專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發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。
發明內容
實施方案涉及圖像傳感器及其制造方法。
根據一些實施方案，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 第一雜質區域。在所述半導體襯底上和/或上方的第二雜質區域，所述第二 雜質區域比所述第一雜質區域淺。在所述第一雜質區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域。根據一些實施方案，第三雜質 區域可以是n-型雜質區域。
根據一些實施方案，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域，所述第一雜質區域以預定角度朝向柵極彎 曲。在包括第一雜質區域的半導體襯底上和/或上方形成第二雜質區域。在所述半導體襯底上和/或上方形成比所述第二雜質區域淺的第三雜質區域。
根據一些實施方案，所述第一雜質區域可摻雜有n-型摻雜劑。
示例性圖1 5A是說明根據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 區域40、第二雜質區域45和第三雜質區域50。才艮據一些實施方案，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^區擴大和加深。 這可提高光電二極管收集光電荷的能力。根據一些實施方案，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。
根據一些實施方案，第一雜質區域40和第二雜質區域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。根據一些實施方案， 第三雜質區域50可摻雜有可作為p-型摻雜劑的硼(B)。
根據一些實施方案，第一雜質區域40可比第二雜質區域45深。第一 雜質區域40可以以預定角度朝向桶f極30傾斜和/或彎曲。第一雜質區域 40可包括多個雜質區域40a、 40b、 40c。
第 一雜質區域40可與第二雜質區域45重疊。第 一雜質區域40和第二 雜質區域45的重疊區域的密度可高于第一雜質區域40或第二雜質區域45 的密度。根據一些實施方案，第三雜質區域50可比第二雜質區域45淺。
由于笫一雜質區域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,在柵極區域和多晶硅圖案區域上和/或上方可設置 第一光刻膠圖案100。在多晶硅圖案區域上和/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。根據一些實施方案，柵極30可以是傳輸柵極。根 據一些實施方案，柵極30可包括多晶硅。根據一些實施方案，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。才艮據一些實施方案，通過第一離子注 入工藝可形成第一雜質區域40。才艮據一些實施方案，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域40。根據一些實施方案，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,第一雜質區域40可與多晶硅圖案25交替對齊。因 此，第一雜質區域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。根據一些實施方案，具有長矩形形狀的第一雜質區域 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 硅圖案的數量不限于此.根據一些實施方案，多晶硅圖案的數量可大于或 小于三。根據一些實施方案，第一雜質區域40的數量可根據多晶硅圖案 25的數量變化。
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域45。祁^據一些實施方案，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中形成第二雜質區域45。根據一些實施方案，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。
第一雜質區域40可與笫二雜質區域45重疊。才艮據一些實施方案，第 一雜質區域40和第二雜質區域45的重疊區域的密度可高于第一雜質區域
740或第二雜質區域45的密度。
根據一些實施方案，第二雜質區域45可比第一雜質區域40淺。才艮據 一些實施方案，由于第二雜質區域45可以是高度摻雜的區域，所以根據一 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 域50。才艮據一些實施方案，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，可形成第三雜質區域50。才艮據一些實施方案，第二光刻 膠圖案200可用作掩模以形成第三雜質區域50。因此可形成第三雜質區域 50.根據一些實施方案，因此可形成包括第一雜質區域40、第二雜質區域 45和第三雜質區域50的光電二極管。
根據一些實施方案，第一雜質區域40、第二雜質區域45和第三雜質 區域50可接觸半導體襯底10。根據一些實施方案，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。 根據一些實施方案，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域；在所述半導體襯底上上方的第二雜質區域，所述第二雜質區域比所述第一雜質區域淺并且形成在所述第一雜質區域的至少一部分上方；和在所述第一雜質區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域。
2. 根據權利要求l所述的器件，其中所述第三雜質區域包括n-型雜質區 域。
3. 根據權利要求2所述的器件，其中所述第一雜質區域包括n-型雜質區 域，所述第二雜質區域包括p-型雜質區域。
4. 根據權利要求1所述的器件，其中所述第三雜質區域比所述第一雜質 區域深。
5. 根據權利要求1所述的器件，其中所述第三雜質區域包括多個雜質區 域。
6. 根據權利要求5所述的器件，其中在重疊區域中所述第一雜質區域的 一部分覆蓋所述第三雜質區域，和其中所述重疊區域的密度大于所述第一 雜質區域的密度或所述第三雜質區域的密度。
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域，所述第一雜質區域以預定角度朝向所述柵極彎曲；在包括所述第一雜質區域的所述半導體襯底中形成第二雜質區域；和在所述第一雜質區域和第二雜質區域上方形成比所述第二雜質區域淺 的第三雜質區域。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中所述第一雜質區域摻雜有n-型摻雜 劑。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中所述第二雜質區域包括n-型雜質區域，所述第三雜質區域包括p-型雜質區域。
10. 根據權利要求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. 根據權利要求7所述的方法，其中形成所述第一雜質區域包括 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域；和移除所述多晶硅圖案。
12. 根據權利要求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 區域形成得比所述第二雜質區域深。
14. 根據權利要求7所述的方法，其中所述第一雜質區域包括多個雜質區 域。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中在重疊區域中所述第二雜質區域的 一部分覆蓋所述第一雜質區域，和其中所述重疊區域的密度大于所述第一 雜質區域的密度或所述第二雜質區域的密度。
16. 根據權利要求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域。
17. 根據權利要求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 一雜質區域的所述離子注入工藝。
18. 根據權利要求17所述的方法，包括以對應于用于形成所述第一雜質 區域的所述能量的約3/4的能量水平形成所述第二雜質區域。
19. 根據權利要求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域。
20. 根據權利要求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域和第二雜質區域，用硼(B)摻雜所述第三雜 質區域。
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域；在半導體襯底上方的第二雜質區域，第二雜質區域比第一雜質區域淺；和在第一雜質區域中形成的并且以預定角度朝向柵極彎曲的第三雜質區域。根據實施方案，第三雜質區域可以是n-型雜質區域。根據實施方案，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 優先權日2007年12月27日
發明者李政皓 申請人:東部高科股份有限公司