专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件及其制造方法，特别涉及CMOS图像传感器及其制造方法。
背景技术：
图像传感器起到将光学图像转换成电信号的作用。图像传感器分成两个主要类，包括互补金属-氧化物-硅(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器的灵敏度和噪声特性优于CMOS图像传感器的灵敏度和噪声特性，但是，它的缺点是难以高度集成和功耗高。CMOS图像传感器的优点是制造简单，适合高度集成和功耗低。
近来，CMOS器件的制造和特性都得到了改善，而且对CMOS图像传感器已进行了广泛的研究。
通常CMOS图像传感器的像素包括接收光的光电二极管，和控制从光电二极管接收的图像信号的CMOS器件。
图1是CMOS图像传感器的电路图。
参见图1，CMOS图像传感器包括光电二极管PD，转移晶体管TT，复位晶体管TR，选择晶体管TS和存取晶体管TA。转移晶体管TT和复位晶体管TR与光电二极管PD串联。所加的电压Vdd供给复位晶体管TR的漏电极。转移晶体管TT的漏电极(即复位晶体管TR的源电极)对应浮置扩散层F/D。浮置扩散层F/D连接到选择晶体管TS的栅电极。选择晶体管TS和存取晶体管TA串联连接，所加的电压Vdd供给选择晶体管TS的漏电极。存取晶体管TA的栅电极连接到输入端口Pi。存取晶体管TA的源电极连接到输出端口Po。
操作中，复位晶体管TR导通，所加的电压Vdd加到浮置扩散层F/D，然后，复位晶体管TR截止。因此，预定的电压加到浮置扩散层F/D和选择晶体管TS的栅电极。结果，选择晶体管TS的源电极达到预定电压。这是复位状态。
在复位状态，如果光入射到光电二极管PD，则产生电子-空穴对(EHP)，信号电子累积在光电二极管PD中。然后，转移晶体管TT导通。结果，累积的信号电子转移到浮置扩散层F/D，它改变浮置扩散层F/D的电压。因而，选择晶体管TS的栅电压改变，加到选择晶体管TS的源电极的电压也改变。根据加到输入端口Pi的存取信号，在输出端口Po产生数据。输出数据后，图像传感器再回到复位状态。重复这些步骤可以产生图像信号。
晶体管TT、TR、TS和TA的某些源/漏电极可以包括形成在其表面上的金属硅化物层，以减小欧姆接触或电阻值。
图2是现有CMOS图像传感器的示意剖视图。图中，标号“a”和“b”分别指示光接收区和CMOS器件区。
参见图2，在有光接收区“a”和CMOS器件区“b”的p-型半导体衬底1中形成器件隔离层2，以界定有源区。光接收区“a”是光电二极管PD形成区，CMOS器件区“b”是形成CMOS器件的区域。在有器件隔离层2的半导体衬底1的整个表面上顺序形成栅氧化物层3和栅电极层4。然后栅电极层4和氧化物层3顺序构图，形成栅图形5。栅图形5形成在CMOS器件区“b”并包括叠置的栅氧化物层3和栅电极层4。
在二极管区(即包括光接收区“a”的有源区)形成n-型光电二极管6。在n-型光电二极管6与二极管区的顶表面之间形成p-型光电二极管7。
在栅图形5两边的有源区中形成轻掺杂的杂质扩散层8。在有轻掺杂的杂质扩散层8的衬底1的整个表面上形成衬垫隔离层9。选择性地各向异性腐蚀衬垫隔离层9，在栅图形5的两边形成隔离层9a，衬垫隔离层9位于光电二极管6和7上方。
重掺杂的杂质扩散层8a形成在轻掺杂的杂质扩散层8的侧面上的有源区中。在有重掺杂的杂质扩散层8a的衬底1的整个表面上形成金属层10。硅或多晶硅与金属层10反应，形成金属硅化物层10a。金属硅化物层10a选择形成在重掺杂的杂质扩散层8a的表面上。即，位于光电二极管6和7上方的衬垫隔离层9防止在光电二极管6和7顶上形成金属硅化物层10a。
硅化处理过程中，金属层10留在光电二极管6和7顶上。结果，金属层10的金属元素渗透过衬垫隔离层9进入光电二极管6和7。这些渗透的金属元素可以增大光电二极管6和7的暗电流。暗电流的意思是指光没有入射到光电二极管6和7上时从像素流出的电流。暗电流可以增加像素无光操作时引起的暗缺陷发生率。
发明内容
本发明的目的是提供一种能减少暗缺陷的图像传感器及其制造方法。
本发明的另一目的是提供一种能改善图像色差的图像传感器及其制造方法。
按本发明的优选实施例，图像传感器包括器件隔离层，形成在第一导电类型的衬底中，以界定二极管区和有源区。第二导电类型的光电二极管设置在二极管区中。第二导电类型的光电二极管距离半导体衬底的顶表面预定的深度。第一导电类型的光电二极管设置在第二导电类型的光电二极管与半导体衬底的表面之间。第一栅设置在邻近第二导电类型的光电二极管的有源区上。在二极管区的相对边上的第一栅的一个侧壁上设置至少一个侧壁隔离层。侧壁隔离层有L-形的第一隔离层，和设置在第一隔离层上的第二隔离层。阻挡图形和绝缘图形叠置在二极管区上。用其金属扩散率小于氧化硅的扩散率的绝缘材料形成阻挡图形。
按另一实施例，图像传感器包括器件隔离层，其形成在第一导电类型的半导体衬底中，以界定二极管区和有源区。第二导电类型光电二极管设置在二极管区中，该第二导电类型的光电二极管距离半导体衬底的顶表面预定的深度。第一导电类型的光电二极管设置在第二导电类型的光电二极管与半导体衬底的表面之间。第一栅设置在邻近第二导电类型的光电二极管的有源区上。浮置扩散层设置在邻近二极管区相对边上的第一栅的有源区中。硅化物保护图形覆盖二极管区、第一栅和浮置扩散层。色比控制层设置在硅化物保护图形上。
按另一实施例，图像传感器包括器件隔离层，其形成在第一导电类型的半导体衬底中，以界定二极管区和有源区。第二导电类型的光电二极管设置在二极管区中，其中，第二导电类型的光电二极管距离半导体衬底的顶表面预定的深度。第一导电类型的光电二极管夹在第二导电类型的光电二极管与半导体衬底的表面之间。第一栅设置在邻近第二导电类型的光电二极管的有源区上。浮置扩散层设置在邻近二极管区相对边上的第一栅的有源区中。阻挡图形设置在二极管区上。阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅的扩散率的绝缘材料形成。硅化物保护图形覆盖二极管区、第一栅和浮置扩散层。色比控制层设置在硅化物保护图形上。
按另一实施例，提供了图像传感器的制造方法。在第一导电类型的半导体衬底中形成器件隔离层，以界定二极管区和有源区。形成第二导电类型的光电二极管和第一导电类型的光电二极管。第二导电类型的光电二极管距离二极管区表面预定的深度，第一导电类型的光电二极管设置在二极管区表面与第二导电类型的光电二极管之间。在邻近光电二极管区的有源区上形成第一栅。形成阻挡图形、隔离层绝缘图形和至少一个侧壁隔离层。在二极管区上顺序形成阻挡图形和隔离层绝缘图形，和在第一栅的一个侧壁上和二极管区相对边上形成侧壁隔离层。侧壁隔离层可以包括L-形的第一隔离层，和设置在第一隔离层上的第二隔离层。阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅的扩散率的绝缘材料形成。
按另一实施例，提供图像传感器的制造方法。在第一导电类型的半导体衬底中形成器件隔离层，以界定二极管区和有源区。形成第二导电类型的光电二极管和第一导电类型的光电二极管。第二导电类型的光电二极管距离二极管区表面预定的深度，第一导电类型的光电二极管设置在二极管区表面与第二导电类型的光电二极管之间。在邻近光电二极管区的有源区上形成第一栅。在邻近二极管区相对边上的第一栅的有源区中设置浮置扩散层。形成硅化物保护图形，以覆盖二极管区、第一栅和浮置扩散层。色比控制层形成在有硅化物保护图形的半导体衬底上。
按另一实施例，提供图像传感器的制造方法。在第一导电类型的半导体衬底中形成器件隔离层，以界定二极管区和有源区。形成第二导电类型的光电二极管和第一导电类型的光电二极管。第二导电类型的光电二极管距离二极管区表面预定的深度，第一导电类型的光电二极管设置在二极管区表面与第二导电类型的光电二极管之间。在邻近二极管区的有源区上形成第一栅。在邻近二极管区相对边上的第一栅的有源区中形成浮置扩散层。阻挡图形形成在二极管区上。阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅的扩散率的绝缘材料形成。形成硅化物保护图形，以覆盖阻挡图形、第一栅和浮置扩散层。色比控制层形成在有硅化物保护图形的半导体衬底上。
通过以下结合附图所作的描述将能更详细的理解本发明的实施例。附图中图1是典型的CMOS图像传感器的像素的等效电路图；图2是常规的CMOS图像传感器的示意剖视图；图3是按本发明优选实施例的图像传感器的顶视平面图；图4是沿图3中的I-I｀线剖开的图像传感器的剖视图；图5是显示按图4所示的图像传感器的色比控制层厚度的色比的模拟曲线图；图6是显示图4所示图像传感器的暗缺陷特征的曲线图；图7是显示图4所示图像传感器的色比特征的曲线图；和图8-11是图4所示图像传感器的剖视图，用于说明按照本发明的优选实施例的图像传感器的制造方法。
具体实施例方式
以下将参见附图详细描述本发明的优选实施例。但是，本发明还可以按不同的方式实施，而且，本发明不限于本文中的实施例。提供这些实施例是为了使本公开的内容是彻底全面的，并且为了使本行业的技术人员充分理解本发明的范围。附图中，为了清楚显示而将膜层和区域的厚度都放大了。要知道，当说膜层是“在其他膜层或衬底上”时，就表示膜层直接处于其他膜层或衬底上，或也可以有层间层。整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件。
图3是按本发明优选实施例的图像传感器的顶视平面图。图4是沿图3中的I-I｀线剖开的图像传感器的剖视图。图5是显示按图4所示的图像传感器的色比控制层厚度的色比的模拟曲线图。
参见图3和4，本发明的图像传感器包括第一导电类型的半导体衬底101。器件隔离层103设置在半导体衬底101的预定区中，以界定二极管区80和有源区90。二极管区80是形成光电二极管的区域。有源区90与二极管区80的一侧接触。第一栅107a、第二栅107b、第三栅107c，顺序设置在有源区90上，被相互隔开预定的距离。第一栅107a、第二栅107b、第三栅107c分别对应转移晶体管TT、复位晶体管TR和选择晶体管TS的栅极。第一栅107a设置在邻近二极管区80的有源区90的一部分上。第四栅(未示出)可以设置在有源区90上并与第三栅107c隔开预定的距离。第四栅对应图1所示的存取晶体管TA的栅极。栅绝缘层105分别夹在第一栅107a、第二栅107b、第三栅107c和半导体衬底101之间。
第二导电类型的光电二极管113设置在二极管区80中。第二导电类型的光电二极管113距离半导体衬底101表面预定的深度。第一导电类型的光电二极管114设置在第二导电类型的光电二极管113与半导体衬底101表面之间。第一导电类型的光电二极管114的一边与半导体衬底101接触。还设置有包围器件绝缘层103的第一导电类型的阱111。光电二极管114的一边可以延伸到与第一导电类型的阱111接触。因此，第一导电类型的光电二极管114通过第一导电类型的阱111与半导体衬底101接触。第一导电类型可以是p-型，第二导电类型可以是n-型。或者，第一导电类型可以是n-型，第二导电类型可以是p-型。
第二导电类型的光电二极管113与第一导电类型的半导体衬底101形成PN结。形成PN结的结果是形成耗尽区。入射到耗尽区的光导致在耗尽区形成电子-空穴对(EHP)。因此，在第二导电类型的光电二极管113中累积信号电子。
第一导电类型的光电二极管114抑制从分布在半导体衬底101表面上的悬空键产生的暗电流。悬空键产生的EHP可以引起暗电流。这种情况下，第一导电类型的光电二极管114向半导体衬底101注射电子或空穴，并通过复合来消除剩余的电子或空穴。例如，如果第一导电类型是p-型，第二导电类型是n-型，由悬空键产生的电子与p-型光电二极管114的空穴复合，且由悬空键产生的空穴通过p-型阱111注射到半导体衬底101。此外，第一导电类型的光电二极管114与第二导电类型的光电二极管113形成PN结，以构建耗尽区。因此，二极管区80的耗尽区增加，因而，增大了图像传感器的容量。
浮置扩散层119设置在第一栅107a与第二栅107b之间的有源区90中。浮置扩散层119可包括第一轻掺杂扩散层117a和第一重掺杂扩散层118a。浮置扩散层119可用双掺杂的漏结构(DDD结构)形成，其中，第一轻掺杂扩散层117a包围第一重掺杂扩散层118a，或者，用轻掺杂的漏结构(LDD结构)形成。或者，浮置扩散层119只用第一轻掺杂扩散层117a形成，而没有第一重掺杂扩散层118a。杂质扩散层120设置在第三栅107c的两边上的有源区90中。杂质扩散层120可以用第二轻掺杂扩散层117b和第二重掺杂扩散层118b形成。杂质扩散层120可用DDD结构形成或用LDD结构形成。同时，杂质扩散层120可用第二轻掺杂扩散层117b形成，而没有第二重掺杂扩散层118b。浮置扩散层119和杂质扩散层120用第二导电类型的杂质掺杂，并可以用相同的杂质浓度掺杂。沟道扩散层104可以设置在浮置扩散层119和第二导电类型的光电二极管113之间的有源区90的表面(例如，第一栅沟道区)。沟道扩散层104可以用与第二导电类型的光电二极管113和浮置扩散层119相同的第二导电类型杂质掺杂。可以在图像传感器的设计中省去沟道扩散层104。可以用电连接浮置扩散层119和第三栅107c通过互连线(未示出)电连接。
阻挡图形125a设置在光电二极管113和114上。阻挡图形125a用其金属扩散率小于氧化硅的扩散率的绝缘层构成。例如，最好用氮化硅形成阻挡图形125a。阻挡图形125a可以防止光电二极管113和114被在形成金属硅化物层135时可能产生的金属元素污染。因此，可以减少由于金属元素污染而产生的常规的暗缺陷。阻挡图形125a延伸以覆盖第一栅107a的顶表面的一部分。
氧化物层109最好设置在阻挡图形125a与半导体衬底101之间。氧化物层109还可以用作阻挡图形125a与半导体衬底101之间的应力缓冲层。可以用热氧化物形成氧化物层109。隔离层绝缘图形127a可以设置在阻挡图形125a上。隔离层绝缘图形127a可以用CVD氧化硅形成。
参见图3和4，侧壁隔离层129设置在邻近浮置扩散层119的第一栅107a的侧壁上，以及第二栅107b和第三栅107c的两个侧壁上。侧壁隔离层129可以包括叠置的第一隔离层125b和第二隔离层127b。第一隔离层125b是L-形，用与阻挡图形125a相同的材料形成。第二隔离层127b可以具有本行业技术人员公知的隔离层形状，用与隔离层绝缘图形127a相同的材料形成。
可以设置硅化物保护图形131以覆盖隔离层绝缘图形127a、阻挡图形125a、第一栅107a和浮置扩散层119。硅化物保护图形131可以用CVD氧化硅形成。金属硅化物层135设置在杂质扩散层120的表面上。金属硅化物层135可以用硅化钴、硅化镍或硅化钛形成。硅化物保护图形131防止在浮置扩散层119的表面上形成金属硅化物层135。因此，浮置扩散层119的表面不会污染。氧化物层109可以夹在硅化物保护图形131与浮置扩散层119之间。
可以叠置的缓冲绝缘层148和色比控制层150设置在硅化物保护图形131上。缓冲绝缘层148和色比控制层150延伸，以覆盖第二栅107b、第三栅107c、侧壁隔离层129、和金属硅化物层135。色比控制层150是可以控制色比(即对入射到图像传感器的彩色光的三原色兰、绿和红色的灵敏度之比)的绝缘层。颜色灵敏度的意思是指图像传感器对入射的颜色强度的反应程度。色比控制层150最好用氮化硅形成。缓冲绝缘层148可用CVD氧化硅形成。缓冲绝缘层148可以吸收色比控制层150与金属硅化物层135之间的应力。
图像传感器中，表征物体颜色的方法是，在彩色光的三原色中间加混合色。也就是说，在包括光电二极管113和114的多个像素的上部上面分别设置多个预定的滤色镜(未示出)。滤色镜可以分类为兰色、绿色和红色滤色镜。兰色滤色镜使入射光中的兰光偏振、绿色滤色镜使入射光中的绿光偏振、红色滤色镜使入射光中的红光偏振。分别相互邻近地设置有兰色滤色镜的像素、有绿色滤色镜的像素、和有红色滤色镜的像素。因此，根据偏振过的颜色强度，像素产生电信号，并将电信号输送到显示装置(未示出)。显示装置从输送的电信号恢复颜色并附加地混合恢复后的颜色，以显示图像。
由色比控制层150控制的色比最好是兰/绿色比和红/绿色比。
色比可以根据色比控制层150的厚度变化。这可以参见图5所示的模拟数据说明。
参见图4和5，图5所示曲线的X-轴表示色比控制层150的厚度，Y-轴表示色比。曲线200表示根据色比控制层150的厚度的红/绿色比。曲线220表示根据色比控制层150的厚度的兰/绿色比。曲线210表示根据色比控制层150的厚度的绿/绿色比，该曲线相对于所有色比控制层150的厚度具有的值是“1”。曲线200和220相对于色比控制层150的厚度变化。优选实施例中，形成一定厚度的色比控制层150，使在色比控制层150中的红/绿与兰/绿色比之间的色比差减小到最小。也就是说，相对于入射的兰光和入射的红光的像素灵敏度之间的差得以减小，由此改善图像传感器体现的图像色差。图5所示的曲线中，如果色比控制层150的厚度是1000，那么曲线200和220之间的差可以减到最小。图5所示的数据是模拟数据，所以用于实际的图像传感器的厚度可以变化。
参见图3和4，至少一层层间绝缘层152和154叠置在色比控制层150上。图4中显示出对应的第一和第二层间绝缘层152和154。在第一和第二层间绝缘层152和154之间可以设置互连线(未示出)。互连线电连接浮置扩散层119和第三栅107c。在第二层间绝缘层154上设置钝化层156。钝化层156是保护图像传感器不被例如湿气污染的绝缘层。钝化层156可以用氮化硅形成。
上述的图像传感器中，通过阻挡图形125a减少了图像传感器的暗缺陷。参见图6说明图像传感器的减少的暗缺陷。
图6是显示图4所示图像传感器的暗缺陷特征的曲线。X-轴表示暗缺陷的像素的数量，Y-轴表示图像传感器芯片的数量。
参见图6，曲线A表示常规图像传感器的暗缺陷的像素的数量，曲线B表示图4所示图像传感器的暗缺陷的像素的数量，常规图像传感器和本发明的图像传感器的芯片总数量是47。暗缺陷的像素是指在没有入射光时按大于5mV/sec的速度产生信号电子的像素。每个常规芯片的像素数量和本发明的每个芯片的像素数量都等于300000。
如曲线A所示，全部47个常规芯片具有的暗缺陷像素数量大于800。18个芯片具有的暗缺陷像素数量1000-1200。相反，如曲线B所示，本发明的全部47个芯片具有的暗缺陷像素数量小于600，39个芯片具有的暗缺陷像素数量只是0-200。
结果，按本发明的图像传感器，可防止光电二极管113和114由图4所示的阻挡图形125a产生的金属元素引起常规污染。
参见图7说明图像传感器的色比特性。
图7是显示图4所示图像传感器的色比特性的曲线图。X-轴表示入射光的波长，Y-轴表示色比。
参见图4和7，曲线250a、250b和250c分别表示包括兰色滤光镜的第一像素、包括绿色滤光镜的第一像素、和包括红色滤光镜的第一像素。曲线300a、300b和3050c分别表示包括兰色滤光镜的第二像素、包括绿色滤光镜的第二像素、和包括红色滤光镜的第二像素。第一像素包括厚度为100的热氧化物层109、厚度为400的隔离层绝缘图形127a、厚度为1300的隔离层绝缘图形127a、和厚度为1000的硅化物保护图形131，不包括色比控制层150。第二像素包括厚度为100的热氧化物层109、厚度为400的阻挡图形、厚度为1300的隔离层绝缘图形127a、厚度为1000的硅化物保护图形131，和厚度为1000的色比控制层150。
如图7所示，在入射光波长为480nm时第一像素的最大兰/绿色比约是0.62，在入射光波长为640nm时第一像素的最大红/绿色比约是1.21。而且，在入射光波长为480nm时第二像素的最大兰/绿色比约是0.73，在入射光波长为640nm的第二像素的最大红/绿色比约是1。即，色比控制层150增大了兰/绿色比，但减小了红/绿色比，因此，使兰/绿色比与红/绿色比之间的差减小到最小。结果，具有包括色比控制层150的第二像素的图像传感器改善了图像色差。
因此，光电二极管113和114能防止由图像传感器中的阻挡图形125a产生的金属元素引起的污染。因此，可以减少由常规金属元素污染引起的暗缺陷。此外图像传感器包括色比控制层150，因而改善了图像的色差。
图8-11是图4所示图像传感器的剖视图，参见图8-11描述图4所示图像传感器的制造方法。
参见图3和8，在第一导电类型半导体衬底101的预定区域内形成器件隔离层103，以界定二极管区80和有源区90。有源区90与二极管区80的一边接触。杂质离子选择地注入有器件隔离层103的半导体衬底101，形成包围器件隔离层103的第一导电类型的阱111。这种情况下，阱(未示出)也可以形成在有源区90中。
在二极管区80中形成第二导电类型的光电二极管113和第一导电类型的光电二极管114。第二导电类型的光电二极管113距离半导体衬底101表面预定的深度，第一导电类型的光电二极管114设置在第二导电类型的光电二极管113与半导体衬底101表面之间。
第一导电类型的光电二极管114形成为与第一导电类型的阱111的一边接触。在邻近二极管区80的有源区90中形成沟道扩散层104。在有沟道扩散层104的半导体衬底101的整个表面上顺序形成栅绝缘层105和栅极层(未示出)，然后，栅极层和栅绝缘层105依次构图，以在有源区90中形成第一、第二和第三栅107a、107b和107c。第一、第二和第三栅107a、107b和107c彼此隔开预定的距离。第一栅107a形成在沟道扩散层104上。第一轻掺杂扩散层117a形成在第一栅107a与第二栅107b之间的有源区90中，第二轻掺杂扩散层117b形成在邻近第三栅107c两边的有源区90中。
按以下顺序形成光电二极管113和114和栅极107a、107b和107c。首先形成光电二极管113和114，然后形成栅极107a、107b和107c。或者，首先形成栅极107a、107b和107c，然后形成光电二极管113和114。
氧化物层109形成在每个栅极107a、107b和107c的两边之间的有源区90表面上和二极管区80的表面上。氧化物层109可以热氧化物形成。也就是说，对半导体衬底101和栅极107a、107b和107c进行热氧化物处理，由此形成氧化物层109。这种情况下，热氧化物处理会对栅极107a、107b和107c造成腐蚀损坏，因此，热氧化物层(未示出)也可以形成在栅极107a、107b和107c的表面上。
参见图9和10，在有氧化物层109的衬底101、光电二极管113和114、和栅极107a、107b和107c的整个表面上顺序形成阻挡层125和隔离层绝缘图形127。阻挡层125用其金属扩散率小于氧化硅扩散率的绝缘材料形成。例如，最好用氮化硅形成阻挡层125，用CVD氧化硅形成隔离层绝缘图形127。
隔离层绝缘图形127上形成光刻胶图形130，光刻胶图形130至少覆盖二极管区80，也可以覆盖第一栅107a的一部分。
用光刻胶图形130作掩模，用各向异性腐蚀处理腐蚀隔离层绝缘图形127和阻挡层125，形成顺序叠置在光刻胶图形130下的阻挡图形125a和隔离层绝缘图形127a，且在邻近第一轻掺杂扩散层117a的第一栅107a的一个侧壁上和第二栅107b和第三栅107c的每个侧壁上形成侧壁隔离层129。侧壁隔离层129可以包括叠置的第一隔离层125b和第二隔离层127b。第一隔离层125b是阻挡层125的一部分，是L-形。第二隔离层127b是隔离层绝缘图形127的一部分，其形状是本行业技术人员公知的隔离层的形状。隔离层绝缘图形127的厚度影响侧壁隔离层129的底部宽度。也就是说，隔离层绝缘图形127的厚度可以变化，以形成具有期望的底部宽度的侧壁隔离层129。也可以不要隔离层绝缘图形127，用部分阻挡层125形成侧壁隔离层129。
用砂磨处理除去光刻胶图形130。
用阻挡图形125a、隔离层绝缘图形127a和侧壁隔离层129作掩模，注入杂质离子，形成第一重掺杂扩散层118a和第二重掺杂扩散层118b。第一重掺杂扩散层118a形成在第一栅107a和第二栅107b之间的有源区90中。第二重掺杂扩散层118b形成在邻近第三栅107c的两边的有源区90中。第一轻掺杂扩散层117a和第一重掺杂扩散层118a构成浮置扩散层119，第二轻掺杂扩散层117b和第二重掺杂扩散层118b构成杂质扩散层120。可以用DDD结构或LDD结构形成浮置扩散层119和杂质扩散层120。若用其他的方法，可以不用第一重掺杂扩散层118a和第二重掺杂扩散层118b，因此，第一轻掺杂扩散层117a可构成浮置扩散层119，第二轻掺杂扩散层117b可构成杂质扩散层120。
在包括浮置扩散层119和杂质扩散层120的半导体衬底101的整个表面上形成硅化物保护图形(未示出)。构图硅化物保护图形以形成硅化物保护图形图形131，以覆盖隔离层绝缘图形127a、第一栅107a和浮置扩散层119。硅化物保护图形131可以用CVD氧化硅形成。
金属层133形成在包括硅化物保护图形131的半导体衬底101的整个表面上。在包括金属层133的半导体衬底101上进行金属硅化处理，以在杂质扩散层120的表面上形成金属硅化物层135。可以就地进行金属层淀积处理和金属硅化处理。
金属硅化处理过程中，阻挡图形125a防止置于硅化物保护图形131上的金属层133的金属元素污染光电二极管113和114。结果，可以减少由于金属元素的污染形成的常规的暗缺陷。硅化物保护图形131防止在浮置扩散层119的表面上形成金属硅化物层135。最好不要在浮置扩散层119的顶部上形成金属硅化物层135，因为这可以防止浮置扩散层119产生表面缺陷，由此提高图像传感器的效率。
参见图11，省去不起反应的金属层133。在有金属硅化物层135的半导体衬底101的整个表面上顺序形成缓冲绝缘层148和色比控制层150。用能控制色比的绝缘层例如氮化硅形成色比控制层150。色比是指对入射到图像传感器上的彩色光的三原色中兰光、绿光和红光的灵敏度之间的比。所形成的色比控制层150厚度应使兰/绿色比与红/绿色比之间的差最小。缓冲绝缘层148可以吸收色比控制层150与金属硅化物层135之间的应力。也可以省去缓冲绝缘层148。
色比控制层150可以改善图像传感器体现的图像色差。
至少一层层间绝缘层152和154可以形成在色比控制层150上。图11显示出第一和第二层间绝缘层152和154。形成第二层间绝缘层154之前可以在第一层间绝缘层152上形成互连线(未示出)，其中，互连线电连接浮置扩散层119和第三栅107c。互连线的一部分可以穿过第一层间绝缘层152、色比控制层150和缓冲绝缘层148、硅化物保护图形131、和氧化物层109，以与浮置扩散层119接触。互连线的其它部分可以穿过第一层间绝缘层间绝缘膜152、色比控制层150、和缓冲绝缘层148以与第三栅107c接触。
如图4所示，钝化层156可以形成在第二层间绝缘层154上。钝化层156防止图像传感器接触例如湿气的外部污染。钝化层156可以用氮化硅形成。
按本发明，图像传感器包括设置在光电二极管上的阻挡图形。阻挡图形防止光电二极管被金属元素污染。因此，可以减少金属元素污染造成的常规的暗缺陷。
此外，图像传感器包括色比控制层。色比控制层控制对彩色光三原色兰、绿和红色光的灵敏度之间的色比。特别是，色比控制层能减小兰/绿色比与红/绿色比之间的差。结果，可以改善图像传感器体现的图像色差。
尽管本文结合附图描述了多个实施例，但是，应了解，本发明不受这些实施例的限制，在不脱离本发明范围和精神的前提下，本行业技术人员还可以有各种其他的变化和改型。所有这些变化和改型都包括在所附的权利要求书界定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种图像传感器，包括器件隔离层，其形成在第一导电类型的半导体衬底中，并限定二极管区和有源区；第二导电类型的光电二极管，其形成在二极管区内，其中，该第二导电类型的光电二极管距离所述半导体衬底的顶表面预定的深度；第一导电类型的光电二极管，其设置在第二导电类型的光电二极管与半导体衬底的表面之间；第一栅，其设置在邻近第二导电类型的光电二极管的有源区上；设置在第一栅的一个侧壁上的至少一个侧壁隔离层，其中，至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层；和叠置在二极管区上的阻挡图形和绝缘图形；其中，阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅的扩散率的绝缘材料形成。
2.按权利要求1的图像传感器，还包括设置在阻挡图形与二极管区之间的氧化物层。
3.按权利要求1的图像传感器，还包括浮置扩散层，其形成在邻近第一栅的有源区中。
4.按权利要求3的图像传感器，还包括硅化物保护图形，其覆盖阻挡图形、第一栅和浮置扩散层。
5.按权利要求1的图像传感器，还包括第二栅和第三栅，它们顺序形成在有源区上，与第一栅隔开并且彼此隔开；和金属硅化物层，其形成在邻近第三栅的至少一个侧壁的有源区的表面上，且其中至少一个侧壁隔离层设置在第二和第三栅的每一个的至少一个侧壁上。
6.按权利要求1的图像传感器，其中，阻挡图形用氮化硅形成。
7.按权利要求1的图像传感器，其中，绝缘图形用与第二隔离层相同的材料形成。
8.一种图像传感器，包括器件隔离层，其形成在第一导电类型的半导体衬底中，并限定二极管区和有源区；第二导电类型的光电二极管，其形成在二极管区内，其中，第二导电类型的光电二极管距离半导体衬底顶表面预定的深度；第一导电类型的光电二极管，其设置在第二导电类型的光电二极管与半导体衬底的表面之间；第一栅，其设置在邻近第二导电类型的光电二极管的有源区上；浮置扩散层，其形成在邻近第一栅的有源区中；硅化物保护图形，其覆盖二极管区、第一栅和浮置扩散层；和设置在硅化物保护图形上的色比控制层。
9.按权利要求8的图像传感器，还包括阻挡图形，其设置在硅化物保护图形与第二导电类型的光电二极管之间，其中，阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅扩散率的绝缘材料构成。
10.按权利要求9的图像传感器，还包括设置在阻挡图形与二极管区之间的氧化物层。
11.按权利要求9的图像传感器，其中，阻挡层用氮化硅形成。
12.按权利要求9的图像传感器，还包括绝缘图形，其设置在阻挡图形与硅化物保护图形之间；和设置在第一栅的一个侧壁上的至少一个侧壁隔离层，其中，至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
13.按权利要求12的图像传感器，其中，绝缘图形用与第二隔离层相同的材料形成。
14.按权利要求8的图像传感器，还包括第二栅和第三栅，它们顺序形成在有源区上，与第一栅隔开并且彼此隔开；和金属硅化物层，其形成在邻近第三栅的至少一个侧壁的有源区的表面上，其中，色比控制层覆盖第二栅和第三栅以及金属硅化物层。
15.按权利要求14的图像传感器，还包括阻挡图形和绝缘图形，此二者设置在二极管区与硅化物保护图形之间，其中，阻挡图形和绝缘图形叠置；和至少一个侧壁隔离层，其设置在第一栅的一个侧壁上，和第二和第三栅的每一个的至少一个侧壁上，其中，至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
16.按权利要求15的图像传感器，其中，绝缘图形用与第二隔离层相同的材料形成。
17.按权利要求14的图像传感器，还包括缓冲绝缘层，其设置在色比控制层与硅化物保护图形之间、色比控制层与金属硅化物层之间、和色比控制层与第二和第三栅之间。
18.按权利要求8的图像传感器，其中，色比控制层用氮化硅形成。
19.按权利要求8的图像传感器，还包括形成在色比控制层上的至少一个层间绝缘层；和钝化层，其形成在至少一个层间绝缘层上。
20.图像传感器，包括器件隔离层，其形成在第一导电类型的半导体衬底中，并限定二极管区和有源区；第二导电类型的光电二极管，其形成在二极管区内，其中，第二导电类型的光电二极管距离半导体衬底的顶表面预定的深度；第一导电类型的光电二极管，其设置在第二导电类型的光电二极管与半导体衬底表面之间；第一栅，其设置在邻近第二导电类型的光电二极管的有源区上；浮置扩散层，其形成在邻近第一栅的有源区中；阻挡图形，其设置在二极管区上，其中，阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅扩散率的绝缘材料构成；硅化物保护图形，其覆盖二极管区、第一栅和浮置扩散层；和设置在硅化物保护图形上的色比控制层。
21.按权利要求20的图像传感器，还包括设置在阻挡图形与二极管区之间的氧化物层。
22.按权利要求20的图像传感器，其中，阻挡图形用氮化硅形成。
23.按权利要求20的图像传感器，还包括绝缘图形，其设置在硅化物保护图形与阻挡图形之间；和至少一个侧壁隔离层，其设置在第一栅的一个侧壁上，其中，至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
24.按权利要求23的图像传感器，其中，绝缘图形用与第二隔离层相同的材料形成。
25.按权利要求20的图像传感器，还包括第二栅和第三栅，它们顺序形成在有源区上，与第一栅隔开并且彼此隔开；和金属硅化物层，其形成在邻近第三栅的至少一个侧壁的有源区的表面上，其中，色比控制层覆盖第二栅和第三栅以及金属硅化物层。
26.按权利要求25的图像传感器，还包括绝缘图形，其设置在阻挡图形与硅化物保护图形之间；和至少一个侧壁隔离层，其设置在第一栅的一个侧壁上，和第二栅和第三栅的每一个的至少一个侧壁上，其中，至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
27.按权利要求26的图像传感器，其中，绝缘图形用与第二隔离层相同的材料形成。
28.按权利要求25的图像传感器，还包括缓冲绝缘层，其设置在色比控制层与硅化物保护图形之间、色比控制层与金属硅化物层之间、和色比控制层与第二栅和第三栅之间。
29.按权利要求20的图像传感器，其中，色比控制层用氮化硅形成。
30.按权利要求20的图像传感器，还包括形成在色比控制层上的至少一个层间绝缘层；和形成在至少一个层间绝缘层上的钝化层。
31.图像传感器的制造方法，包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底中形成器件隔离层，以限定二极管区和有源区；在距离二极管区表面预定的深度处形成第二导电类型的光电二极管，且在二极管区表面与第二导电类型的光电二极管之间设置第一导电类型的光电二极管；在邻近二极管区的有源区上形成第一栅；和形成在二极管区上叠置的阻挡图形和隔离层绝缘图形，其中，阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅扩散率的绝缘材料构成；和在第一栅的一个侧壁上设置至少一个侧壁隔离层，其中，至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
32.按权利要求31的图像传感器制造方法，还包括在半导体衬底表面上形成氧化物层的步骤。
33.按权利要求31的图像传感器制造方法，还包括在邻近第一栅的有源区中形成浮置扩散层的步骤。
34.按权利要求33的图像传感器制造方法，还包括形成硅化物保护图形以覆盖阻挡图形、第一栅和浮置扩散层的步骤。
35.按权利要求31的图像传感器制造方法，还包括形成在有源区上顺序设置与第一栅隔开并且彼此隔开的第二栅和第三栅的步骤；和在第二栅和第三栅的每一个的至少一个侧壁上形成至少一个侧壁隔离层的步骤。
36.按权利要求34的图像传感器制造方法，还包括在邻近第三栅的至少一个侧壁的有源区的表面上形成金属硅化物层的步骤。
37.按权利要求31的图像传感器制造方法，其中，阻挡图形用氮化硅形成。
38.一种图像传感器的制造方法，包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底中形成器件隔离层，以界定二极管区和有源区；在距离二极管区表面预定的深度处形成第二导电类型的光电二极管，和在二极管区表面与第二导电类型的光电二极管之间设置第一导电类型的光电二极管；在邻近二极管区的有源区上形成第一栅；在邻近第一栅的有源区中形成浮置扩散层；形成硅化物保护图形以覆盖二极管区、第一栅和浮置扩散层；和在硅化物保护图形上形成色比控制层。
39.按权利要求38的图像传感器制造方法，还包括在二极管区上形成阻挡图形的步骤，其中，阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅扩散率的绝缘材料构成。
40.按权利要求39的图像传感器制造方法，还包括在半导体衬底的表面上形成氧化物层的步骤。
41.按权利要求39的图像传感器制造方法，其中，阻挡图形用氮化硅形成。
42.按权利要求39的图像传感器制造方法，还包括在阻挡图形上形成隔离层绝缘图形的步骤；和在第一栅的一个侧壁上形成至少一个侧壁隔离层的步骤，其中，所述的至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
43.按权利要求38的图像传感器制造方法，还包括形成在有源区上顺序设置与第一栅隔开并且彼此隔开的第二栅和第三栅的步骤。
44.按权利要求43的图像传感器制造方法，还包括形成在二极管区上叠置的阻挡图形和隔离层绝缘图形的步骤；和在第一栅的一个侧壁上、和第二栅和第三栅每一个的至少一个侧壁上形成至少一个侧壁隔离层的步骤，其中，所述的至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
45.按权利要求43的图像传感器制造方法，还包括在邻近第三栅的至少一个侧壁的有源区的表面上形成金属硅化物层的步骤。
46.按权利要求38的图像传感器制造方法，还包括在硅化物保护图形上形成缓冲绝缘层的步骤。
47.按权利要求38的图像传感器制造方法，其中，色比控制层用氮化硅形成。
48.按权利要求38的图像传感器制造方法，还包括在色比控制层上形成至少一个层间绝缘层；和在至少一个层间绝缘层上形成钝化层。
49.一种图像传感器的制造方法，包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底中形成器件隔离层，以界定二极管区和有源区；在距离二极管区表面预定的深度处形成第二导电类型的光电二极管，和在二极管区表面与第二导电类型的光电二极管之间设置第一导电类型的光电二极管；在邻近二极管区的有源区上形成第一栅；在邻近第一栅的有源区中形成浮置扩散层；在二极管区上形成阻挡图形，其中，阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅扩散率的绝缘材料构成；形成硅化物保护图形以覆盖阻挡图形、第一栅和浮置扩散层；和在硅化物保护图形上形成色比控制层。
50.按权利要求49的图像传感器制造方法，还包括在半导体衬底的表面上形成氧化物层的步骤。
51.按权利要求49的图像传感器制造方法，其中，阻挡图形用氮化硅形成。
52.按权利要求49的图像传感器制造方法，还包括步骤在阻挡图形上形成隔离层绝缘图形；和在第一栅的一个侧壁上形成至少一个侧壁隔离层，其中，所述的至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
53.按权利要求49的图像传感器制造方法，还包括形成在有源区上顺序设置与第一栅隔开且彼此隔开的第二栅和第三栅的步骤。
54.按权利要求53的图像传感器制造方法，还包括步骤在阻挡图形上形成隔离层绝缘图形；和在第一栅的一个侧壁上、和第二栅和第三栅的每一个至少一个侧壁上形成至少一个侧壁隔离层，其中，至少一个侧壁隔离层包括第一隔离层和设置在第一隔离层上的第二隔离层。
55.按权利要求53的图像传感器制造方法，还包括在邻近第三栅的至少一个侧壁的有源区的表面上形成金属硅化物层的步骤。
56.按权利要求49的图像传感器制造方法，还包括在硅化物保护图形上形成缓冲绝缘层的步骤。
57.按权利要求49的图像传感器制造方法，其中，色比控制层用氮化硅形成。
58.按权利要求49的图像传感器制造方法，还包括在色比控制层上形成至少一个层间绝缘层；和在至少一个层间绝缘层上形成钝化层。
全文摘要
本发明公开了一种图像传感器及其制造方法。图像传感器包括设置在光电二极管上的阻挡图形。该阻挡图形用其金属扩散率小于氧化硅的扩散率的绝缘材料形成。因此，减少了图像传感器的暗缺陷。此外，图像传感器包括色比控制层。色比控制层控制对蓝色、绿色和红色的灵敏度之间的色比。结果，由图像传感器所体现出的图像的色差能够得以改善。
文档编号H01L27/146GK1477715SQ0313301
公开日2004年2月25日 申请日期2003年6月20日 优先权日2002年6月20日
发明者宋在浩, 朴永薰, 辛相学 申请人:三星电子株式会社