻胶图案层。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点采用本实施例所述的方法，首先在半导体衬底的用于形成发光二极管的区域上形 成不连续分布的第一氧化层；在随后进行第一离子注入形成第一掺杂区域的工艺中，形成 的第一掺杂区域与半导体衬底的边界为弯折线的形状，在采用第二离子注入形成覆盖层的 工艺中，形成的覆盖层与第一掺杂区域的边界也为弯折线的形状，使形成的光电二极管的 PN结的边界范围增大，从而达到增大光电二极管电容值的目的，减小了光电二极管由于现 有工艺中电容值变小导致的缺陷。
图1至图4为现有的CMOS图像传感器制作工艺各步骤的结构示意图；图5至图12为本发明具体实施方式
所述的CMOS图像传感器制作方法的各步骤的 结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。本实施例提供一种CMOS图像传感器的制作方法，包括步骤Si，参考附图5所示，提供半导体衬底200，所述的半导体衬底的有源区为进行过离子掺杂形成了 N阱或者P阱的区域，在本实施例中，以所述半导体衬底中进行P型掺 杂为例进行说明，并不能认为本申请仅仅适用于对半导体进行P型掺杂。继续参考附图5所示，所述半导体衬底200中形成有用于隔离有源区的隔离结构 201，所述的隔离结构例如为浅沟槽隔离结构(STI)，所述的有源区包括用于形成MOS晶体 管的区域和用于形成发光二极管的区域，分别用于在对应区域形成MOS晶体管和发光二极 管；对于CMOS图像传感器来说，所述的MOS晶体管和发光二极管的位置是相邻的，MOS晶体 管用来控制将发光二极管产生的电流阻挡起来或者是流出去。执行步骤S2，在所述半导体衬底200的用于形成MOS晶体管的区域上形成栅极结 构；参考附图5所示，所述的栅极结构包括依次位于半导体衬底上200的栅极氧化层202和 栅极203，可选的，所述的栅氧化层的材料例如为氧化硅等，栅极的材料例如为多晶硅，可以 采用化学气相沉积工艺形成。当然，所述栅极结构的还可以采用本领域技术人员熟知的其 它任何结构以及制作工艺形成，材料也可以根据现有工艺做选择，只要其目的在于制作MOS 晶体管。步骤S3，参考附图6以及附图7所示，在所述半导体衬底200的用于形成发光二极 管的区域上形成不连续分布的第一氧化层20 ；所述的第一氧化层20 的材料例如为氧 化硅，TEOS (主要成分为氧化硅)，氮氧化硅等，厚度为200至500埃，制作工艺例如为化学 气相沉积法。所述的第一氧化层20 不连续的分布在半导体衬底的发光二极管的区域上，形 成一个个单独分别的氧化物块阵列，由于所述的第一氧化层20 的存在，半导体衬底的用 于形成发光二极管的区域上不再是平坦的表面，而是一个弯折线形成的表面形状，在随后 进行第一离子注入和第二离子注入的时候，可以使半导体衬底中由于第一离子注入和第二 离子注入形成的第一掺杂区域和第二掺杂区域的边界也为弯折线的形状。以增加光电二极 管PN结的边界面积，从而达到增加光电二极管电容值的作用。所述的第一氧化层20 的形成工艺参考附图6以及附图7所示，首先参考附图6， 在半导体衬底的光电二极管区域和MOS晶体管区域上形成连续的氧化层204，之后在所述 的氧化层204上形成光刻胶层，随后曝光，显影所述光刻胶层，去除MOS晶体管区域以及光 电二极管区域的大部分光刻胶，形成位于光电二极管区域的不连续分布的光刻胶图案205， 所述的光刻胶图案205具有一个以上的开口 205a，在曝光，显影工艺允许的情况下，开口 205a的数量应该尽可能的多，两个相邻的开口 20 之间的间距也应该尽可能的小。之后参考附图7，以所述的光刻胶图案205为掩膜，刻蚀所述的氧化层204至暴露 出半导体衬底，形成不连续分布的第一氧化层20 ，根据光刻胶图案205的形状和尺寸，形 成的第一氧化层20 也具有一个以上的开口。步骤S4，参考附图8和附图9，在所述的半导体衬底200以及第一氧化层20 上 形成第二氧化层206，并在所述的第二氧化层上形成暴露出发光二极管区域的第一光刻胶 图案层207 ；所述的第二氧化层206的厚度为100 300埃，形成工艺例如为化学气相沉积工 艺，所述的位于栅极结构上的第二氧化层206随后可以作为栅极结构侧墙的一部分。所述 的第二氧化层206的材料例如为氧化硅，TEOS (主要成分为氧化硅)。在所述的第二氧化层 上形成暴露出发光二极管区域的第一光刻胶图案层207的工艺可以为本领域技术人员熟知的任何常规技术。步骤S5，参考附图10，以所述的第一光刻胶图案层207为掩膜，进行第一离子注 入，形成与半导体衬底掺杂类型相反的第一掺杂区域208 ；所述的第一掺杂区域208与半导 体衬底200形成一个PN结，形成光电二极管，用于将入射的光子转化为电子。由于进行第一离子注入时所述半导体衬底200的用于形成发光二极管的区域上 存在不连续分布的第一氧化层20 ，因此半导体衬底200的表面为非平坦的结构，为弯折 线性，进行第一离子注入后，形成的第一掺杂区域208与半导体衬底200形成PN结的界面 也为弯折线性；也就是说，第一掺杂区域208与半导体衬底200形成PN结的界面的形状与 进行第一离子注入时半导体衬底表面的形状是基本相同的，第一氧化层20 的开口越多， 半导体衬底表面的弯折就越多，第一掺杂区域208与半导体衬底200形成PN结的界面的面 积就越大。第一掺杂区域的掺杂类型与半导体衬底相反，以所述的半导体衬底为P型掺杂为 例，则所述的第一掺杂区域204的掺杂类型为N型，所述的N型掺杂的离子为元素周期表中 第V主族可以提供正电子的正5价离子例如，例如磷离子或者砷离子。以磷离子为例，进行第一离子注入的工艺为离子注入能量为150至200Kev， 离子注入剂量为3E12至3E13at0mS/Cm2。优选的，掺杂能量为170KeV，离子注入剂量为 6. 0E12atoms/cm2。步骤S6，参考附图11，去除所述第一光刻胶图案层，并在所述的栅极结构侧壁形 成覆盖第二氧化层的侧墙210;去除所述第一光刻胶图案层的工艺为本领域技术人员熟知的任何现有技术，在此 不再赘述。所述的侧墙210材料可以是氧化硅，氮化硅或者氮氧化硅中的一个或者几种的 组合，优选的，所述的侧墙210为氮化硅-氧化硅的复合结构，所述的结构与栅极结构上存 在的第二氧化层，共同在栅极结构侧壁形成氧化硅-氮化硅-氧化硅的复合结构。步骤S7，在所述的半导体衬底上形成暴露出发光二极管区域的第二光刻胶图案 层；本步骤所述的工艺也可以是本领域技术人员熟知的任何现有技术，因此，未在附图中示 出第二光刻胶图案层。步骤S8，参考附图12，以所述的第二光刻胶图案层为掩膜，进行第二离子注入，形 成与第一掺杂区域的掺杂类型相反的覆盖层209，去除所述第二光刻胶图案层。在所述的第二离子注入工艺中，注入的离子应该通过第一氧化层20 在第一掺 杂区域表面形成覆盖层209，由于所述的覆盖层209的掺杂离子类型第一掺杂区域208的掺 杂离子类型相反，因此，覆盖层209与第一掺杂区域208之间又形成一个PN结，所述的PN 结用于控制第一掺杂区域208与半导体衬底200之间形成的PN结(光电二极管)，在将光 子转化为电子后形成的电流的流动方向。所述第二氧化层在进行第二离子注入的时候，起 到阻挡层的作用，以保护半导体衬底表面。而且，在CMOS图像传感器制作完成之后，所述的 第一氧化层和第二氧化层都无需去除，节约了工艺成本。继续以半导体衬底为P型掺杂为例，第一掺杂区域208的掺杂类型为N型，覆盖层 209的离子掺杂类型为P型，所述的P型掺杂的离子为元素周期表中第III主族可以提供空 穴的正3价离子或者含有第III主族元素的化合物离子例如，例如硼离子或者氟化硼离子。以BF2离子为例，进行第二离子注入的工艺为掺杂能量为10至60Kev，离子注入剂量为2E12至2E13atoms/cm2。优选的，掺杂能量为20KeV，离子注入剂量为5. 0E12atoms/2cm ο由于进行第二离子注入时所述半导体衬底200的用于形成发光二极管的区域上 存在不连续分布的第一氧化层20 ，因此半导体衬底200的表面为非平坦的结构，为弯折 线性，进行第二离子注入后，形成的覆盖层209与第一掺杂区域208形成PN结的界面也为 弯折线性；也就是说，覆盖层209与第一掺杂区域208形成PN结的界面的形状与进行第二 离子注入时半导体衬底表面的形状是基本相同的，第一氧化层20 的开口越多，半导体衬 底表面的弯折就越多，覆盖层209与第一掺杂区域208形成PN结的界面的面积就越大。通过增大覆盖层209与第一掺杂区域208形成PN结的界面的面积，以及第一掺杂 区域208与半导体衬底200形成PN结的界面的面积，即可达到增大光电二极管PN结表面 面积的目的，从而增大了光电二极管的电容值。去除所述的第二光刻胶图案层的工艺例如为灰化工艺，在此不再赘述。虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有用于隔离有源区的隔离结构，所述的有源 区包括用于形成MOS晶体管的区域和用于形成发光二极管的区域； 在所述半导体衬底的用于形成MOS晶体管的区域上形成栅极结构； 在所述半导体衬底的用于形成发光二极管的区域上形成不连续分布的第一氧化层； 在所述的半导体衬底以及第一氧化层上形成第二氧化层，并在所述的第二氧化层上形 成暴露出发光二极管区域的第一光刻胶图案层；以所述的第一光刻胶图案层为掩膜，进行第一离子注入，形成与半导体衬底掺杂类型 相反的第一掺杂区域；去除所述第一光刻胶图案层，并在所述的栅极结构侧壁形成覆盖第二氧化层的侧墙； 在所述的半导体衬底上形成暴露出发光二极管区域的第二光刻胶图案层； 以所述的第二光刻胶图案层为掩膜，进行第二离子注入，形成与第一掺杂区域的掺杂 类型相反的覆盖层，去除所述第二光刻胶图案层。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述第一氧化层 为氧化硅。
3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述第一氧化层 的厚度为200至500埃。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底 为P型掺杂，所述第一掺杂区域为N型掺杂，所述覆盖层为P型掺杂。
5.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述第一掺杂区 域的掺杂离子为磷离子。
6.根据权利要求5所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，磷离子的注入工 艺为离子注入能量为150至200Kev，离子注入剂量为3E12至3E13atoms/cm2。
7.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述覆盖层为P 型掺杂离子为氟化硼离子。
8.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，氟化硼离子的注 入工艺为掺杂能量为10至60Kev，离子注入剂量为2E12至2E13atoms/cm2。
9.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述侧墙为氮化 硅-氧化硅的复合结构。
10.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述第二氧化层 材料为氧化硅。
全文摘要
一种CMOS图像传感器，包括用于形成MOS晶体管的区域和用于形成发光二极管的区域的半导体衬底；在用于形成MOS晶体管的区域上形成栅极结构；在用于形成发光二极管的区域上形成不连续分布的第一氧化层；在半导体衬底以及第一氧化层上形成第二氧化层，并在第二氧化层上形成暴露出发光二极管区域的第一光刻胶图案层；以所述的第一光刻胶图案层为掩膜，进行第一离子注入，形成与半导体衬底掺杂类型相反的第一掺杂区域；去除所述第一光刻胶图案层，并在所述的栅极结构侧壁形成覆盖第二氧化层的侧墙；在第一掺杂区域上形成与其掺杂类型相反的覆盖层。所述方法增大了CMOS图像传感器光电二极管的电容值。
文档编号H01L21/82GK102054771SQ200910198568
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者罗飞, 邹立 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司