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CN101211939A - Cmos器件及该器件的制造方法 - Google Patents

Cmos器件及该器件的制造方法 Download PDF

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CN101211939A
CN101211939A CNA2007101703714A CN200710170371A CN101211939A CN 101211939 A CN101211939 A CN 101211939A CN A2007101703714 A CNA2007101703714 A CN A2007101703714A CN 200710170371 A CN200710170371 A CN 200710170371A CN 101211939 A CN101211939 A CN 101211939A
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CN
China
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semiconductor film
substrate
conductor
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CNA2007101703714A
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韩昌勋
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DB HiTek Co Ltd
Original Assignee
Dongbu Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种CMOS器件的制造方法，该方法包括：在下层衬底之上顺序形成第一硅氧化物薄膜和第一多晶硅薄膜；对所述第一多晶硅薄膜执行离子注入工艺形成多个按照预定间隔在空间上相互分离的下层导体；按照预定间隔，形成多个在空间上相互分离的N型半导体薄膜和P型半导体薄膜并且与所述下层导体接触；形成与所述N型半导体薄膜和P型半导体薄膜电连接的多个上层导体；在该上层导体之上形成上层衬底；在该上层衬底之上形成第二多晶硅薄膜；在该第二多晶硅薄膜中形成器件隔离薄膜和光电二极管；在该第二多晶硅薄膜中形成器件隔离薄膜和光电二极管；在所述第二多晶硅薄膜上方形成含有绝缘侧壁的栅电极；在具有栅电极的外延层上方形成绝缘薄膜；在所述绝缘薄膜上方形成滤色片阵列；在所述滤色片阵列上方形成平坦化层；以及在所述平坦化层上方形成微透镜。

Description

CMOS器件及该器件的制造方法
本申请要求享有2006年12月29日提出的申请号为No.10-2006-0137322的韩国专利申请的优先权，在此结合其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种CMOS器件及该器件的制造方法，更具体地说，本发明涉及一种能够防止由于CMOS器件温度上升而引起暗电流产生的CMOS器件及该器件的制造方法。
背景技术
图像传感器是用于将图像传感器检测到的光图像转化为电信号的半导体器件。图像传感器可分为电荷耦合器件(CCD)和互补性氧化金属半导体(CMOS)。
CCD图像传感器使用多个彼此相邻排列的金属氧化物硅(MOS)电容器，以及在其中存储电荷载体并转移到电容器。
CMOS图像传感器具有多个MOS晶体管，该多个MOS晶体管对应于具有控制电路和信号处理电路作为外围电路的半导体器件的像素。控制电路和信号处理单元可以集成在一起使用转换方法检测通过MOS晶体管的输出。
CCD和MOS图像传感器受到由于工作期间增加的热扩散而产生的暗电流的困扰。
发明内容
本发明的实施方式涉及一种CMOS器件及其制造方法，其中该CMOS器件防止在工作期间产生暗电流。
本发明的实施方式涉及一种含有形成于下层衬底之上和/或上方的冷却元件的CMOS器件。
根据本发明的实施方式，下层衬底可以由散热片或多晶硅薄膜形成。冷却元件可以包括形成于下层衬底之上的第一层间绝缘薄膜；在第一层间绝缘薄膜之上的第一硅绝缘薄膜中以预定间隔在空间上彼此分离的下层导体；在第一硅绝缘薄膜上的第二硅绝缘薄膜中的多个N型半导体薄膜和P型半导体薄膜，可选地，它们按照预定间隔在空间上彼此分离，从而与下层导体接触；多个上层导体电，连接到顺序形成于第二硅绝缘薄膜上的N型半导体薄膜和P型半导体薄膜；以及形成于具有上层导体的下层衬底的整个表面上的上层衬底。每一个下层导体可以包括N型半导体薄膜或铝薄膜。
根据本发明的实施方式，上层导体可以由P型半导体薄膜和N型半导体薄膜形成。上层衬底可以由硅氧化物薄膜形成。图像传感器可以包括形成于上层衬底之上的多晶硅薄膜中的器件隔离薄膜和光电二极管；形成于多晶硅薄膜之上的含有绝缘墙的栅电极；形成于具有栅电极的下层衬底的整个表面之上的第二绝缘薄膜；与光电二极管对应，形成于该第二绝缘薄膜之上的滤色片阵列(CFA)；形成于具有CFA的下层衬底的整个表面之上的平坦化层；与CFA对应，形成于平坦化层之上的微透镜。
本发明的实施方式涉及一种制造CMOS器件的方法，至少包含以下步骤之一：在下层衬底之上或上方顺序形成第一硅氧化物薄膜和第一多晶硅薄膜；相对于第一多晶硅薄膜执行离子注入工艺来形成多个按照预定空间孔隙在空间上相互分离的下层导体；形成多个N型半导体薄膜和P型半导体薄膜，多个N型半导体薄膜和P型半导体薄膜按照预定空间孔隙在空间上相互分离并且与下层导体接触；形成多个上层导体，电连接到N型半导体薄膜和P型半导体薄膜；在该上层导体之上和/或上方形成上层衬底；在该上层衬底之上和/或上方形成第二多晶硅薄膜；在第二多晶硅薄膜中形成器件隔离薄膜和光电二极管；在第二多晶硅薄膜之上和/或上方形成含有绝缘侧壁的栅电极；在具有栅电极的外延层之上和/或上方形成绝缘薄膜；在该绝缘薄膜之上和/或上方形成滤色片阵列；在该滤色片阵列之上和/或上方形成平坦化层；以及在该平坦化层之上和/或上方形成微透镜。
根据本发明的实施方式，下层衬底可以由散热片和多晶硅薄膜形成。下层导体可以包含N型半导体薄膜或铝薄膜。上层导体可以由P型半导体薄膜或N型半导体薄膜组成。
根据本发明的实施方式，形成上层衬底之后，相对于具有硅绝缘体(SOI)的CMOS器件的背表面执行背研磨工艺，使得硅氧化物薄膜暴露在CMOS器件中；以及按照约350到1350℃范围的预定温度将CMOS器件的硅氧化物薄膜耦合到上层衬底。上层衬底可以由硅氧化物薄膜形成。
附图说明
图1A到图1F示出了根据本发明实施方式制造CMOS器件的方法。
具体实施方式
如图1A的实施例示出，第一绝缘薄膜102和第一多晶硅薄膜可以顺序地以预定的厚度沉积在下层衬底100之上或上方。下层衬底100可以由散热片或多晶硅薄膜形成。第一绝缘薄膜102可以由硅氧化物薄膜(SiO2)或铝氧化物薄膜组成。第一绝缘薄膜102可以具有10到300μm范围的厚度。
其后，可以在第一多晶硅薄膜之上或上方形成第一光刻胶图案。随后使用第一光刻胶图案作为掩膜执行离子注入工艺，从而将掺杂离子注入到第一多晶硅薄膜来形成第一下层导体104a、第二下层导体104b，以及在第一下层导体104a和第二下层导体104b之间提供的第一区域106。第一下层导体104a和第二下层导体104b可以按照预定的空间孔隙在空间上相互分离，在第一区域106中提供该孔隙。然后可以执行灰化和清洁工艺来移除第一光刻胶图案。
第一下层导体104a和第二下层导体104b可以由金属薄膜形成，如在铝薄膜或N型半导体薄膜中注入N型杂质离子。杂质离子不注入到第一区域106中。
如图1B所示，第二多晶硅薄膜能够沉积在含有第一下层导体104a、第二下层导体104b和第一区域106的第一多晶硅薄膜之上或上方。第二光刻胶图案可以形成在该第二多晶硅薄膜之上或上方。
然后，可以使用第二光刻胶图案作为掩膜执行离子注入工艺，从而N型杂质离子和P型离子是可交替地注入到该第二多晶硅薄膜来形成N型半导体薄膜108a、108c和P型半导体薄膜108b、108d。N型半导体薄膜108a、108c和P型半导体薄膜108b、108d能够分别与第一下层导体104a和第二下层导体104b接触，以及也可按照预定的空间孔隙或间隔在空间上相互分离。随后可以进行灰化和清洁工艺来移除该第二光刻胶图案。此时，该第二多晶硅薄膜包含其中注入杂质离子的第二区域110。
如图1C的实施例示出，可以在第二多晶硅薄膜之上和/或上方形成第三光刻胶图案。使用第三光刻胶图案作为掩膜执行蚀刻工艺，从而有选择地蚀刻第二区域110的第二多晶硅薄膜来形成含有沟道(trench)的第二多晶硅薄膜图案。然后可以进行灰化和清洁工艺来移除第三光刻胶图案。
然后，可以在第二多晶硅薄膜图案之上和/或上方沉积第二绝缘薄膜来填埋该沟道。第二绝缘薄膜可以经受平坦化工艺，从而暴露N型半导体薄膜108a、108c和P型半导体薄膜108b、108d，因此形成第二绝缘薄膜图案112。
如图1D的实施例所示，第三多晶硅薄膜可以沉积在第二绝缘薄膜图案112之上和/或上方。然后可以在第三多晶硅薄膜之上和/或上方形成第四光刻胶图案，并且使用第四光刻胶图案作为掩膜执行离子注入工艺在第三多晶硅薄膜中形成用于连续连接N型半导体薄膜108a、108c以及P型半导体薄膜108b、108d的上层导体114。上层导体114可以由N型半导体薄膜或P型半导体薄膜来形成。
可以在第三多晶硅薄膜之上和/或上方形成第五光刻胶图案。使用第五光刻胶图案作为掩膜执行蚀刻工艺，从而有选择地蚀刻其中没有注入掺杂离子以及位于上层导体114两侧的第三多晶硅薄膜。可以进行灰化和清洁工艺来移除第五光刻胶图案。
然后，可以在含有上层导体114的下层衬底100的整个表面之上和/或上方形成上层衬底116，从而完成Peltier(珀耳帖)元件。上层衬底116可以由硅氧化薄膜形成。
当对Peltier元件的第一下层导体104a和第二下层导体104b提供电源的时候，电流通过第二下层导体104b流入N型半导体薄膜108c。电流通过上层导体114和P型半导体薄膜108b流入第一下层导体104a。在这期间，在上层导体114产生热辐射并且下层衬底100产生热吸收，从而对半导体器件进行冷却。根据本发明的实施方式，可以减小制造Peltier元件时CMOS器件的温度。
如图1E的实施例所示，随后可以在Peltier元件的上层衬底116之上和/或上方形成第四多晶硅薄膜118和外延层120。然后可以在外延层120的器件隔离区域形成器件隔离薄膜122。可以使用浅槽隔离(STI)工艺或硅的局部氧化(LOCOS)工艺形成器件隔离薄膜122。
然后，栅极绝缘薄膜125和用于栅电极的材料层可以沉积在外延层120之上和/或上方。可以使用光刻胶工艺和蚀刻工艺有选择地蚀刻该材料层和栅极绝缘薄膜125以在由器件隔离薄膜122定义的有源区形成栅电极126。
然后，第三绝缘薄膜可以沉积在具有栅电极126的外延层120整个表面之上和/或上方。随后可以在第三绝缘薄膜的整个表面之上进行回刻工艺，在栅电极126的两个侧面横向地形成绝缘侧壁128。根据入射光的数量，可提供光电二极管124产生电荷。可以通过向外延层120注入杂质离子形成光电二极管124。
如图1F的实施例所示，可以在器件隔离薄膜122、光电二极管124、栅极绝缘薄膜125、栅电极薄膜125、栅电极126以及绝缘侧壁128之上和/或上方形成层间绝缘薄膜130。可以用蓝、红和绿的抗蚀剂层涂覆于层间绝缘薄膜130。可以进行曝光和显影工艺形成滤色片阵列(CFA)132用于根据波长过滤光。
以下，可以在CFA 132之上和/或上方形成平坦化层134。随后可以在平坦化层134之上和/或上方涂上用于形成微透镜的材料层。可以进行曝光和显影工艺构图材料层来形成微透镜136，从而完成Peltier CMOS器件。
为了生成具有硅绝缘体(SOI)结构的CMOS器件，CMOS器件的背表面经过背面研磨工艺来暴露硅氧化薄膜。然后硅氧化薄膜可以耦合到Peltier元件的硅氧化薄膜上，该Peltier元件是先前在约350到1350℃范围的预定温度形成的，从而完成了CMOS器件。
根据本发明实施方式，Peltier CMOS器件及该器件的制造方法在减小工作温度方面是有优势的，从而防止暗电流的产生。
虽然在此已描述了本发明的实施方式，但应当理解对于本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以设计将落入所公开的本发明的精神和范围内的各种其他改进和实施方式。更具体地，在所公开的本发明、附图和所附权利要求书范围内可以对主题的组合部件和/或设备进行各种变型和改进。另外，对于本领域的技术人员来说除部件和/或设置的变型和改进外，显然还可使用替代实施例。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
形成于下层衬底之上的冷却元件；以及
形成于所述冷却元件之上的图像传感器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下层衬底由散热片和多晶硅薄膜形成。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下层衬底由多晶硅薄膜形成。
4.根据权利要求1所述的CMOS器件，其特征在于，所述冷却元件包含：
在所述下层衬底上方形成的第一层间绝缘薄膜；
在所述第一层间绝缘薄膜之上的第一硅绝缘薄膜中的多个下层导体；
所述第一硅绝缘薄膜之上的第二硅绝缘薄膜中的多个N型半导体薄膜和P型半导体薄膜使得与所述多个下层导体接触；
在所述第二硅绝缘薄膜上方连续形成的多个上层导体，并且该多个上层导体电连接到所述N型半导体薄膜和P型半导体薄膜；以及
在所述下层衬底整个表面上方形成的上层衬底。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述多个下层导体按照预定的间隔以空间分离模式排列以及多个N型半导体薄膜和P型半导体薄膜按照预定的间隔以空间分离模式排列。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述下层导体包括N型半导体薄膜或铝薄膜。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述下层导体包括铝薄膜。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上层导体由P型半导体薄膜或N型半导体薄膜形成。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上层导体是由N型半导体薄膜形成。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上层衬底是由硅氧化物薄膜形成。
11.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述图像传感器包含：
形成于所述上层衬底之上的多晶硅薄膜中的器件隔离薄膜；
形成于所述上层衬底之上的多晶硅薄膜中的光电二极管；
形成于所述多晶硅薄膜上方的含有绝缘侧壁的栅电极；
形成于含有栅电极的所述下层衬底的整个表面上方的第二绝缘薄膜；
形成于所述第二绝缘薄膜上方的与光电二极管对应的滤色片阵列；
形成于所述含有滤色片阵列的下层衬底上方的平坦化层；以及
形成于所述平坦化层上方的与滤色片阵列对应的微透镜。
12.一种方法，包含：
在下层衬底上方顺序形成第一硅氧化物薄膜和第一多晶硅薄膜；
在所述第一硅氧化物薄膜之上执行离子注入工艺来形成多个按照预定间隔在空间上相互分离的下层导体；
形成多个按照预定间隔在空间上相互分离的N型半导体薄膜和P型半导体薄膜，其中所述多个N型半导体薄膜和P型半导体薄膜与所述多个下层导体接触；
形成与N型半导体薄膜和P型半导体薄膜电连接的多个上层导体；
在所述上层导体上方形成上层衬底；
在所述上层衬底上方形成第二多晶硅薄膜；
在所述第二多晶硅薄膜中形成器件隔离薄膜和光电二极管；
在所述第二多晶硅薄膜上方形成含有绝缘侧壁的栅电极；
与栅电极在外延层上方形成绝缘薄膜；
在所述绝缘薄膜上方形成滤色片阵列；
在所述滤色片阵列上方形成平坦化层；以及随后
在所述平坦化层上方形成微透镜。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述下层衬底由散热片或多晶硅薄膜形成。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述下层衬底由多晶硅薄膜形成。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述下层导体包含N型半导体薄膜或铝薄膜。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述下层导体包含铝薄膜。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述上层导体是由P型半导体薄膜或N型半导体薄膜形成。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述上层导体是由N型半导体薄膜形成。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包含：
形成所述上层衬底后，对CMOS器件的背表面执行背面研磨工艺，其中所述CMOS具有硅绝缘体结构，从而硅氧化物薄膜暴露在所述CMOS器件中；并且
在约350到1350℃之间的预定温度将所述CMOS器件的硅氧化物薄膜耦合到所述上层衬底。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述上层衬底由硅氧化物薄膜形成。
CNA2007101703714A 2006-12-29 2007-11-15 Cmos器件及该器件的制造方法 Pending CN101211939A (zh)

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