專利名稱:垂直型cmos圖像傳感器及其制造方法和吸附方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器。更具體地，本發(fā)明涉及一種垂直型CMOS圖像傳感器及其制造方法和吸附(gettering)方法，其中源極和漏極區(qū)被擴(kuò)展以改善接地和吸附效果。
背景技術(shù)：
通常，CMOS圖像傳感器是將光圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。在CMOS圖像傳感器中，電荷耦合器件(CCD)包括多個(gè)彼此十分接近的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容器，以使電荷載流子傳輸至電容器并存儲(chǔ)在其中。
另一方面，CMOS圖像傳感器包括對(duì)應(yīng)于像素?cái)?shù)目的多個(gè)光電二極管和連接至光電二極管用以打開和關(guān)閉溝道的各晶體管，它們是通過(guò)使用將控制電路和信號(hào)處理電路用作外圍電路的CMOS技術(shù)而得到的。另外，由晶體管依次檢測(cè)紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)光信號(hào)，并以開關(guān)方式輸出。
CMOS圖像傳感器具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如低功耗、低加工成本和高集成度。特別地，由于近來(lái)技術(shù)的發(fā)展，CMOS圖像傳感器作為CCD的替代品而受到矚目。
根據(jù)晶體管的數(shù)量將CMOS圖像傳感器分為3T型CMOS圖像傳感器、4T型CMOS圖像傳感器和5T型CMOS圖像傳感器。3T型CMOS圖像傳感器由一個(gè)光電二極管和三個(gè)晶體管組成。4T型CMOS圖像傳感器由四個(gè)晶體管組成。
普通3T型CMOS圖像傳感器的像素單元由一個(gè)光電二極管(PD)和三個(gè)NMOS晶體管T1、T2和T3組成。PD的負(fù)極連接至第一NMOS晶體管T1的漏極和第二NMOS晶體管T2的柵極。
此外，第一NMOS晶體管T1的源極和第二NMOS晶體管T2的源極均連接至饋入基準(zhǔn)電壓VR的電源線，第一NMOS晶體管T1的柵極連接至饋入復(fù)位信號(hào)RST的復(fù)位線。
第三NMOS晶體管T3的源極連接至第二NMOS晶體管T2的漏極。第三NMOS晶體管T3的漏極通過(guò)信號(hào)線連接至讀出電路(未示出)。第三NMOS晶體管T3的柵極連接至提供選擇信號(hào)SLCT的列選擇線。
因此，第一NMOS晶體管T1被稱作復(fù)位晶體管Rx，第二NMOS晶體管T2被稱作驅(qū)動(dòng)晶體管Dx，第三NMOS晶體管T3被稱作選擇晶體管Sx。
因此，在普通CMOS圖像傳感器的情況下，水平地形成各PD和用于驅(qū)動(dòng)各PD的各晶體管，并且像素單元使用紅色、綠色和藍(lán)色濾光器感測(cè)相應(yīng)顏色的光分量。
此時(shí)，在普通CMOS圖像傳感器中，由于一個(gè)像素單元必須包括形成為平面的紅色、綠色和藍(lán)色濾光器全部，所以CMOS圖像傳感器的尺寸較大。因此，在普通CMOS圖像傳感器的情況下，像素集成度降低。
為了解決普通圖像傳感器的集成度降低的問(wèn)題，提出了垂直型圖像傳感器。
在垂直型圖像傳感器中，紅色、綠色和藍(lán)色PD垂直排列，從而通過(guò)像素單元感測(cè)全部的紅色、綠色、藍(lán)色信號(hào)。
此處，參照附圖對(duì)傳統(tǒng)的垂直型CMOS圖像傳感器進(jìn)行描述。
圖1是普通垂直型圖像傳感器的平面示意圖。圖2示出圖1的像素單元的放大圖。圖3是普通的一般垂直型圖像傳感器的像素單元的剖視圖。
如圖1和圖2所示，在傳統(tǒng)的垂直型圖像傳感器20中，PD為n+型摻雜阱，紅色PD、綠色PD和藍(lán)色PD垂直排列以通過(guò)像素單元感測(cè)所有的信號(hào)。
以下，將傳統(tǒng)的垂直型圖像傳感器20分成像素區(qū)15和外圍區(qū)10，其中在像素區(qū)15中形成多個(gè)像素單元，外圍區(qū)10包括接地端子18，用于將信號(hào)提供給在像素區(qū)15中形成的器件和各PD。傳統(tǒng)的垂直型圖像傳感器20將p+型源極和漏極注入工藝應(yīng)用于外圍區(qū)10，外圍區(qū)10用于接地以用作接地(GND)端子。特別地，為了改善在構(gòu)成垂直型圖像傳感器20的第一外延層或第二外延層上進(jìn)行的工藝中產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)的吸附效果以及實(shí)現(xiàn)接地功能，增加了存在于像素單元(包括各紅色PD、綠色PD和藍(lán)色PD)中的p+型偽區(qū)(dummy region)。即，對(duì)偽溝區(qū)(dummy moat region)應(yīng)用p+硼注入(例如，F(xiàn)e-B化合物)，以使留在外延層上的金屬離子M+能被吸附，從而能夠排除金屬離子污染。
如圖3所示，傳統(tǒng)的垂直型CMOS圖像傳感器包括硅襯底1；第一PD2，形成在硅襯底的預(yù)定部分中；第一外延層3，形成在硅襯底1上；第二PD5，形成在第一外延層3上，與第一PD2交疊；第二外延層6，形成在第一外延層3上；第三PD9，形成在第二外延層6上，與第二PD5交疊；以及接地偽溝10，通過(guò)注入p+型離子雜質(zhì)而形成在第二外延層6的預(yù)定部分中。
未描述的標(biāo)號(hào)7表示器件隔離區(qū)，其限定垂直型圖像傳感器的絕緣區(qū)并用于器件之間的隔離。
在傳統(tǒng)的垂直型CMOS圖像傳感器中，起接地吸附作用的偽溝10只位于最上層外延層(第二外延層)6的表面上，以去除殘留在第二外延層上的金屬離子并執(zhí)行接地功能。然而，對(duì)于下層外延層(第一外延層)或襯底來(lái)說(shuō)，不存在吸附或接地部件。
然而，傳統(tǒng)的垂直型CMOS圖像傳感器具有下列問(wèn)題。
即，由于形成有光電二極管的三個(gè)外延層的垂直構(gòu)造，導(dǎo)致傳統(tǒng)的垂直型CMOS圖像傳感器具有如下兩個(gè)問(wèn)題。
第一，僅對(duì)形成有最上面的PD的上層外延區(qū)(p阱區(qū))應(yīng)用接地處理。即，在下層外延層和半導(dǎo)體襯底上不執(zhí)行接地處理，所以在傳感器工作期間，垂直型CMOS圖像傳感器易受到由接地線路的電阻元件導(dǎo)致的噪聲的影響。
第二，考慮到吸附作用，雖然在形成有第三PD的最上層外延層上設(shè)置了注入有不同于PD的雜質(zhì)的偽溝區(qū)，但是不足以吸附形成有第一PD和第二PD的硅襯底或存在于外延層中的金屬雜質(zhì)M+。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，因此本發(fā)明的目的是提供一種垂直型CMOS圖像傳感器及其制造方法和吸附方法，其中擴(kuò)展了源極和漏極區(qū)以改善接地和吸附效果。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，垂直型CMOS圖像傳感器包括硅襯底；第一光電二極管，形成在該硅襯底的預(yù)定部分中；第一外延層，形成在該硅襯底上；第二光電二極管，形成在該第一外延層上，與該第一光電二極管交疊；第二外延層，形成在該第一外延層上；第三光電二極管，形成在該第二外延層上，與該第二光電二極管交疊；以及第一至第三接地偽溝，通過(guò)向該硅襯底、該第一外延層和該第二外延層上的相同部分中注入雜質(zhì)而形成。
在第一至第三光電二極管中注入第一雜質(zhì)離子，在第一至第三偽溝中注入第二雜質(zhì)離子。
第一雜質(zhì)離子是n+型，第二雜質(zhì)離子是p+型。第二雜質(zhì)離子是硼(B)。
第一至第三偽溝連接至外部接地端子。
本發(fā)明還提供一種垂直型CMOS圖像傳感器的制造方法，包括如下步驟在硅襯底上的預(yù)定部分中形成第一光電二極管；在硅襯底上與第一光電二極管分開的部分中形成第一偽溝，其中在該第一偽溝中注入第一雜質(zhì)；在硅襯底上形成第一外延層；在第一外延層的與第一光電二極管交疊的部分中形成第二光電二極管；在硅襯底上與第二光電二極管分開的部分中形成第二偽溝，其中在該第二偽溝中注入第一雜質(zhì)；在第一外延層上形成第二外延層；在第二外延層的與第二光電二極管交疊的部分中形成第三光電二極管；以及在硅襯底上與第三光電二極管分開的部分中形成第三偽溝，其中在該第三偽溝中注入第一雜質(zhì)。
本發(fā)明還提供一種垂直型CMOS圖像傳感器的吸附方法，其中該垂直型CMOS圖像傳感器包括硅襯底；第一光電二極管，形成在該硅襯底的預(yù)定部分中；第一外延層，形成在該硅襯底上；第二光電二極管，形成在該第一外延層上，與該第一光電二極管交疊；第二外延層，形成在該第一外延層上；第三光電二極管，形成在該第二外延層上，與該第二光電二極管交疊；以及第一至第三接地偽溝，通過(guò)向該硅襯底、該第一外延層和該第二外延層上的相同部分中注入雜質(zhì)而形成；其中將所述第一至第三偽溝連接至外部接地端子。第一雜質(zhì)離子被注入到第一至第三光電二極管中，第二二雜質(zhì)離子被注入到第一至第三偽溝中。第一雜質(zhì)離子是n+型，第二雜質(zhì)離子是p+型。
圖1是普通垂直型圖像傳感器的平面示意 圖2示出圖1的像素單元的放大圖；圖3是普通垂直型圖像傳感器的像素單元的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的垂直型圖像傳感器的平面示意圖；圖5示出圖4的像素單元的放大圖；及圖6是根據(jù)本發(fā)明的垂直型圖像傳感器的像素單元的剖視圖。
具體實(shí)施方式以下，參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器及其制造方法和吸附方法。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的垂直型圖像傳感器的平面示意圖。圖5示出圖4的像素單元的放大圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的垂直型圖像傳感器的像素單元的剖視圖。
如圖4和圖5所示，在根據(jù)本發(fā)明的垂直型圖像傳感器100中，PD是n+型摻雜阱，并且紅色PD、綠色PD和藍(lán)色PD垂直排列，從而通過(guò)像素單元感測(cè)所有信號(hào)。
此處，根據(jù)本發(fā)明的垂直型圖像傳感器100被分為像素區(qū)120和外圍區(qū)110，其中在像素區(qū)120中形成多個(gè)像素單元，外圍區(qū)110包括接地端子111，用于將信號(hào)提供給在像素區(qū)120中形成的器件和各PD。根據(jù)本發(fā)明的垂直型圖像傳感器100將p+型源極和漏極注入工藝應(yīng)用至外圍區(qū)110，外圍區(qū)110用于接地以用作接地(GND)端子。特別地，為了改善在構(gòu)成垂直型圖像傳感器100的第一外延層103或第二外延層106上進(jìn)行的工藝中產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)的吸附效果以及實(shí)現(xiàn)接地功能，增加了存在于像素單元(包括各紅色PD、綠色PD和藍(lán)色PD)中的p+型偽區(qū)(圖6中的112、110、113和115)。即，對(duì)偽溝區(qū)110應(yīng)用p+硼注入(例如，F(xiàn)e-B化合物)，從而能夠吸附留在外延層上的金屬離子M+并排除金屬離子污染。
如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器包括硅襯底101；第一PD 102，形成在硅襯底101的預(yù)定部分中；第一外延層103，形成在硅襯底101上；第二PD 105，形成在第一外延層103上，與第一PD 102交疊；第二外延層106，形成在第一外延層103上；第三PD 109，形成在第二外延層106上，與第二PD 105交疊；以及第一至第三接地偽溝115、113、110，通過(guò)在第二外延層上的與硅襯底以及第一外延層和第二外延層的相應(yīng)PD分開的預(yù)定部分中注入p+型離子雜質(zhì)而形成。
此處，沒(méi)有描述的標(biāo)號(hào)107表示器件隔離區(qū)，器件隔離區(qū)限定垂直型圖像傳感器的絕緣區(qū)并用于器件之間的隔離。
此處，第一PD 102、第二PD 105和第三PD 109分別感測(cè)紅色、綠色和藍(lán)色。
在CMOS圖像傳感器中，由各PD構(gòu)成的像素陣列感測(cè)光并將感測(cè)到的光轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。此外，CMOS圖像傳感器占用最大的區(qū)域，以使像素的設(shè)計(jì)表現(xiàn)CMOS圖像傳感器的性能。
在根據(jù)本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器中，在畫面質(zhì)量上，為了有效地將作為重要因素的像素區(qū)接地和吸附像素區(qū)，對(duì)于形成有各PD的硅襯底101、第一外延層103和第二外延層106，形成注入了p+型雜質(zhì)的偽溝115、113和110。在傳統(tǒng)技術(shù)中，由于偽溝區(qū)被局部地應(yīng)用于上層外延層(第二外延層)，所以形成有紅色PD和綠色PD的下層外延層沒(méi)有很好地接地和被吸附。
根據(jù)本發(fā)明，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在襯底和各外延層上附加地進(jìn)行p+型源極和漏極雜質(zhì)離子注入工藝，以使雜質(zhì)離子從像素區(qū)120和初始硅襯底101的總區(qū)域擴(kuò)張到第二外延層106即最上層外延層，從而最大化接地和吸附效果。此時(shí)，將n+型離子分別注入到各PD中。
即，在根據(jù)本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器中，使用位于像素區(qū)120的接地部分上的偽溝115、113和110等區(qū)域作為p+型注入掩模，將p型離子(硼)注入到硅襯底101、第一外延層103和第二外延層106中。
在根據(jù)本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器中，注入有p+型雜質(zhì)的偽溝區(qū)連接至外部接地端子，以使硅襯底101、第一外延層103和第二外延層106上殘留的金屬離子M+被吸附和接地。
在這種情況下，在根據(jù)本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器中，在進(jìn)行吸附之后，能夠使存在于各外延層上的三個(gè)n+型PD的各p區(qū)(偽溝區(qū))處于相同的電勢(shì)，從而能夠降低噪聲。
此外，由兩個(gè)必要的附加外延工藝而導(dǎo)致的殘留在各外延層上的金屬污染能夠被有效地吸附到各外延層的偽溝區(qū)中。
雖然參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化，而不脫離如所附權(quán)利要求
所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器及其制造方法和吸附方法具有下列效果。
首先，在根據(jù)本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器中，形成有PD的硅襯底和外延層的接地部分被定義為偽溝區(qū)，與PD中的離子類型不同的雜質(zhì)離子被注入到偽溝區(qū)中，并且偽溝區(qū)連接至外部接地端子，從而能夠改善接地和吸附效果。
第二，在根據(jù)本發(fā)明的垂直型CMOS圖像傳感器中，由于能夠使存在于外延層上的三個(gè)n+型PD的各p區(qū)(偽溝區(qū))處于相同的電位，所以能夠降低噪聲。
第三，由必要的兩個(gè)附加外延工藝導(dǎo)致的殘留在外延層上的金屬污染能夠被有效地吸附到外延層的偽溝區(qū)中。
第四，能夠降低像素區(qū)中產(chǎn)生的噪聲和漏電流。因此，例如在實(shí)現(xiàn)實(shí)際圖像時(shí)產(chǎn)生的白色像素和壞點(diǎn)像素之類缺省像素的數(shù)量減小，從而能夠改善圖像。
權(quán)利要求
1.一種垂直型CMOS圖像傳感器，包括硅襯底；第一光電二極管，形成在該硅襯底的預(yù)定部分中；第一外延層，形成在該硅襯底上；第二光電二極管，形成在該第一外延層上，同時(shí)與該第一光電二極管交疊；第二外延層，形成在該第一外延層上；第三光電二極管，形成在該第二外延層上，同時(shí)與該第二光電二極管交疊；以及第一至第三接地偽溝，通過(guò)向該硅襯底、該第一外延層和該第二外延層上的相同部分注入雜質(zhì)而形成。
2.如權(quán)利要求
1所述的垂直型CMOS圖像傳感器，其中該第一光電二極管、第二光電二極管和第三光電二極管中注入有第一雜質(zhì)離子，并且所述第一至第三接地偽溝中注入有第二雜質(zhì)離子。
3.如權(quán)利要求
2所述的垂直型CMOS圖像傳感器，其中該第一雜質(zhì)離子是n+型，該第二雜質(zhì)離子是p+型。
4.如權(quán)利要求
3所述的垂直型CMOS圖像傳感器，其中該第二雜質(zhì)離子是硼。
5.如權(quán)利要求
1所述的垂直型CMOS圖像傳感器，其中所述第一至第三接地偽溝連接至外部接地端子。
6.一種垂直型CMOS圖像傳感器的制造方法，該方法包括如下步驟在硅襯底上的預(yù)定部分中形成第一光電二極管；在該硅襯底上與該第一光電二極管分開的部分中形成第一偽溝，在該第一偽溝中注入第一雜質(zhì)；在該硅襯底上形成第一外延層；在該第一外延層的與該第一光電二極管交疊的部分中形成第二光電二極管；在該硅襯底上與該第二光電二極管分開的部分中形成第二偽溝，在該第二偽溝中注入該第一雜質(zhì)；在該第一外延層上形成第二外延層；在該第二外延層的與該第二光電二極管交疊的部分中形成第三光電二極管；以及在該硅襯底上與該第二光電二極管分開的部分中形成第三偽溝，在該第三偽溝中注入該第一雜質(zhì)。
7.一種垂直型CMOS圖像傳感器的吸附方法，該垂直型CMOS圖像傳感器包括硅襯底；第一光電二極管，形成在該硅襯底的預(yù)定部分中；第一外延層，形成在該硅襯底上；第二光電二極管，形成在該第一外延層上，與該第一光電二極管交疊；第二外延層，形成在該第一外延層上；第三光電二極管，形成在該第二外延層上，與該第二光電二極管交疊；以及第一至第三接地偽溝，通過(guò)向該硅襯底、該第一外延層和該第二外延層上的相同部分注入雜質(zhì)而形成；其中將所述第一至第三接地偽溝連接到外部接地端子。
8.如權(quán)利要求
7所述的吸附方法，其中在該第一光電二極管、第二光電二極管和第三光電二極管中注入第一雜質(zhì)離子，并且在所述第一至第三接地偽溝中注入第二雜質(zhì)離子。
9.如權(quán)利要求
8所述的吸附方法，其中該第一雜質(zhì)離子是n+型，該第二雜質(zhì)離子是p+型。
專利摘要
本發(fā)明提供一種垂直型CMOS圖像傳感器及其制造方法和吸附方法，其中源極和漏極區(qū)被擴(kuò)展以改善接地和吸附效果。該垂直型CMOS圖像傳感器包括硅襯底；第一光電二極管，形成在該硅襯底的預(yù)定部分中；第一外延層，形成在該硅襯底上；第二光電二極管，形成在該第一外延層上，與該第一光電二極管交疊；第二外延層，形成在該第一外延層上；第三光電二極管，形成在該第二外延層上，與該第二光電二極管交疊；以及第一至第三接地偽溝，通過(guò)向該硅襯底、該第一外延層和該第二外延層上的相同部分中注入雜質(zhì)而形成。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1992301SQ200610156710
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月28日
發(fā)明者林秀 申請(qǐng)人:東部電子股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan