CMOS图像传感器的制作方法

摘要

一种CMOS图像传感器的制作方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底的用于形成MOS晶体管的区域上形成栅极结构；在所述半导体衬底的用于形成发光二极管的区域上进行第一离子注入，形成与半导体衬底掺杂类型相反的第一掺杂区域；形成覆盖所述半导体衬底的牺牲层；在所述牺牲层上形成暴露出第一掺杂区域的光刻胶图案层；进行第二离子注入，在所述第一掺杂区域表面形成覆盖层，所述的覆盖层的掺杂离子类型与第一掺杂区域的掺杂离子类型相反；去除光刻胶图案层以及覆盖层之外其它位置的牺牲层；在所述的栅极结构侧壁形成侧墙。所述方法不会使发光二极管产生暗电流，最终避免了CMOS图像传感器产生漏电流。

权利要求

1.一种CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有用于隔离有源区的隔离结构，所述的有源区包括用于形成MOS晶体管的区域和用于形成发光二极管的区域；

在所述半导体衬底的用于形成MOS晶体管的区域上形成栅极结构；

在所述半导体衬底的用于形成发光二极管的区域上进行第一离子注入，形成与半导体衬底掺杂类型相反的第一掺杂区域；

形成覆盖所述半导体衬底，栅极结构以及第一掺杂区域的牺牲层；

在所述牺牲层上形成暴露出第一掺杂区域的光刻胶图案层；

以所述光刻胶图案层为掩膜，进行第二离子注入，以在所述第一掺杂区域表面形成覆盖层，所述的覆盖层的掺杂离子类型与第一掺杂区域的掺杂离子类型相反；

去除光刻胶图案层以及覆盖层之外其它位置的牺牲层；

在所述的栅极结构侧壁形成侧墙。

2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述牺牲层为多晶硅层。

3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述多晶硅层的厚度为50至300埃。

4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底为P型掺杂，所述第一掺杂区域为N型掺杂，所述覆盖层为P型掺杂。

5.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述第一掺杂区域的掺杂离子为磷离子。

6.根据权利要求5所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，磷离子的注入工2

艺为：离子注入能量为150至200Kev，离子注入剂量为3E12至3E13atoms/cm。

7.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，所述覆盖层为P型掺杂离子为氟化硼离子。

8.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器的制作方法，其特征在于，氟化硼离子的注2

入工艺为：掺杂能量为10至60Kev，离子注入剂量为2E12至2E13atoms/cm。

说明书

CMOS图像传感器的制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器的制作方法。

背景技术

[0002] 互补金属氧化物(CMOS)图像传感器(image sensor)芯片是一种将光信号转换为电信号的半导体器件，近年来，由于在电路集成，能量消耗和制造成本方面的诸多优点，CMOS图像传感器得到了快速发展。CMOS图像传感器包括一系列的象素单位(pixel cells)和外围电路(periphery circuit)，每个象素单位包括一个发光二极管和至少一个MOS晶体管，从而通过处于开光模式中的MOS晶体管检测各个单位象素的电信号，所述的发光二极管用于吸收入射光能量并且将光能量转化为光电流。

[0003] 在CMOS图像传感器的制作工艺中，关键的是要减少发光二极管产生的暗电流(dark current)，以改善CMOS图像传感器的图像质量。

[0004] 参考附图1至附图4所示，为现有的CMOS图像传感器制作工艺各步骤的结构示意图，参考附图1，在半导体衬底100内具有浅沟槽隔离结构101(STI)，相邻的浅沟槽隔离结构101之间用于形成发光二极管和MOS晶体管，所述的半导体衬底例如为P型掺杂。在所述半导体衬底的用于形成MOS晶体管的区域上依次沉积栅极氧化层102和栅极103，所述的栅极氧化层102和栅极103构成MOS晶体管的栅极结构，可选的，所述的栅氧化层的材料例如为氧化硅等，栅极的材料例如为多晶硅。

[0005] 参考附图2，在所述半导体衬底的用于形成发光二极管的区域内进行第一离子注入，在所述的半导体衬底内形成一定深度和掺杂浓度的第一掺杂区域104，所述的第一离子注入工艺中注入的离子类型与半导体衬底的掺杂离子类型相反，例如，所述的半导体衬底为N型掺杂，则所述的第一掺杂区域104的掺杂类型为P型掺杂。所述的第一掺杂区域104与半导体衬底形成一个PN结，形成光电二极管，用于将入射的光子转化为电子。

[0006] 参考附图3，在所述的用于形成MOS晶体管的区域沉积覆盖所述栅极结构的绝缘材料层，并采用等离子刻蚀工艺刻蚀所述绝缘材料层，以在所述栅极结构侧壁形成侧墙105(spacer)。在所述的等离子体刻蚀形成侧墙的工艺中，等离子体对所述的绝缘材料层同时进行化学刻蚀和物理轰击，某些刻蚀离子会碰撞到栅极结构的侧壁，并且改变原来的运动方向，这些改变运动方向的离子可能会轰击位于半导体衬底上的用于形成发光二极管的区域，从而对用于形成发光二极管的区域造成损伤，如附图3所示，在第一掺杂区域104的表面造成凹陷型的损伤，这种损伤会造成CMOS图像传感器发生漏电流。

[0007] 参考附图4所示，在所述的第一掺杂区域104的表面进行第二离子注入，在第一掺杂区域104上形成覆盖层106，所述的覆盖层106的掺杂类型与第一掺杂区域104的掺杂类型相反。覆盖层106与第一掺杂区域204之间又形成一个PN结，用于控制第一掺杂区域104与半导体衬底100之间形成的PN结在将光子转化为电子后形成的电流的流动方向。

[0008] 从附图4中可以看出，形成所述覆盖层106之后，在第一掺杂区域104表面产生的凹陷型的损伤依然存在，在产生凹陷型损伤的位置，会产生较大的暗电流，会导致CMOS图像传感器发生漏电流。

发明内容

[0009] 本发明提供一种CMOS图像传感器的制作方法，以解决现有的CMOS图像传感器制作方法会在用于形成发光二极管的区域形成凹陷型损伤的问题。

[0010] 一种CMOS图像传感器的制作方法，包括：

[0011] 提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有用于隔离有源区的隔离结构，所述的有源区包括用于形成MOS晶体管的区域和用于形成发光二极管的区域；在所述半导体衬底的用于形成MOS晶体管的区域上形成栅极结构；

[0012] 在所述半导体衬底的用于形成发光二极管的区域上进行第一离子注入，形成与半导体衬底掺杂类型相反的第一掺杂区域；

[0013] 形成覆盖所述半导体衬底，栅极结构以及第一掺杂区域的牺牲层；

[0014] 在所述牺牲层上形成暴露出第一掺杂区域的光刻胶图案层；

[0015] 以所述光刻胶图案层为掩膜，进行第二离子注入，以在所述第一掺杂区域表面形成覆盖层，所述的覆盖层的掺杂离子类型与第一掺杂区域的掺杂离子类型相反；

[0016] 去除光刻胶图案层以及覆盖层之外其它位置的牺牲层；

[0017] 在所述的栅极结构侧壁形成侧墙。

[0018] 本发明实施例还提供了一种CMOS图像传感器，包括：

[0019] 半导体衬底，所述半导体衬底中形成有用于隔离有源区的隔离结构，所述的有源区包括用于形成MOS晶体管的区域和用于形成发光二极管的区域；所述用于形成MOS晶体管的区域上具有栅极结构以及位于栅极结构侧壁的侧墙；所述用于形成发光二极管的区域包括位于半导体衬底内的第一掺杂区域，以及依次位于第一掺杂区域上的覆盖层和牺牲层，其中，第一掺杂区域的掺杂类型与半导体衬底和覆盖层的掺杂类型相反。

[0020] 由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0021] 采用本实施例所述的方法，首先在所述的第一掺杂区域上形成牺牲层，然后透过牺牲层在第一掺杂区域表面进行第二离子注入形成覆盖层，在随后形成侧墙的工艺中，即使采用现有的等离子体刻蚀工艺，刻蚀用的等离子体会改变运动方向撞击半导体衬底，也只能在所述的牺牲层表面留下凹陷，由于构成发光二极管的覆盖层和第一掺杂区域表面物损伤，因此不会使发光二极管产生暗电流，最终避免了CMOS图像传感器产生漏电流。

附图说明

[0022] 图1至图4为现有的CMOS图像传感器制作工艺各步骤的结构示意图；

[0023] 图5至图11为本发明具体实施方式所述的CMOS图像传感器制作方法的各步骤的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 根据背景技术所述，现有CMOS图像传感器的制作方法，在采用等离子刻蚀工艺刻蚀绝缘材料层形成侧墙的工艺中，等离子体会与栅极结构的绝缘材料层发生碰撞从而改变运动方向，导致改变运动方向的等离子体撞击半导体衬底上用于形成发光二极管的区域，在发光二极管的第一掺杂区域形成凹陷型损伤，因此，本发明提出一种方法，在采用等离子刻蚀工艺刻蚀绝缘材料层形成侧墙之前，在用于形成发光二极管的区域上形成牺牲层，用于保护发光二极管的第一掺杂区域，即使有等离子与半导体衬底上用于形成发光二极管的区域发生碰撞，也只能在牺牲层上形成缺陷，而不会影响到发光二极管的第一掺杂区域。

[0025] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0026] 本实施例提供一种CMOS图像传感器的制作方法，包括：

[0027] 步骤S1，参考附图5所示，提供半导体衬底200，所述的半导体衬底的有源区为进行过离子掺杂形成了N阱或者P阱的区域，在本实施例中，以所述半导体衬底中进行P型掺杂为例进行说明，并不能认为本申请仅仅适用于对半导体进行P型掺杂。

[0028] 继续参考附图5所示，所述半导体衬底200中形成有用于隔离有源区的隔离结构201，所述的隔离结构例如为浅沟槽隔离结构(STI)，所述的有源区包括用于形成MOS晶体管的区域和用于形成发光二极管的区域，分别用于在对应区域形成MOS晶体管和发光二极管；对于CMOS图像传感器来说，所述的MOS晶体管和发光二极管的位置是相邻的，MOS晶体管用来控制将发光二极管产生的电流阻挡起来或者是流出去。

[0029] 执行步骤S2，在所述半导体衬底200的用于形成MOS晶体管的区域上形成栅极结构；参考附图5所示，所述的栅极结构包括依次位于半导体衬底上200的栅极氧化层202和栅极203，可选的，所述的栅氧化层的材料例如为氧化硅等，栅极的材料例如为多晶硅，可以采用化学气相沉积工艺形成。当然，所述栅极结构的还可以采用本领域技术人员熟知的其它任何结构以及制作工艺形成，材料也可以根据现有工艺做选择，只要其目的在于制作MOS晶体管。

[0030] 步骤S3，参考附图6所示，在所述半导体衬底200的用于形成发光二极管的区域上进行第一离子注入，形成与半导体衬底掺杂类型相反的第一掺杂区域204；所述的第一掺杂区域204与半导体衬底形成一个PN结，形成光电二极管，用于将入射的光子转化为电子。

[0031] 以所述的半导体衬底为P型掺杂为例，则所述的第一掺杂区域204的掺杂类型为N型，所述的N型掺杂的离子为元素周期表中第V主族可以提供正电子的正5价离子例如，例如磷离子或者砷离子。

[0032] 以磷离子为例，进行第一离子注入的工艺为：离子注入能量为150至200Kev，2
离子注入剂量为3E12至3E13atoms/cm。优选的，掺杂能量为170KeV，离子注入剂量为
2
6.0E12atoms/cm。

[0033] 步骤S4，参考附图7所示，形成覆盖所述半导体衬底200，栅极结构以及第一掺杂区域204的牺牲层207；所述的牺牲层207的材料例如为无定形多晶硅。

[0034] 在本发明的一个具体实施例中，所述的牺牲层材料例如为多晶硅，厚度为50～300埃，制作工艺例如为低压化学气相沉积工艺。

[0035] 步骤S5，参考附图8所示，在所述牺牲层207上形成暴露出第一掺杂区域204的光刻胶图案层208；形成光刻胶图案层208的工艺例如为：在牺牲层207上采用旋涂工艺形成光刻胶层，光刻胶层的厚度大于栅极结构的高度，最后，采用曝光，显影工艺处理所述光刻胶层，去除位于第一掺杂区域204上的光刻胶，形成光刻胶图案层207。

[0036] 步骤S6，参考附图9所示，以所述光刻胶图案层208为掩膜，进行第二离子注入，以在所述第一掺杂区域204表面形成覆盖层206，所述的覆盖层206的掺杂离子类型与第一掺杂区域204的掺杂离子类型相反。

[0037] 在所述的第二离子注入工艺中，注入的离子应该通过所述牺牲层207在第一掺杂区域表面形成覆盖层206，因此，如图9中所示，所述的覆盖层206位于所述的第一掺杂区域204和牺牲层207之间。

[0038] 由于所述的覆盖层206的掺杂离子类型第一掺杂区域204的掺杂离子类型相反，因此，覆盖层206与第一掺杂区域204之间又形成一个PN结，所述的PN结用于控制第一掺杂区域204与半导体衬底200之间形成的PN结(光电二极管)，在将光子转化为电子后形成的电流的流动方向，如附图9中虚线所示即为电流的流动方向。

[0039] 继续以半导体衬底为P型掺杂为例，第一掺杂区域204的掺杂类型为N型，覆盖层的离子掺杂类型为P型，所述的P型掺杂的离子为元素周期表中第III主族可以提供空穴的正3价离子或者含有第III主族元素的化合物离子例如，例如硼离子或者氟化硼离子。

[0040] 以BF2离子为例，进行第二离子注入的工艺为：掺杂能量为10至60Kev，离子注入2
剂量为2E12至2E13atoms/cm。优选的，掺杂能量为20KeV，离子注入剂量为5.0E12atoms/
2
cm。

[0041] 步骤S7，参考附图10所示，去除光刻胶图案层208以及除覆盖层206外其它位置的牺牲层207。去除所述的光刻胶图案层208的工艺例如为灰化工艺，在此不再赘述，去除光刻胶图案层之后，继续采用湿法刻蚀工艺去除覆盖层206之外其它位置上的牺牲层，也就是说，仅仅保留位于覆盖层206上的牺牲层。

[0042] 去除覆盖层206之外其它位置上的牺牲层的工艺例如为：在所述的牺牲层上形成光刻胶层，并采用曝光，显影工艺去除大部分的光刻胶，仅仅在覆盖层206上保留光刻胶，然后采用含有氨水的湿法刻蚀溶液刻蚀所述的牺牲层，去除未被光刻胶保护的牺牲层，仅仅保留位于覆盖层206上的牺牲层。所述的湿法刻蚀溶液中氨水与去离子水的体积百分比例如为1∶20～1∶200。

[0043] 步骤S8，参考附图11所示，在所述的栅极结构侧壁形成侧墙205。

[0044] 形成所述的侧墙205的工艺为常规工艺，例如，在所述的栅极结构以及半导体衬底上形成绝缘材料层，然后，采用等离子刻蚀工艺刻蚀所述绝缘材料层以形成侧墙。在所述的等离子体刻蚀绝缘材料层形成侧墙的工艺中，与现有技术相同，等离子体对所述的绝缘材料层同时进行化学刻蚀和物理轰击，某些刻蚀离子会碰撞到栅极结构的侧壁，并且改变原来的运动方向，但是，由于牺牲层207位于覆盖层206的表面，因此，这些改变运动方向的离子只能轰击到牺牲层207上，因此，牺牲层207的存在保护了光电二极管区域的覆盖层，从而避免了覆盖层发生损伤无法控制光电二极管形成的电流的流动方向，导致CMOS图像传感器发生漏电流的缺陷。

[0045] 本实施例还提供一种CMOS图像传感器，参考附图11所示，包括：

[0046] 半导体衬底200，所述半导体衬底200中形成有用于隔离有源区的隔离结构201，所述的有源区包括用于形成MOS晶体管的区域和用于形成发光二极管的区域；所述用于形成MOS晶体管的区域上具有栅极结构以及位于栅极结构侧壁的侧墙205；所述用于形成发光二极管的区域包括位于半导体衬底内的第一掺杂区域204，以及依次位于第一掺杂区域上的覆盖层206和牺牲层207，其中，第一掺杂区域204的掺杂类型与半导体衬底200和覆盖层206的掺杂类型相反。

[0047] 所述的栅极结构包括依次位于半导体衬底上的栅极氧化层202和栅极203，所述的牺牲层材料为多晶硅，厚度为50至300埃。

[0048] 可选的，所述的半导体衬底为P型掺杂，所述第一掺杂区域为N型掺杂，所述覆盖层为P型掺杂。

[0049] 虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。