CMOS图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种ＣＭＯＳ图像传感器及其制造方法。该ＣＭＯＳ图像传感器包括：第一导电型半导体衬底，通过隔离区和有源区来限定，该有源区包括蓝光电二极管区和晶体管区；隔离层，形成在半导体衬底的隔离区中；第一扩散区，具有与半导体衬底相同的导电类型，形成在蓝光电二极管区中，靠近隔离层的一侧；栅绝缘层和栅电极，形成在晶体管区的衬底上；以及第二扩散区，具有与半导体衬底相反的导电类型，形成在蓝光电二极管区中，远离隔离层，其中第一扩散区设置在第二扩散区和隔离层之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像传感器，更具体而言，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
作为一种半导体器件，图像传感器将光图像变换成电图像，其一般被分类为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。传统上，CCD包括多个光电二极管，其以矩阵形式设置以将光信号变换成电信号；多个垂直电荷耦合器件(VCCD)，形成在光电二极管之间，以在垂直方向上传输每个光电二极管中所生成的电荷；多个水平电荷耦合器件(HCCD)，用于在水平方向上传输从每个VCCD传输的电荷；以及感测放大器(amp)，用于感测在水平方向上传输的电荷，以输出电信号。众所周知，CCD具有复杂的操作机构和高功率消耗。另外，因为在其制作中需要光刻工艺的多个步骤，所以其制造方法非常复杂。特别地，难以将CCD与诸如控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换器等的其它装置一起集成到单个芯片中。CCD的这种缺点阻碍了产品的小型化。为了克服CCD的上述缺点，近来CMOS图像传感器已被开发为新一代的图像传感器。CMOS图像传感器包括通过CMOS制作技术在半导体衬底中形成的MOS晶体管。在CMOS图像传感器中，MOS晶体管相对于单元像素的数目、连同如控制电路、信号处理电路等的外围电路一起形成。CMOS图像传感器采用MOS晶体管相继检测每个像素的输出的切换模式。更特定地，CMOS图像传感器包括在每个像素中的MOS晶体管和光电二极管，由此以切换模式相继地检测每个像素的电信号以表示给定的图像。CMOS图像传感器具有诸如低功率消耗和相对简单的制作工艺的优点。另外，因为使用CMOS制造技术，CMOS图像传感器可与控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换器等集成，这能够使产品小型化。CMOS图像传感器已广泛地用在如数字静相机、数字视频相机等的各种应用中。同时，CMOS图像传感器可根据晶体管的数目分类为3T型、4T型、5T型等。3T型的CMOS图像传感器包括一个光电二极管和三个晶体管，而4T型包括一个光电二极管和四个晶体管。这里，3T型CMOS图像传感器中的单元像素布局如下配置。图1示出了图示传统3T型CMOS图像传感器中单元像素的布局，而图2是图示从图1的线A-A’观察的传统CMOS图像传感器的光电二极管和复位晶体管的截面视图。如图1中所示，一个光电二极管区20形成在所限定的有源区的一大部分中，而三个晶体管30、40和50分别形成为在有源区的其它部分10中重叠。晶体管30构成了复位晶体管，而晶体管40构成了驱动器晶体管，而晶体管50构成了选择晶体管。这里，除了在每个栅电极30、40和50以下的有源区10的部分，掺杂剂离子被注入到每个晶体管形成的有源区的晶体管区10中，以形成每个晶体管的源和漏区。特别地，供给电压(VDD)供给到复位晶体管和驱动器晶体管之间的源/漏区，而形成在选择晶体管一侧的源/漏区连接到检测电路(未示出)。晶体管30、40和50分别连接到信号线，虽然它们在图1中没有示出。另外，信号线经由分别在其一端形成的附加垫而分别连接到外部驱动电路。参考图2，P-型外延层12形成在P++型半导体衬底11上。另外，包括外延层12的半导体衬底11通过有源区和其处形成隔离层13的隔离区来限定，该有源区包括光电二极管区20和晶体管区10，如图1中所示。如图2中所示，用于复位晶体管30的栅电极15形成在外延层12上，插入栅绝缘层14。一对绝缘侧壁16形成在栅电极15的两侧上。另外，N-型扩散区20形成在外延层12的光电二极管区。轻掺杂漏(LDD)区17和源/漏扩散区18分别形成在外延层12的晶体管区中。P0型扩散区21形成在光电二极管区中的N-型扩散区20之上。在上述CMOS图像传感器的结构中，反向偏置施加在N-型扩散区20和P-型外延层12之间，由此导致了通过光来生成电子的耗尽层。当复位晶体管关断时，生成的电子降低了驱动器晶体管的电势。驱动器晶体管电势的降低从复位晶体管的关断连续进行，由此导致了电势差。图像传感器可通过将电势差作为信号检测而工作。另一方面，光电二极管根据像素阵列的固定结构来设置。即，像素阵列以Bayer图案配置，在该图案中第一行的GBGB图案和第二行的RGRG图案轮流设置，如图3中所示。参考图3，绿(G)、红(R)和蓝(B)像素形成在相同的结构中，但是每个像素在光上具有不同的色再现性。在CMOS图像传感器的色再现性上的问题由光的波特性引起。通过光的电子和空穴对(EHP)的生成速率依赖于光的波长，如图4中所示。图5是图示根据光的波长的吸收系数和穿透深度的改变的图。参考图5，红光穿透硅衬底表面以下多至10μm。然而，蓝光穿透硅衬底表面以下仅0.3μm(即，3000)，这表示蓝光的弱的色再现性。蓝光的色再现性可通过B/G比来评估。特别地，在商业产品中所需的B/G比的规格是在从0.6到1.0的范围中。1.0的上限只是理想值，而0.6的下限是非常重要的标准。为了提高蓝信号的灵敏度，通常在绿过滤工艺前执行蓝过滤器工艺，然而，这可引起其另一问题。具体地，传统的CMOS图像传感器采用每四个像素中包括一个蓝像素的Bayer图案，而且在其形成工艺后经常出现蓝像素的剥离现象。典型地，为了提高像素的粘附强度，在色过滤工艺前需要执行另外的光刻工艺。结果，从硅衬底表面到色过滤器的距离增加，使得总的色再现性变得更为恶化。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种CMOS图像传感器，其中提高了对蓝光的灵敏度和图像传感器的总的色再现性。本专利技术的另一个目的是提供一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其中提高了对蓝光的灵敏度和图像传感器的总的色再现性。为了实现上述目的，根据本专利技术的一种CMOS图像传感器的一个实施例包括第一导电型半导体衬底，通过隔离区和有源区限定，有源区包括蓝光电二极管区和晶体管区；隔离层，形成在半导体衬底的隔离区中；第一扩散区，具有与半导体衬底相同的导电类型，形成在蓝光电二极管区，靠近隔离层的一侧；栅绝缘层和栅电极，形成在晶体管区的衬底上；以及第二扩散区，具有与半导体衬底相反的导电类型，形成在蓝光电二极管区中，远离隔离层，其中第一扩散区设置在第二扩散区和隔离层之间。在根据本专利技术的CMOS图像传感器中，第一扩散区可以大于或等于第二扩散区扩散深度的扩散深度形成。另外，第三扩散区可形成在蓝光电二极管区中的第二扩散区之上，其中第三扩散区具有与半导体衬底相同的导电类型。优选地，第一扩散区具有比第三扩散区的掺杂剂浓度高的掺杂剂浓度。另外，一种根据本专利技术的用于制造CMOS图像传感器的方法包括下列步骤准备由隔离区和有源区限定的第一导电型半导体衬底，有源区包括蓝光电二极管区和晶体管区；在半导体衬底的表面上形成牺牲绝缘层；去除牺牲绝缘层的一部分，以选择性地暴露衬底的隔离区；蚀刻衬底的暴露部分以在隔离区中形成沟槽；使用牺牲绝缘层作为掩模、以预定角度倾斜注入第一导电型掺杂剂，由此靠近沟槽的一侧在蓝光电二极管区中形成第一扩散区；利用绝缘材料来填充沟槽，以形成隔离层；去除牺牲绝缘层的剩余部分；在晶体管区上形成栅绝缘层和栅电极；远离隔离层在蓝光电二极管区中形成第二扩散区，第二扩散区具有与半导体衬底相反的导电类型，其中第一扩散区设置在第二扩散区和隔离层之间。一种根据本专利技术的C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ图像传感器，包括：第一导电型半导体衬底，通过隔离区和有源区来限定，所述有源区包括蓝光电二极管区和晶体管区；隔离层，形成在所述半导体衬底的所述隔离区中；第一扩散区，具有与所述半导体衬底相同的导电类型，形成在 所述蓝光电二极管区中，靠近所述隔离层的一侧；栅绝缘层和栅电极，形成在所述晶体管区的衬底上；以及第二扩散区，具有与所述半导体衬底相反的导电类型，形成在所述蓝光电二极管区中，远离所述隔离层，其中所述第一扩散区设置在所述第二扩散区 和所述隔离层之间。

【技术特征摘要】
KR 2005-6-7 10-2005-00484831.一种CMOS图像传感器，包括第一导电型半导体衬底，通过隔离区和有源区来限定，所述有源区包括蓝光电二极管区和晶体管区；隔离层，形成在所述半导体衬底的所述隔离区中；第一扩散区，具有与所述半导体衬底相同的导电类型，形成在所述蓝光电二极管区中，靠近所述隔离层的一侧；栅绝缘层和栅电极，形成在所述晶体管区的衬底上；以及第二扩散区，具有与所述半导体衬底相反的导电类型，形成在所述蓝光电二极管区中，远离所述隔离层，其中所述第一扩散区设置在所述第二扩散区和所述隔离层之间。2.权利要求1的CMOS图像传感器，其中所述第一扩散区具有等于或大于所述第二扩散区扩散深度的扩散深度。3.权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括在所述蓝光电二极管区中在所述第二扩散区之上形成的第三扩散区，其中所述第三扩散区具有与所述半导体衬相同底的导电类型。4.权利要求3的CMOS图像传感器，其中所述第一扩散区具有比所述第三扩散区的掺杂剂浓度高的掺杂剂浓度。5.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括下列步骤准备由隔离区和有源区来限定的第一导电型半导体衬底，所述有源区包括蓝光电二极管区和晶体管区；在所述半导体衬底的表面上形成牺牲绝缘层；选择性地去除所述牺牲绝缘层的一部分，以暴露所述衬底的所述隔离区；蚀刻所述衬底的暴露部分，以在所述隔离区...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩昌勋，
申请(专利权)人：东部电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]