專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，更具體而言，涉及一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，用于修復(fù)和/或保護(hù)光電二極管的表面和改善圖像傳感器的特性。
背景技術(shù)：
通常，CMOS圖像傳感器是使用像素陣列將光學(xué)圖像，即入射光，轉(zhuǎn)化成電輸出信號的裝置，每單位像素包括P-N結(jié)光電二極管以及附屬的CMOS晶體管電路。
由于每個(gè)陣列有大量的像素單元，因此CMOS圖像傳感器使用切換模式，該切換模式利用與像素?cái)?shù)量成正比數(shù)量的MOS晶體管順序地檢測各單位像素的電輸出信號。關(guān)于CMOS圖像傳感器需要著重考慮的是對入射光要具有高靈敏度。
CMOS圖像傳感器相對于廣泛使用的電荷耦合器件(CCD)具有若干優(yōu)點(diǎn)，例如驅(qū)動(dòng)模式簡單，有多種掃描模式，因?yàn)榛蛲ㄟ^使信號處理電路集成在單一芯片上而使產(chǎn)品微型化，兼容的CMOS技術(shù)使得制造成本降低，并使運(yùn)行功率消耗降低。
根據(jù)在每個(gè)像素中使用的晶體管的數(shù)量將CMOS圖像傳感器分類，包括三晶體管(3T)型、四晶體管(4T)型、和五晶體管(5T)型。3T型CMOS圖像傳感器包括光電二極管和三個(gè)晶體管。4T型CMOS圖像傳感器包括光電二極管和四個(gè)晶體管。5T型CMOS圖像傳感器包括光電二極管和五個(gè)晶體管。下面將參照圖1和圖2，描述4T型CMOS圖像傳感器的單位像素的等效電路和布置圖。
圖1是示出相關(guān)技術(shù)的4T型CMOS圖像傳感器的電路圖。圖2A-2C是示出相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的部分制造工藝的橫截面圖。
如圖1所示，一般相關(guān)技術(shù)的4T型CMOS圖像傳感器包括由一個(gè)光電二極管和四個(gè)MOS晶體管構(gòu)成的單位像素。該CMOS圖像傳感器包括光電二極管100，用于響應(yīng)入射光，產(chǎn)生電荷；傳遞晶體管(transfer transistor)101，用于響應(yīng)信號Tx，將光電二極管100中收集的電荷傳遞到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)(floating diffusion area)102；復(fù)位晶體管103，用于響應(yīng)于信號Tx，將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102的電勢設(shè)定為期望值，并發(fā)射電荷以復(fù)位浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102；激勵(lì)晶體管104，充當(dāng)源輸出緩沖放大器(source follower buffer amplifier)；以及選擇晶體管105，用于響應(yīng)于信號Sx，尋址轉(zhuǎn)換模式。在單位像素外形成負(fù)載晶體管106，以響應(yīng)于信號RL，讀取輸出信號(或?qū)⑤敵鼋Y(jié)點(diǎn)的電勢設(shè)定為期望值，例如地電勢)。
接下來將參照附圖，描述用于制造CMOS圖像傳感器的相關(guān)技術(shù)方法。
圖2A至圖2C是示出制造包擴(kuò)四個(gè)晶體管和一個(gè)光電二極管的CMOS圖像傳感器的相關(guān)技術(shù)工藝的截面圖。這些相關(guān)技術(shù)CMOS圖像傳感器制造的示圖集中在光電二極管區(qū)和與光電二極管區(qū)相鄰的傳遞晶體管。
首先，如圖2A所示，在半導(dǎo)體襯底11上形成柵電極12，在在半導(dǎo)體襯底與柵電極之間通常具有柵氧化膜。在襯底11上形成阻隔氧化膜(barrier oxide film)13，以在襯底11上進(jìn)行各種離子注入處理的過程中使半導(dǎo)體襯底11的表面泄漏最小化。
然后，雖然沒有示出，但是可以形成光刻膠(photoresist，光致抗蝕劑)圖樣以暴露部分的半導(dǎo)體襯底11用于離子注入，以形成輕摻漏極(LDD)區(qū)和N型源/漏(NSD)區(qū)。通過使用光刻膠圖樣作為離子注入掩模來形成LDD區(qū)和NSD區(qū)。
接著，如圖2B所示，使光刻膠PR形成圖樣，使留下的半導(dǎo)體襯底11上具有阻隔氧化膜13的一部分暴露。使用該圖樣PR作為離子注入掩膜，在半導(dǎo)體襯底11的暴露部分中形成光電二極管區(qū)PD14。
如圖2B所示，在傳遞晶體管Tx的柵電極12的邊緣以每個(gè)的一側(cè)與另一側(cè)彼此對準(zhǔn)的方式形成光電二極管區(qū)14。此后，除去圖樣PR。
隨后，如圖2C所示，通過沉積用于隔離物的絕緣膜并各向異性地蝕刻整個(gè)絕緣膜，以在柵電極12的(兩)側(cè)壁上形成隔離物12a。然后通過濕法蝕刻處理除去阻隔氧化膜13。
用于制造CMOS圖像傳感器的相關(guān)技術(shù)制造工藝存在一些可看作是相同問題的問題。正如所討論的，在順序地形成柵電極12和阻隔氧化膜13之后，隨后執(zhí)行離子注入處理，以形成LDD區(qū)、NSD區(qū)、和光電二極管區(qū)14。然而，一些形成和除去光刻膠的處理以及用于除去氧化膜的蝕刻處理會損壞單位像素的光電二極管表面。這是導(dǎo)致泄漏的根源。
如上所述，當(dāng)光電二極管PD14的表面特性變差時(shí)，可引起半導(dǎo)體襯底11中的硅晶格的錯(cuò)位。而且，硅晶格結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位部分可充當(dāng)能夠俘獲電子的電子陷阱。電子陷阱中俘獲的電子通過傳遞晶體管Tx影響圖像顯示。結(jié)果，CMOS圖像傳感器的性能會下降。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其能夠基本消除由于相關(guān)技術(shù)的局限性和缺陷導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種改善了光電二極管的表面特性的圖像傳感器和制造方法，例如，通過修復(fù)表面和減少可由各種制造工藝步驟引起的(例如光電二極管的或通過光電二極管的)表面泄漏，來改善光電二極管的表面特性。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種改善了圖像傳感器的特性的CMOS圖像傳感器及其制造方法。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將至少部分地在隨后的說明書中闡述，部分地在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員分析以下內(nèi)容的基礎(chǔ)上變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和達(dá)到。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文中所體現(xiàn)和概括描述的，一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟形成光電二極管區(qū)和多個(gè)晶體管；將預(yù)定離子注入光電二極管區(qū)的表面(其可能改變半導(dǎo)體襯底表面上的晶格結(jié)構(gòu))；以及在表面上形成表面氧化膜，在該表面上已經(jīng)通過進(jìn)行氧化處理改變了晶格結(jié)構(gòu)。在光電二極管區(qū)上形成的表面氧化膜可以具有一定的曲率。
在隨后的處理中通常不除去表面氧化膜，因此，該表面氧化膜可以是永久的。
可以在離子注入以形成光電二極管區(qū)和晶體管的期間所使用的阻隔氧化膜被除去之后，執(zhí)行把預(yù)定離子注入光電二極管區(qū)的表面的步驟。
也可以在沉積光刻膠和形成光刻膠圖樣以僅暴露光電二極管區(qū)之后，執(zhí)行將預(yù)定離子注入光電二極管區(qū)的表面的步驟。
預(yù)定離子可以包括第四族元素的任何一種(即，元素周期表中的IVA組元素)。
可以以10KeV至20KeV的離子注入能量執(zhí)行將預(yù)定離子注入光電二極管區(qū)的表面的步驟。
因此，在本發(fā)明中，可以恢復(fù)或修復(fù)在先前的制造工藝中損壞的光電二極管表面和/或改進(jìn)圖像傳感器的特性。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的先前的概述和隨后的詳述都是示例性的和說明性的，目的在于提供對所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步說明。


附圖提供了對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并入并且構(gòu)成本申請的一部分。

本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起解釋本發(fā)明原理。在附圖中圖1是示出相關(guān)技術(shù)的由四個(gè)晶體管和一個(gè)光電二極管組成的CMOS圖像傳感器的電路圖；圖2A至圖2C是示出制造相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的相關(guān)技術(shù)工藝步驟的截面圖；圖3A至圖3D是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器和制造工藝的截面圖；以及圖4是示出具有根據(jù)本法明的典型工藝步驟在光電二極管區(qū)上形成表面氧化膜的CMOS圖像傳感器的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將詳細(xì)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。只要有可能，在所有附圖中就將使用相同的參考標(biāo)號表示相同或相似的部件。
在一些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器包括一或多單位像素，每單位像素包括四個(gè)晶體管和光電二極管。在其他實(shí)施例中，CMOS圖像傳感器可包括三個(gè)晶體管和光電二極管。
下面將參照圖3A至圖3D，描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造CMOS圖像傳感器的方法。因?yàn)閰⒄請D3A-3D所描述的以下實(shí)施例與參照圖1和圖2A-2C所描述的相關(guān)技術(shù)共同具有相同的元件，因此對這些相同元件的詳細(xì)說明的某些方面可在對圖1和圖2A-2C的上述描述中找到。
圖3A至圖3D是示出根據(jù)本發(fā)明的制造CMOS圖像傳感器的處理步驟的截面圖。參照圖3D和圖4，基于光電二極管區(qū)PD和與該光電二極管區(qū)相鄰的傳遞晶體管來示出CMOS圖像傳感器。
參照圖3A，在半導(dǎo)體襯底21上形成晶體管的柵電極22。然后形成阻隔氧化膜23。通過包括本文上述處理的已知處理，可以執(zhí)行用于形成LDD區(qū)、NSD區(qū)、光電二極管區(qū)24、和柵電極22的隔離物22a的一系列處理。
如圖3B所示，在形成光電二極管區(qū)24和柵電極22的隔離物22a之后，通過蝕刻處理從襯底21上除去阻隔氧化膜23。
隨后，在包括柵電極22的半導(dǎo)體襯底21的整個(gè)表面上沉積光刻膠PR。然后，如圖3C所示，將光刻膠PR形成圖樣以暴露光電二極管區(qū)24。換句話說，除光電二極管區(qū)24之外的區(qū)域都被光刻膠PR掩蓋。
此后，在一些實(shí)施例中，使用形成圖樣的光刻膠作為離子注入掩膜將鍺(Ge)注入光電二極管區(qū)24?？梢允褂迷刂芷诒碇械牡谒淖逶氐娜魏我环N(例如硅)來替代鍺。然而，優(yōu)選地，第四族元素中不包括碳，從而不在該離子注入步驟中使用。
在一些實(shí)施例中，以10KeV至20KeV的微弱能量將鍺(或諸如硅的其它第四族元素)注入光電二極管區(qū)24，從而半導(dǎo)體襯底21，或更具體而言，硅表面的晶格結(jié)構(gòu)，能夠被分解或錯(cuò)位。因此，注入光電二極管區(qū)PD的IVA族元素在此可以稱為“晶格錯(cuò)位”離子，其注入在此可以稱為“晶格錯(cuò)位”注入。最優(yōu)選地，用于晶格錯(cuò)位離子注入的能量在15KeV的范圍內(nèi)。
此后，如圖3D所示，除去用于鍺(Ge)離子注入的光刻膠PR。在一些實(shí)施例中，執(zhí)行氧化處理，從而在光電二極管區(qū)24的分解了晶格結(jié)構(gòu)的硅表面上形成表面氧化膜25。
氧化膜25通常由傳統(tǒng)的濕熱氧化或干熱氧化來形成。然而，正如在技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的，它也可以通過均厚沉積(blanketdeposition，席狀沉積)(例如，諸如PE-CVD或HDP-CVD的CVD)，由諸如TEOS或硅烷(SiH4)的硅源以及諸如臭氧(O3)或氧氣(O2)的氧源來形成，只要隨后將其充分退火以修復(fù)由晶格錯(cuò)位注入步驟引起的一些或全部錯(cuò)位。
在一些實(shí)施例中，表面氧化膜25較厚地形成在光電二極管區(qū)24的硅表面上。在其他實(shí)施例中，表面氧化膜25可具有非均勻的厚度。在一些實(shí)施例中，由于氧化處理，導(dǎo)致在光電二極管區(qū)24上形成的表面氧化膜25可具有一定曲率(例如凸上表面)，并且彎曲的氧化膜25隨后可以充當(dāng)透鏡。
如果在通過鍺注入改變對應(yīng)于光電二極管區(qū)24的硅晶格結(jié)構(gòu)之后執(zhí)行氧化處理，則在光電二極管區(qū)24的硅表面上形成表面氧化膜25。表面氧化膜25起到恢復(fù)和/或修補(bǔ)在前一處理步驟中損壞的光電二極管PD表面的作用，并會有助于減少或最小化在下一處理步驟期間光電二極管PD的表面泄漏。
而且，可以在不除去光電二極管區(qū)24上形成的表面氧化膜25的情況下執(zhí)行隨后的處理步驟，因此當(dāng)產(chǎn)品完全制成之后驅(qū)動(dòng)或操作該裝置時(shí)，表面氧化膜25可充當(dāng)透鏡。這減少了外部入射光的損失并增加了到達(dá)光電二極管的入射光量，因此改善了圖像傳感器的圖像顯示特性。
圖4示出了形成在光電二極管PD的硅表面上的表面氧化膜25將外部入射光會聚到光電二極管的情況。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器和用于制造CMOS圖像傳感器的方法具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，部分或全部優(yōu)點(diǎn)可以體現(xiàn)在本發(fā)明所包括的許多實(shí)施例的每一個(gè)中。
首先，在一些實(shí)施例中，表面氧化膜的形成使得可以恢復(fù)或修補(bǔ)在各種制造處理期間損壞的光電二極管的硅表面，以及減少或最小化光電二極管在隨后的處理和/或操作期間的表面滲漏。
此外，在一些實(shí)施例中，可以通過增加光電二極管上的入射光來改善圖像傳感器的特性。
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，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，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、等同替換、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，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底中和/或在半導(dǎo)體襯底上形成光電二極管區(qū)和多個(gè)晶體管；將預(yù)定離子注入所述光電二極管區(qū)的表面；以及通過氧化在所述光電二極管區(qū)的所述表面上形成表面氧化膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述光電二極管區(qū)上的所述表面氧化膜具有曲率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述表面氧化膜是永久的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在將預(yù)定離子注入所述光電二極管區(qū)的所述表面的步驟之前，除去在形成所述光電二極管區(qū)和所述晶體管的步驟期間使用的阻隔氧化膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在將所述預(yù)定離子注入所述光電二極管區(qū)的所述表面的步驟之前，沉積光刻膠并使光刻膠形成圖樣，以僅暴露所述光電二極管區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定離子包括IVA族元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述預(yù)定離子包括鍺。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以10KeV至20KeV的離子注入能量執(zhí)行將預(yù)定離子注入所述光電二極管區(qū)的所述表面的步驟。
9.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的表面上或在半導(dǎo)體襯底的表面中形成光電二極管區(qū)；將晶格錯(cuò)位離子注入所述光電二極管區(qū)；以及在足以修補(bǔ)由注入步驟引起的錯(cuò)位的條件下，在所述光電二極管區(qū)上形成氧化膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，形成所述氧化膜的步驟包括熱氧化所述光電二極管區(qū)的表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所述氧化膜具有非均勻厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，所述氧化膜具有凸表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，所述氧化膜將入射光聚焦到所述光電二極管上。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述光電二極管形成步驟期間，所述半導(dǎo)體襯底上具有阻隔膜，以及所述方法還包括在注入所述晶格錯(cuò)位離子的步驟之前除去所述阻隔膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述晶格錯(cuò)位離子包括IVA族元素。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，以10KeV至20KeV的能量注入所述晶格錯(cuò)位離子。
17.一種CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，在單位像素區(qū)中具有光電二極管；以及氧化膜，在所述光電二極管上，所述氧化膜具有非均勻厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述氧化膜將入射光聚焦到所述光電二極管上。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述氧化膜包括熱氧化膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述光電二極管包括注入的光電二極管離子和注入的晶格錯(cuò)位離子。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述晶格錯(cuò)位離子包括鍺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，能夠修復(fù)、修補(bǔ)、和/或保護(hù)光電二極管區(qū)的表面，以及改善該圖像傳感器的特性。該方法包括以下步驟形成光電二極管區(qū)和多個(gè)晶體管；將預(yù)定離子注入光電二極管區(qū)的表面；以及通過氧化在光電二極管區(qū)的表面上形成表面氧化膜。從而，可以恢復(fù)或修補(bǔ)在不同制造處理期間損壞的光電二極管的表面，減少或最小化光電二極管在隨后的處理期間的表面滲漏，以及通過增加在光電二極管上的入射光來改善圖像傳感器的特性。
文檔編號H01L31/10GK1753167SQ20051010316
公開日2006年3月29日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者任劤爀 申請人:東部亞南半導(dǎo)體株式會社