專利名稱：Cmos圖像傳感器的形成方法
CMOS圖像傳感器的形成方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于CMOS圖像傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種CMOS圖像傳感器的形成方法。
技術(shù)背景
圖像傳感器的作用是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號。圖像傳感器分為互補金屬氧化物(CMOS)圖像傳感器和電荷耦合器件(CXD)圖像傳感器。C⑶圖像傳感器的優(yōu)點是對圖像敏感度較高，噪聲小，但是CCD圖像傳感器與其它器件的集成比較困難，而且CCD圖像傳感器的功耗較高。相比之下，CMOS圖像傳感器具有工藝簡單、易與其它器件集成、體積小、 重量輕、功耗小、成本低等優(yōu)點。目前CMOS圖像傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于靜態(tài)數(shù)碼相機、照相手機、數(shù)碼攝像機、醫(yī)療用攝像裝置(例如胃鏡)、車用攝像裝置等。
CMOS圖像傳感器中將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號的部件為像素(pixel)，像素包括光電轉(zhuǎn)換元件及像素電路，像素電路包括晶體管。根據(jù)像素電路中晶體管的數(shù)量，CMOS 圖像傳感器可分為3T式CMOS圖像傳感器、4T式CMOS圖像傳感器。圖1是3T式CMOS圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一個像素包括包括光電轉(zhuǎn)換元件H)及像素電路, 像素電路包括復(fù)位晶體管M2、源跟隨晶體管M3及選擇晶體管M4。圖2是4T式CMOS圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，4T式CMOS圖像傳感器的一個像素包括光電轉(zhuǎn)換元件ro及像素電路，像素電路包括傳輸晶體管Ml、復(fù)位晶體管M2、源跟隨晶體管M3及選擇晶體管M4。
采用光電轉(zhuǎn)換元件的一個缺點是在缺少入射光時容易產(chǎn)生暗電流(dark current)，暗電流可能作為被處理圖像中“白”像素出現(xiàn)，從而降低畫面質(zhì)量。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員一直致力于如何降低CMOS圖像傳感器中的暗電流。暗電流通常是由很多不同的因素導(dǎo)致，包括等離子體損壞、應(yīng)力、注入損傷、晶片缺陷、電場等。但是，暗電流的一個尤為重要的來源是襯底的懸掛硅鍵。
下面結(jié)合圖3至圖8對現(xiàn)有一種CMOS圖像傳感器的形成方法作簡單介紹
如圖3所示，提供P型半導(dǎo)體襯底1，半導(dǎo)體襯底I包括外圍電路區(qū)域11及像素區(qū)域12。在半導(dǎo)體襯底I上形成氮化硅層2、位于氮化硅層2上方的第一圖形化光刻膠層3， 以第一圖形化光刻膠層3為掩模對氮化硅層2及半導(dǎo)體襯底I進(jìn)行刻蝕，以在半導(dǎo)體襯底外圍電路區(qū)域11與半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域12之間形成第一淺溝槽4、在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域 12形成第二淺溝槽5，在此步驟中被刻蝕的氮化硅層2形成有開口。
結(jié)合圖3及圖7所示，向第一淺溝槽4及第二淺溝槽5內(nèi)填充氧化硅層，以形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)6、第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)7。
如圖8所示，去除圖7所示的氮化硅層2，在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域11內(nèi)形成N型感光區(qū)域8，感光區(qū)域8與半導(dǎo)體襯底I構(gòu)成光電二極管。
但刻蝕形成第二淺溝槽5的步驟會導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底I表面產(chǎn)生懸掛硅鍵，而懸掛硅鍵會導(dǎo)致第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)7與光電二極管之間產(chǎn)生暗電流。為了解決這個問題，繼續(xù)參照圖8所示，在第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)7的表面形成P型摻雜區(qū)9。
具體地，摻雜區(qū)9的形成方法包括如圖4所示，去除殘余的圖3所示的第一圖形化光刻膠層3，在氮化硅層2、第一淺溝槽4及第二淺溝槽5上形成第二光刻膠層10 ;結(jié)合圖 4及圖5所示，對第二光刻膠10進(jìn)行曝光、顯影，曝光、顯影之后第二光刻膠層10成為第二圖形化光刻膠層10a，第二圖形化光刻膠層IOa將位于半導(dǎo)體襯底外圍電路區(qū)域11與像素區(qū)域12之間的第一淺溝槽4覆蓋住，接著以具有開口的氮化硅層2為掩模進(jìn)行離子注入， 以在第二淺溝槽5的表面形成摻雜區(qū)9。
形成摻雜區(qū)9之后，如圖6所示，去除殘余的圖5所示的第二圖形化光刻膠層10a。
但是，隨著半導(dǎo)體集成電路集成度的不斷提高，器件的尺寸變得越來越小，因而第二淺溝槽5的尺寸也變得越來越小。結(jié)合圖4及圖5所示，在對第二光刻膠層10進(jìn)行曝光、 顯影的步驟中，由于第二淺溝槽5的尺寸很小，很難將第二淺溝槽5底部的第二光刻膠層10 完全去除干凈，而第二淺溝槽5底部殘留的第二光刻膠層10會影響摻雜區(qū)9的形成。
另外，繼續(xù)參照圖8所示，當(dāng)?shù)诙\溝槽隔離結(jié)構(gòu)7的尺寸較小時，為了更有效的防止相鄰兩個像素中光電轉(zhuǎn)換元件之間的串?dāng)_，在第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)7下方形成P型摻雜區(qū)13，具體地，摻雜區(qū)13的形成方法包括在半導(dǎo)體襯底1、第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)6及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)7上形成第三圖形化光刻膠層(未圖示)，所述第三圖形化光刻膠層具有開口 ；以所述第三圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)7下方形成慘雜區(qū)13。
由于形成摻雜區(qū)13時離子注入能量很大，為了防止注入離子會將半導(dǎo)體襯底I打穿，需使所述第三圖形化光刻膠層的厚度盡可能大一些，但考慮到所述第三圖形化光刻膠層中開口的尺寸較小，在曝光時需采用深紫外(DUV)光源，而深紫外光源要求待曝光光刻膠層厚度不能太厚，因而所述第三圖形化光刻膠層的厚度不可能同時滿足上述兩個要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有CMOS圖像傳感器形成方法中在圖形化用于形成設(shè)置在淺溝槽表面的摻雜區(qū)的光刻膠層時，淺溝槽底部的光刻膠層會有殘留，該淺溝槽位于半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器的形成方法，其包括
提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括外圍電路區(qū)域及像素區(qū)域；
在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一圖形化光刻膠層，以所述第一圖形化光刻膠層為掩模對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，以形成第一淺溝槽，所述第一淺溝槽設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底外圍電路區(qū)域與像素區(qū)域之間；
去除殘余的第一圖形化光刻膠層之后，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第二圖形化光刻膠層，所述第一淺溝槽被所述第二圖形化光刻膠層覆蓋住，以所述第二圖形化光刻膠層為掩模對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，以形成設(shè)置在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域的第二淺溝槽；
以所述第二圖形化光刻膠層為掩模，在所述第二淺溝槽的表面形成第一摻雜區(qū)；
去除殘余的第二圖形化光刻膠層之后，向所述第一淺溝槽及第二淺溝槽內(nèi)填充絕緣層，以形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；
在所述半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域形成光電轉(zhuǎn)換元件。
可選地，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一圖形化光刻膠層之前，在半導(dǎo)體襯底上形成氮化娃層。
可選地，形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟與在所述半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域形成光電轉(zhuǎn)換元件的步驟之間還包括步驟
在所述半導(dǎo)體襯底、第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上形成第三圖形化光刻膠層；
以所述第三圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在所述第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)下方形成用以隔離相鄰兩個像素中光電轉(zhuǎn)換元件的第二摻雜區(qū)。
可選地，在所述第二淺溝槽的表面形成第一摻雜區(qū)的步驟與去除殘余的第二圖形化光刻膠層的步驟之間還包括步驟
以所述第二圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在所述第二淺溝槽下方形成用以隔離相鄰兩個像素中光電轉(zhuǎn)換元件的第二摻雜區(qū)。
可選地，所述第二圖形化光刻膠層的厚度為4500人-5000A
可選地，在所述第二淺溝槽下方形成所述第二摻雜區(qū)的工藝參數(shù)包括離子注入能量為200Kev-300Kev，離子注入劑量為1. 0*1012/cm3-2. 0*1012/cm3，注入離子為B。
可選地，所述第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)及所述半導(dǎo)體襯底的摻雜類型相同。
可選地，在所述第二淺溝槽的表面形成第一摻雜區(qū)的工藝參數(shù)包括離子注入能量為20Kev-30Kev，離子注入劑量為3. 5*1013/0113-5*1013/0113，注入離子為B。
可選地，所述半導(dǎo)體襯底上形成有外延層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點
在本發(fā)明的一個技術(shù)方案中，利用第一次光刻工藝形成第一圖形化光刻膠層，第一圖形化光刻膠層用于定義第一淺溝·槽的位置，去除第一圖形化光刻膠層之后，利用第二次光刻工藝形成第二圖形化光刻膠層，第二圖形化光刻膠層用于定義第二淺溝槽的位置， 繼續(xù)以第二圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入以在第二淺溝槽的表面形成第一摻雜區(qū)， 因而第二淺溝槽的底部不會殘留光刻膠層，進(jìn)而不會出現(xiàn)殘留光刻膠會影響位于第二淺溝槽表面的第一摻雜區(qū)的形成問題。
進(jìn)一步地，現(xiàn)有方法中第一淺溝槽的位置、第二淺溝槽的位置是利用同一次光刻工藝來定義，而在上述技術(shù)方案中第一淺溝槽的位置、第二淺溝槽的位置分別利用一次光刻工藝來定義，因而上述技術(shù)方案中第一淺溝槽及第二淺溝槽與半導(dǎo)體襯底上已形成結(jié)構(gòu)的位置對準(zhǔn)精度更高。
在本發(fā)明的另一個技術(shù)方案中，當(dāng)?shù)诙\溝槽隔離結(jié)構(gòu)的尺寸較小時，為了能更有效的防止相鄰兩個像素中光電轉(zhuǎn)換元件之間的串?dāng)_，在第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)下方形成第二摻雜區(qū)，且第二摻雜區(qū)的形成步驟設(shè)置在第一摻雜區(qū)的形成步驟之后，并在第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)、第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成步驟之前，其形成方法包括繼續(xù)以第二圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在第二淺溝槽下方形成第二摻雜區(qū)。在這個技術(shù)方案中能帶來以下進(jìn)一步的有益效果1.節(jié)省了形成用于定義第二摻雜區(qū)位置的圖形化光刻膠層的工藝步驟；2.在離子注入形成第二摻雜區(qū)時，第二淺溝槽內(nèi)還未填充絕緣層，因而離子注入所需的注入能量更??；3.由于在離子注入形成第二摻雜區(qū)時離子注入所需注入能量減小了，另外，在離子注入形成第二摻雜區(qū)時半導(dǎo)體襯底上形成有氮化硅層，氮化硅層能起到一定的阻擋作用，不會要求圖形化光刻膠層的厚度很厚，符合深紫外光源對待曝光光刻膠層厚度的要求，因而不會存在離子注入要求很厚的光刻膠層而深紫外光源要求待曝光光刻膠層厚度不能太厚的問題。


圖
圖
圖
閱;
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圖1是3T式CMOS圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)示意圖；2是4T式CMOS圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)示意圖；3至圖8是現(xiàn)有一種CMOS圖像傳感器在各個制作階段的剖視圖；9至圖15是本發(fā)明的實施方式一中CMOS圖像傳感器在各個制作階段的剖視16是本發(fā)明的實施方式二中CMOS圖像傳感器在其中一個制作階段的剖視圖；具體實施方式

如前所述，現(xiàn)有CMOS圖像傳感器形成方法中在圖形化用于形成設(shè)置在淺溝槽表面的摻雜區(qū)的光刻膠層時，淺溝槽底部的光刻膠層會有殘留，該淺溝槽位于半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域。
為了解決該問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案利用第一次光刻工藝形成第一圖形化光刻膠層，第一圖形化光刻膠層用于定義第一淺溝槽的位置，去除第一圖形化光刻膠層之后，利用第二次光刻工藝形成第二圖形化光刻膠層，第二圖形化光刻膠層用于定義第二淺溝槽的位置，繼續(xù)以第二圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入以在第二淺溝槽的表面形成摻雜區(qū)，因而第二淺溝槽的底部不會殘留光刻膠層，進(jìn)而不會出現(xiàn)殘留光刻膠會影響位于第二淺溝槽表面的摻雜區(qū)的形成問題。
下面結(jié)合附圖，通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的可實施方式的一部分，而不是其全部。根據(jù)這些實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下可獲得的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
實施方式一
如圖9所示，提供半導(dǎo)體襯底100，半導(dǎo)體襯底100包括外圍電路區(qū)域101及像素區(qū)域102。其中，外圍電路區(qū)域101用于形成外圍電路，該外圍電路包括控制電路、傳輸電路及轉(zhuǎn)換電路等，像素區(qū)域102用于形成像素，像素包括光電轉(zhuǎn)換元件及像素電路。半導(dǎo)體襯底100的摻雜類型為P型或N型，在本實施例中，半導(dǎo)體襯底100的摻雜類型為P型。
繼續(xù)參照圖9所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成第一圖形化光刻膠層120，以第一圖形化光刻膠層120為掩模對半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行刻蝕，以形成第一淺溝槽121，第一淺溝槽 121設(shè)置在半導(dǎo)體襯底外圍電路區(qū)域101與半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102之間。在一個實施例中，在形成第一圖形化光刻膠層120之前，在半導(dǎo)體襯底100上形成氮化硅層110，在這種情況下，在刻蝕形成第一淺溝槽121時也會對氮化硅層110進(jìn)行刻蝕，使得氮化硅層110被圖形化。
結(jié)合圖9及圖10所示，去除殘余的第一圖形化光刻膠層120。然后，在半導(dǎo)體襯底 100上形成第二圖形化光刻膠層130，第一淺溝槽121被第二圖形化光刻膠層130覆蓋住。以第二圖形化光刻膠層130為掩模對半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行刻蝕，以形成第二淺溝槽131，第二淺溝槽131設(shè)置在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102。一般而言，第二淺溝槽131的寬度小于第一淺溝槽121的寬度。當(dāng)半導(dǎo)體襯底100上形成有氮化硅層110時，在刻蝕形成第二淺溝槽 131時也會對氮化硅層110進(jìn)行刻蝕，使得氮化硅層110再次被圖形化。需說明的是，該步驟中可在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102至少形成一個第二淺溝槽131，圖中僅以一個第二淺溝槽131為例。
如圖11所示，繼續(xù)以第二圖形化光刻膠層130為掩模進(jìn)行離子注入，以在第二淺溝槽131的表面形成第一摻雜區(qū)132，第一摻雜區(qū)132環(huán)繞在第二淺溝槽131的外側(cè)。由于第二圖形化光刻膠層130將其它區(qū)域覆蓋住，僅暴露出第二淺溝槽131，因此僅會在第二淺溝槽131的表面形成第一摻雜區(qū)132。第一摻雜區(qū)132的摻雜類型與半導(dǎo)體襯底100的摻雜類型相同，在本實施例中，第一摻雜區(qū)132的摻雜類型為P型。在一個具體的實施例中，第二圖形化光刻膠層130的厚度為4500A-5000人在一個具體的實施例中，形成第一摻雜區(qū) 132的工藝參數(shù)包括離子注入能量為20KeV-30KeV，離子注入劑量為3. 5*1013/cm3-5*1013/ cm3，注入離子為B。在形成第一摻雜區(qū)132的步驟中，需合理控制離子注入能量，以避免第一摻雜區(qū)132不會形成在第二淺溝槽131表面；另外還需合理控制離子注入劑量，以避免第一摻雜區(qū)132不能起到防止暗電流的作用。
進(jìn)行離子注入的步驟中會對半導(dǎo)體襯底100的晶格結(jié)構(gòu)造成損傷，這種損傷會在以后的擴散及退火工藝中得到修復(fù)。
如前所述，圖3至圖8示意出了現(xiàn)有CMOS圖像傳感器的形成方法，比較可知，現(xiàn)有 CMOS圖像傳感器形成方法與本發(fā)明實施方式一的技術(shù)方案存在以下區(qū)別如圖3至圖5所示，現(xiàn)有方法利用第一次光刻工藝(包括旋涂、曝光、顯影等步驟)形成第一圖形化光刻膠層 3，第一圖形化光刻膠層3用于定義第一淺溝槽4及第二淺溝槽5的位置，去除第一圖形化光刻膠層3之后，利用第二次光刻工藝形成第二圖形化光刻膠層10a，第二圖形化光刻膠層 IOa用于將第一淺溝槽4覆蓋住并暴露出第二淺溝槽5，從而能夠以具有開口的氮化硅層2 為掩模進(jìn)行離子注入以在第二淺溝槽5的表面形成摻雜區(qū)9 ;如圖9至圖11所示，而本發(fā)明實施方式一利用第一次光刻工藝形成第一圖形化光刻膠層120,第一圖形化光刻膠層120 用于定義第一淺溝槽121 (與現(xiàn)有第一淺溝槽4相對應(yīng))的位置，去除第一圖形化光刻膠層 120之后，利用第二次光刻工藝形成第二圖形化光刻膠層130，第二圖形化光刻膠層130用于定義第二淺溝槽13 1 (與現(xiàn)有第二淺溝槽5相對應(yīng))的位置，繼續(xù)以第二圖形化光刻膠層 130為掩模進(jìn)行離子注入以在第二淺溝槽131的表面形成摻雜區(qū)132。
換言之，現(xiàn)有方法利用一次光刻工藝及刻蝕工藝同步形成第一淺溝槽及第二淺溝槽，然后再利用一次光刻工藝形成圖形化光刻膠層，將其作為掩模以形成位于第二淺溝槽表面的摻雜區(qū)；而實施方式一的技術(shù)方案利用兩次光刻工藝及刻蝕工藝先后形成第一淺溝槽、第二淺溝槽，然后繼續(xù)以第二次光刻工藝形成的圖形化光刻膠層為掩模以形成位于第二淺溝槽表面的摻雜區(qū)。
現(xiàn)有方法中，如圖5所示，當(dāng)?shù)诙\溝槽的尺寸較小時，在第二次光刻工藝的顯影步驟中很難將第二淺溝槽底部的光刻膠層完全去除干凈，以致殘留在第二淺溝槽底部的光刻膠會影響位于第二淺溝槽表面的摻雜區(qū)的形成。而本發(fā)明實施方式一的技術(shù)方案中先利用第一次光刻工藝及刻蝕工藝形成第一淺溝槽，接著利用第二次光刻工藝及刻蝕工藝形成第二淺溝槽，并且以第二次光刻工藝形成的圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入以形成位于第二淺溝槽表面的摻雜區(qū)，因而第二淺溝槽的底部不會殘留光刻膠層，進(jìn)而不會出現(xiàn)殘留光刻膠會影響位于第二淺溝槽表面的摻雜區(qū)的形成問題。
進(jìn)一步地，現(xiàn)有方法中第一淺溝槽的位置、第二淺溝槽的位置是利用同一次光刻工藝來定義，而本發(fā)明實施方式一的技術(shù)方案中第一淺溝槽的位置、第二淺溝槽的位置分別利用一次光刻工藝來定義，因而本發(fā)明實施方式一的技術(shù)方案中第一淺溝槽及第二淺溝槽與半導(dǎo)體襯底上已形成結(jié)構(gòu)的位置對準(zhǔn)精度更高。
如圖12所示，去除殘余的圖11所示的第二圖形化光刻膠層130。向第一淺溝槽 121及第二淺溝槽131填充絕緣層，以形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141、第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) 142。具體地，形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141、第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142的步驟包括在氮化硅層110、第一淺溝槽121及第二淺溝槽131上形成絕緣層，絕緣層將第一淺溝槽121及第二淺溝槽131填滿；利用化學(xué)機械研磨(CMP)工藝去除多余的絕緣層，填充有剩余絕緣層的第一淺溝槽121構(gòu)成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141，填充有剩余絕緣層的第二淺溝槽131構(gòu)成第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142。第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141用于將形成在半導(dǎo)體襯底外圍電路區(qū)域101的外圍電路(未圖示)與形成在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102的像素隔離，以防止兩者之間會產(chǎn)生信號串?dāng)_，第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142用于將形成在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102的相鄰兩個像素隔離，以防止兩者之間會產(chǎn)生信號串?dāng)_。
如圖13所示，形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141、第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142之后，去除剩余的圖12所示的氮化硅層110。當(dāng)?shù)诙\溝槽隔離結(jié)構(gòu)142的尺寸較小時，為了能更有效的防止相鄰兩個像素中光電轉(zhuǎn)換元件之間的串?dāng)_，在第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142下方形成第二摻雜區(qū)133，第二摻雜區(qū)133的摻雜類型與半導(dǎo)體襯底100的摻雜類型相同，但第二摻雜區(qū)133的摻雜濃度大于半導(dǎo)體襯底100的摻雜濃度。在本實施例中，半導(dǎo)體襯底100的摻雜類型為P型，第二摻雜區(qū)133的摻雜類型也為P型。
在本實施例中，形成第二摻雜區(qū)133的步驟包括在半導(dǎo)體襯底100、第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141及第二淺溝槽 隔離結(jié)構(gòu)142上形成第三圖形化光刻膠層150 ;以第三圖形化光刻膠層150為掩模進(jìn)行離子注入，以在第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142下方形成第二摻雜區(qū) 133。在一個具體的實施例中，第三圖形化光刻膠層150的厚度為12000/1以避免注入離子會將半導(dǎo)體襯底100其它區(qū)域打穿。
如圖14所示，去除殘余的圖13所示的第三圖形化光刻膠層150之后，在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102形成光電轉(zhuǎn)換元件及像素電路。本發(fā)明實施方式一中光電轉(zhuǎn)換元件及像素電路的形成方法與現(xiàn)有CMOS圖像傳感器形成方法中光電轉(zhuǎn)換元件及像素電路的形成方法相同，故在此僅作簡單介紹。在一個實施例中，在半導(dǎo)體襯底100、第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141 及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142上形成圖形化光刻膠層(未圖示)，以該圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102形成摻雜區(qū)161，摻雜區(qū)161設(shè)置在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102的表面，摻雜區(qū)161的摻雜類型與半導(dǎo)體襯底100的摻雜類型相反，摻雜類型相反的摻雜區(qū)161與半導(dǎo)體襯底100構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件。在本實施例中，半導(dǎo)體襯底100 的摻雜類型為P型，摻雜區(qū)161的摻雜類型為N型。
繼續(xù)參照圖14所示，在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102上形成有柵極結(jié)構(gòu)170，柵極結(jié)構(gòu)170是構(gòu)成像素電路的晶體管的一部分。需說明的是，該圖并不表示像素電路是在光電轉(zhuǎn)換元件之后形成。
在另一個實施例中，如圖15所示，摻雜區(qū)161上方設(shè)置設(shè)置有摻雜區(qū)162，其中，摻雜區(qū)162設(shè)置在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域102表面，摻雜區(qū)162的摻雜類型與摻雜區(qū)161的摻雜類型相反，與半導(dǎo)體襯底100的摻雜類型相同。摻雜區(qū)161與摻雜區(qū)162構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件。
實施方式二
如圖13所示，實施方式一中在形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142之后再形成第三圖形化光刻膠層150，并以第三圖形化光刻膠層150為掩模進(jìn)行離子注入以形成第二摻雜區(qū)133。
實施方式一中，由于形成第二摻雜區(qū)時離子注入能量很大，為了防止注入離子會將半導(dǎo)體襯底打穿，需使所述第三圖形化光刻膠層的厚度盡可能大一些，但考慮到所述第三圖形化光刻膠層中開口的尺寸較小，在曝光時需采用深紫外(DUV)光源，而深紫外光源要求待曝光光刻膠層厚度不能太厚，因而所述第三圖形化光刻膠層的厚度不可能同時滿足上述兩個要求。
為了解決這個問題，本發(fā)明提供了實施方式二，實施方式二與實施方式一的區(qū)別在于實施方式二中第二摻雜區(qū)133的形成步驟設(shè)置在以第二光刻膠層130為掩模進(jìn)行離子注入以形成位于第二淺 溝槽131表面的第一摻雜區(qū)132的步驟(參照圖11所示)之后， 并在向第一淺溝槽121、第二淺溝槽131內(nèi)填充絕緣層以形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141、第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142的步驟(參照圖12所示)之前，在一個實施例中，第二摻雜區(qū)133的形成方法包括結(jié)合圖11及圖16所示，繼續(xù)以第二圖形化光刻膠層130為掩模進(jìn)行離子注入，以在第二淺溝槽131下方形成第二摻雜區(qū)133。在本實施方式的一個實施例中，第二圖形化光刻膠層130的厚度為4500A-5000A。比較可知，實施方式二中第二圖形化光刻膠層 130的厚度與實施方式一中第二圖形化光刻膠層130的厚度相同，該厚度小于實施方式一中用于形成第二摻雜區(qū)133的第三圖形化光刻膠層厚度(12000A)。在本實施方式的一個實施例中，形成第二摻雜區(qū)133的工藝參數(shù)包括離子注入能量為200Kev-300Kev，離子注入劑量為1. 0*1012/cm3-2. 0*1012/cm3,注入離子為 B。
與實施方式一的技術(shù)方案相比，實施方式二的技術(shù)方案能帶來進(jìn)一步的有益效果1.節(jié)省了形成用于定義第二摻雜區(qū)位置的第三圖形化光刻膠層的工藝步驟；2.在離子注入形成第二摻雜區(qū)時，第二淺溝槽內(nèi)還未填充絕緣層，因而離子注入所需的注入能量更??；3.由于在離子注入形成第二摻雜區(qū)時離子注入所需注入能量減小了，另外，在離子注入形成第二摻雜區(qū)時半導(dǎo)體襯底上形成有氮化硅層，氮化硅層能起到一定的阻擋作用，不會要求圖形化光刻膠層的厚度很厚，符合深紫外光源對待曝光光刻膠層厚度的要求，因而不會存在離子注入要求很厚的光刻膠層而深紫外光源要求待曝光光刻膠層厚度不能太厚的問題。
實施方式三
實施方式三與實施方式一的區(qū)別在于如圖17所不，半導(dǎo)體襯底100 ,上形成有外延層180，在這種情況下，外延層180相當(dāng)于實施方式一中的半導(dǎo)體襯底100，這樣CMOS 圖像傳感器形成在外延層180上，即CMOS圖像傳感器的像素、第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)141及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)142均形成在外延層180內(nèi)部或上方。外延層180的摻雜類型與實施方式一中半導(dǎo)體襯底100的摻雜類型相同，在一個實施例中，外延層180的摻雜類型為P 型，第一摻雜區(qū)132的摻雜類型為P型，第二摻雜區(qū)133的摻雜類型為P型，摻雜區(qū)161的摻雜類型為N型。
外延層180具有很多優(yōu)點，如純度高、晶格缺陷少等。
在上述三個實施方式中，根據(jù)CMOS圖像傳感器要求的不同可將第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)、半導(dǎo)體襯底或外延層的摻雜類型相對應(yīng)的調(diào)整為相反的摻雜類型。
上述通過實施例的說明，應(yīng)能使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，并能夠再現(xiàn)和使用本發(fā)明。本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本文中所述的原理可以在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下對上述實施 例作各種變更和修改是顯而易見的。因此，本發(fā)明不應(yīng)被理解為限制于本文所示的上述實施例，其保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求書來界定。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括外圍電路區(qū)域及像素區(qū)域；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一圖形化光刻膠層，以所述第一圖形化光刻膠層為掩模對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，以形成第一淺溝槽，所述第一淺溝槽設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底外圍電路區(qū)域與像素區(qū)域之間；去除殘余的第一圖形化光刻膠層之后，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第二圖形化光刻膠層，所述第一淺溝槽被所述第二圖形化光刻膠層覆蓋住，以所述第二圖形化光刻膠層為掩模對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，以形成設(shè)置在半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域的第二淺溝槽；以所述第二圖形化光刻膠層為掩模，在所述第二淺溝槽的表面形成第一摻雜區(qū)；去除殘余的第二圖形化光刻膠層之后，向所述第一淺溝槽及第二淺溝槽內(nèi)填充絕緣層，以形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域形成光電轉(zhuǎn)換元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一圖形化光刻膠層之前，在半導(dǎo)體襯底上形成氮化硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，形成第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟與在所述半導(dǎo)體襯底像素區(qū)域形成光電轉(zhuǎn)換元件的步驟之間還包括步驟在所述半導(dǎo)體襯底、第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上形成第三圖形化光刻膠層；以所述第三圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在所述第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)下方形成用以隔離相鄰兩個像素中光電轉(zhuǎn)換元件的第二摻雜區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，在所述第二淺溝槽的表面形成第一摻雜區(qū)的步驟與去除殘余的第二圖形化光刻膠層的步驟之間還包括步驟以所述第二圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在所述第二淺溝槽下方形成用以隔離相鄰兩個像素中光電轉(zhuǎn)換元件的第二摻雜區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述第二圖形化光刻膠層的厚度為4500人-5000A。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，在所述第二淺溝槽下方形成所述第二摻雜區(qū)的工藝參數(shù)包括離子注入能量為200Kev-300Kev，離子注入劑量為1. 0*1012/cm3-2. 0*1012/cm3，注入離子為 B。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述第一摻雜區(qū)、 第二摻雜區(qū)及所述半導(dǎo)體襯底的摻雜類型相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，在所述第二淺溝槽的表面形成第一摻雜區(qū)的工藝參數(shù)包括離子注入能量為20Kev-30Kev，離子注入劑量為 3. 5*1013/cm3-5*1013/cm3,注入離子為 B。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底上形成有外延層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS圖像傳感器的形成方法，在本發(fā)明的一個技術(shù)方案中，利用第一次光刻工藝形成第一圖形化光刻膠層，第一圖形化光刻膠層用于定義第一淺溝槽的位置，去除第一圖形化光刻膠層之后，利用第二次光刻工藝形成第二圖形化光刻膠層，第二圖形化光刻膠層用于定義第二淺溝槽的位置，繼續(xù)以第二圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入以在第二淺溝槽的表面形成第一摻雜區(qū)，因而第二淺溝槽的底部不會殘留光刻膠層，進(jìn)而不會出現(xiàn)殘留光刻膠會影響位于第二淺溝槽表面的第一摻雜區(qū)的形成問題。
文檔編號H01L27/146GK103000651SQ20121056765
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者令海陽, 黃慶豐 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司