专利名称：互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传感器的制造方法。特别地，本发明涉及一种形成互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中浮置扩散结区的方法。更具体而言，本发明涉及一种CMOS图像传感器的制造方法，其能独立控制作为浮置扩散区中欧姆接触区的浮置扩散结区(floating diffusion node region)的杂质浓度。
背景技术：
一般而言，图像传感器为用于将光学图像转化为电信号的半导体器件，且其通常被分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
其中，所述CCD需要高能耗以及很多复杂的制造工艺，并且难以在单个芯片中制造。
因此，近来CMOS图像传感器得到热切关注。
CMOS传感器在每一单位像素中均包括PD和MOS晶体管，从而在开关模式下通过所述MOS晶体管检测各单位像素上的电信号以获取图像。
由于CMOS图像传感器使用CMOS制造技术，所以CMOS图像传感器要求低能耗以及在制造过程中仅需约20个掩模。因此，CMOS图像传感器的制造工艺非常简单。
此外，由于CMOS图像传感器可以与各种信号处理电路一起实现于单个芯片中，这就使得CMOS图像传感器作为下一代图像传感器而得到相当多的关注。
下文中，将参考附图描述传统的CMOS图像传感器。
图1为示出了包括一个光电二极管和四个晶体管的4T型CMOS图像传感器的等效电路图，而图2为示出了传统的4T型CMOS图像传感器的一个单位像素的布局图。
如图1和图2所示，所述4T型CMOS图像传感器的所述单位像素包括一个用作光电转化部的光电二极管PD10和四个晶体管Tx、Rx、Dx及Sx。
在这种情况下，所述四个晶体管分别为转移晶体管Tx20、复位晶体管Rx30、驱动晶体管Dx40以及选择晶体管Sx50。此外，负载晶体管(未示出)电连接于所述选择晶体管的漏极端子处，所述漏极端子作为各单位像素的输出端子。
图3为上述传统的4T型CMOS图像传感器的剖视图。
如图3所示，传统的4T型CMOS图像传感器包括P-型半导体衬底1，其上限定有源区和隔离区；隔离层5，其形成于该隔离区中；阱区，其形成于该半导体衬底1的表面上；以及栅绝缘层(未示出)、栅电极20与30以及形成于所述栅绝缘层和所述栅电极的两侧的隔离件125，它们顺序地叠置于该半导体衬底10的有源区中的预定部分处。此外，N-型轻掺杂漏极区(未示出)形成于半导体衬底10的、位于隔离件125下方的表面中。
此外，所述晶体管Tx、Rx、Dx及Sx的栅极均形成于所述栅电极20、30、40、及50内。N+型阱区形成于在栅电极20、30、40和50两侧的所述半导体衬底表面10上，用作每一晶体管的源极/漏极区。
同时，根据制造传统CMOS图像传感器的方法，浮置扩散结区包括一个形成于所述转移晶体管Tx和复位晶体管Rx之间的N+型阱区。
然而，所述传统CMOS图像传感器具有如下缺点。
根据制造所述传统CMOS图像传感器的方法，所述浮置扩散结区通常在掩模打开时露出，且所述掩模用于在形成光电二极管之后形成逻辑区段(logic section)的结区(junction region)。为便于参考，逻辑区段的结区表示浮置扩散区，下文中将对其进行描述。
因此，在所述制造传统CMOS图像传感器的方法中，在用于形成该逻辑区段的结区的离子注入期间，将离子注入到浮置扩散结区中，从而难以独立地调节该浮置扩散(FD)区的电容值。
此外，通常，由于使用一个掩模，所以在参数选择方面，减少了用于降低该浮置扩散结区的结漏电流的工艺。
发明内容
因此，本发明目的在于一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的制造方法，其中用于形成逻辑区段的结区的掩模的形成和用于形成单位像素浮置扩散结区的掩模无关。
为了实现该目的，根据本发明第一实施例，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的制造方法，包括以下步骤制备形成有隔离层的半导体衬底；形成光电二极管与第一和第二多层栅，其中该光电二极管设置于所述半导体衬底的预定部分处，所述第一和第二多层栅位于该半导体衬底上并与该光电二极管隔开预定间隔；在该半导体衬底上形成位于所述第一多层栅与所述第二多层栅之间的浮置扩散区，以接收从该光电二极管转移的电子；以及在该浮置扩散区的一部分上形成用于金属接触部的浮置扩散结区。
在本发明中，所述第一多层栅为CMOS图像传感器的转移晶体管的多层栅；而所述第二多层栅为CMOS图像传感器的复位晶体管的多层栅。
在本发明中，所述浮置扩散区通过注入n型杂质离子而形成。
在本发明中，在注入所述n型杂质离子之后，该制造方法还包括将p型杂质离子注入到所述浮置扩散区的表面中的步骤。
在本发明中，注入到所述浮置扩散结区的杂质为N+型杂质，其密度高于注入到所述浮置扩散区中的杂质的密度。
根据本发明第二实施例，一种互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS)的制造方法，包括以下步骤制备形成有隔离区和有源区的半导体衬底；在所述有源区的预定部分处形成多个多层栅；在该在所述多层栅中任一个的一侧上的该半导体衬底上形成光电二极管；在所述多层栅的侧壁上形成隔离件；利用第一掩模注入N0型杂质离子以在所述有源区中限定浮置扩散区，该第一掩模用于隔离该光电二极管并露出所述多个多层栅之间的区域；利用所述第一掩模将P0型杂质离子注入到所述浮置扩散区的表面中；以及，利用只露出所述浮置扩散区的一部分的第二掩模注入N+型杂质离子，以在所述浮置扩散区的一部分上形成用于金属接触部的浮置扩散结区。
图1为示出了包括一个光电二极管和四个晶体管的4T型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的等效电路图；
图2为示出了传统的4T型CMOS图像传感器的单位像素的布局图；图3为示出了传统的4T型CMOS图像传感器的剖视图；图4为示出了根据本发明的CMOS图像传感器的单位像素的布局图；以及图5为示出了根据本发明的CMOS图像传感器的剖视图。
具体实施例方式
下面将参考附图对根据本发明的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法进行描述。
图4为示出了根据本发明的CMOS图像传感器的单位像素的布局图，而图5示出了根据本发明的CMOS图像传感器的剖视图。
如图5所示，本发明的CMOS图像传感器包括半导体衬底100，其具有隔离层105；光电二极管110，其形成于该半导体衬底100的预定部分；多个多层栅120和130，其距离该光电二极管110以预定间隔形成；隔离件125，其形成于所述多层栅120和130的侧壁上；浮置扩散区160，其形成于所述多层栅120与130之间；以及浮置扩散结区162，其形成于所述浮置扩散区160中部。
在此，通过在其全体(161)中注入n型(或N0型)杂质离子而形成该浮置扩散区160，并通过注入N+型杂质离子形成该浮置扩散结区162。该浮置扩散结区162为欧姆接触区。
同时，浮置扩散区160的除该浮置扩散结区162之外的剩余部分注入有p型杂质离子，从而形成层163。
根据本发明的制造具有如上所述结构的CMOS图像传感器的方法按如下方式进行。
首先，制备半导体衬底100，其中限定了隔离区和有源区。
在此，所述隔离区表示形成隔离层105的部分，而所述有源区表示其它部分。
该半导体衬底100包括其中掺杂p型杂质离子的p阱。该p阱区包括随后形成的元件。
然后，在该半导体衬底100的有源区的预定部分处形成多个多层栅120和130。在此，所述多层栅120和130为构成CMOS图像传感器的转移晶体管Tx和复位晶体管Rx的多层栅。
随后，在该半导体衬底100上形成光电二极管110，以便邻近所述多层栅120和130中的任一个多层栅，如图4所示。该光电二极管110通过以预定深度注入杂质离子，随后将p型杂质离子注入到所得到的表面中而得以形成。
接着，在所述多层栅120和130的侧壁上形成氮化物层或氧化物层，从而完成隔离件125。
然后，利用第一掩模(包括图4中浮置扩散(FD)开口)将N0型杂质离子注入到由所述FD开口露出的区域中，其中该第一掩模隔离该光电二极管110并露出所述多层栅120与130之间的区域。
由该FD开口限定的N0型杂质区为如上所述的浮置扩散区160。
该浮置扩散区160用于接收从该光电二极管110转移的电子。
继续，利用所述第一掩模，将P0型杂质离子注入到所述浮置扩散区的表面中。因而，就在所述浮置扩散区160中形成p型杂质区163。
从上述内容可以看出，在本发明中，利用通常具有FD开口的第一掩模注入所述N0型杂质离子，然后再注入所述P0型杂质离子。
形成所述p型杂质区163的原因在于消除存在于所述浮置扩散区160表面上的晶体缺陷，并由此降低漏电流。
接着，利用第二掩模注入N+型杂质离子，该第二掩模只露出所述浮置扩散区160的一部分(对应于图4中的结开口)。
为了便于描述，按照这种方式形成的N+型杂质离子区被称为浮置扩散结区162。利用所述第二掩模形成的所述N+型浮置扩散结区162为形成金属接触部的部分，并且其优选地形成有最小面积。
如上所述，在根据本发明的CMOS图像传感器的制造方法中，通过使用第一掩模在所述多层栅120与130之间形成所述浮置扩散区161，然后通过使用第二掩模形成所述浮置扩散结区162。
因此，在本发明中，可独立地控制掺杂入所述浮置扩散区161中的杂质浓度。(因此，也可独立地控制所述浮置扩散区的电容值。)按照这种方式，在调节浮置扩散区161中的杂质掺杂浓度的情况下，能够降低所述浮置扩散结区162的结漏电流。因此，所述CMOS图像传感器的低亮度特性得以改善，且像素变化得以降低。
如上所述，在本发明中，独立地进行杂质注入工艺以形成浮置扩散结区，从而可以控制在p型半导体衬底100和N+型浮置扩散结区162之间产生的结漏电流。
一般而言，调节邻近所述p型半导体衬底的所述n型杂质区的杂质浓度进而可以调节存在于所述结之间的耗尽区(depletion domain)的电场。因此，可以调节结漏电流。
通常，由于在选择晶片时就确定p型半导体衬底的掺杂浓度，因此通过调节邻近所述p型半导体衬底的n型杂质区中的杂质浓度就可以调节结漏电流。
同时，在本发明的情况下，在注入N0型杂质离子以形成浮置扩散区160之后，可通过连续的离子注入工艺将P0型杂质离子注入到硅衬底的表面中。因此，能够降低因存在于硅衬底表面上的晶体缺陷而导致的漏电流。因此，所述CMOS图像传感器的低亮度特性得以改善。
此外，如上所述，在浮置扩散结区162中形成金属接触部。为方便起见，在注入N+型杂质离子以形成浮置扩散结区162时，就可能增加在浮置扩散结区162中因注入损伤所致的漏电流。
因此，优选地，所述浮置扩散结区162形成有最小面积。换句话说，由所述第二掩模露出的图4中的结开口优选地形成有最小面积。
如上所述，根据本发明的CMOS图像传感器及其制造方法具有以下效果。
首先，一旦通过形成逻辑区段中的结区以及独立地掺杂所述单位像素的所述浮置扩散结区而进行掩模工艺之后，就可以在浮置扩散结区上持续进行p型和n型掺杂。
其次，除了形成逻辑区段的结区之外，通过利用用于形成所述浮置扩散区的掩模进行浮置扩散结区的多次注入工艺，就可以调节p型和n型的掺杂浓度，从而可以进行降低所述浮置扩散区的结漏电流的工艺。
第三，当用于形成所述逻辑区段的结区的掩模打开时，这时只有所述浮置扩散结区中的接触部形成部分以最小面积露出。因此，对浮置扩散结区的注入损伤被减至最小，因而能够降低结漏电流。
因此，CMOS图像传感器的低亮度特性能够通过上述工艺得到改善。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行各种修改和变化。因此，这意味着，本发明覆盖在所附权利要求书及其等同范围内的所有修改和变化。
权利要求
1.一种互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，该制造方法包括以下步骤制备形成有隔离层的半导体衬底；形成光电二极管与第一和第二多层栅，其中该光电二极管设置于所述半导体衬底的预定部分处，所述第一和第二多层栅位于该半导体衬底上并与该光电二极管隔开预定间隔；在所述半导体衬底上形成位于所述第一多层栅与所述第二多层栅之间的浮置扩散区，以接收从该光电二极管转移的电子；以及在该浮置扩散区的一部分上形成用于金属接触部的浮置扩散结区。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一多层栅为该互补金属氧化物半导体图像传感器中的转移晶体管的多层栅；所述第二多层栅为该互补金属氧化物半导体图像传感器的复位晶体管的多层栅。
3.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述浮置扩散区通过注入n型杂质离子而形成。
4.如权利要求3所述的制造方法，其中，在注入所述n型杂质离子之后，该方法还包括将p型杂质离子注入到所述浮置扩散区的表面中的步骤。
5.如权利要求4所述的制造方法，其中，注入到所述浮置扩散结区的杂质为N+型杂质，其密度高于注入到所述浮置扩散区的杂质的密度。
6.一种互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，该制造方法包括以下步骤制备形成有隔离区和有源区的半导体衬底；在所述有源区的预定部分处形成多个多层栅；在所述多层栅中任一个的一侧的该半导体衬底上形成光电二极管；在所述多层栅的侧壁上形成隔离件；利用第一掩模注入N0型杂质离子以在所述有源区中限定浮置扩散区，该第一掩模用于隔离该光电二极管并露出所述多个多层栅之间的区域；利用所述第一掩模将P0型杂质离子注入到所述浮置扩散区的表面中；以及利用只露出所述浮置扩散区的一部分的第二掩模注入N+型杂质离子，以在所述浮置扩散区的一部分上形成用于金属接触部的浮置扩散结区。
全文摘要
本发明公开了一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的制造方法。该方法包括以下步骤制备形成有隔离层的半导体衬底；形成光电二极管与第一和第二多层栅，其中该光电二极管设置于所述半导体衬底的预定部分处，所述第一和第二多层栅位于该半导体衬底上并与该光电二极管隔开预定间隔；在所述半导体衬底上形成位于所述第一多层栅与所述第二多层栅之间的形成浮置扩散区，以接收从该光电二极管转移的电子；以及在该浮置扩散区的一部分上形成用于金属接触部的浮置扩散结区。因此，由于所述浮置扩散区的形成和所述浮置扩散结区的形成无关，因而可控制由浮置扩散结区产生的结漏电流。
文档编号H01L27/146GK1992224SQ200610171258
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月25日 优先权日2005年12月29日
发明者沈喜成 申请人:东部电子股份有限公司