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外延嵌入层；通过生长外延嵌入层的过程对所述CMOS图像传感器的形成区域进行预掺杂，提前储备部分需要的掺杂杂质，以降低后续离子注入的注入能量及注入剂量。本发明专利技术通过额外进行N型EPI生长的方式对像素区进行预掺杂，提前补充大量的N型杂质，使得该结构在后续的工艺中无需再大能量、大剂量的离子注入，从而可以减轻制程中大能量离子注入对硅晶格的损伤，从而显著改善其白点缺陷的问题。题。题。

【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White pixel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White Pixel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，从而导致比较严重的white pixel问题，因此需要严格控制离子植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外延嵌入层；通过生长外延嵌入层的过程对所述CMOS图像传感器的形成区域进行预掺杂。
[0010]进一步地，所述的外延嵌入层，为叠层结构，包含依次形成的P型
‑
N型
‑
P型各外延层所组成的三明治结构。
[0011]进一步地，所述的外延嵌入层，在生长过程中对所述CMOS图像传感器的形成区域预掺杂后，能降低后续的离子注入的能量及剂量，以降低高能大剂量的离子注入对晶格造成的损伤。
[0012]进一步地，所述的外延嵌入层的制作工艺包含：在光片晶圆上先沉积第一层P型外延，然后再沉积第二层N型外延，最后再沉积第
三层P型外延，形成三明治结构，其最后形成的外延层的总厚度与不采用外延嵌入层的工艺保持一致。
[0013]进一步地，所述的第一层P型外延的厚度为3～5微米，第二层N型外延的厚度为1～3微米，第三层P型外延的厚度为0.2～0.5微米。
[0014]进一步地，所述的外延嵌入层中，N型掺杂的杂质包含P、As、Sb。
[0015]进一步地，所述的外延嵌入层中其N型外延层的掺杂浓度为2E15～3E16CM
‑3。
[0016]进一步地，所述的外延嵌入层中的N型外延层，能省略原制程中的N型杂质的高能注入，以减少对高能注入对晶格的损伤。
[0017]本专利技术提出一种改善CMOS图像传感器白点缺陷的工艺方法，在硅衬底上形成N型嵌入式（P型
‑
N型
‑
P型）的三明治结构的复合外延层层，通过额外的N型外延生长的方式对像素区进行预掺杂，提前补充大量的N型杂质，使得该结构在后续的工艺中无需再进行大能量、大剂量的离子注入，而改为低能量低剂量的离子注入，从而可以减轻制程中大能量离子注入对硅晶格的损伤，从而显著改善其白点缺陷的问题。
[0018]附图说明
[0019]图1 是现有工艺导致的白像素问题的原理示意图。
[0020]图2 是本专利技术提供的CMOS图像传感器的工艺方法步骤示意图。
[0021]图3 是本专利技术工艺形成的器件像素区剖面示意图。
[0022]附图标记说明1是LTO低温氧化硅层，2是硅衬底，3是第一层P型外延层，4是第二层N型外延层，5是第三层P型外延层。
[0023]具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种图像传感器作进一步详细说明。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。
[0025]本专利技术所述的一种CMOS图像传感器的形成方法，该工艺主要解决传统工艺中高能粒子注入导致晶格损伤，使得图像传感器出现白点缺陷的问题。传统工艺方法是在硅衬底上形成一层P型的外延层，然后在像素区进行高能N型离子注入，比如注入磷或者砷等。由于注入能量较高，离子注入的深度也较深，且高能的掺杂离子不可避免地会打在晶格上，导致晶格受损，即使后续进行退火工艺也不能完全修复受损的晶格，缺陷也就由此产生。
[0026]本专利技术工艺方法包含：提供一半导体衬底（或包含低温氧化硅层），在所述半导体衬底上形成结构为叠层的外延嵌入层；包含依次形成的P型
‑
N型
‑
P型各外延层所组成的三明治结构，其中对应的厚度依次为3～5微米、1～3微米、0.2～0.5微米。通过生长外延嵌入层的过程对所述CMOS图像传感器的形成区域进行预掺杂。
[0027]在生长外延嵌入层的过程中对所述CMOS图像传感器的形成区域预掺杂后，主要是
其中的N型外延层，能降低后续的离子注入的能量及剂量，以降低高能大剂量的离子注入对晶格造成的损伤。
[0028]在一个实施例中，所述的外延嵌入层的具体制作工艺包含：在光片晶圆上，比如P型的硅衬底上2，先沉积第一层P型外延3，其为厚度为4微米，然后再沉积第二层N型外延4，其厚度为2微米，最后再沉积第三层P型外延5，厚度为0.3微米，形成P
‑
N
‑
P的三明治结构。各层的厚度取值可以依情况而定，标准是各层其最后形成的外延层的总厚度与不采用外延嵌入层的工艺保持一致。
[0029]本专利技术采用三明治结构的叠层外延，增加N型外延层，其掺杂的杂质一般为N型掺杂的常见杂质，比如磷或者砷等，掺杂浓度范围为2E15～3E16CM
‑3。由于生长N型外延，已经在外延层中预先掺杂了部分N型杂质，因此后续无需再进行高能量大剂量的离子注入，而只需进行适量的补充注入即可，注入的能量和剂量都可以大幅降低，如图3所示，低能量注入后形成的结深也更浅。因此，晶格受损的风险也大幅下降，由晶格受损导致的白点问题得到明显改善。
[0030]本专利技术提出一种改善CMOS图像传感器白点缺陷的工艺方法，在硅衬底上形成N型嵌入式（P型
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N型
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P型）的三明治结构的复合外延层层，通过N型EPI生长的方式对像素区进行预掺杂，提前补充大量的N型杂质，使得该结构在后续的工艺中无需大能量、大剂量的离子注入，从而可以减轻制程中大能量离子本文档来自技高网...

【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外延嵌入层；通过生长外延嵌入层的过程对所述CMOS图像传感器的形成区域进行预掺杂，提前储备部分需要的掺杂杂质，以降低后续离子注入的注入能量及注入剂量。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：所述的外延嵌入层，为叠层结构，包含依次形成的P型
‑
N型
‑
P型各外延层所组成的三明治结构。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：所述的外延嵌入层，在生长过程中对所述CMOS图像传感器的形成区域预掺杂后，能降低后续的离子注入的能量及剂量，以降低高能大剂量的离子注入对晶格造成的损伤。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：所述的外延嵌入层的制作工艺包含：在光片晶圆上...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕赛楠，郭振强，邹怀远，吴天承，
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：