专利名称：：图像传感器装置与光电元件的制作方法
技术领域：
：本发明关于一种图像传感器装置，特别是关于一种互补型金属氧化物半导体(CMOS)场效晶体管图像传感器及光电子装置。
背景技术：
：互补型金属氧化物半导体场效晶体管图像传感器(CMOSimagesensor)已广泛使用于许多应用领域，例如包括静态数字相机(digitalstillcamera，DSC)及照相手机。上述应用领域主要利用包括光电二极管元件的主动像素阵列或图像感测单元(imagesensorcell)阵列，将入射的图像光能转换成数字信息。就静态数字相机领域而言，对图像感测的性能要件主要包括高图像画质且低串音及噪声，并且能在低环境光源情况下提供高画质图像。传统的图像感测单元包括有源感测元件，例如光电二极管(photodiode)，以及邻近的晶体管结构，例如转换晶体管(transfertransistor)与重置晶体管(resettransistor)。上述晶体管结构连带周边区域的其它额外的元件包括控制与信号处理电路以及周边的逻辑电路构成互补型金属氧化物半导体场效晶体管图像传感器装置。因此，为降低制造成本与工艺的复杂度，互补型金属氧化物半导体场效晶体管图像传感器装置周边的电路与主要区域内图像感测单元的晶体管在相同的工艺步骤中形成。然而，上述方法往往造成主要区域内图像感测单元的晶体管电性不良的影响。更明确地说，当形成自对准硅化物(silicide)于周边电路(例如CMOS逻辑电路)的栅极结构与漏极/源极区域时，同时也形成于光电二极管元件的表面，如此将导致该图像感测单元生成不必要的暗电流(darkcurrent)，进而降低信号-噪声(S/N)的比值，影响传感器装置的质量。美国专利第5,863,820号揭示一种形成自对准硅化物于逻辑电路区域上的存储器元件制造方法，其主要外围电路区域形成自对准硅化物改善电性，并于此同时在存储单元阵列的区域上形成保护的遮蔽区域。然而，公知技术采用较厚且复杂的光阻做为于整个存储器元件的屏蔽。因此，将较厚且复杂的光阻用于影响感测装置有实际制造的困难。美国专利第6,194,258号揭示一种形成自对准硅化物于CMOS逻辑电路区域的方法，同时形成自对准硅化物于感测像素中栅极结构上。图1显示传统CMOS图像传感器装置的剖面示意图。于图1中，公知技术将自对准硅化物形成于CMOS图像传感器装置的晶体管的栅极结构上，并且在光电二极管的表面上完全不形成硅化物。就结构而言，传统的CMOS图像传感器装置包括图像感测单元70以及CMOS逻辑电路区域80位于半导体衬底1的P型阱区2。通过形成额外的薄氧化硅层11于光电二极管的表面9上，因此在形成金属硅化物14的步骤时，可选择性地于CMOS逻辑电路区域80上形成，而防止金属硅化物形成于光电二极管的表面。由此，有效地降低暗电流，进而获得高信号-噪声比的图像传感器装置。上述传统的图像传感器的制造方法，分别于栅极结构上形成自对准硅化物，且于源极/漏极区域上完全不形成金属硅化物。然而，位于栅极结构上的金属硅化物属于亚稳态(metastable)的物质，所含的金属成分在后续的工艺中，仍会扩散至光电二极管区域，造成光电二极管的漏点(leakagespot)及获得低信号-噪声比，进而影响该图像感测装置的电性及感测结果。更有甚者，分别于栅极结构上形成自对准硅化物，且于源极/漏极区域上完全不形成金属硅化物需较繁复的工艺步骤与时间，进而导致高制造成本与低制造工艺的裕度。
发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种CMOS图像显示装置，在CMOS逻辑电路区域上形成自对准硅化物，并且于转换晶体管与钉扎光电二极管(pinnedphotodiode)的表面上完全不形成金属硅化物。为达上述目的，本发明提供一种图像传感器装置，包括图像感测像素阵列设置于衬底的第一区域，每个图像感测像素包括完全不具有自对准硅化物的晶体管及钉扎光电二极管，以及逻辑电路包括互补型金属氧化物半导体晶体管设置于该衬底的第二区域，其中该第二区域的该CMOS晶体管上具有自对准硅化物，且该第一区域的该晶体管完全不具有自对准硅化物。根据所述的图像传感器装置，其中每个图像感测像素包括四个晶体管，与该钉扎光电二极管电性连接且对应工作。为达上述目的，本发明另提供一种图像传感器装置，包括图像感测像素阵列和逻辑电路，图像感测像素阵列设置于衬底的主要区域，每个图像感测像素包括完全不具有自对准硅化物的晶体管及钉扎光电二极管，其中该完全不具有自对准硅化物的晶体管包括第一栅极结构，其宽度大于0.7微米。逻辑电路包括互补型金属氧化物半导体晶体管，且设置于衬底的周边区域，其中该CMOS晶体管上具有自对准硅化物，且其中该CMOS晶体管包括第二栅极结构，其宽度小于0.5微米。根据所述的图像传感器装置，其中该自对准硅化物形成于该第二区域的该第二栅极结构上，以及该互补型金属氧化物半导体晶体管的源极/漏极区域上。根据所述的图像传感器装置，其中该钉扎光电二极管包括在PN型光电二极管元件上的浓掺杂区域。根据本发明另一实施例，提供一种光电元件包括图像传感器装置，并将外部图像产生对应的模拟信号，以表示该外部图像；列(row)译码器与行(column)译码器，耦接至该图像传感器装置，该列译码器与该行译码器分别依据选定的一个或多个像素寻址(adress)，并对其采集数据；模拟数字(ADC)转换器耦接至该行译码器，以将该模拟信号转换成数字图像；以及输出缓冲区，以储存由该模拟数字转换器所转换的该数字图像。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合所附图式，作详细说明。本发明的特征与优点在于，通过在CMOS图像传感器装置的图像感测像素区域的表面上完全不形成金属硅化物，由此可有效地降低暗电流，进而获得高信号-噪声比的图像传感器装置。另一方面，仅仅将金属硅化物形成于CMOS逻辑电路区域的栅极结构顶部与漏极/源极区域表面，而显著增加CMOS逻辑电路的运算速率。图1显示传统CMOS图像传感器装置的剖面示意图；图2A-2F显示根据本发明实施例CMOS图像显示装置各工艺步骤的剖面示意图；图3显示根据本发明实施例的具有四个晶体管(4T)的CMOS图像感测装置的示意图；图4显示根据本发明实施例的图像感测装置的感测像素的方块图；以及图5显示根据本发明实施例的微电子装置的方块图。其中，附图标记说明如下公知部分(图1)1半导体衬底2P型阱区3隔离区域4栅极介电层5栅极电极7间隙壁9光电二极管的表面11薄氧化硅层14金属硅化物15层间介电层16、17与18接触栓塞(contactplug)19金属接触70图像感测单元区域80CMOS逻辑电路区域本案部分(图3-5)100半导体衬底110P型阱区域115隔离区域120多晶硅栅极结构122栅极介电层124栅极电极126’与128’轻掺杂N型漏极/源极126与128浓掺杂N型漏极/源极127间隙壁140光电二极管元件142N型浓掺杂区域144P(或P+)掺杂区域150薄氧化硅层155光阻层160金属硅化物170图像感测元件区域180CMOS逻辑电路区域190层间介电层195a、195b与195c～接触栓塞200图像感测装置220感测像素226光电二极管228CMOS电路600微电子装置620列译码器640行译码器660模拟数字转换器680输出缓冲区具体实施方式本发明提供一种CMOS图像显示装置，包括在CMOS逻辑电路区域上形成自对准硅化物，并且于转换晶体管与钉扎光电二极管的表面上完全不形成金属硅化物。以下针对本发明实施例，详细描述如下图2A-2F显示根据本发明实施例CMOS图像显示装置各工艺步骤的剖面示意图。在图2A-2F中，详细揭示在CMOS图像显示装置中，同时在CMOS逻辑电路区域上形成自对准硅化物，并且在转换晶体管与钉扎光电二极管的表面上完全不形成金属硅化物。请参阅图2A，提供半导体衬底100，例如P型具有<100>晶向的单晶硅衬底。该半导体衬底100包括第一区域170，用以形成图像感测像素或图像感测单元，以及第二区域180，用以形成CMOS逻辑电路。P型阱区域110，形成于P型半导体衬底100上半部，例如以硼(B)离子注入掺杂，其注入能量介于140-250KeV，且注入剂量介于2.5×1012-3.0×1013atoms/cm2。应注意的是，在P型阱区域110的离子掺杂浓度大于P型半导体衬底100的掺杂浓度。接着，在P型半导体衬底100中形成隔离区域115，例如氧化硅、二氧化硅、浅沟槽隔离区(STI)、或场氧化区(FOX)，以电性隔离每个图像感测像素区域以及每个光电二极管元件，且用以区隔有源图像感测元件区域170与CMOS逻辑电路区域180。请参阅图2B，在P型阱区域110上，形成多晶硅栅极结构120，包括在各图像感测像素区域及CMOS逻辑电路区域。多晶硅栅极结构120包括栅极介电层122与栅极电极124。栅极介电层122，例如二氧化硅，是由热氧化法成长至40-55埃()之间。接着，以低压化学气相沉积法(LPCVD)形成多晶硅层于栅极介电层122上，其厚度范围介于1500-3000埃之间。上述多晶硅层可为掺杂多晶硅层，通过添加砷(As)或磷(P)气体于含硅烷气氛中，原位(insitu)掺杂。或者，先形成本质多晶硅层，再通过离子注入法，将砷或磷离子注入本质多晶硅层中。接着，施以光刻及蚀刻步骤，形成多晶硅栅极结构120。例如，以反应性离子蚀刻法(RIE)，以Cl2或SF6为蚀刻气体，分别在图像感测像素区域170与CMOS逻辑电路区域180定义出多个多晶硅栅极结构120。在光刻工艺中，光阻结构(未图标)的形状与多晶硅栅极结构120相同，之后可通过氧等离子体灰化(ashing)或适当的湿蚀刻溶液移除。请参阅图2C，施以轻掺杂N型漏极/源极126’与128’于未被多晶硅栅极结构120遮蔽的P型阱区域110中，例如以砷或磷离子注入掺杂，其注入能量介于35-50KeV，且注入剂量介于1×1014-6×1015atoms/cm2。接着，顺应性地形成氮氧化硅(SiON)层于P型半导体衬底100上，例如以低压化学气相沉积法(LPCVD)或等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)成长至800-2000埃之间。接着，施以等向性蚀刻包括反应性离子蚀刻法(RIE)，以Cl2或SF6为蚀刻气体，蚀刻该氮氧化硅层以形成间隙壁127于多晶硅栅极结构120的侧壁上。接着，施以浓掺杂N型漏极/源极126与128于未被多晶硅栅极结构120与间隙壁127遮蔽的P型阱区域110中，例如以砷或磷离子注入掺杂，其注入能量介于35-50KeV，且注入剂量介于1×1014-6×1015atoms/cm2。应注意的是，可于漏极/源极126与128掺杂步骤，同时形成光电二极管元件140于图像感测像素区域170中。构成光电二极管元件140的结构包括在P型阱区域110中的N型浓掺杂区域142。图像感测像素区域170内多晶硅栅极结构120可做为图像感测元件的转换晶体管或重置晶体管，可根据实际功能需求而定。请参阅图2D，通过形成遮蔽层，可完全避免硅化物于光电二极管元件140的表面形成。例如，形成薄氧化硅层150于P型半导体衬底100上。以快速氧化法(RPO)或以低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法成长至300-400埃之间。接着，形成并定义光阻层155于图像感测像素区域170，做为屏蔽并移除位于CMOS逻辑电路区域180处裸露的薄氧化硅层150。氧化硅层150可通过稀释的氢氟酸(DHF)或缓冲氧化蚀刻液(BOE)移除。接着，通过氧等离子体灰化或适当的湿蚀刻溶液移除光阻层155，露出氧化硅层150位于图像感测像素区域170上的部分。请参阅图2E，接着形成自对准硅化物于CMOS逻辑电路区域180。金属层包括钛(Ti)、钴(Co)、与镍(Ni)形成于P型半导体衬底100上，其中金属层位于图像感测像素区域170的部分与半导体衬底100间隔以氧化硅层150，而金属层位于CMOS逻辑电路区域180的部分与半导体衬底100直接接触。例如，以射频溅射法(RFsputtering)或以物理气相沉积法(PVD)成长至200-500埃之间。接着，施以退火步骤，例如以炉管退火或快速热退火步骤于温度范围介于650-800℃，使得金属层与半导体衬底直接接触的部分形成金属硅化物160，例如硅化钛、硅化钴或硅化镍。此外，金属层位于图像感测像素区域170的部分并未形成金属硅化物。接着，将为反应的金属层移除，例如使用H2SO4-H2O2-NH4OH溶液移除，使得金属硅化物160仅形成于CMOS逻辑电路区域180的栅极结构顶部与漏极/源极区域表面。接着，根据本发明，由金属硅化物160仅形成于CMOS逻辑电路区域180的栅极结构顶部与漏极/源极区域表面，因而可增加CMOS逻辑电路的运算速率。另一方面，在图像感测像素区域170的表面上完全不形成金属硅化物，由此可有效地降低暗电流，进而获得高信号-噪声(S/N)比的图像传感器装置。请参阅图2F，接着，沉积层间介电层(ILD)190例如氧化硅或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)于P型半导体衬底100上。例如，以低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法成长至8000-13000埃之间。接着，施以平坦化工艺，例如以化学机械研磨(CMP)法，使层间介电层190的表面平坦化。接着，形成接触窗开口195a于层间介电层190中，显露出位于图像感测像素区域170的N型漏极/源极126与128的表面。例如，以反应性离子蚀刻法(RIE)含CHF3为蚀刻气体蚀刻层间介电层190。在相同步骤中，在CMOS逻辑电路区域180，形成接触窗开口195b与195c于层间介电层190中，显露出多晶硅栅极结构顶部与N型漏极/源极126与128表面的金属硅化物。接着，形成金属层，例如钨(W)、铝(Al)、或铜(Cu)于层间介电层190上并填入接触窗开口195a、195b与195c。例如，以射频溅射法或以物理气相沉积法成长至3500-5000埃之间。接着，移除层间介电层190上的金属层，例如以化学机械研磨法，或非等向性蚀刻，留下接触栓塞195a、195b与195c。根据本发明，由于图像感测像素区域170的表面上完全不形成金属硅化物，由此可有效地降低暗电流，进而获得高信号-噪声比的图像传感器装置。另一方面，还由于金属硅化物160仅形成于CMOS逻辑电路区域180的栅极结构顶部与漏极/源极区域表面，因而可增加CMOS逻辑电路的运算速率。为精简工艺复杂度与降低制造成本，位于图像感测像素区域170与CMOS逻辑电路区域180的栅极结构具相同的维度尺寸，且在相同的工艺步骤中形成。另一方面，根据本发明另一实施例，位于图像感测像素区域170与CMOS逻辑电路区域180的栅极结构可具有不同的维度尺寸，或可利用不同时代的工艺步骤中形成。更明确地说，位于图像感测像素区域170的转换晶体管与重置晶体管可由大于0.7微米时代的半导体工艺形成，而位于CMOS逻辑电路区域180的晶体管可由小于0.18微米时代的半导体工艺形成。由于图像感测像素区域170的晶体管完全不形成金属硅化物，因此可减少一道掩模工艺的成本。本发明还提供CMOS图像感测装置包括光电二极管与邻近的转换晶体管构成图像感测单元。上述光电二极管优先为钉扎光电二极管140包括浅PN光电二极管，如图2F所示。浅PN光电二极管由P(或P+)掺杂区域144，深度约0.2微米，覆盖N型阴极扩散区142，其深度约0.6微米。N型阴极扩散区142可与邻近的漏极/源极扩散区域128重叠，在相同的离子注入步骤中形成。N型阴极扩散区142一端可延伸至P型掺杂区，另一端可延伸至转换晶体管的漏极区域。图3显示根据本发明实施例的具有四个晶体管的CMOS图像感测装置的示意图。第一晶体管T1的源极电性连接至第三晶体管T3，然经由第二晶体管T2连接Vdd。第三晶体管T3的栅极连接第一晶体管T1与第二晶体管T2之间的金属连线。上述的结构可有效地降低光电二极管140中的漏电流。第三晶体管T3经过第四个晶体管T4连接输出信号端。根据本发明实施例，CMOS图像传感器装置可使用在许多应用领域，例如静态数字相机。请参阅图4，其显示图像感测装置200的方块图。图像感测装置200包括感测像素220所构成的阵列。每个感测像素220包括光电二极管226及CMOS电路228，如图4所示。请参阅图5，其显示根据本发明实施例的微电子装置600的方块图。在图5中，图像感测装置200也可与其它电子元件整合成微电子装置600。例如，微电子装置600包括图像感测装置200与其它控制单元整合，例如列译码器620、行译码器640、模拟数字转换器660、以及输出缓冲区680，形成系统整合于硅芯片上。微电子装置600包括图像感测装置200配置以接收图像源并将其转换成模拟信号。列译码器620及行译码器640连接至图像传感器装置200，个别地寻址一或多重个像素或自选定的感测像素220采集模拟信号。模拟数字转换器660连接至行译码器640，以转换该模拟信号成为对应的数字图像。输出缓冲区680连接至模拟数字转换器660，配置以储存由该模拟数字转换器转换的该数字图像数据。本发明的特征与优点在于，通过在CMOS图像传感器装置的图像感测像素区域的表面上完全不形成金属硅化物，由此可有效地降低暗电流，进而获得高信号-噪声比的图像传感器装置。另一方面，仅仅将金属硅化物形成于CMOS逻辑电路区域的栅极结构顶部与漏极/源极区域表面，而显著增加CMOS逻辑电路的运算速率。本发明虽以优选实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视后面所附的权利要求为准。权利要求1.一种图像传感器装置，包括图像感测像素阵列，设置于衬底的第一区域，每个图像感测像素包括完全不具有自对准硅化物的晶体管及钉扎光电二极管；以及逻辑电路，包括设置于该衬底的第二区域的互补型金属氧化物半导体晶体管，其中该第二区域的该互补型金属氧化物半导体晶体管上具有自对准硅化物，且该第一区域的该晶体管完全不具有自对准硅化物。2.如权利要求1所述的图像传感器装置，其中每个图像感测像素包括四个晶体管，与该钉扎光电二极管电性连接且对应工作。3.如权利要求1所述的图像传感器装置，其中位于该第一区域的该完全不具有自对准硅化物的晶体管包括第一栅极结构，以及位于该第二区域的该互补型金属氧化物半导体晶体管包括第二栅极结构，其中该第一栅极结构的宽度大于该第二栅极结构的宽度。4.如权利要求3所述的图像传感器装置，其中该第一栅极结构的宽度大于0.7微米，以及该第二栅极结构的宽度小于0.5微米。5.如权利要求1所述的图像传感器装置，其中该自对准硅化物形成于该第二区域的该第二栅极结构上，以及该互补型金属氧化物半导体晶体管的源极/漏极区域上。6.如权利要求1所述的图像传感器装置，其中该钉扎光电二极管包括在PN型光电二极管元件上的浓掺杂区域P。7.一种光电元件，包括图像传感器装置，如权利要求1所述，将外部图像产生对应的模拟信号，以表示该外部图像；列译码器与行译码器，耦接至该图像传感器装置，该列译码器与该行译码器分别依据选定的一个或多个像素寻址，并对其采集数据；模拟数字转换器，耦接至该行译码器，以将该模拟信号转换成数字图像；以及输出缓冲区，以储存由该模拟数字转换器所转换的该数字图像。全文摘要本发明提供一种图像传感器装置与光电元件。上述图像传感器装置，包括图像感测像素阵列设置于衬底的第一区域，以及逻辑电路设置于衬底的第二区域，其中逻辑电路包括互补型金属氧化物半导体晶体管。每个图像感测像素包括完全不具有自对准硅化物的晶体管及钉扎光电二极管。其中第二区域的CMOS晶体管上具有自对准硅化物，且第一区域的晶体管完全不具有自对准硅化物。本发明通过在图像感测像素区域的表面上完全不形成金属硅化物，由此可有效地降低暗电流，进而获得高信号－噪声比的图像传感器装置。另一方面，仅仅将金属硅化物形成于CMOS逻辑电路区域的栅极结构顶部与漏极/源极区域表面，而显著增加CMOS逻辑电路的运算速率。文档编号H04N5/30GK1983609SQ20061012142公开日2007年6月20日申请日期2006年8月22日优先权日2005年12月12日发明者林志旻申请人:台湾积体电路制造股份有限公司