[发明专利]互补金属氧化物半导体影像感测器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种影像感测器及其制造方法，且特别涉及一种互补金属氧化物半导体影像感测器及其制造方法。

背景技术

互补金属氧化物半导体影像感测器(CMOS image sensor，CIS)与互补金属氧化物半导体的工艺相容，因此很容易与其他周边电路整合在同一芯片上，而且能够大幅降低影像感测器的成本以及消耗功率。近年来，在低价位领域的应用上，互补金属氧化物半导体影像感测器已成为电荷耦合元件的代替品，进而使得互补金属氧化物半导体影像感测器的重要性与日俱增。

互补金属氧化物半导体影像感测器是由光电二极管与多个晶体管所构成，其中光电二极管是由n型掺杂区与p型基底形成的p-n结所构成，而晶体管是n型栅极的n型晶体管(n-poly NMOS)。目前，互补金属氧化物半导体影像感测器的结构包括有3-T架构以及4-T架构二种。所谓的3-T架构是指互补金属氧化物半导体影像感测器的结构包括重置晶体管(Rx)、源极随耦器晶体管(Dx)、选择晶体管(Sx)及一光电二极管(PD)，而4-T架构是指互补金属氧化物半导体影像感测器的结构包括转移晶体管(Tx)、重置晶体管、源极随耦器晶体管、选择晶体管及一光电二极管。

现阶段，互补金属氧化物半导体影像感测器普遍存在会产生暗电流(darkcurrent)的问题。一般而言，在互补金属氧化物半导体影像感测器的工艺中，在形成栅极氧化层之前，会进行一个注入工艺以将掺杂剂注入到转移晶体管的栅极预定形成位置的基底中，或是进行另一个注入工艺以将掺杂剂注入到邻接光感测区的隔离结构周边的基底中，由此在上述注入区形成保护层，以减轻暗电流的问题。

然而，当在互补金属氧化物半导体影像感测器的工艺中需要形成较厚的栅极氧化层，或是工艺中需要形成导体层/介电层/导体层的复合结构时，前述保护层会因为热工艺而严重扩散，从而导致对暗电流问题的改善有限，并且对于影像感测器的像素性能造成诸多不良影响。尚且，除了上述问题之外，在形成栅极氧化层之前所进行的上述离子注入工艺，有可能使得基底表面在进行离子注入工艺时受到损伤。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种互补金属氧化物半导体影像感测器及其制造方法，能够在基底中形成有保护层的情况下进一步降低暗电流的问题，并能够改善影像感测器的像素性能。

本发明提出一种互补金属氧化物半导体影像感测器的制造方法，此方法是先于基底中形成隔离结构，以于基底中定义出光感测区与晶体管元件区，其中晶体管元件区至少包括预定形成转移晶体管的区域。接着，在基底上依序形成第一介电层以及第一导体层。然后，进行第一离子注入工艺，将第一掺杂剂透过第一导体层与第一介电层注入转移晶体管的栅极预定形成位置下方以及光感测区的基底中。其后，图案化第一导体层、第一介电层，以于晶体管元件区上形成转移晶体管的栅极结构。之后，于光感测区的基底中形成光电二极管。

依照本发明实施例所述，上述互补金属氧化物半导体影像感测器的制造方法中，第一掺杂剂包括硼或磷。

依照本发明实施例所述，上述互补金属氧化物半导体影像感测器的制造方法中，第一离子注入工艺包括：于第一导体层上形成图案化的第一掩模层，以暴露出转移晶体管的栅极预定形成位置与光感测区上方的第一导体层。接着，以图案化的第一掩模层为掩模，将第一掺杂剂透过第一导体层与第一介电层注入基底中。其后，移除图案化的第一掩模层。

依照本发明实施例所述，上述互补金属氧化物半导体影像感测器的制造方法中，在基底上依序形成第一介电层以及第一导体层的步骤之后、进行第一离子注入工艺之前，还包括：于第一导体层上依序形成第二介电层、第二导体层，其后图案化第二导体层与第二介电层。其中，图案化第一导体层、第一介电层的步骤包括：于晶体管元件区上同时形成转移晶体管的栅极结构以及由图案化的第一导体层、图案化的第二介电层以及图案化第二导体层所组成的复合结构。

依照本发明实施例所述，上述互补金属氧化物半导体影像感测器的制造方法中，晶体管元件区还包括浮置节点掺杂区，第一离子注入工艺还包括将第一掺杂剂透过第一导体层与第一介电层注入浮置节点掺杂区的基底中。

依照本发明实施例所述，上述互补金属氧化物半导体影像感测器的制造方法中，第一离子注入工艺包括：于第一导体层上形成图案化的第二掩模层，以暴露出浮置节点掺杂区、转移晶体管的栅极预定形成位置以及光感测区上方的第一导体层。然后，以图案化的第二掩模层为掩模，将第一掺杂剂透过第一导体层与第一介电层注入基底中。其后，移除前述图案化的第二掩模层。