CN1992210A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造CMOS图像传感器的方法，其中当形成埋置型光电二极管时，在光电二极管区中同时形成P型杂质区和P型LDD区，可减少一个步骤，简化制造工艺，且P型杂质区形成在侧壁间隔件下，改善了光电二极管的泄漏电流。该方法包括步骤：提供分为PMOS区、NMOS区以及二极管区的半导体衬底；在半导体衬底上形成STI；仅露出NMOS区并注入低密度N型杂质，形成N型LDD区；露出二极管区和PMOS区并注入杂质以形成P型杂质区和P型LDD区；仅露出二极管区并注入杂质以形成N型杂质区；在栅极的两侧壁上形成侧壁间隔件；仅露出NMOS区并注入高密度N型杂质以形成N型源极和漏极区；仅露出PMOS区并注入高密度P型杂质以形成P型源极和漏极区。
Description
本申请要求享有2005年12月28日提交的韩国专利申请No.10-2005-0132100的优先权，在此引用并入该韩国专利申请的全文。
技术领域
本发明涉及一种制造CMOS图像传感器的方法，更具体地，涉及这样一种制造CMOS图像传感器的方法，其中将垂直型CMOS图像传感器中的掺杂剂注入工艺减至最小，以简单地形成埋置型B-光电二极管。
背景技术
一般而言，图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。在图像传感器中，CMOS图像传感器是一种通过使用了外围器件，例如控制电路和信号处理电路的CMOS技术，提供与像素数目对应的光电二极管，采用开关模式依次检测输出的器件。
已经进行了研究，来制造光敏感度得到改善的各种图像传感器。
例如，CMOS图像传感器由光电二极管和CMOS逻辑电路组成，其中光电二极管用于感测光，CMOS逻辑电路用于将感测到的光处理为电信号，以将其变为数据。为了改善光敏感度，或者，必须增加光电二极管在图像传感器区的总面积中所占的面积，或者，必须通过缩短光的路径并在光电二极管的上部形成微透镜，采用光聚集技术以在光电二极管区接收更多的光。
根据晶体管的数量，CMOS图像传感器分为3T型CMOS图像传感器、4T型CMOS图像传感器以及5T型CMOS图像传感器。3T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和三个晶体管，而4T型CMOS图像传感器包括四个晶体管。以下将说明3T型CMOS图像传感器的像素单元的等效电路图和布局。
图1为普通3T CMOS图像传感器的等效电路图。图2为示出3T MOS图像传感器的像素单元的布局示意图。
如图1所示，普通3T型CMOS图像传感器的像素单元包括一个光电二极管(PD)和三个NMOS晶体管T1、T2以及T3。光电二极管的负极连接至第一NMOS晶体管T1的漏极以及第二NMOS晶体管T2的栅极。
此外，第一NMOS晶体管T1和第二NMOS晶体管T2的源极连接至馈入基准电压VR的电源线，而第一NMOS晶体管T1的栅极连接至馈入复位信号RST的复位线。
此外，第三NMOS晶体管T3的源极连接至第二NMOS晶体管的漏极。第三NMOS晶体管T3的漏极通过信号线连接至读取电路(未示出)。第三NMOS晶体管T3的栅极连接至一提供选择信号SLCT的列选择线。
因此，第一NMOS晶体管T1被称为复位晶体管Rx，第二NMOS晶体管T2被称为驱动晶体管Dx，第三NMOS晶体管T3被称为选择晶体管Sx。
如图2所示，在普通3T CMOS图像传感器的像素单元中限定了有源区10，使得一个光电二极管20形成在有源区10的较宽部分中，并且叠置的三个晶体管的栅电极120、130以及140形成在有源区10的剩余部分中。
也就是说，复位晶体管Rx通过栅电极120而形成，驱动晶体管Dx通过栅电极130而形成，选择晶体管Sx通过栅电极140而形成。
在此，将掺杂剂注入晶体管的有源区10中除了栅电极120、130以及140的下部之外的部分，从而形成晶体管的源极和漏极区。
因此，电源电压Vdd被提供给复位晶体管Rx与驱动晶体管Dx之间的源/漏极区，并且，形成于选择晶体管Sx的一侧的源/漏极区连接至读取电路(未示出)。
尽管图中未示出，栅电极120、130以及140被连接至信号线，并且各信号线的一端包括连接至外部驱动电路的焊盘。
以下，参照附图描述制造传统CMOS图像传感器的方法。
图3A至图3D为示出制造具有垂直光电二极管结构的传统CMOS图像传感器的方法的剖视图。
如图3A所示，将掺杂剂选择性地注入半导体衬底31中，从而在光电二极管区中以不同的深度形成用于感测红色以及绿色信号的R-光电二极管81以及G-光电二极管82。
然后，利用硬掩模(未示出)，例如氮化物层，蚀刻半导体衬底31的预定部分，从而将外围电路区与像素区相互分离，以形成沟槽，沉积待埋置在沟槽内的氧化物层，并通过化学机械抛光(CMP)法将表面平坦化，以形成浅沟槽隔离(STI)32。
在形成了STI 32的半导体衬底31的待形成PMOS的区域中，形成P阱区51，在半导体衬底上依次形成栅极氧化物层41和栅极42，并通过表面层离子注入(blanket ion implantation)方法，将低密度N型杂质离子注入预定部分，以在NMOS晶体管区域中形成N型LDD区43。
然后，形成第一光致抗蚀剂图案91，使得仅有PMOS区露出，并利用栅极42作为掩模，离子注入低密度P型杂质，以在PMOS晶体管区中形成P型LDD区53。
接着，如图3B所示，形成第二光致抗蚀剂图案92，使得仅有光电二极管区露出，然后离子注入N型杂质，以形成B-光电二极管83。
接着，如图3C所示，在半导体衬底31的整个表面上沉积氧化物层，并进行整个表面的回蚀，以形成连接至栅极42侧壁的侧壁间隔件40。
形成第三光致抗蚀剂图案93，使得仅有光电二极管区露出，并离子注入P型杂质，以在B-光电二极管83中形成P型杂质区83a。从而，完成埋置的B-光电二极管。
然后，如图3D所示，用光致抗蚀剂(未示出)涂覆半导体衬底31的整个表面，进行图案化，使得仅有NMOS晶体管区露出，并离子注入N型杂质，例如砷(As)，以形成N型源极和漏极区44。
最后，去除上述光致抗蚀剂，涂覆另一种光致抗蚀剂，进行图案化，使得仅有PMOS晶体管区露出，并离子注入P型杂质，例如硼(B)，以形成P型源极和漏极区54。
此时，N型源极和漏极区44以及P型源极和漏极区54的区域比N型LDD区43以及P型LDD区53窄侧壁间隔件40的宽度。
然而，上述制造CMOS图像传感器的方法有如下问题。
即，为了形成埋置型光电二极管，要用深的N型杂质区来形成B-光电二极管，在相邻的栅极侧壁上形成侧壁间隔件，并且将P型杂质离子注入N型杂质区的表面，以完成埋置型光电二极管。为了形成埋置型光电二极管，要附加注入P型杂质离子的PDP工艺，使得工艺复杂。
此外，形成侧壁间隔件之后，形成P型杂质区，使得电流在侧壁间隔件下泄漏。在传统技术中，对于解决电流泄漏的问题存在局限性。
发明内容
构思本发明是为了解决现有技术中存在的问题，因此，本发明的目的是提供一种制造CMOS图像传感器的方法，其中，当形成埋置型光电二极管时，在光电二极管区中同时形成P型杂质区和P型LDD区，因此可减少一个步骤，从而简化制造工艺，并且，P型杂质区形成在侧壁间隔件之下，改善了光电二极管的泄漏电流。
根据本发明的一个方案，制造CMOS图像传感器的方法包括步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底分为PMOS区、NMOS区以及二极管区；在所述半导体衬底上形成浅沟槽隔离(STI)；仅露出所述NMOS区，并注入低密度N型杂质，以形成N型LDD区；露出所述二极管区和PMOS区，并注入杂质，以形成P型杂质区和P型LDD区；仅露出所述二极管区，并注入杂质，以形成N型杂质区；在栅极的两个侧壁上形成侧壁间隔件；仅露出所述NMOS区，并注入高密度N型杂质，以形成N型源极和漏极区；以及仅露出所述PMOS区，并注入高密度P型杂质，以形成P型源极和漏极区。
上述方法中，在露出所述二极管区和PMOS区，并注入杂质，以形成P型杂质区和P型LDD区的步骤中，所述P型杂质区和P型LDD区可通过一次性注入杂质离子同时形成。
上述方法中，在露出所述二极管区和PMOS区，并注入杂质，以形成P型杂质区和P型LDD区的步骤中，可注入低密度P型杂质离子。
上述方法中，所述侧壁间隔件可在形成所述P型杂质区之后形成。
上述方法中，在露出所述二极管区，并注入杂质，以形成N型杂质区的步骤中，可以4至7度的角度注入N型杂质离子。
上述方法中，在以4至7度的角度注入N型杂质离子的步骤中，可在所述栅极之下的P型杂质区的底部上形成二极管结。
上述方法中，在仅露出所述二极管区，并注入杂质，以形成N型杂质区的步骤中，可形成埋置型B-光电二极管。
上述方法中，所述N型杂质区可形成得比所述P型杂质区更深。
上述方法中，在离子注入N型杂质，以形成N型源极和漏极区的步骤中，可露出所述二极管区，并同时离子注入N型杂质。
上述方法中，在所述半导体衬底上形成所述浅沟槽隔离之前，可进一步在所述二极管区中形成R-光电二极管和G-光电二极管。
上述方法中，所述R-光电二极管、G-光电二极管以及B-光电二极管可相互垂直地叠置。
上述方法中，在所述半导体衬底上形成栅极之前，可在所述PMOS区中形成P阱区。
上述方法中，在所述栅极下，可进一步形成栅极氧化物层。
上述方法中，所述N型杂质可包括砷。
上述方法中，所述P型杂质可包括硼。
本发明制造CMOS图像传感器的方法具有以下效果：第一，可减少一个步骤，简化工艺；第二，可在侧壁间隔件的表面上形成P型杂质区，因此能防止损坏表面，从而防止B-光电二极管的电流泄漏；第三，能够改善B-光电二极管的动态范围。
附图说明
图1为普通3T型CMOS图像传感器的等效电路图；
图2为示出普通3T型CMOS图像传感器的像素单元的布局示意图；
图3A至图3D为示出制造具有传统的垂直光电二极管结构的CMOS图像传感器的方法的过程的剖视图；以及
图4A至图4F为示出根据本发明制造具有垂直光电二极管结构的CMOS图像传感器的方法的过程的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明根据本发明制造CMOS图像传感器的方法。
图4A至图4F为示出根据本发明制造具有垂直光电二极管结构的CMOS图像传感器的方法的过程的剖视图。
如图4A所示，将杂质离子选择性地注入半导体衬底231中，从而在光电二极管区中以不同的深度形成用于感测红色以及绿色信号的R-光电二极管281以及G-光电二极管282。
然后，为了将外围电路区与像素区相互分离，利用硬掩模(未示出)，例如氮化物层，各向异性地蚀刻半导体衬底231的预定部分，以形成沟槽，沉积待埋置在沟槽内的氧化物层，并通过化学机械抛光(CMP)法将表面平坦化，以形成浅沟槽隔离(STI)232。
在形成了STI 232的半导体衬底231的待形成PMOS的区域，形成P阱区251，在半导体衬底上依次沉积氧化物层和多晶硅，并利用栅极掩模进行图案化，以形成栅极氧化物层241和栅极242。
在此，栅极可由单层多晶硅形成，然而，为了栅极的特定电阻以及高速电阻，可通过在栅极上叠置金属来形成栅极。金属主要用作扩散阻挡层、钨的叠置层以及钨的硅化物。
然后，将所得物用光致抗蚀剂图案(未示出)覆盖，使得仅有NMOS晶体管区露出，并通过表面层离子注入方法，将低密度N型杂质注入预定部分，从而在NMOS晶体管区中形成N型LDD区243。
然后，如图4C所示，形成第二光致抗蚀剂图案292，使得仅有二极管区露出，并离子注入N型杂质，例如砷，以形成用于感测蓝色信号的B-光电二极管283。
然后，将所得物用第一光致抗蚀剂图案291覆盖，使得仅有PMOS晶体管区以及二极管区露出，并离子注入低密度P型杂质，以在PMOS晶体管区中形成P型LDD区253，并且同时在二极管区中形成P型杂质区283a。
当形成P型LDD区时，同时形成P型杂质区283a，因此简化了工艺，并且该P型杂质区是在形成侧壁间隔件的工艺之前形成的，因此二极管结形成在侧壁间隔件之下。也就是说，由于P型杂质区形成在侧壁间隔件之下，所以防止了在侧壁间隔件下产生泄漏电流。
如上所述，将低密度P型杂质注入P型LDD区以及P型杂质区中。由于仅在外围电路中形成PMOS，所以不对控制性能造成影响。
然后，如图4B所示，将所得物用第二光致抗蚀剂图案292覆盖，使得仅有二极管区露出，并离子注入N型杂质，以形成N型杂质区。此时，N型杂质区被形成得比P型杂质区更深。N型杂质区变成B-光电二极管283，从而完成埋置型B-光电二极管。此时，当注入N型离子时，以4至7度的角度注入离子，从而在P型杂质区283a之下形成二极管结。在此，可以控制注入离子的量，因此能形成光电二极管。
接着，如图4C所示，在半导体衬底231的整个表面上沉积氧化物层或氮化物层，并进行整个表面的回蚀，以形成连接至栅极242的侧壁的侧壁间隔件240。
然后，如图4D所示，将所得物用光致抗蚀剂图案293覆盖，使得仅有NMOS晶体管露出，并离子注入N型杂质，例如砷，以形成N型源极和漏极区244。此时，由于B-光电二极管283为N型杂质区，所以第三光致抗蚀剂图案不需要覆盖二极管区。
然后，如图4E所示，将所得物用第四光致抗蚀剂图案294覆盖，从而去除第三光致抗蚀剂图案293，并且仅有PMOS晶体管区露出，并离子注入P型杂质，例如硼，以形成P型源极和漏极区254。
当去除第五光致抗蚀剂图案295之后，如图4F所示，就完成了埋置型光电二极管，该光电二极管的表面包括P型杂质区283a。根据以上实施例，当注入N型杂质离子时可使用砷，当注入P型杂质离子时可使用硼。
虽然未示出，当在包括栅极的整个表面上形成层间绝缘层，并且穿过该层间绝缘层形成连接至源极和漏极区的源电极和漏电极之后，就完成了半导体器件的晶体管。然后，当通过互连工艺完成逻辑工艺之后，就最后完成了CMOS图像传感器。
虽然参照特定优选实施例示出并描述了本发明，所属领域技术人员应理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围，可以对本发明做各种形式和细节的变化。
根据本发明制造CMOS图像传感器的方法具有以下效果。
第一，当形成埋置型光电二极管并形成P型LDD区时，在光电二极管区中同时形成P型杂质区，因此可以减少一个步骤，简化工艺。也就是说，是以简单的工艺形成埋置型光电二极管。
第二，形成侧壁间隔件之前，在二极管区中形成P型杂质区，从而能在侧壁间隔件的表面上形成P型杂质区。因此，能够防止损坏表面，从而防止B-光电二极管的电流泄漏。
第三，由于可以使B-光电二极管上的结电容不同于B-光电二极管下的结电容，所以能够改善B-光电二极管的动态范围。
Claims (15)
1.一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括以下步骤：
提供半导体衬底，所述半导体衬底分为PMOS区、NMOS区以及二极管区；
在所述半导体衬底上形成浅沟槽隔离；
仅露出所述NMOS区，并注入低密度N型杂质，以形成N型LDD区；
露出所述二极管区和PMOS区，并注入杂质，以形成P型杂质区和P型LDD区；
仅露出所述二极管区，并注入杂质，以形成N型杂质区；
在栅极的两个侧壁上形成侧壁间隔件；
仅露出所述NMOS区，并注入高密度N型杂质，以形成N型源极和漏极区；
仅露出所述PMOS区，并注入高密度P型杂质，以形成P型源极和漏极区。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在露出所述二极管区和PMOS区，并注入杂质，以形成P型杂质区和P型LDD区的步骤中，所述P型杂质区和P型LDD区是通过同时注入杂质离子同时形成的。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在露出所述二极管区和PMOS区，并注入杂质，以形成P型杂质区和P型LDD区的步骤中，注入的是低密度P型杂质离子。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述侧壁间隔件是在形成所述P型杂质区之后形成的。
5.如权利要求1所述的方法，其中，在露出所述二极管区，并注入杂质，以形成N型杂质区的步骤中，是以4至7度的角度注入N型杂质离子。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在以一角度离子注入N型杂质的步骤中，在所述栅极之下的P型杂质区的底部上形成二极管结。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在仅露出所述二极管区，并注入杂质，以形成N型杂质区的步骤中，形成埋置型B-光电二极管。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述N型杂质区形成得比所述P型杂质区更深。
9.如权利要求1所述的方法，其中，在离子注入N型杂质，以形成N型源极和漏极区的步骤中，露出所述二极管区，并同时离子注入N型杂质。
10.如权利要求8所述的方法，其中，在所述半导体衬底上形成所述浅沟槽隔离之前，还在所述二极管区中形成R-光电二极管和G-光电二极管。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述R-光电二极管、G-光电二极管以及B-光电二极管相互垂直地叠置。
12.如权利要求1所述的方法，其中，在所述半导体衬底上形成栅极之前，在所述PMOS区中形成P阱区。
13.如权利要求1所述的方法，其中，在所述栅极下，还形成栅极氧化物层。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述N型杂质包括砷。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述P型杂质包括硼。
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