[发明专利]CMOS图像传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感器的制造方法，尤其涉及一种CMOS图像传感器的制造方法，用以改善图像传感器的特性。

背景技术

通常，图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器可主要分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器(CIS)。

CCD具有多个排列成矩阵形式的光电二极管(PD)，这些光电二极管将光信号转换为电信号。CCD包括多个垂直电荷耦合器件(VCCD)、水平电荷耦合器件(HCCD)以及读出放大器。VCCD形成于排列成矩阵形式的各个光电二极管之间，并沿着垂直方向传递每个光电二极管产生的电荷。HCCD沿着水平方向传递每个VCCD传递的电荷。读出放大器感测水平传递的电荷，并由此产生电信号。

然而，CCD的驱动方式复杂，并且其功耗较大。此外，CCD的缺点还在于由于需要多步光学处理(photo process)，因此制造工艺复杂。

此外，CCD由于难以将控制器、信号处理器以及模数(A/D)转换器集成到一个CCD芯片上而不能小型化。

近来，CMOS图像传感器作为用来克服CCD缺陷的下一代图像传感器受到了关注。

CMOS图像传感器是一种采用开关方式的器件，其中利用CMOS制造技术在半导体衬底上形成与单位象素的数量相对应的多个MOS晶体管，从而由各个MOS晶体管按顺序检测每个单位像素的输出。在CMOS制造技术中，控制器和信号处理器用作外围电路。

也就是说，在CMOS图像传感器中，一个光电二极管和一个MOS晶体管形成于一个单位象素中，由此以开关方式按顺序检测每个单位像素的电信号并实现图像。

通过利用CMOS制造技术，CMOS图像传感器具有以下优点：功耗低；以及由于光学处理步骤少，因此制造工艺简单。

此外，借助于控制器、信号处理器、A/D转换器等在CMOS图像传感器芯片中的集成，CMOS图像传感器具有其产品易于小型化的优点。

因此，CMOS图像传感器广泛用于各个应用领域，例如数码相机、数码摄像机等等。

图1A至图1E是示出根据现有技术制造CMOS图像传感器的方法的横截面图。

如图1A所示，利用外延工艺，在高浓度P⁺⁺型半导体衬底61上形成低浓度P^-型外延层62。

在半导体衬底61中限定有源区和器件隔离区。然后，利用浅沟槽隔离(STI)工艺在器件隔离区中形成器件隔离膜63。

之后，在外延层62的整个表面上且包括在器件隔离膜63上，按顺序沉积栅极绝缘膜64和导电层(例如，高浓度多晶硅层)。接着，选择性地去除导电层和栅极绝缘膜64，从而形成栅电极65。

如图1B所示，在半导体衬底61的整个表面上方涂覆第一光致抗蚀剂膜66，并且通过曝光和显影处理将第一光致抗蚀剂膜66图案化，从而暴露每个蓝、绿和红光电二极管区。

随后，以经图案化的第一光致抗蚀剂膜66作为掩模，在外延层62中注入低浓度N型杂质离子，由此形成N^-型扩散区67，即蓝、绿和红光电二级管区。

当形成用作光电二极管区的N^-型扩散区67时，进行磷(P)的离子注入。为了增强信号传输的效率，以不同的离子注入能量进行连续两次处理。

换句话说，分别以不同的能量、即160KeV和100keV连续地进行用于形成光电二极管区的N型离子注入。以低能量进行的离子注入是在离子注入角度约为4度至10度的情况下进行的。以高能量进行的离子注入是在离子注入角度为零度的情况下进行的。

如图1C所示，将第一光致抗蚀剂膜66完全去除。然后，在半导体衬底61的整个表面上沉积绝缘膜并对其进行回蚀。从而，在栅电极65的两侧表面处形成绝缘侧壁层68。在半导体衬底61的整个表面上涂覆第二光致抗蚀剂膜69之后，通过曝光和显影工艺将第二光致抗蚀剂膜69图案化，以覆盖光电二极管区并暴露每个晶体管的源极/漏极区。

接下来，使用经图案化的第二光致抗蚀剂膜69作为掩模，在暴露的源极/漏极区中注入高浓度N⁺型杂质离子，由此形成N⁺型扩散区(浮置扩散区)70。

如图1D所示，去除第二光致抗蚀剂膜69。在半导体衬底61的整个表面上涂覆第三光致抗蚀剂膜71之后，通过曝光和显影工艺将第三光致抗蚀剂膜71图案化，以暴露每个光电二极管区。