專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造cmos圖像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)一般涉及圖像傳感器，具體涉及制造互補(bǔ)型金屬氧化硅(CMOS)圖像傳感器的方法，這種方法能防止暗電流產(chǎn)生。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種半導(dǎo)體器件，能將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電學(xué)圖像，可以是CMOS圖像傳感器或電荷耦合器件(CCD)。許多能儲(chǔ)存和傳送載流子的單獨(dú)的金屬氧化硅(MOS)電容器設(shè)置的彼此非常接近，以形成電荷耦合器件。CMOS圖像傳感器是將控制電路和信號(hào)處理單元作為外圍電路的器件，具有通過(guò)CMOS技術(shù)分別相應(yīng)于像素形成的MOS晶體管，且采用開(kāi)關(guān)技術(shù)使得輸出通過(guò)MOS晶體管順序探測(cè)到。
已知電荷耦合器件的缺點(diǎn)在于驅(qū)動(dòng)方式復(fù)雜、耗電量高、由于很多掩模工藝造成制造工藝復(fù)雜、和由于妨礙設(shè)計(jì)能在這種芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理電路而造成的制造單個(gè)芯片CCD的困難。使用亞微米CMOS技術(shù)的CMOS圖像傳感器的持續(xù)發(fā)展意欲克服這些缺點(diǎn)。
存在幾種不同類(lèi)型的用于CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)。典型的商品化類(lèi)型包括具有三個(gè)晶體管(3-T)結(jié)構(gòu)的像素，包括三個(gè)基本晶體管和一個(gè)光電二極管；具有四個(gè)晶體管(4-T)結(jié)構(gòu)的像素，包括四個(gè)基本晶體管和一個(gè)光電二極管。傳統(tǒng)的3-T型CMOS圖像傳感器在圖1中示出，其中3-T型CMOS圖像傳感器的單位像素包括三個(gè)晶體管和一個(gè)光電二極管PD。
參看圖1，每個(gè)晶體管都包括復(fù)位柵(gate，門(mén))Rx，用于使聚集在光電二極管PD中的光電荷復(fù)位；驅(qū)動(dòng)?xùn)臘x，充當(dāng)源跟隨器緩沖放大器；和選擇柵Sx，用于通過(guò)開(kāi)關(guān)尋址。這里，包括光電二極管PD的光電二極管區(qū)A不包含自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物，而邏輯區(qū)(即不同于光電二極管區(qū)A的區(qū)域)形成有自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物。自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物在形成邏輯區(qū)中使用，以便可提高晶體管Rx、Dx、和Sx的工作速度，但是由于自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物將反射由光電二極管PD接收的用來(lái)復(fù)制圖像的光，所以光電二極管區(qū)A中沒(méi)有自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物。
參看圖2，示出沿圖1的線I-I’的光電二極管PD和復(fù)位柵Rx，3-T型CMOS圖像傳感器包括柵氧化膜2，形成在半導(dǎo)體層1上，該半導(dǎo)體層1具有高濃度p++層、p外延(p-epi)層，且場(chǎng)氧化膜9層疊在其中；復(fù)位柵3，形成在柵氧化膜2上；以及光電二極管雜質(zhì)區(qū)(PDN)4，在復(fù)位柵3一側(cè)形成在光電二極管區(qū)A中。n+區(qū)5在復(fù)位柵3的另一側(cè)形成半導(dǎo)體層1中，隔離物(spacer)6形成在復(fù)位柵3的兩側(cè)。n-區(qū)7形成在隔離物6之下，靠近半導(dǎo)體層1中的n+區(qū)5。如上所述，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物膜8不能形成在光電二極管區(qū)A中，且必須專(zhuān)門(mén)在邏輯區(qū)中形成。這樣，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物膜8被排斥在復(fù)位柵3屬于光電二極管區(qū)A的區(qū)域之外，僅在復(fù)位柵3屬于邏輯區(qū)的區(qū)域和n+區(qū)5中形成。
將參看圖3A至圖3H描述制造傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的方法，在3A至圖3H中，每幅圖都示出光電二極管區(qū)(左側(cè)，相應(yīng)于圖1的線I-I’)和邏輯區(qū)(右側(cè)，相應(yīng)于圖1的線II-II’)。這里，應(yīng)注意，典型的圖像傳感器包括半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層具有層疊形成的高濃度p++層和p外延層，將高濃度p++層和p外延層一起稱(chēng)之為半導(dǎo)體層10。
首先，如圖3A中所示，通過(guò)利用氧化工藝(例如，熱氧化工藝)在半導(dǎo)體層10上形成局部場(chǎng)氧化膜11，限定有源區(qū)(activearea)。接著，在有源區(qū)的整個(gè)表面上形成厚度約為50的基于氧化膜的柵絕緣膜12。接著，在沉積單個(gè)或多個(gè)多晶硅、鎢、或類(lèi)似物的導(dǎo)電膜后，通過(guò)使用用于形成柵電極圖樣的掩模在圖樣化工藝中穿過(guò)柵導(dǎo)電膜進(jìn)行圖樣化，形成柵電極(gate electrode，門(mén)電極)13。在光電二極管區(qū)中形成的柵電極13是復(fù)位柵電極，在邏輯區(qū)中形成的柵電極13是驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O或選擇柵電極。接著使用用于打開(kāi)光電二極管區(qū)的離子注入掩模(未示出)注入離子，(以打開(kāi)光電二極管區(qū))，使得N型光電二極管雜質(zhì)區(qū)14在半導(dǎo)體層10中形成，以便在復(fù)位柵電極一側(cè)對(duì)準(zhǔn)。此外，將低濃度雜質(zhì)離子注入除光電二極管區(qū)以外的有源區(qū)，例如復(fù)位柵電極和驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O之間的半導(dǎo)體層10，從而形成n-區(qū)15，該n-區(qū)將成為晶體管的低濃度源/漏區(qū)。
接著，如圖3B中所示，在柵絕緣膜12和柵電極13的整個(gè)表面上形成隔離物形成絕緣膜16。通過(guò)順序沉積例如200的SiO2膜和800的SiN膜形成隔離物形成絕緣膜16。
接著，如圖3C中所示，隔離物形成絕緣膜16被初始蝕刻(primarily etch)，在初始蝕刻之后保留在柵電極13的兩側(cè)處，從而形成隔離物16a。將初始蝕刻控制為具有1.62∶1的SiN∶SiO2蝕刻率。當(dāng)器件尺寸減小時(shí)，柵的長(zhǎng)度逐漸減少，造成窄線效應(yīng)。窄線效應(yīng)是器件電阻不規(guī)則增加的現(xiàn)象，執(zhí)行自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物工藝，以減弱窄線效應(yīng)。自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物是具有低電阻的材料，通過(guò)硅和金屬的反應(yīng)形成。特別地，包含鈦的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物工藝遭受燒結(jié)現(xiàn)象(agglomeration phenomenon)，其中鈦與硅不完全反應(yīng)，由此鈦和硅保持無(wú)定形。這樣，為了避免這種現(xiàn)象，必須過(guò)蝕刻隔離物16a，以便打開(kāi)柵電極13的上側(cè)表面。典型地，在0.25μm工藝中，過(guò)蝕刻的隔離物必須具有250?；蚋蟮拈L(zhǎng)度；在0.18μm工藝中，過(guò)蝕刻的隔離物必須具有500或更大的長(zhǎng)度。
為此，如圖3D中所示，隔離物16a被過(guò)蝕刻。該過(guò)蝕刻工藝通過(guò)兩個(gè)步驟執(zhí)行，由此在僅有選擇地蝕刻SiN膜的情況下執(zhí)行后初始蝕刻，以3.53∶1的SiN∶SiO2蝕刻率執(zhí)行后續(xù)蝕刻。這樣，完全去除SiN膜，且SiO2膜的厚度保留為25。因此，柵電極13的兩側(cè)形成有絕緣膜，每個(gè)都具有75的高度，包括25的SiO2膜和50的下部柵絕緣膜12。
如上所述，為了使得自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物容易形成，執(zhí)行隔離物的過(guò)蝕刻，且隔離物的過(guò)蝕刻一般被邏輯工藝使用。然而，在CMOS圖像傳感器中，在隔離物過(guò)蝕刻期間損壞了光電二極管區(qū)的半導(dǎo)體層10，造成暗電流產(chǎn)生。
此后，如圖3E中所示，將隔離物16a用作掩模，將高濃度離子注入除了光電二極管區(qū)之外的有源區(qū)中，從而形成n+區(qū)17，該n+區(qū)將成為晶體管的高濃度源/漏區(qū)，接著在所形成的整個(gè)表面上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜18。為了完成傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的制造，如圖3F中所示形成光致抗蝕劑19，以便覆蓋光電二極管區(qū)；如圖3G中所示，將光致抗蝕劑19用作掩模，對(duì)自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜18進(jìn)行各向同性蝕刻；最終，如圖3H中所示，去除光致抗蝕劑19。盡管在圖中沒(méi)有示出，通過(guò)將自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜18用作掩模執(zhí)行自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物工藝，在柵電極13和n+區(qū)17上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物膜。
在如上所述制造傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的方法中，自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物必須在邏輯區(qū)中的柵電極上形成，以減少晶體管的電阻，在此情形下，必須將隔離物過(guò)蝕刻，以便打開(kāi)柵電極的側(cè)部，從而防止燒結(jié)現(xiàn)象，其中硅與高熔點(diǎn)的金屬不完全反應(yīng)，且保持為無(wú)定形。然而，利用傳統(tǒng)方法，在過(guò)蝕刻工藝期間可能損壞光電二極管中的半導(dǎo)體層，從而造成暗電流。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種制造CMOS圖像傳感器的方法，這種方法能大致消除由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)造成的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供了一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法能防止在側(cè)壁上進(jìn)行過(guò)蝕刻工藝期間損壞光電二極管區(qū)中的半導(dǎo)體層。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法能防止光電二極管區(qū)中的半導(dǎo)體層損壞，從而防止暗電流產(chǎn)生。
在以下描述中，本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)、和特性將部分地得以闡述，且在本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀下述后，部分地將變得顯而易見(jiàn)，或可從本發(fā)明的實(shí)施獲得。通過(guò)在書(shū)面描述中特別指出的結(jié)構(gòu)及其權(quán)利要求以及附圖，可實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
如本文中所體現(xiàn)和廣泛描述的，為了獲得與本發(fā)明目的一致的這些目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在限定有光電二極管區(qū)和邏輯區(qū)的半導(dǎo)體層上形成柵電極(在具有光電二極管區(qū)和邏輯區(qū)的限定區(qū)域的半導(dǎo)體層上形成柵電極)，使得柵氧化膜介于半導(dǎo)體層和柵電極之間；在柵電極的兩側(cè)形成側(cè)壁絕緣膜，之后在柵電極和絕緣膜的整個(gè)表面上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜(salicide-preventing film)；去除在邏輯區(qū)中形成的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜；以及去除通過(guò)去除自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜而暴露的側(cè)壁絕緣膜的一部分，從而暴露柵電極的上側(cè)表面。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的上述一般性描述和下述具體描述是示范性和說(shuō)明性的，目的在于提供對(duì)所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步的說(shuō)明。


附圖、本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例、以及描述用以說(shuō)明本發(fā)明的原理，其中附圖包含進(jìn)來(lái)以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，且整合在本申請(qǐng)中并構(gòu)成本發(fā)明的部分。
圖1是傳統(tǒng)的3-T型CMOS圖像傳感器中的單位像素的布置圖；圖2是沿圖1的線I-I’的截面圖；圖3A-3H是示出制造傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的方法的截面圖；以及圖4A-4H是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造CMOS圖像傳感器的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參看本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。在任何可能的位置，相同的參考標(biāo)號(hào)將在圖中自始至終是指相同或詳細(xì)部分。
將參看圖4A-4H描述制造根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的方法，其中在圖4A-4H中，每幅圖都示出光電二極管區(qū)(左側(cè)，相應(yīng)于圖1的線I-I’)和邏輯區(qū)(右側(cè)，相應(yīng)于圖1的線II-II’)。這里，半導(dǎo)體層20是具有層疊形成的高濃度p++層和p外延層的半導(dǎo)體層。
首先，如圖4A中所示，通過(guò)利用氧化工藝(例如，熱氧化工藝)在半導(dǎo)體層20上形成局部場(chǎng)氧化膜21，限定有源區(qū)。接著，在有源區(qū)的整個(gè)表面上形成厚度約為50的基于氧化膜的柵絕緣膜22。接著，在沉積單個(gè)或多個(gè)多晶硅、鎢、或類(lèi)似物的導(dǎo)電膜后，通過(guò)使用用于形成柵電極圖樣的掩模在圖樣化工藝中通過(guò)柵導(dǎo)電膜進(jìn)行圖樣化，形成柵電極。在光電二極管區(qū)中形成的柵電極是復(fù)位柵電極43，且在邏輯區(qū)中形成的柵電極是驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O23(或選擇柵電極23)。接著使用用于打開(kāi)(opening)光電二極管區(qū)的離子注入掩模(未示出)注入離子，(用于打開(kāi)光電二極管區(qū))，然后，在半導(dǎo)體層20中形成N型光電二極管雜質(zhì)區(qū)(PDN)24，以便在復(fù)位柵電極43一側(cè)對(duì)準(zhǔn)。將低濃度雜質(zhì)離子注入除光電二極管區(qū)以外的有源區(qū)，例如復(fù)位柵電極43和驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O23之間的半導(dǎo)體層20，從而形成n-區(qū)25，該n-區(qū)將成為晶體管的低濃度源/漏區(qū)。
接著，如圖4B中所示，在柵絕緣膜22和柵電極43和23的整個(gè)表面上形成隔離物形成絕緣膜26。通過(guò)沉積例如單層(單個(gè)絕緣膜)或多層(即，層疊成的膜)100?！?00的SiO2膜和/或800的SiN膜形成隔離物形成絕緣膜26。這里，層疊成的膜優(yōu)選包括具有不同蝕刻率的第一絕緣膜和第二絕緣膜。
接著，如圖4C中所示，對(duì)隔離物形成絕緣膜26進(jìn)行蝕刻，以便在蝕刻工藝之后使其保留在柵電極43和23的兩側(cè)，從而形成隔離物26a。與傳統(tǒng)方法不同，隔離物26a將不被過(guò)蝕刻，從而不暴露柵電極的側(cè)部。
接著，如圖4D中所示，將隔離物26a用作掩模，將高濃度雜質(zhì)離子注入除光電二極管區(qū)以外的有源區(qū)，從而形成n+區(qū)27，該n+區(qū)將成為晶體管的高濃度源/漏區(qū)，然后，在所形成的整個(gè)表面上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜28。
接著，如圖4E中所示，形成光致抗蝕劑(光刻膠)29，以覆蓋光電二極管區(qū)。
接著，如圖4F中所示，將光致抗蝕劑29用作掩模，對(duì)自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜28進(jìn)行各向同性蝕刻，對(duì)柵電極43的隔離物26進(jìn)行過(guò)蝕刻，以打開(kāi)柵電極的上側(cè)表面，其中該隔離物是通過(guò)去除自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜28而部分暴露的。該過(guò)蝕刻工藝通過(guò)兩個(gè)步驟執(zhí)行，由此在僅有選擇地蝕刻SiN膜的情況下執(zhí)行初始蝕刻，以3.53∶1的SiN∶SiO2蝕刻率執(zhí)行后續(xù)蝕刻。這樣，完全去除SiN膜，且SiO2膜的厚度保留為約25。因此，柵電極43和23的兩側(cè)形成有絕緣膜，每個(gè)都具有75的高度，包括25的SiO2膜和50的下部柵絕緣膜22。
在過(guò)蝕刻工藝期間，由于光電二極管區(qū)用充當(dāng)掩模的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜28覆蓋，所以可防止光電二極管區(qū)中的半導(dǎo)體層20由于過(guò)蝕刻而被損壞。
接著，如圖4H所示，去除光致抗蝕劑29。
盡管在圖中沒(méi)有示出，將自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜28用作掩模，利用自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物工藝在柵電極43和23和n+區(qū)27上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物膜30。
最后，完成了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的制造。
如上所述，在用于打開(kāi)柵電極的側(cè)的過(guò)蝕刻工藝期間，由于光電二極管區(qū)用充當(dāng)掩模的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物保護(hù)絕緣膜28覆蓋，所以制造根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的方法能防止光電二極管區(qū)中的半導(dǎo)體層由于過(guò)蝕刻而被損壞。因此，可防止由襯底損壞造成的暗電流產(chǎn)生，從而提高圖像傳感器的性能。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同更換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在限定有光電二極管區(qū)和邏輯區(qū)的半導(dǎo)體層上形成柵電極，使一柵氧化膜介于所述半導(dǎo)體層和所述柵電極之間；在所述柵電極的兩側(cè)形成側(cè)壁絕緣膜，之后在所述柵電極和絕緣膜的整個(gè)表面上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜；去除在所述邏輯區(qū)中形成的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜；以及去除通過(guò)去除所述自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜而暴露的所述側(cè)壁絕緣膜的一部分，從而暴露所述柵電極的上側(cè)表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在暴露所述柵電極的側(cè)面后，將自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜用作掩模，在暴露的柵電極上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述側(cè)壁絕緣膜由單絕緣膜和層疊膜中的一種形成，所述層疊膜包括具有不同蝕刻率的第一絕緣膜和第二絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一絕緣膜是基于氧化物的絕緣膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二絕緣膜是氮化物絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一絕緣膜具有100～300的厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造CMOS圖像傳感器的方法。該方法包括在限定有光電二極管區(qū)和邏輯區(qū)的半導(dǎo)體層上形成柵電極，使柵氧化膜介于半導(dǎo)體層和柵電極之間；在柵電極的兩側(cè)形成側(cè)壁絕緣膜，之后在柵電極和絕緣膜的整個(gè)表面上形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜；去除在邏輯區(qū)中形成的自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜；以及去除通過(guò)去除自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物防護(hù)膜而暴露的側(cè)壁絕緣膜的一部分，從而暴露柵電極的上側(cè)表面。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1707805SQ20051007694
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者韓昌勛 申請(qǐng)人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社