專利名稱：集成電路光電探測器的光學(xué)增強(qiáng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明揭示一種半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)及其制作方法。該半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)包括一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置、一布置于該光敏裝置上面的覆蓋介電層及一布置于該覆蓋介電層上的透鏡形成介電層。光可透射過該覆蓋介電層；及透射過該透鏡形成介電層。該透鏡形成介電層形成一嵌入式凸微透鏡。該微透鏡將光引導(dǎo)至光敏裝置上。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電子掃描器、數(shù)碼相機(jī)和其它產(chǎn)品的出現(xiàn)，光敏部件在這些和其它現(xiàn)代電子系統(tǒng)中變得越來越常用。通常使用半導(dǎo)體p-n結(jié)二極管來探測光信號。當(dāng)用作光電探測器時(shí)，p-n結(jié)通常承受反偏壓。因此，光照射p-n結(jié)時(shí)會(huì)在耗盡區(qū)域中產(chǎn)生空穴-電子對，這些空穴-電子對以相反方向從耗盡區(qū)域中排出。根據(jù)應(yīng)用而定，可探測由于電子-空穴對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電流或由于耗盡區(qū)域的崩潰而引起的結(jié)電壓變化作為表示入射光強(qiáng)度的信號。
擬用作光電探測器的p-n結(jié)二極管通常稱為光電二極管。有各種物理機(jī)理會(huì)限制光電二極管和光電二極管陣列探測且尤其是分辨低光照明度的能力。這些機(jī)理中重要的機(jī)理是噪聲、表面反射率、漏電流以及串?dāng)_。噪聲可能起因于光信號強(qiáng)度的隨機(jī)波動(dòng)、熱機(jī)理以及其它原因。光電二極管的其它特性，例如半導(dǎo)體表面下結(jié)的深度以及耗盡區(qū)域的寬度，也會(huì)影響光電二極管對入射光的靈敏度。
光電二極管中的漏電流通常稱作裝置的暗電流，即在沒有任何光時(shí)承受偏壓的二極管的電流。漏電流可由半導(dǎo)體中的表面瑕疵和體瑕疵引起，這些瑕疵會(huì)使中能隙狀態(tài)密集到足以提供穿過裝置的漏電流路徑。這些瑕疵或是固有瑕疵(產(chǎn)生于硅晶圓/外延層的制作過程中)，或產(chǎn)生于在典型集成電路制作工藝中所使用的后續(xù)處理步驟過程中。一此種處理步驟是在多晶硅和硅表面上形成硅化物層。硅化物是硅和一種金屬的二元化合物。硅化物可通過首先在多晶硅或硅上沉積金屬、然后在高溫退火工藝中使金屬與多晶硅或硅發(fā)生反應(yīng)而形成。通常，這種反應(yīng)會(huì)伴隨有金屬和硅的明顯的體積變化(在反應(yīng)前和反應(yīng)后)。這會(huì)在其余的硅上造成非常大的應(yīng)力，此種應(yīng)力通常由在硅中產(chǎn)生各種瑕疵來容納。因此，為得到高性能影像傳感器，需阻止光電二極管區(qū)域中硅化物的形成。這通常通過在硅或多晶硅的頂部使用一硅化物阻擋層防止金屬與硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。包含硅化物阻擋層的另一個(gè)原因是硅化鈦會(huì)吸收光，如果作為處理作業(yè)的一部分在光敏裝置上沉積鈦，則硅化鈦會(huì)大大影響光敏裝置的集光。通常混合的信號CMOS工藝和CMOS圖像傳感器工藝使用一層二氧化硅或氮化硅作為硅化物阻擋層。
另外，根據(jù)半導(dǎo)體的表面狀況而定，光信號的一較大部分可能受到反射而不是被吸收，因此會(huì)降低光電二極管對低光照明度的敏感性。在其中預(yù)期光照明度較低的應(yīng)用中，擁有能夠采集盡可能多的入射光、同時(shí)保持低的噪聲和漏電流水平的光敏裝置非常重要。

發(fā)明內(nèi)容
在一代表性實(shí)施例中，揭示一種半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)包括一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置、一布置在該光敏裝置上的第一介電層和一布置在該第一介電層上的第二介電層。半導(dǎo)體襯底是硅。光可透射過第一介電層和第二介電層。第一介電層由硅化物阻擋材料制作而成。第一介電層在一預(yù)選定光頻率下的折射率處于半導(dǎo)體襯底折射率與第二介電層折射率的乘積的平方根的百分之二十五以內(nèi)，第一介電層的厚度處于第一介電層中預(yù)選定頻率下光的1/4波長的百分之二十五以內(nèi)。
在另一代表性實(shí)施例中，揭示一種制作半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括形成一光敏裝置、在該光敏裝置上設(shè)置一第一介電層及在該第一介電層上設(shè)置一第二介電層。半導(dǎo)體襯底是硅。光可透射過該第一介電層和第二介電層。第一介電層由硅化物阻擋材料制作而成。第一介電層在一預(yù)選定光頻率下的折射率處于半導(dǎo)體襯底折射率與第二介電層折射率的乘積的平方根的百分之二十五以內(nèi)，第一介電層的厚度處于第一介電層中預(yù)選定頻率下光的1/4波長的百分之二十五以內(nèi)。
在又一代表性實(shí)施例中，揭示一種半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)包括一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置、一設(shè)置在該光敏裝置上的覆蓋介電層及一設(shè)置在該覆蓋介電層上的透鏡形成介電層。光可透射過覆蓋介電層；及透射過透鏡形成介電層。透鏡形成介電層形成一嵌入式凸微透鏡。該微透鏡使光射至光敏裝置上。
在再一代表性實(shí)施例中，揭示一種制作半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括形成一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置、在該光敏裝置上設(shè)置一覆蓋介電層及在該覆蓋介電層上設(shè)置一透鏡形成介電層。光可透射過該覆蓋介電層和透鏡形成介電層。透鏡形成介電層形成一嵌入式凸微透鏡。該微透鏡將光引導(dǎo)至光敏裝置上。
結(jié)合附圖閱讀下文的詳細(xì)說明，將易知本文所提供的代表性實(shí)施例的其它方面及其優(yōu)點(diǎn)。


附圖提供了直觀的表示，其將用于更充分地描述各種代表性實(shí)施例并可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員用來更好地理解這些實(shí)施例及其固有的優(yōu)點(diǎn)。在這些附圖中，同樣的參考編號表示相同的元件。
圖1是一如各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)中各個(gè)表面上的法向入射光的入射、反射及透射分量。
圖2是一如各代表性實(shí)施例中所述的用于形成一光敏半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
圖3是一如各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)中的p-n結(jié)光電二極管的截面圖。
圖4是一如各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖5是一如各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的另一截面圖。
圖6是一如各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的又一截面圖。
圖7是一如各代表性實(shí)施例中所述的另一種制作光敏半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
圖8是圖7所示流程圖中各子步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如用于說明目的的附圖所示，本文揭示用于增強(qiáng)半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)中光敏元件的光敏性的新穎技術(shù)。這些技術(shù)利用一厚度和折射率已經(jīng)過調(diào)整的特殊層來增加入射光的透射分量以及為電路中所期望的硅及/或多晶硅區(qū)域提供硅化物阻擋能力。在該電路中的某些選定區(qū)域內(nèi)，該層或一相似的層也可用作一微透鏡，從而將光聚焦至一所期望的光電二極管區(qū)域上。
采用這些技術(shù)，CMOS圖像傳感器和其它光敏裝置的光敏性可以通過使用一特殊層得以提高，該特殊層可用作硅化物阻擋層及硅頂部上的抗反射涂層及/或用作嵌入于例如場氧化物與前金屬介電層之間的微透鏡。術(shù)語“場氧化物”用來表示一用于使集成電路中的不同區(qū)域相互電絕緣的氧化物。此外，一嵌入式微透鏡將有助于提高利用例如一隱埋在場氧化物下面的光電二極管的光敏裝置的敏感性。此一微透鏡可大大降低相鄰光敏裝置之間的光學(xué)串?dāng)_，如同例如在使用多層互連線的CMOS圖像傳感器中，在此類圖像傳感器中介電層堆疊高度對光電二極管尺寸的寬高比可非常大。
對于用來制作光敏裝置的低泄漏CMOS圖像傳感器工藝和其它工藝，需要某種類型的用于阻擋硅化物形成的鈍化層-在本文中稱為硅化物阻擋層，以防止某些硅區(qū)域形成硅化物。在這些CMOS圖像傳感器中，在光電二極管中的大多數(shù)硅區(qū)域中以及在其余像素區(qū)域中的晶體管源極/漏極區(qū)域中使用硅化物阻擋層來獲得低泄漏性能。本文所揭示的代表性實(shí)施例使用新穎的工藝集成順序來增強(qiáng)光探測區(qū)域的光敏性。此種增強(qiáng)的光敏性和低泄漏性能將產(chǎn)生更高的信噪比。
一典型的傳感器像素包括一光電二極管和一組三或四個(gè)晶體管，此視像素的結(jié)構(gòu)而定。光電二極管p-n結(jié)可靠近硅表面(n+/p-型襯底或p+/n-型襯底)或隱埋于場氧化物(n-阱/p-襯底)的下面。在代表性實(shí)施例中，揭示用于增強(qiáng)這些像素的敏感性的技術(shù)。
在代表性實(shí)施例中，使用富硅的氮氧化物SiXOYNZ作為硅化物阻擋層并作為硅頂部上的抗反射涂層。Si代表化合物中的硅組分，O代表氧組份，N代表氮組份。折射率通常可通過分別改變硅、氧、及氮的相對原子組成比X、Y和Z而在1.70-1.85之間進(jìn)行調(diào)整。X、Y和Z通常分別大于或等于0.01并小于或等于0.98，且X、Y和Z之和為1。
通過適當(dāng)?shù)奈g刻，該富硅的氮氧化物層也可以用來形成一嵌入于場氧化物與前金屬介電層之間的微透鏡。硅化物阻擋層(富硅的氮氧化物)的折射率和厚度可調(diào)整，從而使該硅化物阻擋層可同時(shí)執(zhí)行阻擋硅化物形成功能和抗反射涂層功能。根據(jù)期望得到最大敏感性提高的所期望波長而定，可調(diào)整富硅的氮氧化物膜的厚度及膜的折射率，以降低入射光的反射。富硅的氮氧化物的折射率可以通過在等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相淀積過程中使用適當(dāng)比率的反應(yīng)性氣體來調(diào)整。在其它技術(shù)中，富硅的氮氧化物的厚度可以通過調(diào)整等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相淀積的持續(xù)時(shí)間來調(diào)整。
硅化物阻擋層也可以用來形成一微透鏡，該微透鏡可例如嵌入于硅上的前金屬介電氧化物層與場氧化物層之間。在代表性實(shí)施例中，在源極/漏極退火后但在進(jìn)入硅化物模塊之前在晶圓頂部上沉積一富硅的氮氧化物層。一第一光罩在場氧化物頂部上界定一嵌入式微透鏡。使抗蝕劑回流，以得到所需的微透鏡形狀。隨后實(shí)施在抗蝕劑與富硅的氮氧化物層之間具有極低選擇性的蝕刻，以將抗蝕劑的形狀轉(zhuǎn)移到富硅的氮氧化物膜。然后使用一第二光罩來界定不需要阻擋硅化物的區(qū)域。在另一代表性實(shí)施例中，沉積一厚度和折射率經(jīng)過調(diào)整的更厚的氮氧化物層，從而在氮氧化物膜蝕刻后，該氮氧化物層也可在剩余硅區(qū)域上用作抗反射涂層，且在規(guī)定的場氧化物區(qū)域中形成微透鏡。
在下面的詳細(xì)說明和附圖中的幾個(gè)圖式中，相同的元件以相同的參考編號標(biāo)出。
圖1是一如各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100的各表面上的法向入射光的入射、反射和透射分量的示意圖。在圖1中，半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100是以截面圖形式顯示并包括一上面形成有一第一介電層110的半導(dǎo)體105。該第一介電層110具有一厚度165。在第一介電層110的頂部上形成有一第二介電層115。半導(dǎo)體105和第一介電層110在一第一界面125處匯合。第一介電層110和第二介電層115在一第二界面125處匯合。圖1還顯示一組箭頭，該組箭頭表示第一入射光波130、第一透射光波135、第二界面125處的第一反射光波140、和第二入射光波150、第二透射光波155及第一界面120處的第二反射光波160的一般情形。
在代表性實(shí)施例中，半導(dǎo)體105是硅且對此代表性實(shí)施例而言，在本文中也將被稱為硅層105，第一介電層110通常是富硅的氮氧化物，其具有可以通過改變硅、氧及氮的相對原子百分比而在1.70至1.85之間調(diào)節(jié)的折射率。對這些代表性實(shí)施例來說，第一介電層110在本文中也將稱作抗反射/硅化物阻擋層110，且在這些代表性實(shí)施例中，第二介電層115是二氧化硅且對于這些代表性實(shí)施例而言在本文中也被稱作氧化物層115。第二介電層115也可以是SiUOVHW，其中H代表化合物中的氫組分，U、V和W分別表示硅、氧、氫的相對原子組成比。半導(dǎo)體105還包括第一和第二半導(dǎo)體層106和107，其中第一和第二半導(dǎo)體層106和107具有不同的多數(shù)載流子極性。第一半導(dǎo)體層106在第一界面120處接觸第一介電層110。第一半導(dǎo)體層106位于第二半導(dǎo)體層107的頂部。一p-n二極管108形成于第一與第二半導(dǎo)體層106、107之間的邊界處。當(dāng)對光照敏感時(shí)，p-n二極管變成光敏裝置108，其也被稱作光電二極管108。通過使用不同的結(jié)構(gòu)，也可以構(gòu)造其它光敏裝置108，例如光電晶體管和光敏電阻。在代表性實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體層107可以是硅襯底自身，且既可以是p-型也可以是n-型。另外，第二半導(dǎo)體層107可以是硅襯底頂部上的一外延層或者可擴(kuò)散入硅襯底中。第一半導(dǎo)體層106可以是一在襯底頂部上生長的外延層，也可以擴(kuò)散入襯底頂部上的外延層，或者也可由其它適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ瞥伞Ｒ部墒褂闷渌纬傻谝缓偷诙雽?dǎo)體層106和107的方法。不管怎樣，第二半導(dǎo)體層107中的多數(shù)載流子具有與第一半導(dǎo)體層106中多數(shù)載流子相反的極性。
對于一給定的入射光頻率，已證明，如果滿足以下兩個(gè)條件，則在一預(yù)選定的頻率下可消除第二界面125處的第一反射光波140。
(1)第一介電層110的折射率的平方等于半導(dǎo)體105的折射率乘以第二介電層115的折射率，即(n1)2＝(n0×n2)方程式1其中n0是半導(dǎo)體105的折射率，n1是第一介電層110的折射率，n2是第二介電層115的折射率。該方程式的推導(dǎo)可參閱由John David Jackson所著的光學(xué)(Optics)[Addison-Wesley Longman，Inc.Reading，Massachusetts，第420頁(1998)]，其以引用方式并入本文中。
(2)第一介電層110的厚度等于第一介電層110中的1/4波長，即d＝λ1/4 方程式2其中λ1是在第一介電層110中在預(yù)選定頻率下的光的波長。由于第一介電層110中在預(yù)選定頻率下的光的波長等于光在真空中的波長除以第一介電層110的折射率，因而方程式2可改寫為d＝λv/(4*n1) 方程式3其中λv是在真空中在預(yù)選定頻率下的光的波長。
如果在給定光頻率下第一介電層110的折射率處于半導(dǎo)體襯底105(即半導(dǎo)體105)的折射率和第二介電層115的折射率乘積的平方根的百分之二十五以內(nèi)，并且如果第一介電層110的厚度165處于第一介電層中在預(yù)選定頻率下光的四分之一波長的百分之二十五以內(nèi)，則可顯著減少第一反射光波140。
圖2是一如各代表性實(shí)施例中所述的用于形成光敏半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100的方法200的流程圖。在圖2的塊210中，在半導(dǎo)體105內(nèi)形成一光敏裝置。例如，該光敏裝置108可以是一p-n結(jié)二極管108或在一半導(dǎo)體(例如硅)中形成的其它合適的光敏裝置108。p-n結(jié)可通過例如在p-型襯底內(nèi)擴(kuò)散一n+層或通過所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的幾種其它技術(shù)中的一種來形成。然后，塊210將控制轉(zhuǎn)交給塊220。
在塊220中，在半導(dǎo)體105頂部形成第一介電層110。例如，第一介電層110可以是一富硅的氮氧化物層或類似層。第一介電層110可以通過化學(xué)氣相淀積或通過所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的幾種其它技術(shù)中的一種制作而成。然后，塊220將控制轉(zhuǎn)交給塊230。
在塊230中，將第一介電層110從晶圓中那些上面不需要第一介電層110的區(qū)域中移除。這一移除可包括如下步驟將光阻劑涂覆至晶圓，按所期望的圖案使光阻劑曝光，對經(jīng)過曝光的光阻劑進(jìn)行顯影，由此移除未經(jīng)曝光的光阻劑(或反之，移除經(jīng)過曝光的光阻劑)，蝕刻光阻劑經(jīng)過曝光的區(qū)域中的第一介電層110，最后移除其余的光阻劑。然后，塊230將控制轉(zhuǎn)交給塊240。
在塊240中，在第一介電層110的頂部形成第二介電層115。例如，第二介電層115可以是一氧化物層或類似層。第二介電層115可以通過熱氧化、化學(xué)氣相淀積或通過所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的幾種其它技術(shù)中的一種來制成。然后，塊240終止該過程。
根據(jù)由此得到的集成電路結(jié)構(gòu)所需的最后構(gòu)造而定，既可包括也可不包括以上過程中的各步驟。
圖3是一各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100中p-n結(jié)光電二極管108的截面圖。圖3顯示一半導(dǎo)體襯底320(其在圖3所示示意圖中為p-型)，該半導(dǎo)體襯底320具有一帶有一擴(kuò)散區(qū)340(在圖3所示示意圖中為n+區(qū))的阱330，其在本文中也稱作擴(kuò)散阱330，在圖3所示示意圖中是n-型。p-n二極管108形成于p/n結(jié)360處。圖3顯示光370入射于p-n結(jié)360上。此外，因其所預(yù)定的用途，二極管108通常被稱為光電二極管108。
圖4是一各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100的截面圖。在圖4中，一n-型阱330已形成于一p-型半導(dǎo)體襯底320中。例如，通過蝕刻硅的一部分而使一部分硅從硅的頂部表面420凹陷。隨后，在該區(qū)域中生長氧化物410，本文中也稱為場氧化物410和覆蓋介電層蓋410。凹陷的硅區(qū)域的體積使在生長場氧化物后，由場氧化物410與硅頂部表面420之間的階躍所形成的外形最小化且由此得到的表面與硅頂部表面420更接近處于一個(gè)平面中。
在場氧化物410部頂上形成一透鏡形成介電層110a。該透鏡形成介電層110a通常為與抗反射/硅化物阻擋層110相同的層和材料，抗反射/硅化物阻擋層110也可覆蓋n-阱330中未氧化部分的區(qū)域以及集成電路設(shè)計(jì)者指定的半導(dǎo)體晶圓中其余電路的其它部分。透鏡形成介電層110a是共形的，因而其與場氧化物上表面430、n-阱330剩余部分的上表面及半導(dǎo)體晶圓剩余部分的上表面的外形相符。具體而言，透鏡形成介電層110a的幾何形狀將與場氧化物上表面430的形狀相符。然后，在半導(dǎo)體晶圓上涂覆一層光阻劑，并將其曝光及顯影。在圖4中顯示光阻劑440(在本文中也稱為圖案化光阻劑層440)最終顯影后的幾何形狀的一代表性實(shí)例。
圖5是一如各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100的另一截面圖。圖5顯示在通過例如施加熱而回流后的光阻劑440。光阻劑440的幾何形狀此時(shí)已形成彎曲的凸邊緣，所述凸邊緣靠近場氧化物上表面430的彎曲部分的邊緣延伸。
圖6是一如各代表性實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100的又一截面圖。對圖5應(yīng)用一在光阻劑440與透鏡形成介電層110a之間具有極低選擇性的蝕刻，從而將回流后的光阻劑440的形狀轉(zhuǎn)變成透鏡形成介電層110a的新形狀，由此如圖6所示在場氧化物410上自透鏡形成介電層110a形成一嵌入式凸微透鏡640。隨后，可使用另一光阻劑光罩來界定集成電路中將不需要第一介電層110的區(qū)域，并且可以在透鏡形成介電層110a的頂部和集成電路的其它區(qū)域上形成另一氧化物層650。
在另一代表性實(shí)施例中，可如上面方程式1-3的規(guī)定來調(diào)整抗反射/硅化物阻擋層110的折射率和存留于半導(dǎo)體105頂部上的除微透鏡640區(qū)域外的其它區(qū)域中的抗反射/鈍化層110的厚度，以用作剩余硅區(qū)域上的抗反射涂層。由于構(gòu)成微透鏡640的材料與構(gòu)成抗反射/硅化物阻擋層110的材料相同，因而兩區(qū)域的折射率相同。
圖7是一如各代表性實(shí)施例中所述的用于形成光敏半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100的另一方法700的流程圖。在圖7的塊710中，在半導(dǎo)體105內(nèi)形成一光敏裝置108。例如，該光敏裝置108可以是一p-n結(jié)二極管或在半導(dǎo)體(例如硅)內(nèi)形成的其它合適的光敏裝置。該p-n結(jié)可以通過將一n-型層擴(kuò)散入p-型襯底上或通過所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的幾種其它技術(shù)中的一種來形成。然后，塊710將控制轉(zhuǎn)交給塊720。
在塊720中，在晶圓的所選區(qū)域內(nèi)形成覆蓋介電層410。根據(jù)所使用工藝而定，該形成可包括如下步驟向晶圓涂覆光阻劑，按所期望的圖案將光阻劑曝光，將曝光后的光阻劑顯影，從而移除未曝光的光阻劑(或反之，移除經(jīng)曝光的光阻劑)，蝕刻光阻劑曝光的區(qū)域中的剩余光阻劑，移除剩余光阻劑并在所蝕刻區(qū)域中形成覆蓋介電層(場氧化物)410。然后，塊720將控制轉(zhuǎn)交給730。
在塊730中，在半導(dǎo)體105的頂部形成第一介電層110。例如，第一介電層110可以是一富硅的氮氧化物層或類似層。第一介電層110可以通過化學(xué)氣相淀積或通過所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的幾種其它技術(shù)中的一種來制作。然后，塊730將控制轉(zhuǎn)交給塊740。
在塊740中，在晶片頂部上那些上面擬形成微透鏡640的區(qū)域內(nèi)形成一經(jīng)圖案化的光阻劑層440。在一代表性實(shí)例中，那些區(qū)域可以是場氧化物410區(qū)域。根據(jù)所使用的工藝而定，所述形成可以包括如下步驟向晶圓涂覆光阻劑，按所期望的圖案將光阻劑曝光，并顯影曝光后的光阻劑從而根據(jù)預(yù)選定的圖案移除未曝光的光阻劑(或反之，移除經(jīng)曝光的光阻劑)。圖8顯示這些子步驟。然后，塊740將控制轉(zhuǎn)交給塊750。
在塊750中，使已圖案化的光阻劑層440回流，以使其邊緣變得凸起。這種回流可通過對晶圓添加一段時(shí)間的熱量來實(shí)現(xiàn)。合適的溫度和時(shí)間取決于所使用的特定光阻劑和所期望的結(jié)果。然后，塊750將控制轉(zhuǎn)交給塊760。
在塊760中，使用在光阻劑440與透鏡形成介電層110a之間具有極低選擇性的蝕刻來蝕刻晶圓。大多數(shù)干蝕刻工藝具有一化學(xué)(實(shí)際反應(yīng))分量和一物理分量(因高能離子轟擊而形成濺射)。因此，物理分量不是很具選擇性，而化學(xué)分量具有選擇性。通過相對于蝕刻中的化學(xué)分量增加其物理分量，可以使一給定蝕刻的選擇性變小，即以基本相同的速率蝕刻抗蝕劑材料和所涉及的膜(在本實(shí)例中是SiXOYNZ)。通常，這通過提高反應(yīng)性氣體混合物中的轟擊氣體(在多數(shù)情況下是氬氣)的比率來實(shí)現(xiàn)。該蝕刻將回流后的光阻劑440的形狀轉(zhuǎn)變成位于已圖案化的光阻劑44下面的透鏡形成介電層110a的新形狀，并如圖6所示在場氧化物410上自透鏡形成介電層110a形成微透鏡640。然后，塊760將控制轉(zhuǎn)交給塊770。
在塊770中，移除晶圓上殘余的光阻劑。然后，塊770將控制轉(zhuǎn)交給塊780。
在塊780中，自晶圓上那些上面不希望具有第一介電層110的區(qū)域移除第一介電層。所述移除可包括如下步驟向晶圓涂覆光阻劑，按所期望的圖案將光阻劑曝光，及將經(jīng)曝光的光阻劑顯影，由此移除未曝光的光阻劑(或反之，移除經(jīng)曝光的光阻劑)，蝕刻光阻劑曝光的區(qū)域中的第一介電層110，最后移除剩余的光阻劑。然后，塊780將控制轉(zhuǎn)交給塊790。
在塊790中，在第一介電層110的頂部形成第二介電層115。例如，第二介電層115可以是一氧化物層或類似層。第二介電層可以通過化學(xué)氣相淀積或所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的幾種其它技術(shù)中的一種來制成。然后，塊790終止本過程。
圖8是圖7所示流程圖的子步驟流程圖800。具體而言，圖8顯示圖7中塊740的子工藝步驟。實(shí)際上，圖7中的塊730將控制轉(zhuǎn)交給圖8中的塊810。在塊810中，在形成(設(shè)置)覆蓋介電層410后，向晶圓涂覆光阻劑440。然后，塊810將控制轉(zhuǎn)交給塊820。
在塊820中，根據(jù)一與所期望微透鏡640的圖案相匹配的預(yù)選定圖案將光阻劑440曝光。然后，塊820將控制轉(zhuǎn)交給塊830。
在塊830中，顯影光阻劑440，從而依據(jù)預(yù)選定的圖案將移除光阻劑440。然后，塊830將控制轉(zhuǎn)交給圖7中的塊750。
根據(jù)由此得到的集成電路結(jié)構(gòu)的所需的最后構(gòu)造而定，既可包含亦可不包含上述圖7和8所示工藝中的各步驟。
在一代表性實(shí)施例中，揭示一半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100。該半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100包括一與一半導(dǎo)體襯底320成一體的光敏裝置108、一設(shè)置在光敏裝置108上的第一介電層110和一設(shè)置在該第一介電層110上的第二介電層115。半導(dǎo)體襯底320是硅，光可透射過第一介電層110和第二介電層115。第一介電層110由硅化物阻擋材料制成。在一預(yù)選定光頻率下第一介電層110的折射率處于半導(dǎo)體襯底320的折射率與第二介電層115的折射率的乘積的平方根的百分之二十五以內(nèi)，且第一介電層110的厚度165處于第一介電層110中一預(yù)選定頻率下光的1/4波長的百分之二十五以內(nèi)。
在另一代表性實(shí)施例中，揭示一用于制作半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100的方法。該方法包括形成一光敏裝置108，在光敏裝置108上設(shè)置一第一介電層110和在第一介電層110上設(shè)置一第二介電層115。半導(dǎo)體襯底320是硅。光線可透射過第一介電層110和第二介電層115。第一介電層由硅化物阻擋材料制成。第一介電層在一預(yù)選定光頻率下的折射率處于半導(dǎo)體襯底320的折射率與第二介電層115的折射率的乘積的平方根的百分之二十五以內(nèi)，并且第一介電層110的厚度165處于第一介電層110中一預(yù)選定頻率下光的1/4波長的百分之二十五以內(nèi)。
在又一代表性實(shí)施例中，揭示一半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100。該半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100包括一與一半導(dǎo)體襯底320成一體的光敏裝置108、一設(shè)置在光敏裝置108上的覆蓋介電層410和一設(shè)置在覆蓋介電層410上的透鏡形成介電層110a。光可透射過該覆蓋介電層410；并可透射過透鏡形成介電層110a。透鏡形成介電層110a形成一嵌入式凸微透鏡640。該微透鏡640將光引導(dǎo)到光敏裝置108上。
并且，在再一代表性實(shí)施例中，揭示一種制作半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)100的方法。該方法包括形成一與一半導(dǎo)體襯底320成一體的光敏裝置108，在光敏裝置108上設(shè)置一覆蓋介電層410和在覆蓋介電層410上設(shè)置一透鏡形成介電層110a。光可透射過覆蓋介電層410和透鏡形成介電層110a。透鏡形成介電層110a形成一嵌入式凸微透鏡640。該微透鏡640將光引導(dǎo)到光敏裝置108上。
在各代表性實(shí)施例中，已揭示了用于提高光敏裝置108敏感性的技術(shù)。具體而言，這些技術(shù)可與CMOS圖像傳感器共同使用，其中第一介電層110不僅可用于阻擋在硅和多晶硅上形成硅化物，而且還可以通過適當(dāng)調(diào)整第一介電層110的折射率和厚度而用作一抗反射層。阻擋硅化物的形成會(huì)得到應(yīng)力相對低的區(qū)域，從而使硅中的瑕疵數(shù)量變少。瑕疵數(shù)量變少會(huì)使光敏裝置108中的漏電流降低。如前所述，漏電流和任何其它意外的電流源通常被稱為暗電流，因?yàn)楫?dāng)圖像傳感器未接收到光照時(shí)，所測量到的正是該漏電流和其它意外的電流。暗電流決定最低光照明度探測限度。因此，在CMOS和其它圖像傳感器中，將漏電流降低到最低可能水平很重要。
可以調(diào)整該結(jié)構(gòu)的反射特性，以便為光敏裝置一般不太敏感的光頻率(例如用于硅的藍(lán)色光頻帶)提供增強(qiáng)作用。
第一介電層110可以定形成起光學(xué)微透鏡一樣的作用。其實(shí)現(xiàn)光在形成于微透鏡下方的光敏裝置上的一定程度的聚焦。該結(jié)構(gòu)還具有其它優(yōu)點(diǎn)，例如串?dāng)_降低。光學(xué)串?dāng)_是由本應(yīng)射向一個(gè)像素卻反而撞擊一鄰近像素的光引起的。因?yàn)閳D像傳感器和其它光敏裝置應(yīng)用需要越來越小的像素尺寸，因而串?dāng)_越來越成為一個(gè)問題。串?dāng)_會(huì)因光聚焦至一給定像素上而得到降低。
上述在給定光敏裝置上自第一介電層110形成微透鏡和在該結(jié)構(gòu)的其它區(qū)域中形成抗反射/硅化物阻擋涂層的技術(shù)可以組合用于給定的電路。
本文所詳細(xì)說明的代表性實(shí)施例是通過示例而不是限定的方式提出。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可對上述實(shí)施例的形式和細(xì)節(jié)作出各種改變，從而得到仍歸屬于隨附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的等價(jià)實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其包括一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置，其中所述半導(dǎo)體襯底是硅；一設(shè)置于所述光敏裝置上的第一介電層，其中光可透射過所述第一介電層且其中所述第一介電層由硅化物阻擋材料制成；及一設(shè)置于所述第一介電層上的第二介電層，其中光可透射過所述第二介電層，其中在一預(yù)選定光頻率下所述第一介電層的折射率處于所述半導(dǎo)體襯底的折射率與所述第二介電層的折射率的乘積的平方根的百分之二十五以內(nèi)，且其中所述第一介電層的厚度處于所述第一介電層中所述預(yù)選定頻率下的光的四分之一波長的百分之二十五以內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述第二介電層包含二氧化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述光敏裝置包括與所述半導(dǎo)體襯底成一體的一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述第一介電層是化學(xué)式為SiXOYNZ的氮氧化硅，其中Si、O及N分別是硅、氧及氮的化學(xué)符號，且其中X、Y及Z分別為硅、氧及氮的原子組成比。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述第二介電層包含二氧化硅。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述光敏裝置包括與所述半導(dǎo)體襯底成一體的一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括一與所述半導(dǎo)體襯底成一體的第二光敏裝置；一設(shè)置于所述第二光敏裝置上的覆蓋介電層，其中光可透射過所述覆蓋介電層；及一設(shè)置于所述覆蓋介電層上的透鏡形成介電層，其中所述透鏡形成介電層與所述第一介電層是相同的層但具有不同的厚度及輪廓，其中所述透鏡形成介電層形成一嵌入式凸微透鏡，其中光可透射過所述透鏡形成介電層，且其中所述微透鏡將光引導(dǎo)到所述第二光敏裝置上。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述光敏裝置包括與所述半導(dǎo)體襯底成一體的一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的所述摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述透鏡形成介電層是化學(xué)式為SiXOYNZ的氮氧化硅，其中Si、O及N分別是硅、氧及氮的化學(xué)符號，且其中X、Y及Z分別為硅、氧及氮的原子組成比。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述覆蓋介電層是場氧化物。
11.一種用于制作一半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的方法，其包括形成一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置，其中所述半導(dǎo)體襯底是硅；在所述光敏裝置上設(shè)置一第一介電層，其中光可透射過所述第一介電層，且其中所述第一介電層由硅化物阻擋材料制成；及在所述第一介電層上設(shè)置一第二介電層，其中光可透射過所述第二介電層，其中在一預(yù)選定的光頻率下所述第一介電層的折射率處于所述半導(dǎo)體襯底的折射率與所述第二介電層的折射率的乘積的平方根的百分之二十五以內(nèi)，且其中所述第一介電層的厚度處于所述第一介電層中所述預(yù)選定頻率下光的四分之一波長的百分之二十五以內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第二介電層包含二氧化硅。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述光敏裝置包括與所述半導(dǎo)體襯底成一體的一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一介電層是化學(xué)式為SiXOYNZ的氮氧化硅，其中Si、O及N分別是硅、氧及氮的化學(xué)符號，且其中X、Y及Z分別為硅、氧及氮的原子組成比。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二介電層包含二氧化硅。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述光敏裝置包括一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
17.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括形成一與所述半導(dǎo)體襯底成一體的第二光敏裝置；在所述第二光敏裝置上設(shè)置一覆蓋介電層，其中光可透射過所述覆蓋介電層；及在所述覆蓋介電層上設(shè)置一透鏡形成介電層，其中所述透鏡形成介電層與所述第一介電層是相同的層但具有不同的厚度及輪廓，其中所述透鏡形成介電層形成一嵌入式凸微透鏡，其中光可透射過所述透鏡形成介電層，且其中所述微透鏡將光引導(dǎo)到所述第二光敏裝置上。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述透鏡形成介電層是化學(xué)式為SiXOYNZ的氮氧化硅，其中Si、O及N分別是硅、氧及氮的化學(xué)符號，且其中X、Y及Z分別為硅、氧及氮的原子組成比。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述覆蓋介電層是場氧化物。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述在所述覆蓋介電層上設(shè)置一透鏡形成介電層的步驟包括在所述覆蓋介電層上涂覆一層光阻劑；按一預(yù)選定的圖案將所述光阻劑曝光；顯影所述光阻劑，從而依據(jù)所述預(yù)選定的圖案移除所述光阻劑；回流剩余的光阻劑；及使用一在所述透鏡形成介電層與所述光阻劑之間具有低選擇性的蝕刻來蝕刻所述透鏡形成介電層和所述剩余的光阻劑。
21.一種半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其包括一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置；一設(shè)置于所述光敏裝置上的覆蓋介電層，其中光可透射過所述覆蓋介電層；及一設(shè)置于所述覆蓋介電層上的透鏡形成介電層，其中所述透鏡形成介電層形成一嵌入式凸微透鏡，其中光可透射過所述透鏡形成介電層，且其中所述微透鏡將光引導(dǎo)到所述光敏裝置上。
22.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述覆蓋介電層是場氧化物。
23.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述光敏裝置包括與所述半導(dǎo)體襯底成一體的一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
24.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述透鏡形成介電層是化學(xué)式為SiXOYNZ的氮氧化硅，其中Si、O及N分別是硅、氧及氮的化學(xué)符號，且其中X、Y及Z分別為硅、氧及氮的原子組成比。
25.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述覆蓋介電層是場氧化物。
26.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)，其中所述光敏裝置包括與所述半導(dǎo)體襯底成一體的一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
27.一種用于制作一半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的方法，其包括形成一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置；在所述光敏裝置上設(shè)置一覆蓋介電層，其中光可透射過所述覆蓋介電層；及在所述覆蓋介電層上設(shè)置一透鏡形成介電層，其中光可透射過所述透鏡形成介電層，其中所述透鏡形成介電層形成一嵌入式凸微透鏡，且其中所述微透鏡將光引導(dǎo)到所述光敏裝置上。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述覆蓋介電層是場氧化物。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光敏裝置進(jìn)一步包括與所述半導(dǎo)體襯底成一體的一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述透鏡形成介電層是化學(xué)式為SiXOYNZ的氮氧化硅，其中Si、O及N分別是硅、氧及氮的化學(xué)符號，且其中X、Y及Z分別為硅、氧及氮的原子組成比。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述覆蓋介電層是場氧化物。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述光敏裝置包括與所述半導(dǎo)體襯底成一體的一第一半導(dǎo)體層和一第二半導(dǎo)體層，其中所述第一和第二半導(dǎo)體層的摻雜使所述第一和第二半導(dǎo)體層形成一光電二極管。
33.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述在所述覆蓋介電層上設(shè)置一透鏡形成介電層的步驟包括在所述覆蓋介電層上涂覆一層光阻劑；按一預(yù)選定的圖案將所述光阻劑曝光；顯影所述光阻劑，從而依據(jù)所述預(yù)選定的圖案移除所述光阻劑；回流剩余的光阻劑；及使用一在所述透鏡形成介電層與所述光阻劑之間具有低選擇性的蝕刻來蝕刻所述透鏡形成介電層和所述剩余的光阻劑。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)及其制作方法。該半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)包括一與一半導(dǎo)體襯底成一體的光敏裝置、一設(shè)置于該光敏裝置上面的覆蓋介電層及一設(shè)置于該覆蓋介電層上的透鏡形成介電層(lens－formation dielectriclayer)。光可透射過該覆蓋介電層；且可透射過該透鏡形成介電層。該透鏡形成介電層形成一嵌入式凸微透鏡。該微透鏡將光引導(dǎo)至光敏裝置上。
文檔編號H01L31/18GK1773730SQ200510093168
公開日2006年5月17日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月9日
發(fā)明者欽塔馬尼·帕爾蘇萊, 約翰·H·斯坦貝克, 托馬斯·E·鄧根, 馬克·D·克魯克 申請人:安捷倫科技公司