垂直型CMOS图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直型ＣＭＯＳ图像传感器及其制备方法，包括在半导体衬底中形成的Ｐ↑［＋］－型红光光电二极管，在半导体衬底上形成并且包括在其中形成的Ｐ↑［＋］－型绿光光电二极管的第一硅外延层，在第一硅外延层上形成并且包括在其中形成的Ｐ↑［＋］－型蓝光光电二极管的第二硅外延层；在第一硅外延层中形成的且电连接到Ｐ↑［＋］－型红光光电二极管的第一Ｐ↑［＋］－型插塞，和第二硅外延层中电连接到Ｐ↑［＋］－型绿光光电二极管的第二Ｐ↑［＋］－型插塞。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种CMOS图像传感器及其制备方法，尤其涉及一种能够防 止产生噪声的垂直型CMOS图像传感器及其制备方法。
技术介绍
半导体器件的一种类型是将光图像转换为电信号的图像传感器。图像传感 器可分为互补金属一氧化物一硅(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD) 图像传感器。与CMOS图像传感器相比，CCD图像传感器在光敏性和噪声方 面具有更加优异的特性。然而，CCD图像传感器在高集成度方面存在困难并 且具有较高的功耗。相反，CMOS图像传感器具有制备工艺简单、集成度高和 功耗低的特征。因此，随着制备半导体器件的技术提高，CMOS图像传感器的制备及其特 征己经明显提高。CMOS图像传感器的像素可包括多个用于接收光的光电二极 管和用于控制从光电二极管接收的图像信号的CMOS元件。光电二极管根据 通过滤色片输入的红光、绿光和蓝光的波长和强度产生电子一空穴对。输出信 号取决于所产生的电子数量而变化。因此，可以感应图像。CMOS图像传感器还可包括在其中形成诸如光电二极管的光电转换部分 的像素区域和用于检测从像素区域输出的信号的外围电路区域。外围电路区域 可设置为围绕像素区域。在CMOS图像传感器中，垂直型CMOS图像传感器可包括使用n+p光电 二极管的像素结构，就是说，在其中垂直地在像素中实现红光光电二极管、绿 光光电二极管和蓝光光电二极管的结构。可通过相应传送栅极Tx选择性地迁 移电荷。通过与像素相关的晶体管的运行使分别在外延层中实现的垂直型光电二极管输出到最终输出端。因此，因为对于光电二极管而言，传送栅极Tx、复位晶体管、源极跟随器、选择晶体管具有典型的4-晶体管结构，而且像素包括n+p光电二极管和 NMOS晶体管，由于光电二极管的暗电流、复位噪声、随机行噪声和闪烁噪 声，CMOS图像传感器性能较差。因此，垂直型CMOS图像传感器的图像质 量将恶化。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及可以防止产生噪声的垂直型CMOS图像传感器及其 制备方法。实施例涉及一种制备CMOS图像传感器的方法，其可以至少包括下面步 骤中的一个通过将n-型掺杂剂注入到半导体衬底的整个表面中，在半导体衬 底中形成第一 n-型注入区域；通过在第一 n-型注入区域中注入掺杂剂形成P+-型红光光电二极管；使用外延生长方法在包括？+-型红光光电二极管的半导体 衬底上形成第一硅外延层；形成延伸贯穿第一硅外延层并电连接到P-型红光 光电二极管的第一？+-型插塞(plug);通过将n-型掺杂剂注入到包括第一P+-型插塞的第一硅外延层的整个表面中，在第一硅外延层中形成第二 n-型注入区 域；通过在第二11-型注入区域中注入掺杂剂形成？+-型绿光光电二极管；在包 括？+-型绿光光电二极管的第一硅外延层上形成第二硅外延层；在第二硅外延 层上执行浅槽隔离，以限定有源区并形成用于形成场效应区的多个器件隔离 膜；通过将n-型掺杂剂注入到器件隔离膜之间的有源区中形成多个n-阱区域； 通过将？+-型掺杂剂注入到第二硅外延层中形成延伸贯穿第二硅外延层并电连 接？+-型绿光光电二极管和第一 ？+-型插塞的一对第二 ？+-型插塞；随后通过将 掺杂剂注入到器件隔离膜之间的一个n-阱区域中，在第二硅外延层中形成P+-型蓝光光电二极管。实施例涉及一种制备垂直型CMOS图像传感器的方法，其可以至少包括 下面步骤中的一个在半导体衬底中形成第一 n-型注入区域；在第一 n-型注 入区域中形成第一光电二极管；在包括第一光电二极管的半导体衬底上形成第 一硅外延层；在第一硅外延层中形成电连接到第一光电二极管的第一插塞；在 第一硅外延层中形成第二 n-型注入区域；在第二 n-型注入区域中形成电连接到第一插塞的第二光电二极管；在包括n-型注入区域和第二光电二极管的第一 硅外延层上形成第二硅外延层；在第二硅外延层中形成多个器件隔离膜；在第 二硅外延层中形成多个n-型阱区；在第二硅外延层中形成电连接到第二光电二 极管和第一插塞的一对第二插塞；随后在一个n-阱区域中形成第三光电二极管。实施例涉及一种垂直型CMOS图像传感器，其可以包括半导体衬底； 在半导体衬底中形成的？+-型红光光电二极管；在包括？+-型红光光电二极管的 半导体衬底上形成的第一硅外延层；在第一硅外延层中形成的？+-型绿光光电 二极管；在包括？+-型绿光光电二极管的第一硅外延层上形成的第二硅外延层； 在第二硅外延层中形成的？+-型蓝光光电二极管；在第一硅外延层中形成的在 一个末端电连接到？+-型红光光电二极管且在另一个末端电连接到？+-型绿光 光电二极管的第一？+-型插塞；以及在第二硅外延层中形成且电连接到？+-型绿 光光电二极管的第二 ？+-型插塞。附图说明图1到图3J示出根据本专利技术实施例的垂直型CMOS图像传感器。 具体实施例方式如示例图1所示，根据实施例的垂直型CMOS图像传感器可以包括下述 像素结构，在其中多个空穴可以用作在P 光电二极管产生的电子/空穴的主 载流子并且通过PMOS晶体管迁移。垂直型CMOS图像传感器可以包括下述 结构，在其中可以将？+-型绿光光电二极管70和？+-型蓝光光电二极管120分 别层设在包括？+-型红光光电二极管30的半导体衬底10上和/或上方的在n-型外延层中，就是说，在基本垂直方向上的第一硅外延层40和第二硅外延层 80中。在该垂直型CMOS图像传感器中，对于光电二极管，可以用PN型光 电二极管取代N+P型光电二极管，并且对于像素晶体管可以将PMOS晶体管 连接到垂直型CMOS图像传感器。如示例图2所示，根据实施例，可以将传送栅极Tx、复位晶体管Rx、源 极跟随器S/F、选择晶体管SELECT连接到由PMOS晶体管实现的垂直型 CMOS图像传感器。因此，可以降低噪声并且可以实现低噪声电路。如示例图3A所示，根据实施例的制备垂直型CMOS图像传感器的方法可 以包括制备n-型半导体衬底10。可将n-型掺杂剂注入到半导体衬底10的整个 表面中以在半导体衬底10的整个表面上方形成n-型注入区域20。可以在除了 将要形成？+-型红光光电二极管30之外的n-型注入区域20上和/或上方形成第 一光刻胶图案21。随后可以使用第一光刻胶图案21将用于形成？+-型红光光 电二极管30的掺杂剂注入到n-型注入区域20中。如示例图3B所示，在n-型注入区域20中形成？+-型红光光电二极管30 之后，可以执行灰化工艺，以去除第一光刻胶图案21。随后可以使用任何一 种外延层生长工艺，包括使用TCS (SiHCl3)的分子束外延(MBE)工艺和气 相外延(VPE)工艺，在包括？+-型红光光电二极管30的半导体衬底10上和/ 或上方形成第一硅外延层40。如示例图3C所示，在形成第一硅外延层40之后，可以在第一硅外延层 40上和/或上方形成用于形成第一 ？+-型插塞50的第二光刻胶图案41 。随后可 以使用第二光刻胶图案41将？+-型掺杂剂注入到第一硅外延层40中以形成第 一？+-型插塞50。可以通过选择性注入金属离子形成第一？+-型插塞50，并且 可以将其电连接到？+-型红光光电二极管30和可以在后面形成的？+-型绿光光 电二极管70。如示例图3D所示，在形成第一？+-型插塞50之后，可以去除第二光刻胶 图案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：半导体衬底；在半导体衬底中形成的Ｐ↑［＋］－型红光光电二极管；在包括Ｐ↑［＋］－型红光光电二极管的半导体衬底上形成的第一硅外延层；在第一硅外延层中形成Ｐ↑［＋］－型绿光光电二极管；在包 括Ｐ↑［＋］－型绿光光电二极管的第一硅外延层上形成的第二硅外延层；在第二硅外延层中形成的Ｐ↑［＋］－型蓝光光电二极管；在第一硅外延层中形成并且一个末端电连接到Ｐ↑［＋］－型红光光电二极管而另一个末端电连接到Ｐ↑［＋］－型绿光 光电二极管的第一Ｐ↑［＋］－型插塞；以及在第二硅外延层中形成且电连接到Ｐ↑［＋］－型绿光光电二极管的第二Ｐ↑［＋］－型插塞。

【技术特征摘要】
KR 2006-12-22 10-2006-01329951.一种装置，包括半导体衬底；在半导体衬底中形成的P+-型红光光电二极管；在包括P+-型红光光电二极管的半导体衬底上形成的第一硅外延层；在第一硅外延层中形成P+-型绿光光电二极管；在包括P+-型绿光光电二极管的第一硅外延层上形成的第二硅外延层；在第二硅外延层中形成的P+-型蓝光光电二极管；在第一硅外延层中形成并且一个末端电连接到P+-型红光光电二极管而另一个末端电连接到P+-型绿光光电二极管的第一P+-型插塞；以及在第二硅外延层中形成且电连接到P+-型绿光光电二极管的第二P+-型插塞。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于半导体衬底和第一硅外延层各具有在其整个表面上形成的n-型注入区域，并且 +-型蓝光光电二极管形成在第二硅外延层的n-阱区域中。3. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，？+-型红光光电二极管、P+-型绿光光电二极管和？+-型蓝光光电二极管包括P+N光电二极管。4. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，？+-型红光光电二极管、P+-型绿光光电二极管和？+-型蓝光光电二极管包括P+N光电二极管。5. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，还包括 形成在第一硅外延层中并电连接到？+-型红光光电二极管和？+-型绿光光电二极管的第一插塞；以及在第二硅外延层中形成并且电连接到？+-型绿光光电二极管和第一插塞的 一对第二插塞。6. —种方法，包括通过将n-型掺杂剂注入到半导体衬底的整个表面中，在半导体衬底中形成 第一n-型注入区域；通过在在第一 n-型注入区域中注入惨杂剂，形成？+-型红光光电二极管；使用外延生长方法，在包括P+-型红光光电二极管的半导体衬底上形成第 一硅外延层；形成延伸贯穿第一硅外延层并电连接到P+-型红光光电二极管的第一 P+-型插塞；通过将n-型掺杂剂注入到包括第一 P+-型插塞的第一硅外延层的整个表面 中，在第一硅外延层中形成第二n-型注入区域；通过在第二 n-型注入区域中注入掺杂剂而形成P+-型绿光光电二极管； 在包括P+-型绿光光电二极管的第一硅外延层上形成第二硅外延层； 在第二硅外延层上执行浅槽隔离，以限定有源区并形成用于形成场效应区的多个器件隔离膜；通过将n-型掺杂剂注入到器件隔离膜之间的有源区中形成多个n-阱区域； 通过将P+-型掺杂剂注入到第二硅外延层中，形成延伸贯穿第二硅外延层并且电连接到P+-型绿光光电二极管和第一 ？+-型插塞的一对第二 P+-型插塞；以及随后通过将掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：林秀，
申请(专利权)人：东部高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]