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圖像傳感器及其制造方法

文檔序號:6903013閱讀:125來源:國知局
專利名稱:圖像傳感器及其制造方法
技術領域
本發(fā)明涉及圖像傳感器及其制造方法。
背景技術
圖像傳感器可以是將光學圖像轉化為電信號的半導體器件。圖像傳感
器可分類為電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖 像傳感器(CIS)。在CCD中,可彼此接近地布置各個MOS電容器,載 流子可存儲于電容器中并且可以傳輸。
CMOS技術可使用控制電路和信號處理電路作為周邊電路。CMOS圖 像傳感器可包括對應于大量像素的大量MOS晶體管,并且可以以切換方 式使用MOS晶體管依次檢測輸出。CMOS圖像傳感器在單元像素中可包 括光電二極管和MOS晶體管。CMOS圖像傳感器可以以切換方式依次檢 測信號,并且可如此確定圖像。光電二極管的靈敏度對于CMOS圖像傳感 器的操作可以是重要的。

發(fā)明內容
實施方案涉及圖像傳感器及其制造方法。
根據(jù)一些實施方案,圖像傳感器可包括以下中的至少一個。在半導體 襯底上和/或上方的柵極。在形成有柵極的所述半導體襯底上和/或上方的 第一雜質區(qū)域。在所述半導體襯底上和/或上方的第二雜質區(qū)域,所述第二 雜質區(qū)域比所述第一雜質區(qū)域淺。在所述第一雜質區(qū)域中形成的并且以預 定角度朝向所述^!f極彎曲的第三雜質區(qū)域。根據(jù)一些實施方案,第三雜質 區(qū)域可以是n-型雜質區(qū)域。
根據(jù)一些實施方案,制造圖像傳感器的方法可包括以下步驟中的至少 一個。在半導體襯底上和/或上方形成柵極。在形成有柵極的半導體襯底上 和/或上方形成第一雜質區(qū)域,所述第一雜質區(qū)域以預定角度朝向柵極彎 曲。在包括第一雜質區(qū)域的半導體襯底上和/或上方形成第二雜質區(qū)域。在所述半導體襯底上和/或上方形成比所述第二雜質區(qū)域淺的第三雜質區(qū)域。
根據(jù)一些實施方案,所述第一雜質區(qū)域可摻雜有n-型摻雜劑。


示例性圖1 5A是說明根據(jù)一些實施方案的圖像傳感器和制造圖像傳 感器的方法的截面圖.
具體實施例方式
示例性圖5A是說明根據(jù)一些實施方案的圖像傳感器的截面圖。參考 示例性圖5A,根據(jù)一些實施方案的圖像傳感器可包括在半導體襯底10 上和/或上方形成的柵極30,以及在半導體襯底10上和/或上方的第一雜質 區(qū)域40、第二雜質區(qū)域45和第三雜質區(qū)域50。才艮據(jù)一些實施方案,半導 體襯底10可形成有在重度摻雜的?++-型硅襯底上和/或上方的輕度摻雜的 p-型外延層。輕度摻雜的p-型外延層可使光電二極管的^區(qū)擴大和加深。 這可提高光電二極管收集光電荷的能力。根據(jù)一些實施方案,柵極30可包 括氧化物層圖案和多晶硅圖案。
如果在p-型外延層下形成重度摻雜的?++-型襯底,那么光電荷可彼此 再結合。結合后的光電荷然后可擴散至相鄰單元像素。根據(jù)一些實施方案, 可減少光電荷的隨機擴散。這可減少光電荷的傳輸變化。
根據(jù)一些實施方案,第一雜質區(qū)域40和第二雜質區(qū)域45可摻雜有可 作為n-型摻雜劑的磷(P)和砷(As)中的至少一種。根據(jù)一些實施方案, 第三雜質區(qū)域50可摻雜有可作為p-型摻雜劑的硼(B)。
根據(jù)一些實施方案,第一雜質區(qū)域40可比第二雜質區(qū)域45深。第一 雜質區(qū)域40可以以預定角度朝向桶f極30傾斜和/或彎曲。第一雜質區(qū)域 40可包括多個雜質區(qū)域40a、 40b、 40c。
第 一雜質區(qū)域40可與第二雜質區(qū)域45重疊。第 一雜質區(qū)域40和第二 雜質區(qū)域45的重疊區(qū)域的密度可高于第一雜質區(qū)域40或第二雜質區(qū)域45 的密度。根據(jù)一些實施方案,第三雜質區(qū)域50可比第二雜質區(qū)域45淺。
由于笫一雜質區(qū)域40可以以預定角度朝向柵極30傾斜,所以可形成 朝向柵極30的電場。根據(jù)一些實施方案,由光電二極管產生的電子可容易 地移動至柵極30。換言之,可提高由光電二極管產生的電子的傳輸效率,這可增加飽和電流并可防止滯后。由此可改善圖i象傳感器的靈敏度。
示例性圖1 5A是說明根據(jù)一些實施方案的制造圖像傳感器的方法的 截面圖。示例性圖1A是說明根據(jù)一些實施方案的制造圖像傳感器的方法 的側截面圖。示例性圖1B是說明根據(jù)一些實施方案的制造圖像傳感器的 方法的平面圖。
參考示例性圖1A和1B,在半導體襯底10上和/或上方可形成氧化物 層15、多晶硅層20和第一光刻膠圖案100。半導體襯底可包括隔離層5。
半導體襯底10可形成有在重度摻雜的?++-型硅襯底上和/或上方的輕 度摻雜的p-型外延層。輕度摻雜的p-型外延層可使光電二極管的^區(qū)擴 大和加深。這可增強光電二極管收集光電荷的能力。
如果在p-型外延層下形成重度摻雜的口++-型襯底,那么在光電荷可擴 散至相鄰單元像素之前,光電荷可彼此再結合。因此,可減少光電荷的隨 機擴散,并且可減少光電荷的傳輸變化。根據(jù)一些實施方案,通過在半導 體襯底10中形成溝槽并在溝槽中填充絕緣材料可形成隔離層5。
參考示例性圖1B,在柵極區(qū)域和多晶硅圖案區(qū)域上和/或上方可設置 第一光刻膠圖案100。在多晶硅圖案區(qū)域上和/或上方的第一光刻膠圖案 100b可以以預定角度朝向可設置在柵極區(qū)域上和/或上方的第二光刻膠圖 案100a傾斜和/或彎曲。
第一光刻膠圖案100b可設置在以后可形成多晶硅圖案的區(qū)域上和/或 上方并可具有矩形形狀,其中第一光刻膠圖案100b的中心部分可以具有 角度地朝向柵極30。
參考示例性圖2A和2B,可蝕刻多晶硅層20和氧化物層15。這可形 成柵極30和多晶硅圖案25。根據(jù)第一光刻膠圖案100的形狀,可形成多 晶硅圖案25和柵極30。根據(jù)一些實施方案,然后可通過例如灰化工藝移 除第一光刻膠圖案IOO。根據(jù)一些實施方案,柵極30可以是傳輸柵極。根 據(jù)一些實施方案,柵極30可包括多晶硅。根據(jù)一些實施方案,柵極30不 限于此,并且可包括金屬硅化物層。
參考示例性圖3A和3B,在具有多晶硅圖案25的半導體襯底10上和 /或上方可形成第二光刻膠圖案200。才艮據(jù)一些實施方案,通過第一離子注 入工藝可形成第一雜質區(qū)域40。才艮據(jù)一些實施方案,第二光刻膠圖案200 可覆蓋柵極300。通過將磷(31P+)和砷(75As+)中的至少一種注入到半導體襯底IO 中可形成第一雜質區(qū)域40。根據(jù)一些實施方案,多晶硅圖案25和第二光 刻膠圖案200可用作該步驟的掩模。
根據(jù)一些實施方案,可以以約3xl0H原子/cn^-3xl0"原子/cii^的劑 量和約200 KeV~300 KeV的能量,使用砷(75As+)進行第一離子注入 工藝。根據(jù)一些實施方案,第一離子注入工藝可不限于該配置,而是可以 根據(jù)產品特性采用各種摻雜劑以不同劑量和能量水平進行。
參考示例性圖3B,第一雜質區(qū)域40可與多晶硅圖案25交替對齊。因 此,第一雜質區(qū)域40可以以預定角度朝向柵極30彎曲。這可類似于多晶 硅圖案25的形狀。根據(jù)一些實施方案,具有長矩形形狀的第一雜質區(qū)域 40的中心部分可朝向柵極30彎曲。然后例如通過濕蝕刻工藝可移除多晶 硅圖案25。
根據(jù)一些實施方案,雖然多晶硅圖案25可包括三個多晶硅圖案(第一 多晶硅圖案25a、第二多晶硅圖案25b和第三多晶硅圖案25c),但是多晶 硅圖案的數(shù)量不限于此.根據(jù)一些實施方案,多晶硅圖案的數(shù)量可大于或 小于三。根據(jù)一些實施方案,第一雜質區(qū)域40的數(shù)量可根據(jù)多晶硅圖案 25的數(shù)量變化。
參考示例性圖4,可通過4吏用第二光刻膠圖案200作為掩模實施第二 離子注入工藝。這可形成第二雜質區(qū)域45。祁^據(jù)一些實施方案,可通過將 可作為n-型摻雜劑的磷(31P+)和砷(75As+)中的至少一種注入到半導 體襯底10中形成第二雜質區(qū)域45。根據(jù)一些實施方案,第二光刻膠圖案 200可用作該注入工藝的4^模。
才艮據(jù)一些實施方案,可以以對應于第一離子注入工藝能量的約3/4的 能量進行第二離子注入工藝以注入n-型摻雜劑。例如,可以以約5xl0"原 子/cm2 ~ 5xl0"原子/cm2的劑量和約150 KeV ~ 200 KeV的能量,使用砷 (75As+)實施第二離子注入工藝。才艮據(jù)一些實施方案,第二離子注入工 藝不限于這樣的配置,而是可以根據(jù)產品特性采用各種摻雜劑以不同劑量 和能量水平進行。才艮據(jù)一些實施方案,為增加飽和電流,第二注入工藝可 實施兩次。
第一雜質區(qū)域40可與笫二雜質區(qū)域45重疊。才艮據(jù)一些實施方案,第 一雜質區(qū)域40和第二雜質區(qū)域45的重疊區(qū)域的密度可高于第一雜質區(qū)域
740或第二雜質區(qū)域45的密度。
根據(jù)一些實施方案,第二雜質區(qū)域45可比第一雜質區(qū)域40淺。才艮據(jù) 一些實施方案,由于第二雜質區(qū)域45可以是高度摻雜的區(qū)域,所以根據(jù)一 些實施方案可形成的光電二極管可以是重度摻雜的。這可增加飽和電流。
參考示例性圖5A,例如通過實施第三離子注入工藝可形成第三雜質區(qū) 域50。才艮據(jù)一些實施方案,第二光刻膠圖案200可用作該工藝的4i模。然 后可移除第二光刻膠圖案200。
通過將可以作為p-型摻雜劑的硼(B )和BF2+中的至少一種注入到半 導體襯底10中,可形成第三雜質區(qū)域50。才艮據(jù)一些實施方案,第二光刻 膠圖案200可用作掩模以形成第三雜質區(qū)域50。因此可形成第三雜質區(qū)域 50.根據(jù)一些實施方案,因此可形成包括第一雜質區(qū)域40、第二雜質區(qū)域 45和第三雜質區(qū)域50的光電二極管。
根據(jù)一些實施方案,第一雜質區(qū)域40、第二雜質區(qū)域45和第三雜質 區(qū)域50可接觸半導體襯底10。根據(jù)一些實施方案,光電二極管可因此是 PNP光電二極管。
光電二極管可在第一雜質區(qū)域40處具有較高的密度,并且可具有較高 密度的光電二極管的一部分可以以預定角度朝向柵極30傾斜。
因此,參考示例性圖5B,可形成朝向柵極30的電場。因此,由光電 二極管產生的電子可相對容易地移動至柵極30。這可增加由光電二極管產 生的電子的傳輸效率。因此可增加飽和電流,這可防止滯后。因此,可改 善圖像傳感器的靈敏度。
根據(jù)一些實施方案,在半導體襯底10上和/或上方可形成浮置擴散區(qū)。 根據(jù)一些實施方案,在半導體襯底10上和/或上方也可形成金屬互連層、 濾色器陣列、和m鏡。
根據(jù)一些實施方案,圖像傳感器及其制造方法可包括朝向柵極彎曲和/ 或傾斜的離子注入層。這可增加光電二極管的面積。
根據(jù)一些實施方案,可提高由光電二極管產生的電子的傳輸效率。這 可增加飽和電流并且可明顯防止滯后.才艮據(jù)一些實施方案,可改善圖〗象傳 感器的靈敏度和圖像傳感器的可靠性。
根據(jù)一些實施方案,雖然可參考附圖描述了 CMOS圖像傳感器(CIS)的結構,但是實施方案不限于此。根據(jù)一些實施方案,朝向初f極彎曲的離
子注入層可用于任何圖像傳感器,包括電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。
對本領域技術人員顯而易見的是在公開的實施方案中可做出各種改 變和變化。因此,只要這些顯然和明顯的改變和變化在所附權利要求和其 等同物的范圍之內,則公開的實施方案意圖覆蓋這些顯然和明顯的改變和 變化。
權利要求
1. 一種器件,包括在半導體襯底上方的柵極;在所述半導體襯底上方的第一雜質區(qū)域;在所述半導體襯底上上方的第二雜質區(qū)域,所述第二雜質區(qū)域比所述第一雜質區(qū)域淺并且形成在所述第一雜質區(qū)域的至少一部分上方;和在所述第一雜質區(qū)域中形成的并且以預定角度朝向所述柵極彎曲的第三雜質區(qū)域。
2. 根據(jù)權利要求l所述的器件,其中所述第三雜質區(qū)域包括n-型雜質區(qū) 域。
3. 根據(jù)權利要求2所述的器件,其中所述第一雜質區(qū)域包括n-型雜質區(qū) 域,所述第二雜質區(qū)域包括p-型雜質區(qū)域。
4. 根據(jù)權利要求1所述的器件,其中所述第三雜質區(qū)域比所述第一雜質 區(qū)域深。
5. 根據(jù)權利要求1所述的器件,其中所述第三雜質區(qū)域包括多個雜質區(qū) 域。
6. 根據(jù)權利要求5所述的器件,其中在重疊區(qū)域中所述第一雜質區(qū)域的 一部分覆蓋所述第三雜質區(qū)域,和其中所述重疊區(qū)域的密度大于所述第一 雜質區(qū)域的密度或所述第三雜質區(qū)域的密度。
7. —種方法,包括 在半導體襯底上方形成柵極;在所述半導體襯底中形成第一雜質區(qū)域,所述第一雜質區(qū)域以預定角度朝向所述柵極彎曲;在包括所述第一雜質區(qū)域的所述半導體襯底中形成第二雜質區(qū)域;和在所述第一雜質區(qū)域和第二雜質區(qū)域上方形成比所述第二雜質區(qū)域淺 的第三雜質區(qū)域。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法,其中所述第一雜質區(qū)域摻雜有n-型摻雜 劑。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法,其中所述第二雜質區(qū)域包括n-型雜質區(qū)域,所述第三雜質區(qū)域包括p-型雜質區(qū)域。
10. 根據(jù)權利要求7所述的方法,其中所述半導體襯底包括在重度摻雜的 ++-型硅襯底上方的輕度摻雜的p-型外延層。
11. 根據(jù)權利要求7所述的方法,其中形成所述第一雜質區(qū)域包括 在所述半導體襯底上方形成多晶珪圖案;使用所述多晶硅圖案作為掩模,通過實施離子注入工藝在所述半導體 襯底上方形成所述第一雜質區(qū)域;和移除所述多晶硅圖案。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法,其中所述柵極和所述多晶硅圖案是同時 形成的。
13. 根據(jù)權利要求7所述的方法,其中在所述半導體襯底中所述第一雜質 區(qū)域形成得比所述第二雜質區(qū)域深。
14. 根據(jù)權利要求7所述的方法,其中所述第一雜質區(qū)域包括多個雜質區(qū) 域。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法,其中在重疊區(qū)域中所述第二雜質區(qū)域的 一部分覆蓋所述第一雜質區(qū)域,和其中所述重疊區(qū)域的密度大于所述第一 雜質區(qū)域的密度或所述第二雜質區(qū)域的密度。
16. 根據(jù)權利要求7所述的方法,其中通過將磷(31P+)和砷(75As+) 中的至少一種注入到所述半導M底中,形成所述第一雜質區(qū)域。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法,其中以約3xl0"原子/cm^3xl(^原子 /0112的劑量和約200 KeV~300 KeV的能量,使用砷(75As+)進行用于 形成所述第 一雜質區(qū)域的所述離子注入工藝。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法,包括以對應于用于形成所述第一雜質 區(qū)域的所述能量的約3/4的能量水平形成所述第二雜質區(qū)域。
19. 根據(jù)權利要求17所述的方法,其中以約5xl0n原子/ci^ 5xl(P原子 / 112的劑量和約150 KeV~200 KeV的能量,通過使用砷(75As+)的離 子注入工藝形成笫二雜質區(qū)域。
20. 根據(jù)權利要求7所述的方法,包括用磷(P)和砷(As)中的至少 一種摻雜所述第一雜質區(qū)域和第二雜質區(qū)域,用硼(B)摻雜所述第三雜 質區(qū)域。
全文摘要
實施方案涉及圖像傳感器和制造圖像傳感器的方法。根據(jù)實施方案,圖像傳感器可包括在半導體襯底上方的柵極;在半導體襯底上方的第一雜質區(qū)域;在半導體襯底上方的第二雜質區(qū)域,第二雜質區(qū)域比第一雜質區(qū)域淺;和在第一雜質區(qū)域中形成的并且以預定角度朝向柵極彎曲的第三雜質區(qū)域。根據(jù)實施方案,第三雜質區(qū)域可以是n-型雜質區(qū)域。根據(jù)實施方案,可增加光電二極管的面積,可提高由光電二極管產生的電子的傳輸效率。
文檔編號H01L27/146GK101471365SQ20081018655
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權日2007年12月27日
發(fā)明者李政皓 申請人:東部高科股份有限公司
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