专利名称：Cmos图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法。
背景技术：
通常，图像传感器是将光学信号转换为电信号的装置。图像传感器通常分为电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。
CCD具有不足，例如复杂的驱动方法和高功耗。同样，通过多步骤光刻工序制造CCD，它需要非常复杂的制造工序。因此，当前CIS是下一代图像传感器的焦点，用以解决CCD的不足。
CIS包括单位像素中的光电二极管和MOS晶体管，以使用开关方法顺序地检测每个单位像素中的电信号，用于显示图像。
图1是现有技术CIS的截面图。
在现有技术CIS中，在衬底61上形成器件隔离层63，然后在衬底61上形成栅65，在其间插入栅绝缘层64。
接下来，在栅65的一侧形成低浓度N-离子注入区69。在栅的两个侧上形成隔片70。然后，在栅65的另一侧形成N+离子注入区72。
然而，根据现有技术CIS，由于N-扩散区(例如，光电二极管区)包括在器件隔离层63的界面(interface)中，由于执行用来形成器件隔离层63沟槽蚀刻工序而倒塌的部分晶格(lattice)，用作界面电子阱和接面漏电流(junction leakage)。因此，现有技术CIS具有弱的低照度的问题。
此外，根据现有技术CIS，像素之间的器件隔离63不能适宜地工作并导致互扰(crosstalk)的问题，其中一个像素的光传播到另一像素。特别地，根据现有技术CIS，由于器件隔离层63的沟槽的深度在0.5um内，不能有效隔离从长波长的光(尤其是红光)所成生的电子。
发明内容
因此，本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法，其解决和/或避免现有技术的一个或多个问题、限制和/或缺点。
本发明的目标是提供一种CIS，通过防止晶格缺陷区被转换为光电二极管区，而没有接面漏电流，当由于器件隔离层的接触面中的蚀刻损坏而导致的晶格结构倒塌时，生成该晶格缺陷区，以及制造其的方法。
本发明的另一目标是提供一种CIS，其能够通过有效地执行像素之间的器件隔离的分隔，防止或基本上减小由于一个像素的光传播到其他像素所导致的互扰。
本发明的其他优势、目标和特性，将部分地在下面的说明书中阐述，部分地对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，或者可以在审查下文时是显而易见的或者可以从本发明的实践中学习。通过在文本说明和其权利要求以及附图中特别指出的结构，实现本发明的目标和其他优势。
为了获得这些目标和其他优势，以及与本发明的目标相一致，提供了一种CIS，包括器件隔离层，形成在第一导电类型的衬底的器件隔离区上，该衬底包括有源区和器件隔离区，该有源区包括光电二极管区和晶体管区；第一导电类型的高浓度扩散区，围绕器件隔离层而形成；栅电极，形成在衬底的有源区上，在其中间插入栅绝缘层；第二导电类型的低浓度扩散区，形成在光电二极管区上并距离器件隔离层预设距离；以及第二导电类型的高浓度扩散区，形成在晶体管区上。
在本发明的另一方面，提供了一种制造CIS的方法，包括在第一导电类型的衬底的器件隔离区上形成器件隔离层，以及围绕器件隔离层的第一导电类型的高浓度扩散区，该衬底包括有源区和晶体管区；在衬底的有源区上形成栅电极，在其中间插入栅绝缘层；在光电二极管区上形成第二导电类型的低浓度扩散区，与器件隔离层相隔预设距离；以及在晶体管区上形成第二导电类型的高浓度扩散区。
应理解，本发明的上述概括说明和下面详细描述是示例性和说明性的，并旨在提供如所要求的本发明的进一步解释。
附图，包括以提供本发明的进一步理解并在此引入并构成本申请的一部分，说明本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图1是现有技术CIS的截面图；图2是根据本发明的实施例的CIS的截面图；以及图3至10是说明根据本发明的实施例的制造CIS的方法的截面图。
具体实施例方式
现在将详细参照本发明的优选实施例，在附图中说明实施例的例子。
图2是根据本发明的实施例的互补金属氧化物硅图像传感器(CIS)的截面图。
参照图2，在CIS中，可以在具有有源区和器件隔离区的p++导电半导体衬底101上形成P-外延层(epi layer)102。有源区包括光电二极管区和晶体管区。
可以通过器件隔离层105和围绕器件隔离层105的高浓度p+扩散区106限定半导体衬底101上的有源区。在特定实施例中，p+扩散区106可以形成为具有1至2um的接合深度。
这里，除了顶表面之外，高浓度p+扩散区106围绕器件隔离层105，并可以形成为比器件隔离层105更深地进入半导体衬底。因此，可以最大化像素之间的器件分隔的隔离效果，并防止互扰。
此外，器件隔离层105的界面中的晶格缺陷防止高浓度p+扩散区106被转换为光电二极管区。因此，可以防止接面漏电流或界面电子阱，使得改进图像传感器的敏感度。
可以在半导体衬底101的有源区上形成栅电极108，在其中间插入栅绝缘层107。
低浓度n-扩散区112可以形成在栅电极108的一侧的光电二极管区上，并且与器件隔离层105相隔预设距离。
这样，低浓度n-扩散区112可以与器件隔离层105相隔高浓度p+扩散区106的厚度。因此，最大化像素之间的器件分隔的隔离效果，并可以防止互扰。
可以在栅电极的另一侧的晶体管区上形成低浓度n-扩散区110。可以在栅电极108的两个侧面上形成绝缘层侧壁113。还可以在晶体管区上形成高浓度n+扩散区115。在进一步实施例中，可以在靠近具有低浓度n-扩散区112的光电二极管区的表面形成Po扩散区117。
图3至10是说明根据本发明的实施例的制造CIS的方法的截面图。
在下文中，每个组件的形成顺序不应被构建为限制于在此阐述的实施例。在组件之间可以互换形成顺序。
参照图3，可以使用外延工序在半导体衬底101上形成低浓度第一导电(P-)外延层102。在特定实施例中，半导体衬底101可以是高浓度第一导电(P++)单晶硅。
这里，外延层102可以在光电二极管主要地并深地形成耗尽区，使得积聚低压光电二极管中的光电荷的能力增加，以及光敏感度改进。
在另一实施例中，半导体衬底101可以是其上具有p型外延层的n型衬底。
接下来，如图4所示，在具有外延层102的半导体衬底101上形成焊盘(pad)氧化物层103。可以在焊盘氧化物层103上形成第一光敏层104。
接下来，可以使用曝光和显影工序选择性地蚀刻第一光敏层104，以限定器件隔离区。
这里，第一光敏膜104没有被覆盖的区域变为器件隔离区。第一光敏膜104被覆盖的区域变为有源区。
使用构图的第一光敏膜104作为掩模，可以将氧(O2)离子注入半导体衬底101的器件隔离区。然后，可以以高浓度将P+杂质离子注入具有氧离子的器件隔离区。在一个实施例中，P+杂质离子可以是B+离子。
接下来，可以在半导体衬底101上执行退火工序以扩散氧离子和高浓度P+杂质离子，使得在半导体衬底101的器件隔离区上形成器件隔离层，并且同时围绕器件隔离层105形成高浓度P+扩散区106。
这里，在高浓度P+扩散区106中使用的高浓度P+杂质离子具有比被注入以形成器件隔离层105的氧离子更好的扩散性。因此，高浓度P+杂质离子更宽地扩散并围绕器件隔离层105。
在特定实施例中，高浓度P+扩散区106形成为具有比器件隔离层105要深的1至2um的接合深度。
因此，除了顶表面之外，高浓度P+扩散区106可以围绕器件隔离层105，并可以被形成为比器件隔离层105更深地进入衬底。因此，可以最大化像素之间的器件分隔的隔离效果，并防止互扰。
此外，器件隔离层105的界面中的晶格缺陷区防止高浓度P+扩散区106被转换为光电二极管区。因此，可以防止接面漏电流或界面电子阱，使得改进图像传感器的灵敏度。
接下来，如图5所示，除去第一光敏膜104和焊盘氧化物层103。可以在具有器件隔离层105的外延层的整个表面上顺序地淀积栅绝缘层107和导电层(例如，高浓度多晶硅层)。
在一个实施例中，可以使用热氧化处理或化学气象淀积(CVD)方法形成栅绝缘层107。
可以选择性地除去导电层和栅绝缘层107，以形成栅电极108。
如图6所示，可以在具有栅电极108的半导体衬底101的整个表面上形成第二光敏膜109。第二光敏膜109可以覆盖每个光电二极管区并可以使用曝光和显影工序而被构图为露出每个晶体管的源区/漏区。
使用构图的第二光敏膜109作为掩模，以低浓度将n-杂质离子注入露出的源区/漏区，以形成n-扩散区110。
在实施例中，n-扩散区110被认为是可选择的并且不需要形成。
如图7所示，在除去第二光敏膜109之后，第三光敏膜111可以在半导体衬底101的整个表面上形成，并使用曝光和显影工序而被构图为露出每个光电二极管区。
使用构图的第三光敏膜111作为掩模，可以以低浓度将n-杂质离子注入外延层102，以形成n-扩散区112。
在一个实施例中，在源区/漏区中，可以使用比n-扩散区110高的能量执行用于形成n-扩散区112的杂质离子注入。因此，n-扩散区112可以形成为进入衬底比n-扩散区110更深。
然后，在除去构图的第三光敏膜111并在半导体衬底101的整个表面上淀积绝缘层之后，可以执行回蚀工序来在栅电极108的栅电极的两侧上形成侧壁绝缘层113。
接下来，如图8所示，可以在具有侧壁绝缘层113的半导体衬底101的整个表面上形成第四光敏膜114。第四光敏膜114可以覆盖每个光电二极管区，并可使用曝光和显影工序而被构图为露出源区/漏区。
接下来，使用第四光敏膜114作为掩模，可以以高浓度将n+杂质离子注入露出的源区/漏区，以形成高浓度n+扩散区115。
接下来，如图9所示，在除去第四光敏膜114之后，可以在半导体衬底101的整个表面上形成第五光敏膜116。可以使用曝光和显影工序构图第五光敏膜116，以露出每个光电二极管区。
使用构图的第五光敏膜116作为掩模，将Po杂质离子注入具有低密度n-扩散区112的外延层102，以在外延层102中形成Po扩散区117。
如图10所示，在除去第五光敏膜116之后，可以在半导体衬底101上执行热处理工序，以扩散每个杂质扩散区。
接下来，尽管处理没有在图中示出，在所得结构上的层间绝缘层中形成多个金属线之后，可以形成滤色镜层和微透镜以完成图像传感器。
根据本发明，CIS和制造其的方法具有下面的效果。
在注入氧离子之后，形成器件隔离膜，然后围绕器件隔离膜形成P+扩散区。因此，最大化像素之间的器件分隔的隔离效应并防止互扰。
因此，由于围绕器件隔离膜形成P+扩散区，器件隔离层的界面中的晶格缺陷防止高浓度P+扩散区106被转换为光电二极管区。因此，可以防止接面漏电流或界面电子阱，使得图像传感器的敏感度改进。
对于本领域技术人员来说，很明显可以在本发明中做出各种改进和变化。因此，本发明旨在覆盖本发明的改进和变化，只要它们落入所附权利要求及其等效的范围内。
权利要求
1.一种CIS(互补金属氧化物硅图像传感器)，包括第一导电类型的衬底，具有器件隔离区和有源区，有源区包括光电二极管区和晶体管区；器件隔离层，形成在衬底的器件隔离区上；高浓度第一导电类型扩散区，围绕器件隔离层而形成；栅电极，形成在衬底的有源区上，在其中间插入栅绝缘层；低浓度第二导电类型扩散区，形成在光电二极管区上与器件隔离层分开预设距离；以及高浓度第二导电类型扩散区，形成在晶体管区上。
2.如权利要求1的CIS，其中高浓度第一导电类型扩散区将器件隔离层与低浓度第二导电类型扩散区绝缘。
3.如权利要求1的CIS，其中除了器件隔离层的顶表面之外，高浓度第一导电类型扩散区围绕器件隔离层。
4.如权利要求1的CIS，其中高浓度第一导电类型扩散区形成为比器件隔离层更深地进入衬底。
5.如权利要求4的CIS，其中高浓度第一导电类型扩散区具有1至2um的接合深度。
6.如权利要求1的CIS，其中通过在器件隔离区上注入氧离子并在氧离子注入的衬底上执行热处理工序来形成器件隔离层。
7.如权利要求1的CIS，其中高浓度第一导电类型扩散区是P+杂质区。8.如权利要求7的CIS，其中通过将B+离子注入衬底的器件隔离区，形成高浓度第一导电类型扩散区。
9.如权利要求1的CIS，还包括在衬底的晶体管区上形成的第一导电类型的低浓度扩散区。
10.如权利要求1的CIS，其中低浓度第二导电类型扩散区与器件隔离层分隔高浓度第一导电类型扩散区的厚度，该高浓度第一导电类型扩散区围绕器件隔离层而形成。
11.一种制造CIS(互补金属氧化物硅图像传感器)的方法，该方法包括在第一导电类型的衬底的器件隔离区上形成器件隔离层；形成围绕器件隔离层的高浓度第一导电类型扩散区；在衬底的有源区上形成栅电极，在其中间插入栅绝缘层；在有源区的光电二极管区上形成低浓度第二导电类型扩散区，其与器件隔离层相隔预设距离；以及在有源区的晶体管区上形成高浓度第二导电类型扩散区。
12.如权利要求11的方法，其中形成器件隔离层包括将氧离子注入器件隔离区，并对氧离子注入的衬底执行热处理。
13.如权利要求11的方法，其中高浓度第一导电类型扩散区将器件隔离层与低浓度第二导电类型扩散区隔离。
14.如权利要求11的方法，其中除了器件隔离层的顶表面之外，高浓度第一导电类型扩散区围绕器件隔离层。
15.如权利要求11的方法，其中形成器件隔离层和高浓度第一导电类型扩散区包括在衬底上形成焊盘氧化物层；在焊盘氧化物上涂布光敏膜，并构图焊盘氧化物以露出器件隔离区；使用构图的光敏膜作为掩模，将氧离子和高浓度第一导电杂质离子注入器件隔离区；以及对衬底执行退火工序，已将氧离子和高浓度第一导电杂质离子注入该衬底。
16.如权利要求15的方法，其中使用构图的光敏膜作为掩模，顺序地注入氧离子和高浓度第一导电杂质离子。
17.如权利要求11的方法，其中高浓度第一导电类型扩散区形成为比器件隔离层更深地进入衬底。
18.如权利要求11的方法，其中高浓度第一导电类型扩散区形成为具有1至2um的接合深度。
19.如权利要求11的方法，其中通过将B+离子注入衬底的器件隔离区，形成高浓度第一导电类型扩散区。
20.如权利要求11的方法，还包括在衬底的晶体管区上形成低浓度第一导电类型扩散区。
全文摘要
提供了一种CIS及其制造方法。该CIS包括器件隔离层，形成在第一导电类型的衬底的器件隔离区上，该衬底包括有源区和器件隔离区，该有源区包括光电二极管区和晶体管区；第一导电类型的高浓度扩散区，围绕器件隔离层而形成；栅电极，形成在衬底的有源区上，在其中间插入栅绝缘层；第二导电类型的低浓度扩散区，形成在光电二极管区上并距离器件隔离层预设距离；以及第二导电类型的高浓度扩散区，形成在晶体管区上。
文档编号H01L21/70GK1941393SQ20061014150
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者黄 俊 申请人:东部电子有限公司