CN1992301A

CN1992301A - 垂直型cmos图像传感器及其制造方法和吸附方法

Info

Publication number: CN1992301A
Application number: CNA2006101567109A
Authority: CN
Inventors: 林秀
Original assignee: Dongbu Electronics Co Ltd
Current assignee: DB HiTek Co Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: KR20070069970A; US20070145442A1; CN100495716C; US7633104B2; KR100788347B1

Abstract

本发明提供一种垂直型CMOS图像传感器及其制造方法和吸附方法，其中源极和漏极区被扩展以改善接地和吸附效果。该垂直型CMOS图像传感器包括：硅衬底；第一光电二极管，形成在该硅衬底的预定部分中；第一外延层，形成在该硅衬底上；第二光电二极管，形成在该第一外延层上，与该第一光电二极管交叠；第二外延层，形成在该第一外延层上；第三光电二极管，形成在该第二外延层上，与该第二光电二极管交叠；以及第一至第三接地伪沟，通过向该硅衬底、该第一外延层和该第二外延层上的相同部分中注入杂质而形成。

Description

垂直型CMOS图像传感器及其制造方法和吸附方法

本申请要求申请日为2005年12月28日的韩国专利申请No.10-2005-0132718的优先权，其全部内容通过参考援引于此。

技术领域

本发明涉及一种图像传感器。更具体地，本发明涉及一种垂直型CMOS图像传感器及其制造方法和吸附(gettering)方法，其中源极和漏极区被扩展以改善接地和吸附效果。

背景技术

通常，CMOS图像传感器是将光图像转换成电信号的半导体器件。在CMOS图像传感器中，电荷耦合器件(CCD)包括多个彼此十分接近的金属氧化物半导体(MOS)电容器，以使电荷载流子传输至电容器并存储在其中。

另一方面，CMOS图像传感器包括对应于像素数目的多个光电二极管和连接至光电二极管用以打开和关闭沟道的各晶体管，它们是通过使用将控制电路和信号处理电路用作外围电路的CMOS技术而得到的。另外，由晶体管依次检测红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)光信号，并以开关方式输出。

CMOS图像传感器具有许多优点，例如低功耗、低加工成本和高集成度。特别地，由于近来技术的发展，CMOS图像传感器作为CCD的替代品而受到瞩目。

根据晶体管的数量将CMOS图像传感器分为3T型CMOS图像传感器、4T型CMOS图像传感器和5T型CMOS图像传感器。3T型CMOS图像传感器由一个光电二极管和三个晶体管组成。4T型CMOS图像传感器由四个晶体管组成。

普通3T型CMOS图像传感器的像素单元由一个光电二极管(PD)和三个NMOS晶体管T1、T2和T3组成。PD的负极连接至第一NMOS晶体管T1的漏极和第二NMOS晶体管T2的栅极。

此外，第一NMOS晶体管T1的源极和第二NMOS晶体管T2的源极均连接至馈入基准电压VR的电源线，第一NMOS晶体管T1的栅极连接至馈入复位信号RST的复位线。

第三NMOS晶体管T3的源极连接至第二NMOS晶体管T2的漏极。第三NMOS晶体管T3的漏极通过信号线连接至读出电路(未示出)。第三NMOS晶体管T3的栅极连接至提供选择信号SLCT的列选择线。

因此，第一NMOS晶体管T1被称作复位晶体管Rx，第二NMOS晶体管T2被称作驱动晶体管Dx，第三NMOS晶体管T3被称作选择晶体管Sx。

因此，在普通CMOS图像传感器的情况下，水平地形成各PD和用于驱动各PD的各晶体管，并且像素单元使用红色、绿色和蓝色滤光器感测相应颜色的光分量。

此时，在普通CMOS图像传感器中，由于一个像素单元必须包括形成为平面的红色、绿色和蓝色滤光器全部，所以CMOS图像传感器的尺寸较大。因此，在普通CMOS图像传感器的情况下，像素集成度降低。

为了解决普通图像传感器的集成度降低的问题，提出了垂直型图像传感器。

在垂直型图像传感器中，红色、绿色和蓝色PD垂直排列，从而通过像素单元感测全部的红色、绿色、蓝色信号。

此处，参照附图对传统的垂直型CMOS图像传感器进行描述。

图1是普通垂直型图像传感器的平面示意图。图2示出图1的像素单元的放大图。图3是普通的一般垂直型图像传感器的像素单元的剖视图。

如图1和图2所示，在传统的垂直型图像传感器20中，PD为n+型掺杂阱，红色PD、绿色PD和蓝色PD垂直排列以通过像素单元感测所有的信号。

以下，将传统的垂直型图像传感器20分成像素区15和外围区10，其中在像素区15中形成多个像素单元，外围区10包括接地端子18，用于将信号提供给在像素区15中形成的器件和各PD。传统的垂直型图像传感器20将p+型源极和漏极注入工艺应用于外围区10，外围区10用于接地以用作接地(GND)端子。特别地，为了改善在构成垂直型图像传感器20的第一外延层或第二外延层上进行的工艺中产生的金属杂质的吸附效果以及实现接地功能，增加了存在于像素单元(包括各红色PD、绿色PD和蓝色PD)中的p+型伪区(dummy region)。即，对伪沟区(dummy moat region)应用p+硼注入(例如，Fe-B化合物)，以使留在外延层上的金属离子M+能被吸附，从而能够排除金属离子污染。

如图3所示，传统的垂直型CMOS图像传感器包括：硅衬底1；第一PD2，形成在硅衬底的预定部分中；第一外延层3，形成在硅衬底1上；第二PD5，形成在第一外延层3上，与第一PD2交叠；第二外延层6，形成在第一外延层3上；第三PD9，形成在第二外延层6上，与第二PD5交叠；以及接地伪沟10，通过注入p+型离子杂质而形成在第二外延层6的预定部分中。

未描述的标号7表示器件隔离区，其限定垂直型图像传感器的绝缘区并用于器件之间的隔离。

在传统的垂直型CMOS图像传感器中，起接地吸附作用的伪沟10只位于最上层外延层(第二外延层)6的表面上，以去除残留在第二外延层上的金属离子并执行接地功能。然而，对于下层外延层(第一外延层)或衬底来说，不存在吸附或接地部件。

然而，传统的垂直型CMOS图像传感器具有下列问题。

即，由于形成有光电二极管的三个外延层的垂直构造，导致传统的垂直型CMOS图像传感器具有如下两个问题。

第一，仅对形成有最上面的PD的上层外延区(p阱区)应用接地处理。即，在下层外延层和半导体衬底上不执行接地处理，所以在传感器工作期间，垂直型CMOS图像传感器易受到由接地线路的电阻元件导致的噪声的影响。

第二，考虑到吸附作用，虽然在形成有第三PD的最上层外延层上设置了注入有不同于PD的杂质的伪沟区，但是不足以吸附形成有第一PD和第二PD的硅衬底或存在于外延层中的金属杂质M+。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，因此本发明的目的是提供一种垂直型CMOS图像传感器及其制造方法和吸附方法，其中扩展了源极和漏极区以改善接地和吸附效果。

根据本发明的一个方案，垂直型CMOS图像传感器包括：硅衬底；第一光电二极管，形成在该硅衬底的预定部分中；第一外延层，形成在该硅衬底上；第二光电二极管，形成在该第一外延层上，与该第一光电二极管交叠；第二外延层，形成在该第一外延层上；第三光电二极管，形成在该第二外延层上，与该第二光电二极管交叠；以及第一至第三接地伪沟，通过向该硅衬底、该第一外延层和该第二外延层上的相同部分中注入杂质而形成。

在第一至第三光电二极管中注入第一杂质离子，在第一至第三伪沟中注入第二杂质离子。

第一杂质离子是n+型，第二杂质离子是p+型。第二杂质离子是硼(B)。

第一至第三伪沟连接至外部接地端子。

本发明还提供一种垂直型CMOS图像传感器的制造方法，包括如下步骤：在硅衬底上的预定部分中形成第一光电二极管；在硅衬底上与第一光电二极管分开的部分中形成第一伪沟，其中在该第一伪沟中注入第一杂质；在硅衬底上形成第一外延层；在第一外延层的与第一光电二极管交叠的部分中形成第二光电二极管；在硅衬底上与第二光电二极管分开的部分中形成第二伪沟，其中在该第二伪沟中注入第一杂质；在第一外延层上形成第二外延层；在第二外延层的与第二光电二极管交叠的部分中形成第三光电二极管；以及在硅衬底上与第三光电二极管分开的部分中形成第三伪沟，其中在该第三伪沟中注入第一杂质。

本发明还提供一种垂直型CMOS图像传感器的吸附方法，其中该垂直型CMOS图像传感器包括：硅衬底；第一光电二极管，形成在该硅衬底的预定部分中；第一外延层，形成在该硅衬底上；第二光电二极管，形成在该第一外延层上，与该第一光电二极管交叠；第二外延层，形成在该第一外延层上；第三光电二极管，形成在该第二外延层上，与该第二光电二极管交叠；以及第一至第三接地伪沟，通过向该硅衬底、该第一外延层和该第二外延层上的相同部分中注入杂质而形成；其中将所述第一至第三伪沟连接至外部接地端子。第一杂质离子被注入到第一至第三光电二极管中，第二二杂质离子被注入到第一至第三伪沟中。第一杂质离子是n+型，第二杂质离子是p+型。

附图说明

图1是普通垂直型图像传感器的平面示意图；

图2示出图1的像素单元的放大图；

图3是普通垂直型图像传感器的像素单元的剖视图；

图4是根据本发明的垂直型图像传感器的平面示意图；

图5示出图4的像素单元的放大图；及

图6是根据本发明的垂直型图像传感器的像素单元的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图详细描述根据本发明的垂直型CMOS图像传感器及其制造方法和吸附方法。

图4是根据本发明的垂直型图像传感器的平面示意图。图5示出图4的像素单元的放大图。图6是根据本发明的垂直型图像传感器的像素单元的剖视图。

如图4和图5所示，在根据本发明的垂直型图像传感器100中，PD是n+型掺杂阱，并且红色PD、绿色PD和蓝色PD垂直排列，从而通过像素单元感测所有信号。

此处，根据本发明的垂直型图像传感器100被分为像素区120和外围区110，其中在像素区120中形成多个像素单元，外围区110包括接地端子111，用于将信号提供给在像素区120中形成的器件和各PD。根据本发明的垂直型图像传感器100将p+型源极和漏极注入工艺应用至外围区110，外围区110用于接地以用作接地(GND)端子。特别地，为了改善在构成垂直型图像传感器100的第一外延层103或第二外延层106上进行的工艺中产生的金属杂质的吸附效果以及实现接地功能，增加了存在于像素单元(包括各红色PD、绿色PD和蓝色PD)中的p+型伪区(图6中的112、110、113和115)。即，对伪沟区110应用p+硼注入(例如，Fe-B化合物)，从而能够吸附留在外延层上的金属离子M+并排除金属离子污染。

如图6所示，根据本发明的垂直型CMOS图像传感器包括：硅衬底101；第一PD 102，形成在硅衬底101的预定部分中；第一外延层103，形成在硅衬底101上；第二PD 105，形成在第一外延层103上，与第一PD 102交叠；第二外延层106，形成在第一外延层103上；第三PD 109，形成在第二外延层106上，与第二PD 105交叠；以及第一至第三接地伪沟115、113、110，通过在第二外延层上的与硅衬底以及第一外延层和第二外延层的相应PD分开的预定部分中注入p+型离子杂质而形成。

此处，没有描述的标号107表示器件隔离区，器件隔离区限定垂直型图像传感器的绝缘区并用于器件之间的隔离。

此处，第一PD 102、第二PD 105和第三PD 109分别感测红色、绿色和蓝色。

在CMOS图像传感器中，由各PD构成的像素阵列感测光并将感测到的光转换为光信号。此外，CMOS图像传感器占用最大的区域，以使像素的设计表现CMOS图像传感器的性能。

在根据本发明的垂直型CMOS图像传感器中，在画面质量上，为了有效地将作为重要因素的像素区接地和吸附像素区，对于形成有各PD的硅衬底101、第一外延层103和第二外延层106，形成注入了p+型杂质的伪沟115、113和110。在传统技术中，由于伪沟区被局部地应用于上层外延层(第二外延层)，所以形成有红色PD和绿色PD的下层外延层没有很好地接地和被吸附。

根据本发明，为了解决这个问题，在衬底和各外延层上附加地进行p+型源极和漏极杂质离子注入工艺，以使杂质离子从像素区120和初始硅衬底101的总区域扩张到第二外延层106即最上层外延层，从而最大化接地和吸附效果。此时，将n+型离子分别注入到各PD中。

即，在根据本发明的垂直型CMOS图像传感器中，使用位于像素区120的接地部分上的伪沟115、113和110等区域作为p+型注入掩模，将p型离子(硼)注入到硅衬底101、第一外延层103和第二外延层106中。

在根据本发明的垂直型CMOS图像传感器中，注入有p+型杂质的伪沟区连接至外部接地端子，以使硅衬底101、第一外延层103和第二外延层106上残留的金属离子M+被吸附和接地。

在这种情况下，在根据本发明的垂直型CMOS图像传感器中，在进行吸附之后，能够使存在于各外延层上的三个n+型PD的各p区(伪沟区)处于相同的电势，从而能够降低噪声。

此外，由两个必要的附加外延工艺而导致的残留在各外延层上的金属污染能够被有效地吸附到各外延层的伪沟区中。

虽然参照本发明的某些优选实施例示出和描述了本发明，但是所属领域的技术人员应理解，可在形式上和细节上对本发明进行各种变化，而不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。

本发明的垂直型CMOS图像传感器及其制造方法和吸附方法具有下列效果。

首先，在根据本发明的垂直型CMOS图像传感器中，形成有PD的硅衬底和外延层的接地部分被定义为伪沟区，与PD中的离子类型不同的杂质离子被注入到伪沟区中，并且伪沟区连接至外部接地端子，从而能够改善接地和吸附效果。

第二，在根据本发明的垂直型CMOS图像传感器中，由于能够使存在于外延层上的三个n+型PD的各p区(伪沟区)处于相同的电位，所以能够降低噪声。

第三，由必要的两个附加外延工艺导致的残留在外延层上的金属污染能够被有效地吸附到外延层的伪沟区中。

第四，能够降低像素区中产生的噪声和漏电流。因此，例如在实现实际图像时产生的白色像素和坏点像素之类缺省像素的数量减小，从而能够改善图像。

Claims

1.一种垂直型CMOS图像传感器，包括：

硅衬底；

第一光电二极管，形成在该硅衬底的预定部分中；

第一外延层，形成在该硅衬底上；

第二光电二极管，形成在该第一外延层上，同时与该第一光电二极管交叠；

第二外延层，形成在该第一外延层上；

第三光电二极管，形成在该第二外延层上，同时与该第二光电二极管交叠；以及

第一至第三接地伪沟，通过向该硅衬底、该第一外延层和该第二外延层上的相同部分注入杂质而形成。

2.如权利要求1所述的垂直型CMOS图像传感器，其中该第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管中注入有第一杂质离子，并且所述第一至第三接地伪沟中注入有第二杂质离子。

3.如权利要求2所述的垂直型CMOS图像传感器，其中该第一杂质离子是n+型，该第二杂质离子是p+型。

4.如权利要求3所述的垂直型CMOS图像传感器，其中该第二杂质离子是硼。

5.如权利要求1所述的垂直型CMOS图像传感器，其中所述第一至第三接地伪沟连接至外部接地端子。

6.一种垂直型CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括如下步骤：

在硅衬底上的预定部分中形成第一光电二极管；

在该硅衬底上与该第一光电二极管分开的部分中形成第一伪沟，在该第一伪沟中注入第一杂质；

在该硅衬底上形成第一外延层；

在该第一外延层的与该第一光电二极管交叠的部分中形成第二光电二极管；

在该硅衬底上与该第二光电二极管分开的部分中形成第二伪沟，在该第二伪沟中注入该第一杂质；

在该第一外延层上形成第二外延层；

在该第二外延层的与该第二光电二极管交叠的部分中形成第三光电二极管；以及

在该硅衬底上与该第二光电二极管分开的部分中形成第三伪沟，在该第三伪沟中注入该第一杂质。

7.一种垂直型CMOS图像传感器的吸附方法，该垂直型CMOS图像传感器包括：硅衬底；第一光电二极管，形成在该硅衬底的预定部分中；第一外延层，形成在该硅衬底上；第二光电二极管，形成在该第一外延层上，与该第一光电二极管交叠；第二外延层，形成在该第一外延层上；第三光电二极管，形成在该第二外延层上，与该第二光电二极管交叠；以及第一至第三接地伪沟，通过向该硅衬底、该第一外延层和该第二外延层上的相同部分注入杂质而形成；其中

将所述第一至第三接地伪沟连接到外部接地端子。

8.如权利要求7所述的吸附方法，其中在该第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管中注入第一杂质离子，并且在所述第一至第三接地伪沟中注入第二杂质离子。

9.如权利要求8所述的吸附方法，其中该第一杂质离子是n+型，该第二杂质离子是p+型。