[發(fā)明專利]CMOS圖像傳感器的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910198568.8
• 申請日: 2009-11-10
• 公開（公告）號: CN102054771A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 鄒立;羅飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/82
• 分類號: H01L21/82;H01L27/146
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種CMOS圖像傳感器的制作方法。

背景技術(shù)

互補金屬氧化物(CMOS)圖像傳感器(image?sensor)芯片是一種將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導體器件，近年來，由于在電路集成，能量消耗和制造成本方面的諸多優(yōu)點，CMOS圖像傳感器得到了快速發(fā)展。CMOS圖像傳感器包括一系列的象素單位(pixel?cells)和外圍電路(periphery?circuit)，每個象素單位包括一個發(fā)光二極管和至少一個MOS晶體管，從而通過處于開光模式中的MOS晶體管檢測各個單位象素的電信號，所述的發(fā)光二極管用于吸收入射光能量并且將光能量轉(zhuǎn)化為光電流。

參考附圖1至附圖4所示，為現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器制作工藝各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖，參考附圖1，在半導體襯底100內(nèi)具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101(STI)，相鄰的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101之間用于形成發(fā)光二極管和MOS晶體管，所述的半導體襯底例如為P型摻雜。在所述半導體襯底的用于形成MOS晶體管的區(qū)域上依次沉積柵極氧化層102和柵極103，所述的柵極氧化層102和柵極103構(gòu)成MOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)，可選的，所述的柵氧化層的材料例如為氧化硅等，柵極的材料例如為多晶硅。

參考附圖2，在所述半導體襯底的用于形成發(fā)光二極管的區(qū)域內(nèi)進行第一離子注入，在所述的半導體襯底內(nèi)形成一定深度和摻雜濃度的第一摻雜區(qū)域104，所述的第一離子注入工藝中注入的離子類型與半導體襯底的摻雜離子類型相反，例如，所述的半導體襯底為N型摻雜，則所述的第一摻雜區(qū)域104的摻雜類型為P型摻雜。所述的第一摻雜區(qū)域104與半導體襯底形成一個PN結(jié)，形成光電二極管，用于將入射的光子轉(zhuǎn)化為電子。

參考附圖3，在所述的用于形成MOS晶體管的區(qū)域沉積覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)的絕緣材料層，并采用等離子刻蝕工藝刻蝕所述絕緣材料層，以在所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻105(spacer)。

參考附圖4所示，在所述的第一摻雜區(qū)域104的表面進行第二離子注入，在第一摻雜區(qū)域104上形成覆蓋層106，所述的覆蓋層106的摻雜類型與第一摻雜區(qū)域104的摻雜類型相反。覆蓋層106與第一摻雜區(qū)域204之間又形成一個PN結(jié)，用于控制第一摻雜區(qū)域104與半導體襯底100之間形成的PN結(jié)在將光子轉(zhuǎn)化為電子后形成的電流的流動方向。

在CMOS圖像傳感器芯片的制作工藝中，提高圖像的清晰度是CMOS圖像傳感器芯片發(fā)展的一個主要方向。對于一個CMOS圖像傳感器芯片來說，擁有的象素數(shù)越高，圖像清晰度越高，而每一個包括光電二極管和MOS晶體管的器件結(jié)構(gòu)就構(gòu)成一個基本的象素單元。為了提高CMOS圖像傳感器芯片的象素數(shù)，在同一單位面積上制作的基本象素單元的個數(shù)增多，這就導致每一個基本象素單元的面積減小。

從圖4所示的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)可以看出，CMOS圖像傳感器中的光電二極管是一個包括半導體襯底，第一摻雜區(qū)域以及覆蓋層的三維的PN結(jié)電容器。隨著CMOS圖像傳感器芯片每一個象素單元面積的減小，所述的PN結(jié)電容器的面積也越來越小，導致半導體襯底/第一摻雜區(qū)域/覆蓋層的邊界也越來越小，這就使光電二極管的電容值減小。光電二極管電容值的減小會導致光電二極管光子到電子轉(zhuǎn)化能力的降低，并且還會導致其它的電性能例如信躁比，動態(tài)工作范圍和光敏性變差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器的制作方法，以解決現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器隨著面積的減小，光電二極管電容值變小導致的缺陷。

一種CMOS圖像傳感器的制作方法，包括：

提供半導體襯底，所述半導體襯底中形成有用于隔離有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，所述的有源區(qū)包括用于形成MOS晶體管的區(qū)域和用于形成發(fā)光二極管的區(qū)域；

在所述半導體襯底的用于形成MOS晶體管的區(qū)域上形成柵極結(jié)構(gòu)；

在所述半導體襯底的用于形成發(fā)光二極管的區(qū)域上形成不連續(xù)分布的第一氧化層；

在所述的半導體襯底以及第一氧化層上形成第二氧化層，并在所述的第二氧化層上形成暴露出發(fā)光二極管區(qū)域的第一光刻膠圖案層；

以所述的第一光刻膠圖案層為掩膜，進行第一離子注入，形成與半導體襯底摻雜類型相反的第一摻雜區(qū)域；

去除所述第一光刻膠圖案層，并在所述的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成覆蓋第二氧化層的側(cè)墻；

在所述的半導體襯底上形成暴露出發(fā)光二極管區(qū)域的第二光刻膠圖案層；

以所述的第二光刻膠圖案層為掩膜，進行第二離子注入，形成與第一摻雜區(qū)域的摻雜類型相反的覆蓋層，去除所述第二光刻膠圖案層。