CMOS图像传感器及其制造方法技术

一种ＣＭＯＳ图像传感器及其制造方法。在示例性实施方式中，ＣＭＯＳ图像传感器包括：场区以及有源区，第二导电底区，第一导电阱区，第二导电顶区，以及第一导电高浓度区。场区以及有源区是在第一导电半导体衬底中形成的。第二导电底区具有在部分有源区中的第一深度。第一导电阱区形成在有源区中。第二导电顶区具有小于第一深度的深度。第一导电高浓度区具有小于第二导电顶区深度的深度。

【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
一般来说，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器包括光电二极管以及CMOS器件。光电二极管是光接收元件。CMOS器件应用在光电二极 管中累积的电荷产生电信号。图1示出了现有技术的CMOS图像传感器。图1中的CMOS图像传感器 包括P型半导体衬底1101，场氧化膜U02， N型掺杂区1103， P型高浓度 掺杂区1104，第一P型阱区1105，以及第二P型阱区1106。在P型半导体衬 底IIOI的预定区(predetermined region)形成有场氧化膜1102。 P型半导体衬 底1101还定义了场区以及有源区。在P型半导体衬底1101的有源区的整个或 者部分表面形成有具有第一深度的光电二极管源极的N型掺杂区1103。在P 型半导体衬底1101的有源区的整个表面形成有具有小于第一深度的第二深度 的P型高浓度掺杂区1104。第一P型阱区1105形成为使场氧化膜1102与光 电二极管源极的N型掺杂区1103隔离。在有源区中的不同部分形成有第二P 型阱区1106。在第二 P型阱区1106中形成有漏极。在半导体衬底1101上方 形成有栅极并且在它们之间夹有栅绝缘膜。图2示出了用于形成图1中现有技术的CMOS图像传感器的掩模图案。 图2包括掩模图案1201,有源区掩模图案1202，以及掩模图案1203。当形 成图1中的现有技术CMOS图像传感器时，掩模图像1201用于形成N型掺杂 区1103，有源区掩模图案1202用于限定场区和有源区，以及，掩模图案1203 用于形成第一P型阱区1105。第一P型阱区1105形成为使场氧化膜1102与 光电二极管源极的N型掺杂区1103和第二P型阱区1106隔离。图3示出了在图1中现有技术CMOS图像传感器深度方向上杂质离子的 掺杂浓度。图3中的对数标度(logscale)示出了图1中现有技术CMOS图像 传感器的N型掺杂区1103中心的垂直方向上杂质离子的掺杂浓度。图3示出 了 N型掺杂区1103构造为具有低于P型半导体衬底1101掺杂浓度的掺杂浓 度。图3还示出了在两虚线之间的耗尽区。如果由入射光产生的电子和空穴产 生于耗尽区中，电子和空穴将无法相复合并被耗尽区中形成的电场隔离在各自 不同的方向上。在这种情况下，电子就在N型掺杂区1103中累积。因此，耗 尽区应该在有源区中占大的体积(large volume)以在低照度有效地捕获入射 光。然而，如果耗尽区增加，如图3所示，将导致电容值的相应减少。因而， 在施加在N型掺杂区1103的电压的变化值的任何条件下能够捕获的电荷的最 大量降低。图4示出了图1中现有技术CMOS图像传感器的动态范围。 [式1]dQ = Cpd * dV其中运算符*:表示乘法，dQ:根据电压变化，电荷的变化量，Cpd: N型掺杂区1103的电容，以及dV: N型掺杂区1103电压的变化量。 如式1所示，在光入射以及电子累积之后施加给N型掺杂区1103的电压 (Vpd:Vp)等于零时，用于累积由光产生的电子的N型掺杂区1103的最大电容 等于Cpc^Vp。这种特性由图4所示的动态范围示出。结合图1中现有技术CMOS图像传感器的光电二极管结构的一个难点是敏 感性和动态范围之间的折衷。尤其，图1中现有技术CMOS图像传感器的耗 尽区沿垂直方向的扩展，导致低照度下敏感性的提高并改善了光电转换效率。 然而，耗尽区的扩展造成光电二极管电容的降低。从而，像素器件电容的降低 导致了动态范围的恶化
技术实现思路
一般来说，本专利技术的示例性实施方式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。示例性实施方式能够改善低照明敏感性 并同时改善光电转换效率，提高光电二极管的充电容量，并因而提高像素器件 的动态范围。在示例性实施方式中，CMOS图像传感器包括场区以及有源区，第二 导电底区，第一导电阱区，第二导电顶区，以及第一导电高浓度区。场区和有 源区都是在第一导电半导体衬底中形成的。在部分有源区中，第二导电底区拥 有第一深度。第一导电阱区形成于有源区中，并包围第二导电底区。在有源区 中，第二导电顶区拥有小于第一深度的深度。在包括第二导电顶区的半导体衬 底的整个表面，第一导电高浓度区具有小于第二导电顶区的深度。在另一示例性实施方式中， 一种用于制造CMOS图像传感器的方法包括首先，在第一导电半导体衬底中形成场区和有源区。接下来，示例性方法包括 在部分有源区中形成拥有第一深度的第二导电底区。然后，示例性方法包括 在有源区形成第一导电阱区以包围第二导电底区。接下来，示例性方法包括 在有源区形成第二导电顶区，该第二导电顶区具有小于第一深度的深度。然后， 示例性方法包括将第一导电高浓度杂质离子注入包括第二导电顶区的半导体 衬底的整个表面中。最后，示例性方法包括形成第一导电高浓度区，其中第 一导电浓度区的深度小于第二导电顶区的深度。附图说明从下述与结合附图所提供的示例性实施方式的描述中，可以更 清楚地理解本专利技术示例性实施方式的诸方面，在附图中图1示出了现有技术互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的示意性截面图；图2示出了用于形成图1中现有技术CMOS图像传感器的掩模图案；图3示出了图1中现有技术CMOS图像传感器中沿深度方向上的杂质离子掺杂浓度的曲线图；图4示出了图1中现有技术CMOS图像传感器的动态范围的曲线图5示出了示例性CMOS图像传感器的示意性截面图； 图6示出了在图5所示示例性CMOS图像传感器上聚集的光的示意图； 图7示出了图5中示例性CMOS图像传感器的一个势阱的等电势图； 图8A以及8B分别示出了图7中沿虚线A和虚线B的截面提取的示例性 掺杂分布以及示例性电势分布；以及图9示出了用于制造第二示例性CMOS图像传感器的掩模图案。具体实施方式在下文中，将参照附图详细说明本专利技术的示例性实施方式。图5示出了示例性互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。示例性 CMOS图像传感器包括第一导电半导体衬底2101，场氧化膜2102，第二导 电顶区2103，第一导电高浓度区2104，第二导电底区2105，以及第一导电阱 区2106。场区和有源区形成在第一导电半导体衬底2101中。第一以及第二导 电类型分别为P型和N型，但其他结构也是可选的。如图5所示，示例性CMOS图像传感器中的示例性光电二极管包括在 垂直方向上延伸的第二导电底区2105。第二导电底区2105可以形成为在部分 有源区中具有第一深度。第二导电底区2105可通过注入第一导电杂质离子形 成，该杂质离子浓度为高于第一导电半导体衬底2101的杂质浓度并低于第一 导电阱区2106的杂质浓度，下面将详细描述。继续参照图5，在有源区中形成第一导电阱区2106以包围第二导电底区2105。第二导电顶区2103形成为在有源区具有小于第一深度的深度。第二导电顶区2103形成为宽于第二导电底区2105。第二导电顶区2103是通过注入第二导电杂质离子形成的，其中该杂质离子浓度高于第一导电阱区2106的杂质离子的浓度。第二导电底区2105还能够形成为窄于第二导电顶区2103的多 个。第一导电高浓度区2104能够形成为在包括第二导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ图像传感器，包括：场区以及有源区，都形成于所述第一导电半导体衬底中；第二导电底区，在部分所述有源区中具有第一深度；第一导电阱区，形成于所述有源区中并包围所述第二导电底区；第二导电顶区，在所述有源区 中具有小于所述第一深度的深度；以及第一导电高浓度区，在包括所述第二传导顶区的所述半导体衬底的整个表面具有小于所述第二导电顶区所述深度的深度。

【技术特征摘要】
KR 2006-10-17 10-2006-01007811.一种CMOS图像传感器，包括场区以及有源区，都形成于所述第一导电半导体衬底中；第二导电底区，在部分所述有源区中具有第一深度；第一导电阱区，形成于所述有源区中并包围所述第二导电底区；第二导电顶区，在所述有源区中具有小于所述第一深度的深度；以及第一导电高浓度区，在包括所述第二传导顶区的所述半导体衬底的整个表面具有小于所述第二导电顶区所述深度的深度。2. 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第二导 电顶区形成为宽于所述第二导电底区。3. 根据权利要求'l所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第二导 电底区形成为窄于所述第二导电顶区的多个。4. 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第二导 电底区是通过注入第一导电杂质离子而形成的，其中该第一导电杂质离子的浓 度高于所述第一导电半导体衬底的杂质浓度并低于所述第-导电阱区的杂质 浓度。5. 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第二导 电顶区是通过注入第二导电杂质离子来形成的，其中该第二导电杂质离子的浓 度高于所述第一导电阱区的浓度。6. —种用于制造CMOS图像传感器的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟玟，
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]