專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
^/>開內(nèi)容涉及圖像傳感器和其制造方法。背景沖支術(shù)
圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感
器可大致分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互#^屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS )圖像傳感器(CIS )。
在圖像傳感器的制造過(guò)程中，可以使用離子注入在襯底中形成光電二極管。由于光電二極管尺寸減小以4更增加像素?cái)?shù)目而不增加芯片尺寸，因此光接收部分的面積也減小，由此導(dǎo)致圖像質(zhì)量降低。
而且，由于堆疊高度的減小與光接收部分的面積的減小的程度不一樣，所以由被稱為艾里斑(Airy disk)的光衍射導(dǎo)致/^射至光接收部分的光子數(shù)目也減少。
作為克服該限制的替代方案，已經(jīng)嘗試使用非晶硅(Si)形成光電二極管或使用諸如晶片-至-晶片^的方法在硅(Si)襯底中形成讀出電路以及在所述讀出電路上和/或上方形成光電二極管(稱為"三維(3D)圖像傳感器，，)。光電二極管通過(guò)金屬互連與讀出電路連接。
在相關(guān)技術(shù)中，光電二極管和讀出電路通過(guò)金屬線進(jìn)行連接。金屬線通常包括阻擋金屬以防止金屬腐蝕。
例如，當(dāng)阻擋金屬包含Ti/TiN結(jié)構(gòu)時(shí)，下部阻擋金屬的Ti沒(méi)有完全地發(fā)生反應(yīng)并作為鈦而余留。然而，余留的Ti可擴(kuò)散^金屬間電^h質(zhì)(IMD),使得擴(kuò)散的Ti變?yōu)榘惦娏髟础?br> 此外，由于在轉(zhuǎn)移晶體管兩側(cè)的源極和漏極二者通常是用N-型雜質(zhì)高度摻雜的，所以發(fā)生電荷共享現(xiàn)象(sharing phenomenon),當(dāng)發(fā)生電荷共享現(xiàn)象時(shí)，輸出圖像的靈敏度降低并且可產(chǎn)生圖像誤差。而且，由于光電荷在光電二極管和讀出電漆t(yī)間不易于移動(dòng)，所以產(chǎn)生暗電流和/或降低飽和度以及靈敏度.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施方案提供一種圖像傳感器及其制造方法，所述圖像傳感器
通過(guò)阻擋Ti擴(kuò)散可抑制由擴(kuò)散的Ti所產(chǎn)生的暗電流。
本發(fā)明實(shí)施方案還提供一種圖像傳感器及其制造方法，所述圖4象傳感器中不發(fā)生電荷共享同時(shí)增加填充因子(fill factor )。 一些實(shí)施方案還提供一種圖4象傳感器及其制造方法，所述圖像傳感器通過(guò)在光電二極管和讀出電漆t(yī)間形成光電荷的平滑傳輸途徑，可最小化暗電流源和抑制飽和度減小以及靈敏度降低。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，提供一種圖像傳感器，包括第一襯底上的讀出電路；第一襯底上的層間電介質(zhì)；在層間電介質(zhì)中并電連接至讀出電路的互連；和在互連上并通過(guò)互連電連接至讀出電路的圖像感測(cè)器件，其中所述互連包括下部阻擋金屬和在下部阻擋金屬之下形成的氮化物阻擋物。
而且，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，4C供一種制造圖〗象傳感器的方法，包括在第一襯底上形成讀出電路；在第一襯底上形成層間電介質(zhì)；在層間電介質(zhì)中形成電連接至讀出電路的互連；和在互連上形成通過(guò)互連電連接至讀出電路的圖4象感測(cè)器件，其中形成所述互連包括形成氮化物阻擋物；和在氮化物阻擋物上形成下部阻擋金屬。


圖l是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的圖像傳感器的截面圖。
圖2至5是說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施方案制造圖像傳感器的方法的視圖。
圖6是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的圖像傳感器的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明圖像傳感器和其制造方法。在實(shí)施方案的描述中，應(yīng)理解，當(dāng)層(或膜)稱為在另一層或襯底"上"時(shí)，其可直接在所述另一層或村底上，或者也可存在中間層。此外，應(yīng)理解，當(dāng)層被稱為在另一層"下，，時(shí)，其可以直接在所述另一層下，或者也可存在一個(gè)或多個(gè)中間層。另外，也應(yīng)理解，當(dāng)層被稱為在兩層"之間"時(shí)，其可以是在所述兩層之間僅有的層，或也可存在一個(gè)或多個(gè)中間層。
圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的圖像傳感器的截面圖。圖2顯示根據(jù)第一實(shí)施方案的襯底100和層間電介質(zhì)160的詳圖。
參考圖l和2，根據(jù)第一實(shí)施方案的圖像傳感器包括在第一襯底100上的讀出電路120;在第一襯底100上的層間電^^質(zhì)160;在層間電^h質(zhì)160中并電連接至讀出電路120的互連150;在互連150上并通過(guò)互連150電連接至讀出電路120的圖像感測(cè)器件210。如圖1所示，互連150可包括下部阻擋金屬(層153p、 153q);和在下部阻擋金屬(層153p、 153q )下形成的氮化物阻擋物153n。雖然圖l顯示第三金屬153，但是實(shí)施方案不限于此。例如，氮化物阻擋物可形成在用于互連的每一層金屬(例如，第一金屬151、第二金屬152和第三金屬153)的下部阻擋金屬之下。
圖像感測(cè)器件210可為光電二極管。然而，本發(fā)明實(shí)施方案不限于此。例如，圖像感測(cè)器件210可為光柵或者光電二極管和光柵的組合。實(shí)施方案包括形成在晶體半導(dǎo)體層中的光電二極管作為一個(gè)實(shí)例(但是不限于此)，包括形成在非晶半導(dǎo)體層中的光電二極管.
以下將參考說(shuō)明制造圖像傳感器的方法的附圖，描述圖1中未說(shuō)明的附圖標(biāo)記。
以下，將參考圖2~5描述根據(jù)第一實(shí)施方案制造圖像傳感器的方法。
如圖2所示，制備包括互連150和讀出電路120的第一襯底100。
通過(guò)在第 一襯底100中形成器件隔離層110限定有源區(qū)。讀出電路120在有源區(qū)上形成并可包括轉(zhuǎn)移晶體管(Tx) 121、重置晶體管(Rx) 123、驅(qū)動(dòng)晶體管(Dx) 125和選擇晶體管(Sx) 127。對(duì)于每個(gè)晶體管，可形成包括浮置擴(kuò)散區(qū)域(FD) 131以及源;fel/漏極區(qū)133、 135和137的離子注入?yún)^(qū)域130。在一個(gè)實(shí)施方案中，可加入噪聲排除電路(未顯示)以改善靈敏度.
在第一襯底100上形成讀出電路120可包括在第一襯底100上形成電結(jié)區(qū)140和在電結(jié)區(qū)140的上部形成連接至互連150的第一導(dǎo)電型連接147。例如，電結(jié)區(qū)140可以是P-N結(jié)140,但是不限于此。例如，電結(jié)區(qū)140可包括在第二導(dǎo)電型阱141或第二導(dǎo)電型外延層上形成的第一導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)域143、以及在第一導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)域143上形成的第二導(dǎo)電型離子注入層145。例如，參考圖2， P-N結(jié)140可以是P0(145)/N-(143)/P-(141)結(jié)，但是實(shí)施方案不限于此。此外，第一襯底100可以是笫二導(dǎo)電型，但是實(shí)施方案不限于此。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，器件設(shè)計(jì)為在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)的源極和漏極之間提供電位差，由此使得光電荷能夠完全轉(zhuǎn)儲(chǔ)(dumping).因此，在光電二極管中產(chǎn)生的光電荷轉(zhuǎn)儲(chǔ)至浮置擴(kuò)散區(qū)域，由此提高輸出圖像靈敏度。
即，參考圖2,在包含讀出電路120的第一襯底100中形成電結(jié)區(qū)140，以提供轉(zhuǎn)移晶體管(Tx) 121的源極和漏極之間的電位差，由此實(shí)現(xiàn)光電荷的完全轉(zhuǎn)儲(chǔ)。
以下，將詳細(xì)地描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的光電荷的轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，和具有N+結(jié)的浮置擴(kuò)散(FD)131節(jié)點(diǎn)不同，電結(jié)區(qū)140的P/N/P結(jié)140在預(yù)定電壓下被截止(夾斷)而沒(méi)有向其完全地轉(zhuǎn)移施加的電壓。該電壓被稱作釘扎電壓(pinning voltage )。釘扎電壓取決于P0(145)和N-(143)摻雜濃度。
特別地，在光電二極管210中產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移至PNP結(jié)140，并且當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管(Tx) 121導(dǎo)通時(shí)它們轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散(FD) 131節(jié)點(diǎn)以轉(zhuǎn)化為電壓。
P0/N-yT-結(jié)140的最大電壓變?yōu)獒斣妷海現(xiàn)D 131節(jié)點(diǎn)的最大電壓變?yōu)閂dd-VtbR"因此，由于Tx 131的源極和漏極之間的電位差，沒(méi)有電荷共享，在5、片上的光電二極管210中產(chǎn)生的電子可完全轉(zhuǎn)儲(chǔ)至FD 131節(jié)點(diǎn)。
即，才艮據(jù)該實(shí)施方案，在第一襯底100的硅襯底(Si-Sub)中形成 0/]\-/ -阱結(jié)而不是N十/P-阱結(jié)。其原因是，在四晶體管有源像素傳感器(4-Tr APS)重置操作中，正(+ )電壓施加于PO/N-ZP-阱結(jié)中的N-區(qū)域(143)，接地電壓施加于P0區(qū)域(145)和P畫阱(141),因此P0/N畫/P國(guó)阱雙結(jié)在預(yù)定電壓或更高電壓下產(chǎn)生截止，如同在BJT結(jié)構(gòu)中一樣。這稱為釘扎電壓。因此，在Tx 121的源極和漏極之間產(chǎn)生電位差，因此在Tx導(dǎo)通/斷開操作中由于光電荷通過(guò)Tx從源極處的N-區(qū)域4^P轉(zhuǎn)儲(chǔ)至FD，使
7得能夠抑制電荷共享現(xiàn)象。
因此，和簡(jiǎn)單地連接光電二極管至N+結(jié)的相關(guān)技術(shù)的情況不同，該實(shí)施方案使得能夠抑制飽和度減小和靈敏度降低。
此后，在光電二極管和讀出電落t間形成第一導(dǎo)電型連接147以產(chǎn)生光電荷的平滑的傳輸途徑，由此使得能夠最小化暗電流源并抑制飽和度減小和靈^t度降寸氐。
為此，在P0/N-ZP-結(jié)140的表面上，第一實(shí)施方案可形成N+摻雜區(qū)域作為第一導(dǎo)電型連接147用于歐^f接觸。可形成N+區(qū)域(147)使得其穿透P0區(qū)域(145 )以接觸N-區(qū)域(143 )。
另一方面，可最小化第一導(dǎo)電型連接147的寬度，以抑制第一導(dǎo)電型連接147成為泄漏源。為此，可在蝕刻用于第一金屬接觸151a的接觸孑L之后實(shí)施塞注入，但是實(shí)施方案不限于此。作為另一個(gè)實(shí)例，可形成離子注入圖案(未顯示)，可使用離子注入圖案作為離子注入掩模來(lái)形成第一導(dǎo)電型連接147。
即，如第一實(shí)施方案中所述，僅僅對(duì)接觸形成區(qū)域局部實(shí)施N+摻雜的原因是最小化暗信號(hào)和實(shí)現(xiàn)歐姆接觸的平滑形成。如果Tx源極區(qū)域的整個(gè)寬度是如相關(guān)技術(shù)一樣進(jìn)行N+摻雜的，那么由于Si表面懸掛鍵導(dǎo)致暗信號(hào)可能增大。
然后，在第一襯底100上可形成層間電介質(zhì)160,并且可形成互連150?；ミB150可包括第一金屬接觸151a、第一金屬151、第二金屬152、第三金屬153和第四金屬接觸154a,但是實(shí)施方案不限于此。
以下，將參考圖3 ~ 4描述制造包括氮化物阻擋物153n的第三金屬153的方法。
在第一村底100上可形成第一金屬151和第二金屬152，在第二金屬152上形成笫一層間電介質(zhì)160a。
然后參考圖3，在第一層間電^h質(zhì)160a上形成氮化物阻擋物153n。例如，在第一層間電介質(zhì)160a上可形成SiN，但是實(shí)施方案不限于此。
然后，通過(guò)通孔工藝，可穿過(guò)氮化物阻擋物153n形成第三金屬接觸153a。
參考圖4，可形成下部阻擋物例如層153p和153q、第三金屬線153m和上部阻擋物例如層153r和153s。例如，下部阻擋物153p、 153q可以是Ti(153p)和TiN(153q)的堆疊層結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方案中，第三金屬線153m可以是A1。此外，上部阻擋物153r、 153s可以是Ti(153r)和TiN(153s)的堆疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，實(shí)施方案不限于此。
接著，在金屬圖案化工藝之后，可通過(guò)依次地蝕刻上部阻擋物153r、153s、第三金屬線153m和下部阻擋物153p、 153q形成第三金屬153。
此時(shí)，可通過(guò)過(guò)蝕刻下部阻擋物153p、 153q〗吏得氮化物阻擋物153n在每個(gè)像素中被隔離。
然后，在經(jīng)蝕刻的間隔上(例如，在第三金屬153之上和之間)形成第二層間電介質(zhì)160b，并且在實(shí)施用于暴露上部阻擋物(例如，上部阻擋物的層153r、 153s的層153s )的通孔工藝之后，可形成第四金屬接觸154a。
實(shí)施方案提供了通過(guò)形成氮化物阻擋物來(lái)阻擋Ti擴(kuò)散從而抑制暗電流的圖像傳感器。
如圖5所示，可在互連150上形成圖4象感測(cè)器件210。
例如，通過(guò)注入離子到第二襯底(未顯示)的晶體半導(dǎo)體層中，可形成包括高濃度P-型導(dǎo)電層216、低濃度N-型導(dǎo)電層214和高濃度N-型導(dǎo)電層212的圖《象感測(cè)器件210，但是實(shí)施方案不限于此。
然后，在其中形成圖像感測(cè)器件210的第二襯底掩^至互連150之后，移除第二襯底以留下圖像感測(cè)器件210。
然后，圖^象感測(cè)器件210可根據(jù)單位^象素來(lái)隔離，并且在圖像感測(cè)器件210上可形成上部電極(未顯示)和濾色器(未顯示)。
圖6是根據(jù)第二實(shí)施方案的圖像傳感器的截面圖，顯示包含形成在其中的互連150的第一襯底的詳圖。
第二實(shí)施方案提供一種圖像傳感器，包括在第一村底100上的讀出電路120;在第一襯底100上的層間電介質(zhì)160;在層間電介質(zhì)160中并電連接至讀出電路120的互連150;和在互連150上并通過(guò)互連150電連接至讀出電路120的圖像感測(cè)器件210?；ミB150包括在下部阻擋金屬153p、153q之下形成的氮化物阻擋物153n。氮化物阻擋物可形成在用于互連的每一層金屬的下部阻擋金屬之下。
第二實(shí)施方案可采用第一實(shí)施方案的技術(shù)特征。然而，和笫一實(shí)施方案不同，在電結(jié)區(qū)140的一側(cè)形成第一導(dǎo)電型連接148。
根據(jù)第二實(shí)施方案，器件設(shè)計(jì)為在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)的源極和漏極之間4C供電位差，由此4吏得光電荷能夠完全轉(zhuǎn)儲(chǔ)。
根據(jù)第二實(shí)施方案，在光電二極管和讀出電漆t(yī)間形成電荷連接區(qū)域以產(chǎn)生光電荷的平滑的傳輸途徑，由此使得能夠最小化暗電流源并抑制飽和度減小和靈敏度降低。
N+連接區(qū)域148可在P0/N-ZP-結(jié)140處形成，用于歐姆接觸。在這種情況下，在N+連接區(qū)域148和第一接觸塞151a的形成工藝期間可產(chǎn)生泄漏源。這是因?yàn)楫?dāng)反向偏壓施加于P0/N-ZP-結(jié)140時(shí)，電場(chǎng)(EF)可由于操作而在Si表面上產(chǎn)生。在電場(chǎng)內(nèi)部在接觸形成工藝期間產(chǎn)生的晶體缺陷可變?yōu)樾孤┰础?br> 而且，當(dāng)在PO/NVP-結(jié)140的表面上形成N+連接區(qū)域148時(shí)，由于N+/PO結(jié)148/145，可另外產(chǎn)生電場(chǎng)。該電場(chǎng)也可變?yōu)樾孤┰础?br> 因此，第二實(shí)施方案提出一種布局，其中在未摻雜有PO層但是包含連接至N-區(qū)域143的N+連接區(qū)域148的有源區(qū)中形成第一接觸塞151a。
根據(jù)第二實(shí)施方案，在Si表面上和/或上方不產(chǎn)生電場(chǎng)。因此，3D集成CIS的暗電流可進(jìn)一步減小。
在本說(shuō)明書中對(duì)"一個(gè)實(shí)施方案"、"實(shí)施方案"、"示例性實(shí)施方案"等的任何引用，表示與該實(shí)施方案相關(guān)描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。在說(shuō)明書不同地方出現(xiàn)的這些#^1不必都涉;M目同的實(shí)施方案。此外，當(dāng)結(jié)合任意實(shí)施方案描述具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，認(rèn)為結(jié)合其它的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或特性均在本領(lǐng)域技術(shù)人員的范圍之內(nèi)。
雖然參考大量其說(shuō)明性的實(shí)施方案已經(jīng)描述了一些實(shí)施方案，但^
理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計(jì)4艮多的其它改變和實(shí)施方案，這些也將落入本公開的原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地，在說(shuō)明書、附圖和所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在本發(fā)明主題組合排列的構(gòu)件和/或配置中可能具有各種的變化和改變。除構(gòu)件和/或配置的變化和改變之外，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可替代的用途也會(huì)是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括在第一襯底上的讀出電路；在所述第一襯底上的層間電介質(zhì)；在所述層間電介質(zhì)中并電連接至所述讀出電路的互連；和在所述互連上并通過(guò)所述互連電連接至所述讀出電路的圖像感測(cè)器件，其中所述互連包括下部阻擋金屬；和在所述下部阻擋金屬之下形成的氮化物阻擋物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，其中所述互連還包括 穿過(guò)所述氮化物阻擋物的接觸塞； 在所述下部阻擋金屬上的金屬層；和 在所述金屬層上的上部阻擋金屬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述下部阻擋金屬形成在所 述接觸塞和所述氮化物阻擋物上并與所述接觸塞和所述氮化物阻擋物接
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，還包括在所述第一襯底中并電連 接所述互連至所述讀出電路的電結(jié)區(qū)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像傳感器，其中所述讀出電路在晶體管的源 極和漏極之間具有電位差，所述電結(jié)區(qū)位于所述晶體管的所述源極處。
6. —種制造圖像傳感器的方法，包括 在第一襯底上形成讀出電路； 在所述第一襯底上形成層間電介質(zhì)； 在所述層間電介質(zhì)中形成電連接至所述讀出電路的互連；和 在所述互連上形成通過(guò)所述互連電連接至所述讀出電路的圖像感測(cè)器件，其中所述互連的形成包括形成下部阻擋金屬；和在所述下部阻擋金屬之下形成氮化物阻擋物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中所述互連的形成還包括 在形成所述下部阻擋金屬之前形成穿過(guò)所述氮化物阻擋物的接觸塞； 在所述下部阻擋金屬上形成金屬層；和 在所述金屬層上形成上部阻擋金屬。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所述第一襯底中形成電結(jié)區(qū)， 其中所述電結(jié)區(qū)電連接所述互連至所述讀出電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括在所述電結(jié)區(qū)和所述互連之間形 成第一導(dǎo)電型連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電型連接在所述電結(jié)區(qū) 的一側(cè)形成并電連接所述互連至所述電結(jié)區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施方案提供一種圖像傳感器及其制造方法。圖像傳感器包括讀出電路、層間電介質(zhì)、互連和圖像感測(cè)器件。所述互連包括下部阻擋金屬和在下部阻擋金屬之下形成的氮化物阻擋物。穿過(guò)氮化物阻擋物，形成電連接下部阻擋金屬至下部互連的接觸塞阻擋物。
文檔編號(hào)H01L21/82GK101674425SQ20091017360
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者洪志勛 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司