CMOS图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种ＣＭＯＳ图像传感器及其制造方法。该ＣＭＯＳ图像传感器包括：半导体衬底，具有有源区和隔离区；光电二极管区和晶体管区，形成在该有源区上；栅极，形成在该晶体管区上，并具有第一高度和第二高度；以及扩散区，通过注入掺杂剂而形成在该光电二极管区和该晶体管区上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
技术介绍
通常，图像传感器是用于将光图像转换为电信号的半导体器件，并主要分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。CCD具有多个光电二极管(PD)，所述多个光电二极管以矩阵的形式排列，从而将光信号转换为电信号。CCD包括多个垂直电荷耦合器件(VCCD)，设置在垂直排列于矩阵中的多个光电二极管之间，从而将从每个光电二极管产生的电荷沿垂直方向传输；多个水平电荷耦合器件(HCCD)，用于沿水平方向传输从VCCD传输的电荷；以及感应放大器，用于通过感测沿水平方向传输的电荷来输出电信号。但是，这种CCD具有多种缺点，例如复杂的驱动模式，高功耗等。此外，CCD需要多步骤光学处理，因此CCD的制造过程复杂。另外，由于难以将控制器、信号处理器及模/数转换器(A/D转换器)集成到单片CCD上，因此CCD不适用于小型产品。近来，CMOS图像传感器受到瞩目，成为能够解决CCD问题的下一代图像传感器。CMOS图像传感器是利用开关模式通过MOS晶体管来依次检测每个单位像素的输出的器件，其中MOS晶体管是使用外围器件如控制器和信号处理器通过CMOS技术而形成于与单位像素相对应的半导体衬底上的。也就是说，CMOS图像传感器在每个单位像素中包括光电二极管和MOS晶体管，并在开关模式中依次检测每个单位像素的电信号，以获得图像。由于CMOS图像传感器利用CMOS技术，所以CMOS图像传感器具有诸如功耗低和由于光学处理步骤的数量较少而使制造过程简单等优点。另外，因为控制器、信号处理器及A/D转换器可被集成到单片CMOS图像传感器上，所以CMOS图像传感器使产品能够小型化。因此，CMOS图像传感器已被广泛用于各种应用，例如数字照相机、数字摄像机等。同时，CMOS图像传感器按照晶体管的数量可分为3T、4T和5T型CMOS图像传感器。3T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和三个晶体管，4T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和四个晶体管。4T型CMOS图像传感器的单位像素的布局如下。图1示出根据相关技术的4T型CMOS图像传感器的等效电路图，图2示出根据相关技术的4T型CMOS图像传感器的布局图。如图1所示，CMOS图像传感器的单位像素100包括光电二极管10和四个晶体管，其中该光电二极管10是光电器件。这里，四个晶体管包括转移晶体管20、复位晶体管30、驱动晶体管40和选择晶体管50。另外，负载晶体管60电连接至各单位像素100的输出端Out。附图标记FD、Tx、Rx、Dx和Sx分别表示漂移扩散区、转移晶体管20的栅压、复位晶体管30的栅压、驱动晶体管40的栅压和选择晶体管50的栅压。如图2所示，CMOS图像传感器的单位像素上界定有有源区，并且隔离层形成在单位像素上除有源区之外的预定区上。光电二极管PD形成在有源区的较宽区域上，四个晶体管的栅极23、33、43和53与有源区的其余区域重叠。也就是说，第一栅极23与转移晶体管20整合，第二栅极33与复位晶体管30整合，第三栅极43与驱动晶体管40整合，第四栅极53与选择晶体管50整合。向各晶体管除了栅极23、33、43和53的下部之外的有源区中注入掺杂剂，从而形成晶体管的源极/漏极(S/D)区。图3A至图3C是沿图2的I-I’线的剖视图，示出根据相关技术的CMOS图像传感器的制造过程。如图3A所示，对高密度P型半导体衬底61进行外延工艺，从而形成低密度P型外延层62。然后，在半导体衬底61上界定有源区和隔离区之后，通过STI(浅沟槽隔离)工艺在隔离区上形成隔离层63。另外，栅极绝缘层64和导电层(例如，高密度多晶硅层)依次沉积在形成有隔离层63的外延层62的整个表面上。然后，选择性地去除导电层和栅极绝缘层64，以形成栅极65。其后，如图3B所示，在半导体衬底61的整个表面上涂覆第一光致抗蚀剂膜，然后以蓝、绿、红光电二极管可被暴露的方式，通过曝光和显影工艺对第一光致抗蚀剂膜进行图案化。另外，利用图案化的第一光致抗蚀剂膜作为掩模，将低密度n型掺杂剂注入到外延层62上，从而形成用作蓝、绿、红光电二极管区的低密度n型扩散区67。然后，完全去除第一光致抗蚀剂膜，并且在半导体衬底61的整个表面上沉积绝缘层。在此状态下，进行回蚀工艺以在栅极65的两侧形成绝缘层侧壁68。接下来，在半导体衬底61的整个表面上涂覆第二光致抗蚀剂膜之后，对第二光致抗蚀剂膜进行曝光和显影工艺，以覆盖光电二极管区并暴露各晶体管的源极/漏极区。然后，利用图案化的第二光致抗蚀剂膜作为掩模，将高密度n型掺杂剂注入到暴露的源极/漏极区上，从而形成n型扩散区(漂移扩散区)70。其后，如图3C所示，去除第二光致抗蚀剂膜，并且在半导体衬底61的整个表面上涂覆第三光致抗蚀剂膜。在此状态下，对第三光致抗蚀剂膜进行曝光和显影工艺，以使第三光致抗蚀剂膜被图案化，以暴露各光电二极管区。然后，利用图案化的第三光致抗蚀剂膜作为掩模，将p型掺杂剂注入到具有n型扩散区67的光电二极管区上，从而在半导体衬底的表面上形成p型扩散区72。其后，去除第三光致抗蚀剂膜，并对半导体衬底61进行热处理工艺，从而扩展各杂质扩散区。采用100KeV到150KeV能量和I线光，通过离子注入工艺形成低密度扩散区67。但是，如果以上述100KeV到150KeV的能量进行离子注入工艺，则经过转移晶体管栅极的离子被注入到半导体衬底的表面上，从而不必要地形成沟道区A。沟道区的宽度随离子注入工艺中所用的能量和光而改变，而转移晶体管的阈值电压随沟道区的宽度而改变。因此，沟道区的这种宽度变化会降低转移晶体管特性的均匀度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有均匀特性的CMOS图像传感器及其制造方法。根据本专利技术的一个方案，提供一种CMOS图像传感器，包括半导体衬底，具有有源区和隔离区；光电二极管区和晶体管区，形成在该有源区上；栅极，形成在该晶体管区上，并具有第一高度和第二高度；以及扩散区，通过注入掺杂剂而形成在该光电二极管区和该晶体管区上。根据所述的CMOS图像传感器，其中该第一高度处于1800至2000的范围内，该第二高度处于3300至3700的范围内。根据所述的CMOS图像传感器，其中在具有该第一高度的栅极的下部形成有沟道区，而在具有该第二高度的栅极的下部没有形成沟道区。根据所述的CMOS图像传感器，其中在该栅极的两侧形成有多个间隔部件。根据所述的CMOS图像传感器，其中在该光电二极管区上形成有第二导电扩散区，以及在该第二导电扩散区的表面上形成有第一导电扩散区。根据所述的CMOS图像传感器，其中在该晶体管区上形成有第二导电扩散区。根据本专利技术的另一方案，提供一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括步骤在半导体衬底上形成有源区和隔离区；在该有源区上形成栅极绝缘层和栅极；部分蚀刻该栅极，以使该栅极具有第一高度和第二高度；以及通过将掺杂剂注入到该有源区的光电二极管区上而形成第一扩散区，并且通过将掺杂剂注入到该栅极中而在具有该第一高度的栅极的下部形成沟道区。根据所述的方法，其中还包括步骤在该栅极的两个侧壁处形成多个间隔部件；通过将掺杂剂注入到该晶体管区上，形成第二扩散区；以及通过将掺杂剂注入到该第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ图像传感器，包括：半导体衬底，具有有源区和隔离区；光电二极管区和晶体管区，形成在该有源区上；栅极，形成在该晶体管区上，并具有第一高度和第二高度；以及扩散区，通过注入掺杂剂而形成在该光电二极管区和该 晶体管区上。

【技术特征摘要】
KR 2005-12-28 10-2005-01326831.一种CMOS图像传感器，包括半导体衬底，具有有源区和隔离区；光电二极管区和晶体管区，形成在该有源区上；栅极，形成在该晶体管区上，并具有第一高度和第二高度；以及扩散区，通过注入掺杂剂而形成在该光电二极管区和该晶体管区上。2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中该第一高度处于1800至2000的范围内，该第二高度处于3300至3700的范围内。3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中在具有该第一高度的栅极的下部形成有沟道区，而在具有该第二高度的栅极的下部没有形成沟道区。4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中在该栅极的两侧形成有多个间隔部件。5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中在该光电二极管区上形成有第二导电扩散区，以及在该第二导电扩散区的表面上形成有第一导电扩散区。6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中在该晶体管区上形成有第二导电扩散区。7.一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括步骤在半导体衬底上形成有源区和隔离区；在该有源区上形成栅极绝缘层和栅极；局部蚀刻该栅极，以使该栅极具有第一高度和第二高度；以及通过将掺杂剂注入到该有源区的光电二极管区上而形成第一扩散区，并且通过将掺杂剂注入到该...

【专利技术属性】
技术研发人员：任劲赫，
申请(专利权)人：东部电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]