CMOS图像传感器的工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种CMOS图像传感器的工艺方法，在半导体衬底上形成氧化层；然后进行刻蚀并填充形成STI，划出有源区；光刻及刻蚀，图案化后进行所述像素区的第一次高能粒子注入形成第一阱区；去除光刻胶，进行快速热退火和激活工艺；进行第二次离子注入，完成像素区的第二阱区注入；进行第三次离子注入，完成像素区的第三阱区注入。本发明专利技术通过调整工艺顺序并在第一次离子注入之后增加热处理工艺过程，快速热退火可提高第一次离子注入之后的离子激活率，激活工艺可充分修复晶格损伤，减小暗电流，从而明显改善白噪声性能；调整离子注入顺序可防止过多热预算使第二阱区以及第三阱区的扩散严重，改变掺杂离子分布，致使部分器件失效。失效。失效。

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器的工艺方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及半导体器件制造领域，特别是指一种CMOS图像传感器的工艺方法。
[0003]
技术介绍

[0004]随着CMOS工艺水平的提高，CMOS光学图像传感器（CIS：CMOS Image Sensor）凭借功耗低、成本低、体积小、可随机读取等一系列优点，实现了在平板电脑、智能手机等消费类电子领域的广泛应用。
[0005]CIS器件的White Pixel （白像素、白噪声、白点）是制约其性能、质量和可靠性改善的重要因素。白点是CIS器件中比较常见的一种缺陷，理论上，CMOS光学图像传感器在不受光照时是不产生光电流的，但是各种工艺上的缺陷会导致CMOS光学图像传感器在不受光照时也会产生暗电流，对于一个像素单位来说，当不受光照时的暗电流超过了正常通过捕获光子产生的光电流之后，该像素点就会被控制电路默认为是白像素，所以白像素就是暗电流过大的像素单元。它会严重影响CMOS光学图像传感器的图像效果。如何改善与降低白像素是提升CIS产品性能的重要方向。
[0006]产生白点缺陷的原因很多，比如金属污染产生暗电流。另外，离子注入造成的晶格损伤也是产生白像素的重要因素。受损的晶格会导致大量的自由电子从价带穿越费米能级进入导带，从而引起像素点电流异常。大剂量、大能量的离子植入会造成晶格损伤，如果这些晶格缺陷无法完全修复，就会导致比较严重的白像素问题，因此，通常需要严格控制离子注入的剂量和能量来减少晶格损伤。
[0007]
技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种CMOS图像感器的形成方法，通过新的工艺方法，减少白点缺陷。
[0009]为解决上述问题，本专利技术所述的一种CMOS图像传感器的形成方法，包含：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成氧化层；然后进行刻蚀并填充形成STI，划出有源区，包含所述CMOS图像传感器的像素区；光刻及刻蚀，图案化后进行所述像素区的第一次高能粒子注入形成第一阱区；去除光刻胶，进行快速热退火和激活工艺；进行第二次离子注入，完成像素区的第二阱区注入；进行第三次离子注入，完成像素区的第三阱区注入。
[0010]进一步地，所述的STI中填充介质层包含氧化硅；所述的半导体衬底具有第一导电类型。
[0011]进一步地，所述的第一次的高能离子注入形成的第一阱区具有第二导电类型。
[0012]进一步地，所述的快速热退火工艺温度为900～1150℃，工艺时长为30～100s。
[0013]进一步地，所述的激活工艺温度为900～1150℃，工艺时长为30～240min。
[0014]进一步地，所述的快速热退火结合激活工艺，能提高离子激活率及充分修复晶格损伤，减少像素区暗电流。
[0015]进一步地，所述的第二次离子注入形成第二阱区具有第二导电类型，为深阱工艺。
[0016]进一步地，所述的第三次离子注入形成的第三阱区具有第二导电类型，所述的第三阱区与第一阱区相邻。
[0017]本专利技术公开的一种改善CMOS图像传感器白点缺陷的工艺方法，通过调整工艺顺序并在第一次离子注入之后增加热处理工艺过程，快速热退火可提高第一次离子注入之后的离子激活率，激活工艺可充分修复晶格损伤，减小暗电流，从而明显改善白噪声性能；调整离子注入顺序可防止过多热预算使第二阱区以及第三阱区的扩散严重，改变掺杂离子分布，致使部分器件失效。
[0018]附图说明
[0019]图1 是本专利技术工艺完成有源区形成的工艺示意图。
[0020]图2 是本专利技术工艺完成第一次离子注入形成第一阱区的示意图。
[0021]图3 是本专利技术工艺完成热处理工艺的示意图。
[0022]图4 是本专利技术工艺完成第二次离子注入的示意图。
[0023]图5 是本专利技术工艺完成第三次离子注入的示意图。
[0024]图6 是本专利技术的工艺步骤流程图。
[0025]附图标记说明1是衬底或外延，2是氧化层，3是STI，4是第一阱区，5是光刻胶，6是第二阱区，7是第三阱区。
[0026]具体实施方式
[0027]以下结合附图给出本专利技术的具体实施方式，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，但本专利技术不限于以下的实施方式。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]应当理解，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本专利技术的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操
作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
[0029]根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0030]本专利技术提供的一种改善CIS器件白噪声性能的工艺方法，通过调整阱区不同的注入形成顺序并增加热处理工艺过程的方法，可以有效的提高注入离子激活率并修复由于高能离子注入造成的晶格损伤缺陷，明显改善CIS器件白噪声性能。
[0031]本专利技术工艺方法包含：提供一P型的半导体衬底，如图1所示，在所述半导体衬底或者是外延上形成氧化层；然后在所述半导体衬底1进行刻蚀形成沟槽，在所述形成的沟槽内填充介质层2以形成STI。所述的介质层可以是氧化硅2或者是氮化硅等介质。所述的半导体衬底表面还覆盖一薄层氧化硅2。以所述的STI 3划出有源区，包含所述CMOS图像传感器的像素区,当然也包括CIS器件的逻辑区。由于本专利技术涉及解决白噪声的问题，而解决白噪声问题本专利技术主要针对的是像素区，所以其他区域本专利技术暂不涉及。
[0032]光刻及刻蚀，图案化后，利用光刻胶5的掩蔽进行所述像素区的第一次高能粒子注入形成第一阱区4，如图2所示。所述的第一阱区4是像素区的高能离子注入。第一次高能粒子注入采用N型离子注入，形成N型阱。掺杂的杂质一般为常见的N型杂质，如P、As等。
[0033]去除光刻胶5，然后进行快速热退火RTA和激活Anneal工艺，如图3所示。所述的快速热退火工艺温度为900～1150℃，工艺时长为30～100s。快速热退火结合激活工艺，能提高离子激活率及充分修复晶格损伤，减少像素区暗电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器的工艺方法，其特征在于：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成氧化层；然后进行刻蚀并填充形成STI，划出有源区，包含所述CMOS图像传感器的像素区；光刻及刻蚀，图案化后进行所述像素区的第一次高能粒子注入形成第一阱区；去除光刻胶，进行快速热退火和激活工艺；进行第二次离子注入，完成像素区的第二阱区注入；进行第三次离子注入，完成像素区的第三阱区注入。2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的工艺方法，其特征在于：所述的STI中填充介质层包含氧化硅；所述的半导体衬底具有第一导电类型。3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的工艺方法，其特征在于：所述的第一次的高能离子注入形成的第一阱区具有第二导电类型。4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的工艺方法，其特征在于：所述的快速热退火工艺温度为900～1150℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜慧琴，郭振强，何亚川，
申请(专利权)人：华虹半导体无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：