專利名稱：互補式金屬半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種光二極管影像感測元件(Photodiode imagesensor device)的結(jié)構(gòu)及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器(CMOS Image Sensor，CIS)的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)具有高動態(tài)范圍、低的暗電流(Dark current)，并且其技術(shù)發(fā)展成熟，因此為現(xiàn)今最常使用的影像傳感器。然而，電荷耦合元件也具有工藝特殊而導(dǎo)致價格昂貴、驅(qū)動電路須以高電壓操作使得功率消耗(Power dissipation)很高，并且無法隨機存取(Random access)等問題點存在。
而互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器具有高量子效率(Quantumefficiency)、低讀出噪聲(Read noise)、高動態(tài)范圍(Dynamic range)及隨機存取的特性，并且百分之百與互補式金氧半導(dǎo)體工藝兼容，因此能夠很容易的在同一芯片上與其它控制電路、模擬數(shù)字電路(A/Dconverter)、和數(shù)字信號處理電路整合在一起，達(dá)成所謂的System Ona Chip(SOC)的目標(biāo)。因此互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器工藝技術(shù)的演進將能夠大幅降低影像傳感器的成本、像素尺寸、以及消耗功率。也因此近年來在低價位領(lǐng)域的應(yīng)用上，互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器已成為電荷耦合元件的代替品。
公知互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法略述如下請參照圖1A，首先，在基底100中形成場氧化層102，再于基底100上形成重置晶體管120的柵極氧化層104以及多晶硅柵極106。接著，以場氧化層102以及多晶硅柵極106作為植入罩幕，利用離子植入與熱驅(qū)入工藝，在基底100中形成源/漏極區(qū)108及光二極管感測區(qū)110的摻雜區(qū)112。然后，于多晶硅柵極106以與柵極氧化層104的側(cè)壁形成間隙壁114。其后，在光二極管感測區(qū)110上形成一層自對準(zhǔn)絕緣層(Self Align Block，SAB)116，以形成光二極管互補式金氧半影像感測元件。
然而，此種以公知制造方法所得到的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器存在著下述的問題
在上述形成光二極管互補式金氧半影像感測元件后，尚須進行形成內(nèi)層介電層、金屬導(dǎo)線等后段工藝(Backend process)，以作為元件的控制之用，其中例如是接觸窗/介層窗開口的定義、金屬導(dǎo)線的定義等，無可避免的會使用到等離子體蝕刻法。此等離子體蝕刻法具有相當(dāng)大的能量而會造成相當(dāng)大的壓降(Voltage drop)，對于光二極管感測區(qū)的表面會造成破壞，特別是此等離子體造成的破壞在場氧化層周圍的鳥嘴區(qū)更形嚴(yán)重，因而使得光二極管感測區(qū)更容易產(chǎn)生漏電流的現(xiàn)象。上述漏電流的問題將會使得互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器產(chǎn)生相當(dāng)大的暗電流，導(dǎo)致讀出噪聲的增加。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提出一種互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠在進行后段工藝之前，在互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器上形成保護層，以防止等離子體的破壞。
本發(fā)明的的另一目的是提出一種互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠使互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器中暗電流的問題減至最低。
本發(fā)明提出一種互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，包括光二極管感測區(qū)、晶體管元件區(qū)、晶體管、自對準(zhǔn)絕緣層以及保護層。其中，光二極管感測區(qū)與晶體管元件區(qū)設(shè)置于基底之中，且晶體管設(shè)置于晶體管元件區(qū)之上。自對準(zhǔn)絕緣層設(shè)置于光二極管感測區(qū)之上，而保護層設(shè)置整個基底之上并覆蓋自對準(zhǔn)絕緣層。
本發(fā)明提出一種制作上述互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其方法是在基底上形成隔離層以區(qū)隔出光二極管感測區(qū)以及晶體管元件區(qū)。接著，于晶體管元件區(qū)上形成一柵極結(jié)構(gòu)，再進行淡離子植入步驟，以在晶體管元件區(qū)形成淡漏極摻雜區(qū)以及在光二極管感測區(qū)形成淡摻雜區(qū)。然后，于柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成間隙壁，再進行濃離子植入步驟，以在晶體管元件區(qū)形成源/漏極區(qū)以及在光二極管感測區(qū)形成濃摻雜區(qū)。其后，在光二極管感測區(qū)形成一層自對準(zhǔn)絕緣層之后，再于基底上形成一層保護層以覆蓋整個基底，并且保護層與自對準(zhǔn)絕緣層的材質(zhì)間具有不同的折射率。
綜上所述，本發(fā)明的重要特征由于在形成光二極管互補式金氧半影像感測元件之后，在整個基底上覆蓋一層保護層，通過保護層的作用，因此在進行后續(xù)的后段工藝時，能夠避免在后段工藝中所使用的等離子體蝕刻法對光二極管感測區(qū)造成破壞，進而能夠?qū)惦娏鞯漠a(chǎn)生降到最小。
而且，此保護層形成于整個基底上，除了主要必須保護的光二極管感測區(qū)之外，對于其它的區(qū)域也具有保護其不受等離子體蝕刻工藝破壞的效果。
并且，保護層與自對準(zhǔn)絕緣層的材質(zhì)之間具有不同的折射率。由于入射光進入光二極管感測區(qū)表面時，經(jīng)由保護層、自對準(zhǔn)絕緣層兩種不同折射率材質(zhì)的折射，并且光二極管感測區(qū)吸收此經(jīng)由折射過的入射光所轉(zhuǎn)換產(chǎn)生光電子的能力較佳，因此具有較高的量子效率。


圖1A為公知技術(shù)中，互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的剖面圖；圖2A至圖2E為本發(fā)明的較佳實施例中，互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法的流程剖面圖；以及圖3為入射光進入本發(fā)明較佳實施例的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的示意圖。
100、200基底102、202隔離層104、206a柵極氧化層106、208a柵極108、220源/漏極區(qū)110、240；光二極管感測區(qū)112摻雜區(qū)114、216間隙壁116、224自對準(zhǔn)絕緣層120、230晶體管204通道阻絕區(qū)206絕緣層208導(dǎo)體層210淡離子植入步驟212淡摻雜漏極區(qū)214淡摻雜區(qū)
210濃離子植入步驟222濃摻雜區(qū)226自對準(zhǔn)金屬硅化物層228保護層250晶體管元件區(qū)300入射光上述光二極管感測區(qū)240、晶體管元件區(qū)250設(shè)置于基底200中，且以隔離層202區(qū)隔開來，在隔離層202下方更形成有通道隔絕區(qū)204。
晶體管230例如是一重置晶體管或是一傳送晶體管，其結(jié)構(gòu)包括柵極氧化層206a、柵極導(dǎo)體層208a、間隙壁216、源/漏極區(qū)220。柵極氧化層206a與柵極導(dǎo)體層208a設(shè)置于晶體管元件區(qū)250上，且間隙壁216設(shè)置于柵極氧化層206a與柵極導(dǎo)體層208a的側(cè)壁，而源/漏極區(qū)220設(shè)置于間隙壁216兩側(cè)的晶體管元件區(qū)250中。
柵極氧化層204a的材質(zhì)例如為氧化硅，其形成的方法例如為熱氧化法。柵極導(dǎo)體層206a其材質(zhì)例如為多晶硅、多晶硅與金屬硅化物所組成的多晶硅化金屬以及金屬所組成的族群其中之一。其形成的方法例如為化學(xué)氣相沉積法或濺鍍法。當(dāng)柵極導(dǎo)體層208a為多晶硅，較佳的晶體管230其柵極導(dǎo)體層208a、源極/漏極區(qū)220上更包括金屬硅化物層226，以降低其片電阻。金屬硅化物226的材質(zhì)包括耐熱金屬所形成的硅化物，例如為硅化鈦或硅化鈷，其形成的方法例如為自動對準(zhǔn)金屬硅化物(Salicide)工藝。
光二極管感測區(qū)240是由濃摻雜區(qū)222與基底200所組成的。濃摻雜區(qū)222的摻雜型態(tài)與源/漏極區(qū)220相同、但與基底200相異。當(dāng)基底200的摻雜型態(tài)為p型，濃摻雜區(qū)222的摻雜型態(tài)則為n型；若基底200的摻雜型態(tài)為n型，濃摻雜區(qū)214的摻雜型態(tài)則為p型。依照互補式金氧半導(dǎo)體元件的工藝，光二極管感測區(qū)240也可以由濃摻雜區(qū)222與介于濃摻雜區(qū)222與基底200之間的一摻雜井(未圖標(biāo))所組成者，因此，濃摻雜區(qū)222的摻雜型態(tài)也包括與基底200的摻雜型態(tài)相同的。
自對準(zhǔn)絕緣層224設(shè)置于光二極管感測區(qū)240上，其材質(zhì)例如是以等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法所形成的氧化硅。
保護層228設(shè)置于整個基底200上，且覆蓋自對準(zhǔn)絕緣層224以及晶體管230。保護層228的材質(zhì)例如為氮化硅，其形成的方法例如是等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法。
上述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法如圖2A至圖2E所示。
首先，請參照圖2A，在基體200上形成隔離層202以界定出光二極管感測區(qū)240以及晶體管元件區(qū)250，且于隔離層202的下方形成有通道阻絕區(qū)204，其中隔離層202例如是氧化硅材質(zhì)的場氧化層，形成的方法例如是使用局部區(qū)域的熱氧化法。然后，在基底200上依序形成絕緣層206以及導(dǎo)體層208。其中絕緣層206的材質(zhì)例如為氧化硅，形成的方法例如為熱氧化法。導(dǎo)體層208的材質(zhì)例如是選自多晶硅、多晶硅與金屬硅化物所組成的多晶硅化金屬以及金屬所組成的族群其中之一，其形成的方法例如為化學(xué)氣相沉積法或磁控直流濺鍍法。
接著，請參照圖2B，以微影與蝕刻步驟定義導(dǎo)體層208與絕緣層206，以于晶體管元件區(qū)250形成晶體管230的柵極導(dǎo)體層208a與柵極氧化層206a。然后，再以隔離層202以與柵極導(dǎo)體層208a為罩幕，對基底200進行一淡離子植入步驟210，以于柵極導(dǎo)體層208a以與柵極氧化層206a兩側(cè)的基底200中形成淡摻雜漏極區(qū)212以及于光二極管感測區(qū)240形成淺摻雜區(qū)214。其中淡離子植入步驟210視基底200為p型或n型，所植入的雜質(zhì)例如為n型的磷或砷、或為p型的硼。
接著，請參照圖2C，在柵極導(dǎo)體層208a以與柵極氧化層206a的側(cè)壁形成間隙壁216。其中間隙壁216的材質(zhì)例如為氧化硅，其形成的方法例如是以化學(xué)氣相沉積法，先在基底200上覆蓋一層氧化硅層(未圖標(biāo))，再以非等向性回蝕刻的方式于形成間隙壁216。然后，以隔離層202、柵極導(dǎo)體層208a以及間隙壁216為罩幕，對基底200進行一深離子植入步驟218，以于間隙壁214兩側(cè)的基底200中形成源/漏極區(qū)220以及于光二極管感測區(qū)240形成濃摻雜區(qū)222。其中深離子植入步驟218視基底200為p型或n型，所植入的雜質(zhì)例如為n型的磷或砷、或為p型的硼。
接著，請參照圖2D，在光二極管感測區(qū)240上形成自對準(zhǔn)絕緣層224，其中自對準(zhǔn)絕緣層224的材質(zhì)例如是氧化硅，其形成的方法例如是以等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法，于基底形成一層氧化硅層(未圖標(biāo))，然后將預(yù)定形成自對準(zhǔn)金屬硅化物的區(qū)域，例如是晶體管元件區(qū)250的氧化硅層移除。其后，再于晶體管元件區(qū)250的柵極導(dǎo)體層208a以及源/漏極220上形成自對準(zhǔn)硅化金屬層226。
接著，請參照圖2E，在基底200上形成保護層228，其中保護層228的覆蓋區(qū)域包括光二極管感測區(qū)240、晶體管元件區(qū)250以及未圖標(biāo)的周邊邏輯電路區(qū)。保護層228的材質(zhì)例如是氮化硅，形成的方法例如是以等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法，且通入硅甲烷與氨氣以作為工藝氣體所形成的。
由于在形成光二極管互補式金氧半影像感測元件之后，在整個基底200上覆蓋一層保護層228，因此能夠避免進行后續(xù)的后段工藝所使用的等離子體蝕刻法對光二極管感測區(qū)240造成破壞。
而且，此保護層228形成于整個基底200上，除了主要需要保護的光二極管感測區(qū)240之外，對于其它的區(qū)域也具有保護其不受等離子體蝕刻工藝破壞的效果。
接著，請參照圖3，圖3所示的僅為圖2E中的光二極管感測區(qū)部份。其中保護層228的材質(zhì)為氮化硅，且自對準(zhǔn)絕緣層224的材質(zhì)為氧化硅，兩者之間具有不同的折射率。當(dāng)入射光300經(jīng)由保護層228、自對準(zhǔn)絕緣層224射入光二極管感測區(qū)240表面時，由于經(jīng)由兩種不同折射率材質(zhì)的折射，使得光二極管感測區(qū)240在接收入射光300并將其轉(zhuǎn)換產(chǎn)生光電子的能力較佳，也就是具有較高的量子效率。
綜上所述，本發(fā)明的重要特征由于在形成光二極管互補式金氧半影像感測元件之后覆蓋一層保護層，通過保護層的作用，因此在進行后續(xù)的后段工藝時，能夠避免在后段工藝中所使用的等離子體蝕刻法對光二極管感測區(qū)造成破壞，進而能夠?qū)惦娏鞯漠a(chǎn)生降到最小。
而且，此保護層形成于整個基底上，除了主要必須保護的光二極管感測區(qū)之外，對于其它的區(qū)域也具有保護其不受等離子體蝕刻工藝破壞的效果。
并且，保護層與自對準(zhǔn)絕緣層的材質(zhì)之間具有不同的折射率。由于入射光進入光二極管感測區(qū)表面時，是經(jīng)由保護層、自對準(zhǔn)絕緣層兩種不同折射率材質(zhì)的折射，且光二極管感測區(qū)吸收此經(jīng)由折射過的入射光之后，所轉(zhuǎn)換產(chǎn)生光電子的能力較佳，因此具有較高的量子效率。
權(quán)利要求
1.一種互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該傳感器至少包括一基底；一光二極管感測區(qū)，設(shè)置于該基底中；一晶體管元件區(qū)，設(shè)置于該基底中，且該光二極管感測區(qū)與該晶體管元件區(qū)以一隔離層區(qū)隔；一晶體管，設(shè)置于該晶體管元件區(qū)上，該晶體管包括一柵極氧化層、一柵極導(dǎo)體層、一間隙壁與一源/漏極區(qū)；一自對準(zhǔn)絕緣層，設(shè)置于該光二極管感測區(qū)上；以及一保護層，設(shè)置于該基底上，且至少覆蓋該光二極管感測區(qū)以及該晶體管元件區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該保護層的材質(zhì)包括防止等離子體蝕刻侵蝕的材質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該保護層的材質(zhì)包括氮化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該自對準(zhǔn)絕緣層的材質(zhì)包括氧化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該光二極管感測區(qū)包括一摻雜區(qū)，且該摻雜區(qū)的摻雜型態(tài)與該源/漏極區(qū)相同。
6.如權(quán)利要求1所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，更包括一金屬硅化物層覆蓋于該柵極導(dǎo)體層與該源極/漏極區(qū)上。
7.如權(quán)利要求1所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該基底具有p型摻雜，該光二極管感測區(qū)包括一n型摻雜區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該基體具有n型摻雜，該光二極管感測區(qū)包括一p型摻雜區(qū)。
9.一種互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底；在該基底中形成多個隔離層，且該些隔離層將該基底區(qū)隔為一光二極管感測區(qū)以及一晶體管元件區(qū)；在該基底上形成一柵極氧化層、一柵極導(dǎo)體層；定義該柵極導(dǎo)體層以及該柵極氧化層，以于該晶體管元件區(qū)形成一柵極結(jié)構(gòu)；在該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該晶體管元件區(qū)中形成一源/漏極區(qū)，且同時在該光二極管感測區(qū)中形成一摻雜區(qū)；在該光二極管感測區(qū)上形成一自對準(zhǔn)絕緣層；以及在該基底上形成一保護層，且該保護層至少覆蓋于該光二極管感測區(qū)以及該晶體管元件區(qū)之上。
10.如權(quán)利要求9所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，該保護層的材質(zhì)包括防止等離子體蝕刻侵蝕的材質(zhì)。
11.如權(quán)利要求9所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，該保護層的材質(zhì)包括氮化硅。
12.如權(quán)利要求11所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，形成該保護層的方法包括一等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法。
13.如權(quán)利要求12所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，該等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法所使用的反應(yīng)氣體源包括硅甲烷與氨氣。
14.如權(quán)利要求9所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，該自對準(zhǔn)絕緣層的材質(zhì)包括氧化硅。
15.如權(quán)利要求9所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，形成該自對準(zhǔn)絕緣層的方法包括等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法。
16.如權(quán)利要求9所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，更包括在該些隔離層下形成一通道阻絕區(qū)。
17.如權(quán)利要求9所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，更包括進行一自對準(zhǔn)金屬硅化工藝，以在該柵極導(dǎo)體層與該源/漏極區(qū)形成一金屬硅化物。
18.如權(quán)利要求9所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，該基底具有p型摻雜，且形成該源/漏極區(qū)以及該摻雜區(qū)所植入的離子包括n型摻雜。
19.如權(quán)利要求9所述的互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，其特征是，該基底具有n型摻雜，且形成該源/漏極區(qū)以及該摻雜區(qū)所植入的離子包括p型摻雜。
全文摘要
一種互補式金氧半導(dǎo)體影像傳感器的制造方法，此方法是在基底中形成隔離層，以將基底區(qū)隔為光二極管感測區(qū)以及晶體管元件區(qū)。接著，在晶體管元件區(qū)形成柵極結(jié)構(gòu)之后，再于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的晶體管元件區(qū)中形成源/漏極區(qū)，且同時于光二極管感測區(qū)中形成摻雜區(qū)。然后，在光二極管感測區(qū)上形成自對準(zhǔn)絕緣層，再于基底上形成保護層。
文檔編號H01L31/00GK1399346SQ0214031
公開日2003年2月26日 申請日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月26日
發(fā)明者陳重堯, 林震寶, 劉鳳銘 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司