專利名稱：垂直型cmos圖像傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器及其制備方法，尤其涉及一種垂直型 CMPS圖像傳感器及其制備方法。雖然本發(fā)明適用于較寬的應(yīng)用范圍，但其尤 其適用于減小上線(upper line)和暗屏蔽層(dark shield layer)之間的電容。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用于將光圖像轉(zhuǎn)換為電信號的器件。圖像傳感器可分為互補 金屬一氧化物一硅(CMOS)圖像傳感器和電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。
一般認為，CCD圖像傳感器在光敏性和噪聲特性方面優(yōu)于CMOS圖像傳 感器，但在實現(xiàn)高集成度和降低其高功耗方面存在困難。相反，CMOS圖像傳 感器具有比CCD圖像傳感器簡單的制造工藝，并且更適于實現(xiàn)高集成度和降 低其高功耗。
隨著半導(dǎo)體器件制備技術(shù)更加高度發(fā)展，由于改進的制備技術(shù)和CMOS 圖像傳感器的特性，大量努力積極致力于研究和開發(fā)CMOS圖像傳感器。
CMOS圖像傳感器的像素可包括多個用于接收光的光電二極管和用于控 制所接收光的CMOS器件?？筛鶕?jù)通過濾色片輸入的紅光、綠光和藍光的波 長和強度在光電二極管中產(chǎn)生電子一空穴對。當(dāng)輸出信號根據(jù)所產(chǎn)生的電子數(shù) 量變化時，可以感應(yīng)圖像。
諸如CMOS圖像傳感器的圖像傳感器可包括用于容納諸如光電二極管的 光電轉(zhuǎn)換部件的像素區(qū)域和用于檢測從像素區(qū)域輸出的信號的外圍電路區(qū)域。 特別地，外圍電路區(qū)域可以圍繞像素區(qū)域設(shè)置。
如示例圖1所示，配備了上述配置的CMOS圖像傳感器的器件可使用諸 如鎢及相似物的金屬作為用于可見光區(qū)域中的光線的切斷和抗反射的暗屏蔽
層4。由鎢薄層構(gòu)成的暗屏蔽層4可有利于有效地阻礙光的透過。然而，如果
這樣的話，上金屬線2和暗屏蔽層4之間的交互電容將增加。
用于形成暗屏蔽層4的工藝難于執(zhí)行用于確定暗屏蔽層的對準(zhǔn)。而且，上 金屬線2和暗屏蔽層4空間上彼此過近地形成，從而增加了寄生電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及可以特別適用于減小上線和暗屏蔽層之間電容的垂 直型CMOS圖像傳感器及其制備方法。
本發(fā)明的實施例涉及可以減小由于暗屏蔽層造成的寄生電容的垂直型 CMOS圖像傳感器。
本發(fā)明的實施例涉及一種制備垂直型CMOS圖像傳感器的方法，在形成 用于限定暗屏蔽層的對準(zhǔn)鍵中，可以減小由于暗屏蔽層造成的寄生電容。
本發(fā)明的實施例涉及一種制備垂直型CMOS圖像傳感器的方法，其可以 至少包括下面步驟中的一種在具有多個光電二極管的半導(dǎo)體襯底之上形成具 有多個金屬線的金屬間介電層(inter-metal dielectric layer);在金屬間介電層 之上形成鈍化氧化物層；在對應(yīng)多個金屬線的鈍化氧化物層的一部分之上形成 第一光刻膠圖案；使用第一光刻膠圖案通過濕式蝕刻工藝形成鈍化氧化物層的 傾斜部分；在與金屬間介電層具有多個金屬線的部分相對應(yīng)的一部分鈍化氧化 物層之上并且使用鈍化氧化物層的傾斜部分作為對準(zhǔn)鍵形成暗屏蔽層；并且隨 后在包括暗屏蔽層的半導(dǎo)體襯底之上形成氮化物層。
本發(fā)明的實施例涉及一種制備垂直型CMOS圖像傳感器的方法，其可以 至少包括下面步驟中的一種在具有多個光電二極管的半導(dǎo)體襯底之上形成具 有多個金屬線的金屬間介電層；在金屬間介電層之上形成鈍化氧化物層，其中 鈍化氧化物層的最上表面包括在下部和與具有多個金屬線的金屬間介電層的 部分相對應(yīng)的上部之間的傾斜部分；在鈍化氧化物層的上部之上形成暗屏蔽 層；并且隨后在暗屏蔽層之上形成氮化物層。
本發(fā)明的實施例涉及一種垂直型CMOS圖像傳感器，其可以包括在半導(dǎo) 體襯底之上形成的具有多個金屬線的金屬間介電層；在金屬間介電層之上形成 的鈍化氧化物層，其中鈍化氧化物層的最上表面包括在下部和與具有多個金屬 線的金屬間介電層的部分相對應(yīng)的上部之間的傾斜部分；在鈍化氧化物層的上
部之上形成的暗屏蔽層；以及在包括暗屏蔽層的半導(dǎo)體襯底之上形成的氮化物 層。


示例圖1示出一種垂直型CMOS圖像傳感器。
示例圖2A到圖2E示出根據(jù)實施例的垂直型CMOS圖像傳感器及其制備 方法。
具體實施例方式
如示例圖2A所示，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器可以形成在設(shè)置有多 個光電二極管10的半導(dǎo)體襯底上和/或上方。
包括多個金屬線20的金屬間介電(IMD)層可以形成在半導(dǎo)體襯底上和/ 或之上?？梢詫⒕哂械徒殡姵?shù)的鈍化氧化物層30在IMD層上和/或上方沉 積到預(yù)定厚度，并且可以隨后通過化學(xué)機械拋光(CMP)使其平整化。
因此，具有低介電常數(shù)的鈍化氧化物層30可以減小在金屬線20和將要在 后面形成的暗屏蔽層50之間的寄生電容?？梢詫⑩g化氧化物層30形成為足夠 抑制在金屬線20和暗屏蔽層50之間的寄生電容的最大允許厚度。例如，鈍化 氧化物層30可以具有在5000到6000 A之間的厚度。
如示例圖2B所示，在形成鈍化氧化物層30之后，可以將光刻膠涂覆到 鈍化氧化物層30上和/或之上并且隨后構(gòu)圖，以形成第一光刻膠圖案40。然后， 可以使用第一光刻膠圖案40蝕刻鈍化氧化物層30，以在鈍化氧化物層30表 面的一部分上形成斜面。在這點上，可以使用濕式蝕刻工藝蝕刻鈍化氧化物層 30。第一光刻膠圖案40可以在與IMD層中的金屬線20對應(yīng)的鈍化氧化物層 30上和/或之上形成。在使用第一光刻膠圖案40完成蝕刻之后，鈍化氧化物層 30對應(yīng)沒有金屬線的區(qū)域的部分是傾斜的。
特別地，可以在IMD層上和/或之上形成鈍化氧化物層30，并且還具有在 IMD的具有嵌入其中的多個金屬線20的區(qū)域和IMD的不具有嵌入其中的金 屬線的另一個區(qū)域之間的傾斜部分。
如示例圖2C所示，在形成鈍化氧化物層30之后，可以在鈍化氧化物層 30上和/或之上形成暗屏蔽層50。暗屏蔽層50可以形成為多層結(jié)構(gòu)，諸如 Ti/TiN的雙層。特別地，可以通過在鈍化氧化物層30上和/或之上連續(xù)堆疊 Ti層和TiN層而形成暗屏蔽層50。
可以根據(jù)器件實現(xiàn)改變Ti和TiN層的堆疊次序。特別地，可以通過諸如 自離子化等離子體濺射(SIP)濺射、中空陰極磁控管(HCM)濺射等PVD 方法形成暗屏蔽層50的Ti層和TiN層?？梢允褂肨i作為靶形成至少100 um 厚的Ti層。在形成Ti層之后，可以將氮氣提供到腔室內(nèi)以形成厚度大約為300 um的TiN層。
如示例圖2D所示，在形成Ti/TiN的雙層暗屏蔽層50之后，可以在暗屏 蔽層50上和/或之上形成第二光刻膠圖案60。隨后可以使用第二光刻膠圖案 60干式蝕刻并灰化暗屏蔽層50。可以使暗屏蔽層50保留在鈍化氧化物層30 的最高部分上和/或之上。更加明確地，可以僅使用鈍化氧化物層30的傾斜部 分作為對準(zhǔn)鍵將暗屏蔽層50保留在與金屬線20對應(yīng)的鈍化氧化物層30上和/ 或之上。在該情況中，可以提供Ti/TiN的暗屏蔽層50，以便TiN層屏蔽光線 反射而Ti層防止光線透射。這樣，與使用鎢金屬層相比，以暗屏蔽層50的 TiN層可以吸收可見光的方式，暗屏蔽層50可以有利于反射率的減小。因此， 通過Ti層可以防止所吸收光線繼續(xù)傳播。
如示例圖2E所示，為了防止暗屏蔽層50的腐蝕并改進其光電靈敏度，可 以將氮化物層70沉積在包括鈍化氧化物層30和暗屏蔽層50的襯底的整個表 面上和/或之上。
因此，本發(fā)明的實施例可以利于提供用于調(diào)整鈍化氧化物層30的厚度的 傾斜部分，因此鈍化氧化物層30的傾斜部分可以用作去除暗屏蔽層50的對準(zhǔn) 鍵。其次，通過調(diào)整暗屏蔽層50和金屬線20之間的距離，可以減小寄生電容。 再次，暗屏蔽層50的TiN層可以有效吸收可見光，因此可以進一步減小反射 率。而且，通過暗屏蔽層50的Ti層可以防止所吸收光線的繼續(xù)傳播。
雖然這里已經(jīng)描述了實施例，應(yīng)該理解，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在本公開 原理的精神和范圍內(nèi)設(shè)計多種其它修改和實施例。更加明確地，在本公開、附 圖和權(quán)利要求范圍內(nèi)的目標(biāo)組合布置的組分部分和/或布置中能夠進行不同的 變化和修改。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，除了組分部分和/或布置中的變化和修改， 替代使用也將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在具有多個光電二極管的半導(dǎo)體襯底之上形成具有多個金屬線的金屬間介電層；在金屬間介電層之上形成鈍化氧化物層；在與多個金屬線相對應(yīng)的鈍化氧化物層部分之上形成第一光刻膠圖案；使用第一光刻膠圖案通過濕式蝕刻工藝形成鈍化氧化物層的傾斜部分；在與具有多個金屬線的金屬間介電層的部分相對應(yīng)的鈍化氧化物層的一部分之上并且使用鈍化氧化物層的傾斜部分作為對準(zhǔn)鍵形成暗屏蔽層；并且隨后在包括暗屏蔽層的半導(dǎo)體襯底之上形成氮化物層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成鈍化氧化物層包括 在金屬間介電層之上沉積具有低介電常數(shù)的鈍化氧化物層；以及 在鈍化氧化物層上執(zhí)行化學(xué)機械拋光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，鈍化氧化物層形成為足夠 抑制暗屏蔽層和多個金屬線之間的寄生電容的厚度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，鈍化氧化物層的厚度在5000 到6000 A之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，暗屏蔽層包括雙層結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，暗屏蔽層包括含有Ti層和 TiN層的雙層結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，Ti層是通過使用Ti作為靶 的PVD工藝在鈍化氧化物層之上形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，PVD工藝至少包括自離子 化等離子體濺射和中空陰極磁控管濺射中的 一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，Ti層具有至少100um的厚度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，TiN層是通過使用Ti作為 耙的PVD工藝并且隨后將氮氣提供到工藝腔室而在Ti之上形成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，PVD工藝至少包括自離 子化等離子體濺射和中空陰極磁控管濺射中的一種。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，TiN層具有大約300um 的厚度。
13. —種裝置，包括在半導(dǎo)體襯底之上形成的具有多個金屬線的金屬間介電層； 在金屬間介電層之上形成的鈍化氧化物層，其中鈍化氧化物層的最上表面包括在下部和與具有多個金屬線的金屬間介電層的部分相對應(yīng)的上部之間的傾斜部分；在鈍化氧化物層的上部之上形成的暗屏蔽層；以及 在包括暗屏蔽層的半導(dǎo)體襯底之上形成的氮化物層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，鈍化氧化物層的厚度在 5000到6000 A之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，鈍化氧化物層的傾斜部 分包括對準(zhǔn)鍵。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，暗屏蔽層包括多層結(jié)構(gòu)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，多層結(jié)構(gòu)包括在鈍化氧 化物層之上形成的Ti層和在Ti層之上形成的TiN層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，Ti層具有至少100um的厚度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，TiN層具有大約300um 的厚度。
20. —種方法，包括在具有多個光電二極管的半導(dǎo)體襯底之上形成具有多個金屬線的金屬間 介電層；在金屬間介電層之上形成鈍化氧化物層，其中鈍化氧化物層的最上表面包 括在下部和與具有多個金屬線的金屬間介電層的部分相對應(yīng)的上部之間的傾 斜部分；在鈍化氧化物層的上部之上形成暗屏蔽層；以及隨后在暗屏蔽層之上形成 氮化物層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直型CMOS圖像傳感器及其制備方法，通過其可以有效減小上線和暗屏蔽層之間的電容。該垂直型CMOS圖像傳感器可以包括在金屬間介電層之上形成的鈍化氧化物層，其中鈍化氧化物層的最高表面包括在下部和與具有多個金屬線的金屬間介電層的部分相對應(yīng)的上部之間的傾斜部分；在鈍化氧化物層的上部之上形成的暗屏蔽層；以及在包括暗屏蔽層的半導(dǎo)體襯底之上形成的氮化物層。
文檔編號H01L21/822GK101207083SQ20071030152
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者李相起 申請人:東部高科股份有限公司