專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器。更具體地說(shuō)，涉及一種CMOS圖像 傳感器以及使用減少工序的工藝制造CMOS圖像傳感器的方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器通常用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。目前在本領(lǐng)域中使用的圖 像傳感器一般分類為CMOS(互補(bǔ)型金屬-氧化物-硅)圖像傳感器或CCS(電荷 耦合器件)圖像傳感器。與CMOS圖像傳感器相比，CCD圖像傳感器具有較高 的光敏性以及噪聲特性，但是其難于合并于具有較高功率消耗的高集成系統(tǒng) 中。
相反，CMOS圖像傳感器使用比CCD圖像傳感器更簡(jiǎn)單的工藝，使其更 適于高集成系統(tǒng)的密度。另外，CMOS圖像傳感器具有較低功率消耗。
隨著制造半導(dǎo)體器件的技術(shù)得到高度發(fā)展，人們致力于研究和發(fā)展CMOS 圖像傳感器的光敏性以及噪聲特性。
一般情況下，CMOS圖像傳感器的每個(gè)像素由能夠接收光的光電二極管以 及能夠控制接收到的光的CMOS器件組成的。在光電二極管中，產(chǎn)生相應(yīng)于 使用濾光器探測(cè)到的紅、綠以及藍(lán)色光線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的電子空穴對(duì)。輸出信 號(hào)依照所產(chǎn)生的電子數(shù)量而變化，使其能捕獲圖像。
CMOS圖像傳感器在圖1A以及圖IB示出，并包含包括例如光電二極 管21的光荷轉(zhuǎn)換單元的主像素區(qū)域1，設(shè)置在主像素區(qū)域1外側(cè)的虛擬像素 區(qū)域2，以及用于探測(cè)由像素區(qū)域1和虛擬像素區(qū)域2探測(cè)到的信號(hào)的外圍電 路區(qū)域3組成。形成外圍電路區(qū)域3以圍繞主像素區(qū)域1和虛擬像素區(qū)域2。
在現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器制造工藝中，在傳感器表面上涂覆氧化
層以形成器件保護(hù)層22，從而保護(hù)器件使其不受濕氣和外部物理震動(dòng)影響。
另外，暗屏蔽層23在相應(yīng)于光電二極管21的器件保護(hù)層22上形成以屏蔽虛 擬像素區(qū)域2使其不受光照。
隨后，形成其表面經(jīng)平坦化的平坦層24。然后，顯微透鏡25在平坦層24 上形成。
從而，在目前本領(lǐng)域中用于形成虛擬像素區(qū)域2以及主像素區(qū)域1的制造 工藝中，形成虛擬像素區(qū)域2的工藝需要一個(gè)附加工藝，以形成暗屏蔽層23， 用以屏蔽該區(qū)域使其不受光照。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器以及一種制造CMOS圖像傳感 器的方法，其基本避免了現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或更多問(wèn)題、局限或缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其中可通 過(guò)除去在虛擬像素區(qū)域中形成暗屏蔽層的工藝來(lái)減少工藝步驟。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種CMOS圖像傳感器，其中光屏蔽功能是 利用在主像素區(qū)域中應(yīng)用多晶硅圖案和硅化物層實(shí)現(xiàn)，而不需要在虛擬像素區(qū) 域中的暗屏蔽層。
本發(fā)明的附加優(yōu)勢(shì)、目的，以及特征將在下面描述中得到部分地闡明，并 在基于對(duì)以下的檢驗(yàn)后對(duì)那些本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，或可 從本發(fā)明的實(shí)踐中了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)勢(shì)將通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)、權(quán) 力要求，以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到并實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明的一個(gè)方案是一種制造CMOS圖 像傳感器的方法，其包括在硅外延層上形成多個(gè)多晶硅圖案，這些多晶硅圖 案對(duì)應(yīng)于虛擬像素區(qū)域中多個(gè)光電二極管的位置，在蝕刻工藝中應(yīng)用光刻膠在 多晶硅圖案上沉積具有高熔點(diǎn)的金屬，應(yīng)用灰化工藝并執(zhí)行快速退火工藝通過(guò) 去除光刻膠圖案由具有高熔點(diǎn)的材料形成硅化物層，在硅外延層和硅化物層上 形成器件保護(hù)層和平坦層，以及在與硅化物層的位置相對(duì)應(yīng)的平坦層上形成顯 微透鏡。
本發(fā)明的另一方案是一種CMOS圖像傳感器，其包括在與虛擬像素區(qū) 域中多個(gè)光電二極管的位置相對(duì)應(yīng)的硅外延層上的多個(gè)多晶硅圖案，形成于每 個(gè)多晶硅圖案上的具有高熔點(diǎn)金屬的硅化物層，相繼沉積在硅外延層和硅化物 層上的器件保護(hù)層和平坦層，以及位于與硅化物層的位置相對(duì)應(yīng)的平坦層上的 多個(gè)顯微透鏡。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的以上簡(jiǎn)要描述和以下的詳細(xì)描述都為示例性和解釋性 的，并意欲提供對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一歩解釋。


附圖提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其包含在說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部 分。附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施方式并且與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。 在附圖中
圖1A為在本領(lǐng)域中公知的CMOS圖像傳感器的示意圖IB為本領(lǐng)域的CMOS圖像傳感器的虛擬像素區(qū)域的示意性截面圖；以
及
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的虛擬像素區(qū)域的示意 性截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)描述本發(fā)明，所述實(shí)施方式的實(shí)例 示于附圖中。在所有附圖中將盡可能地用相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部 件。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器的制造方法包括在主
像素區(qū)域中形成柵極的多晶硅圖案，替代目前用于現(xiàn)有技術(shù)中的形成暗屏蔽層
用于屏蔽來(lái)自CMOS圖像傳感器的虛擬像素區(qū)域的入射光的工藝。從而，本 發(fā)明提出一種CMOS圖像傳感器，其中柵極形成于主像素區(qū)域，而多晶硅圖 案以及硅化物層形成于虛擬區(qū)域中。
在制造根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式制造CMOS圖像傳感器的方法中，使 用多晶硅圖案221以在主像素區(qū)域中形成柵極。同時(shí)，多晶硅圖案221形成于 虛擬像素區(qū)域中的硅外延層200上。虛擬像素區(qū)域包括光電二極管210，例 如紅色、綠色，或藍(lán)色傳感光電二極管；以及形成多晶硅圖案221，以覆蓋光 電二極管210。
特別地，在虛擬像素區(qū)域中形成多晶硅圖案的工藝使用與在主像素區(qū)中形 成柵極相似的工藝。更獨(dú)特的，應(yīng)用硅烷氣體在較低溫度下將多晶硅沉積在指
定的CVD腔室中，并隨后應(yīng)用化學(xué)機(jī)械拋光或"CMP"工藝將其形成為多晶硅層。
隨后，第一光刻膠圖案形成于多晶硅層上，其每個(gè)光電二極管210上方具 有開(kāi)口。隨后應(yīng)用第一光刻膠圖案執(zhí)行蝕刻工藝以形成多晶硅圖案221,如圖 2所示。
可選地，多晶硅圖案221可利用在主像素區(qū)域中形成柵極的工藝以多種方 式形成。
隨后，用第二光刻膠圖案填充各個(gè)多晶硅圖案221之間的空間。然后，將 具有高熔點(diǎn)的金屬，例如Co， Ti等等，在200。C的襯底溫度以及10 Torr真 空度下，沉積在硅外延層200和多晶硅圖案221上。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，虛擬像素區(qū)域2在圖像信號(hào)處理中作為提高圖像 特性的參考區(qū)域。從而，形成虛擬像素區(qū)域2，使其不受光的影響。因此，鈷 (Co)的低反射率以及低透射率是很合適的，所以鈷可用作該高熔點(diǎn)金屬。從而， 在優(yōu)選實(shí)施方式中，將鈷沉積在多晶硅圖案221上。
在將鈷沉積在多晶硅圖案221上后，應(yīng)用灰化工藝去除第二光刻膠圖案。 隨后通過(guò)在800至1000°C之間在Ar氣體環(huán)境中執(zhí)行20秒快速退火工藝而形 成鈷硅化物層222。
有利地，鈷硅化物層222起到與暗屏蔽層相同的光屏蔽作用，阻止光傳送 到光電二極管210。
在Co硅化物層222形成以后，由USG(未摻雜硅玻璃)形成的器件保護(hù)層 220形成于硅外延層200以及鈷硅化物層222上。
如果器件保護(hù)層220是通過(guò)涂覆USG(未摻雜硅玻璃)形成，則在虛擬像素 區(qū)域中的器件保護(hù)層220具有與鄰近區(qū)域不同的高度。
為了防止高度的不同，在平坦工藝中形成液SOG(旋涂式玻璃)相。隨后， 通過(guò)在退火工藝中硬化已涂層的SOG形成平坦層230。
隨后，在半導(dǎo)體的表面上執(zhí)行CMP工藝，以平坦化該表面。由硅氮化物 諸如SiN形成的氮化物層(圖中未顯示)選擇性形成于平坦層230上。隨后，多 個(gè)顯微透鏡240形成于光電二極管210上方的氮化物層上。
如前面描述提到的，在依照本發(fā)明的圖像傳感器制造方法中，多晶硅圖案
221和鈷硅化物層222形成，同時(shí)在在主像素區(qū)域中形成柵極，而不需要在虛 擬像素區(qū)域2中形成暗屏蔽層，減少了需要生產(chǎn)傳感器的工藝量。因?yàn)槎嗑Ч?圖案和硅化物可以切斷光，所以不必形成暗屏蔽層。因此，本發(fā)明提高了圖像 傳感器的性能。
顯然在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以 對(duì)本發(fā)明做出各種改進(jìn)和變型。因此，本發(fā)明意圖覆蓋所有落入所附權(quán)利要求 及其等效物的范圍之內(nèi)的改進(jìn)和變型。
權(quán)利要求
1.一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其特征在于，所述方法包括在相應(yīng)于在虛擬像素區(qū)域中形成的多個(gè)光電二極管的位置的硅外延層上形成多個(gè)多晶硅圖案；在蝕刻工藝中，使用光刻膠在所述硅外延層上的多個(gè)所述多晶硅圖案上沉積具有高熔點(diǎn)的金屬；通過(guò)去除所述光刻膠并執(zhí)行灰化工藝和快速退火工藝形成高熔點(diǎn)金屬的硅化物層；相繼在所述硅外延層和硅化物層上形成器件保護(hù)層和平坦層；以及在與所述硅化物層的位置相對(duì)應(yīng)的所述平坦層上形成顯微透鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有高熔點(diǎn)的金屬為鈷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于形成硅化物層的所述 快速退火工藝是在800至1000°C之間的溫度下在Ar氣體環(huán)境中執(zhí)行20秒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述器件保護(hù)層是應(yīng)用未 摻雜硅玻璃形成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述平坦層是應(yīng)用旋涂式 玻璃形成。
6. —種CMOS圖像傳感器，其特征在于，包括多個(gè)多晶硅圖案，形成于與在虛擬像素區(qū)域中形成的多個(gè)光電二極管的位 置相對(duì)應(yīng)的硅外延層上；具有高熔點(diǎn)的金屬的硅化物層，形成于所述多個(gè)多晶硅圖案上； 器件保護(hù)層和平坦層，其相繼形成于所述硅外延層和硅化物層上；以及 多個(gè)顯微透鏡，位于與所述硅化物層的位置相對(duì)應(yīng)的所述平坦層上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述高熔點(diǎn) 金屬的所述硅化物層包括鈷硅化物層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述器件保 護(hù)層是使用未摻雜硅酸鹽玻璃形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述平坦層 是應(yīng)用旋涂式玻璃形成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法。該方法包括在與虛擬像素區(qū)域中的多個(gè)光電二極管對(duì)應(yīng)的硅外延層上形成多個(gè)多晶硅圖案，在蝕刻工藝中使用光刻膠在多個(gè)多晶硅圖案上沉積具有高熔點(diǎn)的金屬，通過(guò)去除光刻膠并隨后執(zhí)行灰化工藝和快速退火工藝形成高熔點(diǎn)金屬的硅化物層，相繼在硅外延層和硅化物層上形成器件保護(hù)層和平坦層，以及在與硅化物層相對(duì)應(yīng)的平坦層上形成顯微透鏡。
文檔編號(hào)H01L21/822GK101207081SQ20071016519
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者宋埈宇 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司