專利名稱：Cmos圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發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：
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點， CMOS圖像傳感器得到了快速發展。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，所述的發光二 極管用于吸收入射光能量并且將光能量轉化為光電流。在CMOS圖像傳感器的制作工藝中，關鍵的是要減少發光二極管產生的暗電流 (dark current)，以改善CMOS圖像傳感器的圖像質量。參考附圖1至附圖4所示，為現有的CMOS圖像傳感器制作工藝各步驟的結構示意 圖，參考附圖1，在半導體襯底100內具有淺溝槽隔離結構101 (STI)，相鄰的淺溝槽隔離結 構101之間用于形成發光二極管和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構成MOS晶體管的柵極結構，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光二極管的區域內進行第一離子注 入，在所述的半導體襯底內形成一定深度和摻雜濃度的第一摻雜區域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域104的摻雜類型為P型摻雜。所述的第一摻雜區域104 與半導體襯底形成一個PN結，形成光電二極管，用于將入射的光子轉化為電子。參考附圖3，在所述的用于形成MOS晶體管的區域沉積覆蓋所述柵極結構的絕 緣材料層，并采用等離子刻蝕工藝刻蝕所述絕緣材料層，以在所述柵極結構側壁形成側墻 105 (spacer)。在所述的等離子體刻蝕形成側墻的工藝中，等離子體對所述的絕緣材料層同 時進行化學刻蝕和物理轟擊，某些刻蝕離子會碰撞到柵極結構的側壁，并且改變原來的運 動方向，這些改變運動方向的離子可能會轟擊位于半導體襯底上的用于形成發光二極管的 區域，從而對用于形成發光二極管的區域造成損傷，如附圖3所示，在第一摻雜區域104的 表面造成凹陷型的損傷，這種損傷會造成CMOS圖像傳感器發生漏電流。參考附圖4所示，在所述的第一摻雜區域104的表面進行第二離子注入，在第一摻 雜區域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域104的摻雜 類型相反。覆蓋層106與第一摻雜區域204之間又形成一個PN結，用于控制第一摻雜區域 104與半導體襯底100之間形成的PN結在將光子轉化為電子后形成的電流的流動方向。從附圖4中可以看出，形成所述覆蓋層106之后，在第一摻雜區域104表面產生的 凹陷型的損傷依然存在，在產生凹陷型損傷的位置，會產生較大的暗電流，會導致CMOS圖像傳感器發生漏電流。
發明內容
本發明提供一種CMOS圖像傳感器的制作方法，以解決現有的CMOS圖像傳感器制 作方法會在用于形成發光二極管的區域形成凹陷型損傷的問題。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的隔離結構，所述的 有源區包括用于形成MOS晶體管的區域和用于形成發光二極管的區域；在所述半導體襯底 的用于形成MOS晶體管的區域上形成柵極結構；在所述半導體襯底的用于形成發光二極管的區域上進行第一離子注入，形成與半 導體襯底摻雜類型相反的第一摻雜區域；形成覆蓋所述半導體襯底，柵極結構以及第一摻雜區域的犧牲層；在所述犧牲層上形成暴露出第一摻雜區域的光刻膠圖案層；以所述光刻膠圖案層為掩膜，進行第二離子注入，以在所述第一摻雜區域表面形 成覆蓋層，所述的覆蓋層的摻雜離子類型與第一摻雜區域的摻雜離子類型相反；去除光刻膠圖案層以及覆蓋層之外其它位置的犧牲層；在所述的柵極結構側壁形成側墻。本發明實施例還提供了一種CMOS圖像傳感器，包括半導體襯底，所述半導體襯底中形成有用于隔離有源區的隔離結構，所述的有源 區包括用于形成MOS晶體管的區域和用于形成發光二極管的區域；所述用于形成MOS晶體 管的區域上具有柵極結構以及位于柵極結構側壁的側墻；所述用于形成發光二極管的區 域包括位于半導體襯底內的第一摻雜區域，以及依次位于第一摻雜區域上的覆蓋層和犧牲 層，其中，第一摻雜區域的摻雜類型與半導體襯底和覆蓋層的摻雜類型相反。由于采用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明具有以下優點采用本實施例所述的方法，首先在所述的第一摻雜區域上形成犧牲層，然后透過 犧牲層在第一摻雜區域表面進行第二離子注入形成覆蓋層，在隨后形成側墻的工藝中，即 使采用現有的等離子體刻蝕工藝，刻蝕用的等離子體會改變運動方向撞擊半導體襯底，也 只能在所述的犧牲層表面留下凹陷，由于構成發光二極管的覆蓋層和第一摻雜區域表面物 損傷，因此不會使發光二極管產生暗電流，最終避免了 CMOS圖像傳感器產生漏電流。
圖1至圖4為現有的CMOS圖像傳感器制作工藝各步驟的結構示意圖；圖5至圖11為本發明具體實施方式
所述的CMOS圖像傳感器制作方法的各步驟的 結構示意圖。
具體實施例方式根據背景技術所述，現有CMOS圖像傳感器的制作方法，在采用等離子刻蝕工藝刻 蝕絕緣材料層形成側墻的工藝中，等離子體會與柵極結構的絕緣材料層發生碰撞從而改變 運動方向，導致改變運動方向的等離子體撞擊半導體襯底上用于形成發光二極管的區域，在發光二極管的第一摻雜區域形成凹陷型損傷，因此，本發明提出一種方法，在采用等離子 刻蝕工藝刻蝕絕緣材料層形成側墻之前，在用于形成發光二極管的區域上形成犧牲層，用 于保護發光二極管的第一摻雜區域，即使有等離子與半導體襯底上用于形成發光二極管的 區域發生碰撞，也只能在犧牲層上形成缺陷，而不會影響到發光二極管的第一摻雜區域。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。本實施例提供一種CMOS圖像傳感器的制作方法，包括步驟Si，參考附圖5所示，提供半導體襯底200，所述的半導體襯底的有源區為進 行過離子摻雜形成了 N阱或者P阱的區域，在本實施例中，以所述半導體襯底中進行P型摻 雜為例進行說明，并不能認為本申請僅僅適用于對半導體進行P型摻雜。繼續參考附圖5所示，所述半導體襯底200中形成有用于隔離有源區的隔離結構 201，所述的隔離結構例如為淺溝槽隔離結構(STI)，所述的有源區包括用于形成MOS晶體 管的區域和用于形成發光二極管的區域，分別用于在對應區域形成MOS晶體管和發光二極 管；對于CMOS圖像傳感器來說，所述的MOS晶體管和發光二極管的位置是相鄰的，MOS晶體 管用來控制將發光二極管產生的電流阻擋起來或者是流出去。執行步驟S2，在所述半導體襯底200的用于形成MOS晶體管的區域上形成柵極結 構；參考附圖5所示，所述的柵極結構包括依次位于半導體襯底上200的柵極氧化層202和 柵極203，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，可以 采用化學氣相沉積工藝形成。當然，所述柵極結構的還可以采用本領域技術人員熟知的其 它任何結構以及制作工藝形成，材料也可以根據現有工藝做選擇，只要其目的在于制作MOS 晶體管。步驟S3，參考附圖6所示，在所述半導體襯底200的用于形成發光二極管的區域上 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域204 ；所述的第一摻 雜區域204與半導體襯底形成一個PN結，形成光電二極管，用于將入射的光子轉化為電子。以所述的半導體襯底為P型摻雜為例，則所述的第一摻雜區域204的摻雜類型為 N型，所述的N型摻雜的離子為元素周期表中第V主族可以提供正電子的正5價離子例如， 例如磷離子或者砷離子。以磷離子為例，進行第一離子注入的工藝為離子注入能量為150至200Kev， 離子注入劑量為3E12至3E13at0mS/Cm2。優選的，摻雜能量為170KeV，離子注入劑量為 6. 0E12atoms/cm2。步驟S4，參考附圖7所示，形成覆蓋所述半導體襯底200，柵極結構以及第一摻雜 區域204的犧牲層207 ；所述的犧牲層207的材料例如為無定形多晶硅。在本發明的一個具體實施例中，所述的犧牲層材料例如為多晶硅，厚度為50 300埃，制作工藝例如為低壓化學氣相沉積工藝。步驟S5，參考附圖8所示，在所述犧牲層207上形成暴露出第一摻雜區域204的光 刻膠圖案層208 ；形成光刻膠圖案層208的工藝例如為在犧牲層207上采用旋涂工藝形成 光刻膠層，光刻膠層的厚度大于柵極結構的高度，最后，采用曝光，顯影工藝處理所述光刻 膠層，去除位于第一摻雜區域204上的光刻膠，形成光刻膠圖案層207。步驟S6，參考附圖9所示，以所述光刻膠圖案層208為掩膜，進行第二離子注入，以 在所述第一摻雜區域204表面形成覆蓋層206，所述的覆蓋層206的摻雜離子類型與第一摻雜區域204的摻雜離子類型相反。在所述的第二離子注入工藝中，注入的離子應該通過所述犧牲層207在第一摻雜 區域表面形成覆蓋層206，因此，如圖9中所示，所述的覆蓋層206位于所述的第一摻雜區域 204和犧牲層207之間。由于所述的覆蓋層206的摻雜離子類型第一摻雜區域204的摻雜離子類型相反， 因此，覆蓋層206與第一摻雜區域204之間又形成一個PN結，所述的PN結用于控制第一摻 雜區域204與半導體襯底200之間形成的PN結(光電二極管)，在將光子轉化為電子后形 成的電流的流動方向，如附圖9中虛線所示即為電流的流動方向。繼續以半導體襯底為P型摻雜為例，第一摻雜區域204的摻雜類型為N型，覆蓋層 的離子摻雜類型為P型，所述的P型摻雜的離子為元素周期表中第III主族可以提供空穴 的正3價離子或者含有第III主族元素的化合物離子例如，例如硼離子或者氟化硼離子。以BF2離子為例，進行第二離子注入的工藝為摻雜能量為10至60Kev，離子注入劑量為2E12至2E13atoms/cm2。優選的，摻雜能量為20KeV，離子注入劑量為5. 0E12atoms/2cm 。步驟S7，參考附圖10所示，去除光刻膠圖案層208以及除覆蓋層206外其它位置 的犧牲層207。去除所述的光刻膠圖案層208的工藝例如為灰化工藝，在此不再贅述，去除 光刻膠圖案層之后，繼續采用濕法刻蝕工藝去除覆蓋層206之外其它位置上的犧牲層，也 就是說，僅僅保留位于覆蓋層206上的犧牲層。去除覆蓋層206之外其它位置上的犧牲層的工藝例如為在所述的犧牲層上形成 光刻膠層，并采用曝光，顯影工藝去除大部分的光刻膠，僅僅在覆蓋層206上保留光刻膠， 然后采用含有氨水的濕法刻蝕溶液刻蝕所述的犧牲層，去除未被光刻膠保護的犧牲層，僅 僅保留位于覆蓋層206上的犧牲層。所述的濕法刻蝕溶液中氨水與去離子水的體積百分比 例如為1 20 1 200。步驟S8，參考附圖11所示，在所述的柵極結構側壁形成側墻205。形成所述的側墻205的工藝為常規工藝，例如，在所述的柵極結構以及半導體襯 底上形成絕緣材料層，然后，采用等離子刻蝕工藝刻蝕所述絕緣材料層以形成側墻。在所述 的等離子體刻蝕絕緣材料層形成側墻的工藝中，與現有技術相同，等離子體對所述的絕緣 材料層同時進行化學刻蝕和物理轟擊，某些刻蝕離子會碰撞到柵極結構的側壁，并且改變 原來的運動方向，但是，由于犧牲層207位于覆蓋層206的表面，因此，這些改變運動方向的 離子只能轟擊到犧牲層207上，因此，犧牲層207的存在保護了光電二極管區域的覆蓋層， 從而避免了覆蓋層發生損傷無法控制光電二極管形成的電流的流動方向，導致CMOS圖像 傳感器發生漏電流的缺陷。本實施例還提供一種CMOS圖像傳感器，參考附圖11所示，包括半導體襯底200，所述半導體襯底200中形成有用于隔離有源區的隔離結構201， 所述的有源區包括用于形成MOS晶體管的區域和用于形成發光二極管的區域；所述用于形 成MOS晶體管的區域上具有柵極結構以及位于柵極結構側壁的側墻205 ；所述用于形成發 光二極管的區域包括位于半導體襯底內的第一摻雜區域204，以及依次位于第一摻雜區域 上的覆蓋層206和犧牲層207，其中，第一摻雜區域204的摻雜類型與半導體襯底200和覆 蓋層206的摻雜類型相反。
所述的柵極結構包括依次位于半導體襯底上的柵極氧化層202和柵極203，所述 的犧牲層材料為多晶硅，厚度為50至300埃。可選的，所述的半導體襯底為P型摻雜，所述第一摻雜區域為N型摻雜，所述覆蓋 層為P型摻雜。雖然本發明己以較佳實施例披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，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的隔離結構，所述的有源 區包括用于形成MOS晶體管的區域和用于形成發光二極管的區域；在所述半導體襯底的用于形成MOS晶體管的區域上形成柵極結構；在所述半導體襯底的用于形成發光二極管的區域上進行第一離子注入，形成與半導體 襯底摻雜類型相反的第一摻雜區域；形成覆蓋所述半導體襯底，柵極結構以及第一摻雜區域的犧牲層；在所述犧牲層上形成暴露出第一摻雜區域的光刻膠圖案層；以所述光刻膠圖案層為掩膜，進行第二離子注入，以在所述第一摻雜區域表面形成覆 蓋層，所述的覆蓋層的摻雜離子類型與第一摻雜區域的摻雜離子類型相反；去除光刻膠圖案層以及覆蓋層之外其它位置的犧牲層；在所述的柵極結構側壁形成側墻。
2.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述犧牲層為多晶娃層。
3.根據權利要求2所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述多晶硅層的 厚度為50至300埃。
4.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述半導體襯底 為P型摻雜，所述第一摻雜區域為N型摻雜，所述覆蓋層為P型摻雜。
5.根據權利要求4所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述第一摻雜區 域的摻雜離子為磷離子。
6.根據權利要求5所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，磷離子的注入工 藝為離子注入能量為150至200Kev，離子注入劑量為3E12至3E13atoms/cm2。
7.根據權利要求4所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述覆蓋層為P 型摻雜離子為氟化硼離子。
8.根據權利要求7所述的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，氟化硼離子的注 入工藝為摻雜能量為10至60Kev，離子注入劑量為2E12至2E13atoms/cm2。
9.一種CMOS圖像傳感器，包括半導體襯底，所述半導體襯底中形成有用于隔離有源 區的隔離結構，所述的有源區包括用于形成MOS晶體管的區域和用于形成發光二極管的區 域；所述用于形成MOS晶體管的區域上具有柵極結構以及位于柵極結構側壁的側墻；其特 征在于，所述用于形成發光二極管的區域包括位于半導體襯底內的第一摻雜區域，以及依 次位于第一摻雜區域上的覆蓋層和犧牲層，其中，第一摻雜區域的摻雜類型與半導體襯底 和覆蓋層的摻雜類型相反。
10.根據權利要求9所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述犧牲層為多晶硅層。
11.根據權利要求10所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述多晶硅層的厚度為50 至300埃。
12.根據權利要求9所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述半導體襯底為P型摻 雜，所述第一摻雜區域為N型摻雜，所述覆蓋層為P型摻雜。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器的制作方法，包括提供半導體襯底；在所述半導體襯底的用于形成MOS晶體管的區域上形成柵極結構；在所述半導體襯底的用于形成發光二極管的區域上進行第一離子注入，形成與半導體襯底摻雜類型相反的第一摻雜區域；形成覆蓋所述半導體襯底的犧牲層；在所述犧牲層上形成暴露出第一摻雜區域的光刻膠圖案層；進行第二離子注入，在所述第一摻雜區域表面形成覆蓋層，所述的覆蓋層的摻雜離子類型與第一摻雜區域的摻雜離子類型相反；去除光刻膠圖案層以及覆蓋層之外其它位置的犧牲層；在所述的柵極結構側壁形成側墻。所述方法不會使發光二極管產生暗電流，最終避免了CMOS圖像傳感器產生漏電流。
文檔編號H01L21/82GK102054770SQ20091019835
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月5日 優先權日2009年11月5日
發明者羅飛, 鄒立 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司