光二极管互补金属氧化物 半导体图像传感器的制造方法 本发明涉及一种传感器的制造方法，特别是涉及一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器(Photodiode CMOS Image Sensor)的制造方法。
光二极管图像传感器是目前常见的一种图像传感元件。典型的光二极管图像传感器，至少包括一个重置晶体管(Reset Transistor)以及一个二极管所形成的光传感区。以n型掺杂区、p型基体(n+/p)所形成的二极管作为感光区域为例，光二极管图像传感器在操作时是在重置晶体管的栅极施加一电压，使重置晶体管开启后，对n+/p二极管接面电容充电。当充电到一高电位之后，关掉重置晶体管，使n+/p二极管产生逆偏而形成空乏区。当光照射在此n+/p二极管感光区时，产生的电子电洞对会被空乏区的电场分开，使电子往n型掺杂区移动，而使n型掺杂区的电位降低，至于电洞则会往p型基体流走。若此时以一个晶体管把n型掺杂区的电子传到输出端(Bus Line)，使照光所产生的电荷直接传到输出端进行读取，而没有经由任何的放大元件，此种光传感器则是所谓的被动式光二极管图像传感器(Passive Pixel Photodiode)。若n型掺杂区接到一个传送晶体管(Transfer Transistor)所形成的源极随耦器(Source Folower)，则可以利用源极随耦器所提供的大电流，快速地对输出端充放电，使输出端的电压稳定，杂音较小，此种光传感器泛称的主动式光二极管传感器(Active Pixel Photodiode)。
近年来在许多低价位图像传感器的应用上，主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器已成为电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)的替代品。由于主动式光二极管互补式金属氧化物图像传感器具有高量子率(Quantum Efficiency)、低读出噪声(Read Noise)、高动态范围(Dynamic Range)以及随机存取(Random Access)等特性，而且与互补金属氧化物半导体(CMOS)元件的制作工艺具有百分之百的兼容性，因此可以很容易地将其与其他地控制电路、模拟转换数字电路(A/D Converter)以及数字信号处理电路整合在同一片芯片上，达到所谓的系统单一芯片(System On a Chip，SOC)。主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器是未来发展图像传感器的一种趋势。
图1是现有一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的上视图。图2为图1的II-II切面的剖视图。请参照图1，现有主动式光二极管互补金属氧化物半导体传感器的制造方法在基体100中形成隔离区102，之后，在基体100上沉积一层氧化层与复晶硅层，然后，经由光刻与蚀刻技术，构成氧化层与复晶硅层，以形成重置定晶体120的栅极氧化层122以及复晶硅栅极124。接着，以隔离区102以及复晶硅栅极124作为植入掩模，利用离子植入法，在基体100中形成源极/漏极130的轻掺杂区125以及二极管感光区110的掺杂区112。其后，在复晶硅栅极124以及栅极氧化层122的侧壁形成间隙壁126，再于基体100中形成源极/漏极130的重掺杂区128。
典型的互补金属氧化物半导体晶体管标准制作工艺中，还包括一道自动对准金属化制作工艺(Self-Aligned Silicide，Salicide)，以在复晶硅栅极124以及源极/漏极130上形成金属硅化物，用以降低元件的阻值。但是，当上述典型的互补金属氧化物半导体晶体管标准制作工艺应用于主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制作时，二极管感光区110在施行自动对准金属化制作工艺之后也会如同复晶硅栅极124以及源极/漏极130一样形成金属硅化物。覆盖金属硅化物的二极管感光区110，将造成入射光大量反射，而使得光电转移效率大幅度降低。为了去除覆盖于二极管感光体110的金属硅化物，典型的制作工艺，则必须额外增加一道光掩模，以将其去除。然而，增加一道光掩模不但增加制作工艺的时间，而且也将提高制造成本。
本发明的目的在于提供一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，可以在不增加制作工艺步骤的前提下，使二极管的感光区不形成金属硅化物，以增加光转移效率。
本发明的目的是这样实现的，即提出一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，其方法是在基体形成隔离区，然后，在基体上形成一层氧化层与一层导体层，之后，以光刻与蚀刻技术构成导体层与氧化层，使留下的导体层形成晶体管的一栅极导体层以及数个位于二极管感光区、且其彼此具有光窗的虚拟栅极，并且使得留下的氧化层形成晶体管的一栅极氧化层以及位于虚拟栅极下方的虚拟栅极氧化层。然后，再以隔离区、虚拟栅极与栅极导体层为掩模，进行离子植入步骤与热驱入制作工艺，以在基体中形成源极/漏极的轻掺杂区以及二极管感光区的掺杂区。之后，在栅极导体层的侧壁以及虚拟栅极的侧壁形成间隙壁，其中，位于虚拟栅极其彼此之间的间隙壁相互连接。然后，以隔离层、栅极导体层、虚拟栅极以及间隙壁为掩模，进行另一道离子植入步骤，以在基体中形成源极/漏极的重掺杂区。最后，再进行自动对准金属硅化物制作工艺，以在栅极导体层以及源极/漏极形成金属硅化物。
具体地说，本发明提供的一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，包括：提供一基体，该基体包括一二极管感光区；在该基体上形成一介电层与一导体层；构成该导体层与该介电层，以使留下的导体层形成一晶体管的一栅极导体层以及多个虚拟栅极位于该二极管感光区，并且使留下的介电层形成该晶体管的一栅极介电层以及多个虚拟栅极介电层位于该各虚拟栅极下；以该隔离区、该栅极导体层与该各虚拟栅极为掩模，进行一第一离子植入步骤与一热驱入制作工艺，以在栅极导体层两侧的基体中形成一源极/漏极的一轻掺杂区，并在未被该各虚拟栅极覆盖的二极管感光区中形成多个掺杂区；在该栅极导体层的侧壁形成一第一间隙壁，并在该各虚拟栅极的侧壁形成多个第二间隙壁，该各相邻的第二间隙壁相互连接，并且覆盖该各掺杂区；以该隔离区、该栅极导体层、该各虚拟栅极以及该第一间隙壁与各第二间隙壁为掩模，进行一第二离子植入步骤与一热驱入制作工艺，以在该第一间隙壁两侧的基体中形成该源极/漏极的一重掺杂区；以及进行一自动对准金属硅化物制作工艺，以在该栅极导体层、该各虚拟栅极与该源极/漏极上形成一金属硅化物层。
本发明还提供一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，包括：提供一基体，该基体包括一二极管感光区；在该基体上形成一介电层与一导体层；构成该导体层与该介电层，以使留下的导体层形成一晶体管的一栅极导体层以及多个彼此相连的虚拟栅极位于该二极管感光区，并且使留下的介电层形成该晶体管的一栅极介电层以及多个虚拟栅极介电层位于该各虚拟栅极下；以该隔离区、该栅极导体层与该各虚拟栅极为掩模，进行一第一离子植入步骤与一热驱入制作工艺，以在栅极导体层两侧的基体中形成一源极/漏极的一轻掺杂区，并在未被该各虚拟栅极覆盖的二极管感光区中形成多个掺杂区；在该栅极导体层的侧壁形成一第一间隙壁，并在该各虚拟栅极的侧壁形成多个第二间隙壁，该各相邻的第二间隙壁相互连接，并且覆盖该各掺杂区；以该隔离区、该栅极导体层、该各虚拟栅极以及该第一间隙壁与该各第二间隙壁为掩模，进行一第二离子植入步骤与一热驱入制作工艺，以在该第一间隙壁两侧的基体中形成该源极/漏极的一重掺杂区；以及进行一自动对准金属硅化物制作工艺，以在该栅极导体层、该各虚拟栅极与该源极/漏极上形成一金属硅化物层；在该虚拟栅极上形成一接触窗，以电连接该虚拟栅极，使一电压可以施加至该虚拟栅极，从而在该虚拟栅极下方形成一反转层。
本发明还提供一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，至少包括：提供一基体，该基体包括一二极管感光区；在该基体上形成一介电层与一导体层；构成该导体层与该介电层，以形成一栅极导体层与一栅极介电层，并在该二极管感光区形成多个虚拟栅极与多个虚拟栅极介电层，其中未被该各虚拟栅极覆盖的部分该二极管感光区形成多个光窗；进行一离子植入步骤与一热驱入制作工艺，以形成一源极/漏极，并在该光窗中形成多个掺杂区；在该栅极导体层的侧壁形成一第一间隙壁，并在该各虚拟栅极的侧壁形成多个第二间隙壁，其中，该各相邻的第二间隙壁相互连接，并且覆盖该各光窗；以及进行一自动对准金属硅化物制作工艺，以在该源极/漏极与该栅极导体层与该各虚拟栅极上形成一金属硅化物层。
依照本发明实施例所述，上述的虚拟栅极呈长条状或矩形。
当虚拟栅极呈条状时，其长条状以彼此相连的较佳。且上述方法在进行自动对准金属硅化物制作工艺之后，还包括在虚拟栅极上形成接触窗的步骤，使后续形成的导线，可以施加一电压至虚拟栅极上，以使虚拟栅极下方的通道区形成一反转层。
本发明是在二极管感光区形成数个虚拟栅极，并且在虚拟栅极其彼此之间形成相互连接的间隙壁。由于虚拟栅极其彼此之间的间隙壁是相互连接，使虚拟栅极其彼此之间的基体表面不会裸露出来，因此，在后续施行自动对准金属硅化物制作工艺时，金属硅化物仅会形成于栅极导体层、虚拟栅极以及源极/漏极的表面上，而二极管感光区则因为有间隙壁的覆盖，故不会形成金属硅化物。由于入射光可穿透光窗上所覆盖的间隙壁，因此，本发明可以通过虚拟栅极其彼此之间的光窗来增加现有的入射光透光率，改善现有因为自动对准金属硅化物制作工艺造成入射光大量反射的不良效应。
由于本发明的主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，是在形成晶体管的栅极导体层以及间隙壁的同时形成二极管感光区的虚拟栅极以及间隙壁，其在制作工艺上与传统的互补金属氧化物半导体晶体管标准制作工艺完全匹配，并不需要增加任何一道光掩模的步骤，即可以达到增加现有入射光透光率的目的，因此，本发明是一种经济的制造方法。
本发明通过接触窗的形成，可以使虚拟栅极与后续形成的导线相互连接，使虚拟栅极具有一定的电位，而在其下方的通道形成反转层。由于反转层在照光之后，可以如同空乏层一般产生电子电动对，因此，反转层的形成可以增加元件照光之后产生电子电动对的数目，而提高传感元件的灵敏度。
下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中：
图1为现有一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的上视图；
图2为图1的主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器II-II切面的剖视图；
图3A至图3F为本发明实施例的一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的上视图；
图4A至图4F为图3A至图3FIV-IV切面的剖视图；
图5A至图5F为图3A至图3FV-V切面的剖视图；
图6为本发明实施例的另一种主动式发光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的上视图。
图3A至图3F绘示了依照本发明实施例的一种主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的上视图；图3A至图3F其IV-IV切面的剖面图则绘示于图4A至图4F；图3A至图3F其V-V切面的剖面图则绘示于图5A至图5F。
请参照图3A、图4A与图5A，本发明的主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法是先提供一基体300，基体300例如是掺杂有p型杂质的硅底材。之后，以局部区域氧化法或浅沟渠隔离法在基体300中形成隔离区302，以在基体300中界定出主动区。然后，在基体300上形成一层介电层304以及一层覆盖隔离区302以及基体300其二极管感光区310与晶体管320区的导体层306。介电层304作为栅极的介电层之用，其形成方法例如为热氧化法。导体层306的材料例如为复晶硅，其形成的方法例如为化学气相沉积法。
接着，请参照图3B、图4B与图5B，以光刻与蚀刻技术构成导体层306与介电层304，以留下导体层306a与306b以及介电层304a与304b。其中，导体层306a作为形成晶体管320的栅极导体层；导体层306b位于二极管感光区310上，其作为一虚拟栅极。虚拟栅极306b的形状例如是数个彼此相连的长条状者，如图3B所示，或成矩形或方形者，如图6所示，其中，图3B所示的长条状虚拟栅极，其彼此之间也具有长条型的光窗308，如图6所示的矩形虚拟栅极，裸露出网状的光窗308。在实际应用时，虚拟栅极306b可以是任意的形状，较佳的虚拟栅极306b以可以使光窗308的面积愈大或是彼此相连的图案，且其限制是必须能使后续形成的间隙壁能完全将光窗208覆盖。介电层304a作为晶体管320的栅极介电层；位于虚拟栅极306b下方的氧化硅304b则形成一虚拟的栅极介电层。
之后，以隔离区302、虚拟栅极306b与栅极导体层306a为掩模，进行离子植入步骤314与一热驱入(Drive-in)制作工艺，以在基体300的晶体管区域320形成源极/漏极的轻掺杂区3 16，并在二极管感光区310的光窗308中形成与源极/漏极连接的掺杂区318。
由于二极管感光区310的掺杂区318是在形成源极/漏极其轻掺杂区316的步骤中形成，因此其浓度比现有的要低，故而，可以增加元件在操作过程中由于逆偏在掺杂区318与基体300界面所产生的空乏区的宽度，以使得照光之后所产生的电子电动对增加，从而提高传感元件的灵敏度。
然后，请参照图3C、图4C与图5C，在栅极导体层306a、栅极介电层304a的侧壁以及虚拟栅极306b、虚拟栅极介电层304b的侧壁分别形成间隙壁322与间隙壁324。形成于虚拟栅极326b以及虚拟栅极介电层304b侧壁的间隙壁324，其与相邻的另一虚拟栅极326b其侧壁所形成的间隙壁324彼此相互连接，使虚拟栅极326b其彼此之间的光窗308完全被覆盖。间隙壁322与324的材料例如为氧化硅，其形成的方法例如是以化学气相沉积法(CVD)先沉积一层氧化层之后，利用各向异性的方式进行回蚀刻以形成其间隙壁。
之后，以隔离区302、虚拟栅极306b、栅极导体层306a、间隙壁322以及间隙壁324为掩模，进行另一道离子植入步骤326与热驱入制作工艺，以在基体300的晶体管区域320形成与掺杂区318连接的重掺杂区328，以形成源极/漏极330。
然后，请参照图3E、图4E与图5E，进行自动对准金属硅化物制作工艺，以在栅极导体层306a、源极/漏极330与虚拟栅极306b上形成自动对准金属硅化物334与336、338。其方法请先参照图3D、图4D与图5D，其步骤是在基体300上形成一层金属层332，以覆盖隔离区302、间隙壁324、源极/漏极330、间隙壁322以及栅极导体层306a的表面。金属层332的材料包括耐热金属，例如是钛、钨、钴或铂，其形成的方法例如为溅射法。之后，进行热回火制作工艺，使金属层332与其所接触的栅极导体层306a、源极/漏极318以及虚拟栅极306b的表面分别形成金属硅化物334、336与338，然后，再将未参与反应的金属层332去除。再去除未参与反应的金属层332之后，可再依照制作工艺的需要进行另一道回火制作工艺，以降低金属硅化物334、336与338的阻值。
接着，请参照图3F、图4F与图5F，当虚拟栅极306b为彼此相连的图案时，较佳的制作工艺会在基体300上形成一层介电层340。然后，在光刻与蚀刻技术在介电层338中形成接触窗开口342，并在接触窗开口342中填入导体层344以形成一接触窗，以连接虚拟栅极306b与后续形成的导线，使元件在操作过程中，可以通过导线而施加一电压至虚拟栅极306b上。介电层340的材料包括氧化硅，其形成的方法例如为化学气相沉积法。导体层344的材料包括复晶硅或金属，例如为铝、铝硅铜合金或钨，其形成的方法例如为化学气相沉积法或溅射法。
本发明在二极管感光区形成数个虚拟栅极，并且在虚拟栅极其彼此之间形成相互连接的间隙壁。由于虚拟栅极其彼此之间的间隙壁是相互连接的，使虚拟栅极其彼此之间的基体表面不裸露出来，因此，在后续施行自动对准硅化物制作工艺时，金属硅化物仅会形成于栅极导体层以及源极/漏极的表面上，而二极管感光区则因为有间隙壁的保护，故不会形成金属硅化物。所以，本发明可以由虚拟栅极其彼此之间的光窗来增加现有的入射光透光率，改善现有因为自动对准金属硅化物制作工艺造成入射光大量反射的不良效应。
由于本发明的主动式光二极管互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法，在形成晶体管的栅极导体层以及间隙壁的同时形成二极管感光区的虚拟栅极以及间隙壁，其在制作工艺上与传统的互补金属氧化物半导体晶体管标准制作工艺完全匹配，并不需要增加任何一道光掩模的步骤，即可以达到增加现有入射光透光率的目的，因此，本发明是一种经济的制造方法。
本发明通过接触窗的形成，可以使虚拟栅极与后续形成的导线相互连接，使虚拟栅极具有一定的电位，而在其下方的通道形成反转层。由于反转层在照光之后，可以如同空乏层一般产生电子电动对，因此，反转层的形成可以增加元件照光之后产生电子电动对的数目，而提高传感元件的灵敏度。
虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。