專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造cmos圖像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容涉及一種半導(dǎo)體器件，且更具體地，涉及一種用于制造互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法。
背景技術(shù)：
總體上，圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。更具體地，電荷耦合器件(CCD)是具有多個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容器的器件，每個(gè)電容器被形成在彼此最接近的范圍，其中載流子電荷被存儲(chǔ)且被傳輸?shù)矫總€(gè)電容器。
電荷耦合器件(CCD)包括多個(gè)光電二極管(PD)、多個(gè)垂直電荷耦合器件(VCCD)、水平電荷耦合器件(HCCD)、以及感測(cè)放大器。在此，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電二極管以矩陣的形式被排列。垂直電荷耦合器件被形成在以矩陣形式被排列且被形成在垂直方向的每個(gè)光電二極管之間，以便于在垂直方向傳輸由每個(gè)光電二極管所產(chǎn)生的電荷。水平電荷耦合器件在水平方向上傳輸從垂直電荷耦合器件所傳輸?shù)碾姾?。感測(cè)放大器感測(cè)出在水平方向上所傳輸?shù)碾姾刹⑶逸敵鏊鲭姾伞?br> 然而，上面說(shuō)明的CCD的缺點(diǎn)在于它具有復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方法、消耗大量能量、并且要求多個(gè)照相過(guò)程(photo process)，這使制造過(guò)程復(fù)雜化。在CCD中，控制電路、信號(hào)處理電路、以及模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器電路不可能被輕易地集成到CCD中，且結(jié)果是，所述器件不可能以緊湊的尺寸而形成。
最近，為了克服CCD這樣的缺點(diǎn)，CMOS圖像傳感器被認(rèn)為是下一代圖像傳感器。CMOS圖像傳感器采用CMOS技術(shù)，其使用控制電路和信號(hào)處理電路作為外圍設(shè)備。CMOS技術(shù)形成對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體基片上的單元象素?cái)?shù)量的MOS晶體管。CMOS圖像傳感器是使用切換方法的器件，所述方法通過(guò)使用MOS晶體管可以順序地檢測(cè)每個(gè)單元象素的輸出。更具體地，通過(guò)在每個(gè)單元象素中形成光電二極管和MOS晶體管，CMOS圖像傳感器可以通過(guò)使用切換方法順序地檢測(cè)每個(gè)單元象素的電信號(hào)，由此來(lái)表示圖像。
還有，因?yàn)镃MOS圖像傳感器使用CMOS制造技術(shù)，所以CMOS圖像傳感器因更少數(shù)量的照相過(guò)程，導(dǎo)致消耗更少量的能量、并且使用相對(duì)簡(jiǎn)單的制造過(guò)程。此外，在CMOS圖像傳感器中，控制電路、信號(hào)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換器電路等可以被集成到CMOS圖像傳感器芯片中，由此允許CMOS圖像傳感器以緊湊的尺寸被形成。因此，CMOS圖像傳感器被廣泛地使用在各種應(yīng)用中，如數(shù)字靜照相機(jī)、數(shù)字視頻照相機(jī)等。
與此同時(shí)，取決于所使用的晶體管的數(shù)量，CMOS圖像傳感器可以被分成3晶體管(3T)類(lèi)型、4晶體管(4T)類(lèi)型、以及5晶體管(5T)類(lèi)型的CMOS圖像傳感器。3T類(lèi)型包括一個(gè)光電二極管和三個(gè)晶體管。4T類(lèi)型包括一個(gè)光電二極管和四個(gè)晶體管。以及5T類(lèi)型包括一個(gè)光電二極管和五個(gè)晶體管?，F(xiàn)在將對(duì)3T類(lèi)型CMOS圖像傳感器的單元象素的等效電路和布局詳細(xì)加以說(shuō)明。
圖1示例公知的CMOS圖像傳感器的等效電路圖，以及圖2示例公知的CMOS圖像傳感器的布局圖。如圖1中所示，通用3T類(lèi)型CMOS圖像傳感器的單元象素包括一個(gè)光電二極管(PD)和三個(gè)nMOS晶體管(T1，T2和T3)。光電二極管(PD)的陰極被連接到第一nMOS晶體管(T1)的漏極及第二nMOS晶體管(T2)的柵極。每個(gè)第一和第二晶體管(T1和T2)的源極被連接到提供參考電壓(VR)的電源線。第一nMOS晶體管(T1)的柵極被連接到供應(yīng)復(fù)位信號(hào)(RST)的復(fù)位線。還有，第三nMOS晶體管(T3)的源極被連接到第二nMOS晶體管(T2)的漏極。第三nMOS晶體管(T3)的漏極通過(guò)信號(hào)線被連接到讀取器電路(未被示出)。第三nMOS晶體管(T3)的柵極被連接到提供選擇信號(hào)(SLCT)的列選擇線。因此，第一nMOS晶體管(T1)將被稱(chēng)為復(fù)位晶體管(Rx)、第二nMOS晶體管(T2)將被稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)器晶體管(Dx)、以及第三nMOS晶體管(T3)將被稱(chēng)為選擇晶體管(Sx)。
參考圖2，在通用3T類(lèi)型CMOS晶體管的單元象素中，光電二極管20被形成在活性區(qū)上，并且更具體地，被形成在具有較大寬度的部分活性區(qū)上。彼此重疊的三個(gè)晶體管的柵電極120、130和140被形成在活性區(qū)的剩余部分上。更具體地，柵電極120形成復(fù)位晶體管(Rx)，柵晶體管130形成驅(qū)動(dòng)器晶體管(Dx)，以及柵電極140形成選擇晶體管(Sx)。在此，雜質(zhì)離子被注入在除了柵電極120、130和140下部以外的每個(gè)晶體管的活性區(qū)10中，以便于形成每個(gè)晶體管的源極/漏極區(qū)。因此，功率電壓Vdd被施加到復(fù)位晶體管(Rx)和驅(qū)動(dòng)器晶體管(Dx)之間的源極/漏極區(qū)，以及在選擇晶體管(Sx)一側(cè)上的源極/漏極區(qū)被連接到讀取器電路(未被示出)。
如上面所說(shuō)明，雖然在圖中未被示出，但是每個(gè)柵電極120、130及140被連接到每個(gè)信號(hào)線，并且每個(gè)信號(hào)線在一端被提供有墊(pad)，以便于被連接到外部驅(qū)動(dòng)電路。現(xiàn)在將詳細(xì)說(shuō)明被提供有墊的信號(hào)線以及下述制造過(guò)程。
圖3A至3E示例公知CMOS圖像傳感器的每個(gè)信號(hào)線的橫斷面視圖以及在形成信號(hào)線之后制造公知CMOS圖像傳感器的過(guò)程步驟。參考圖3A，絕緣層101(例如氧化物層)，如柵絕緣層或?qū)娱g電介質(zhì)被形成在半導(dǎo)體基片100上，并且每個(gè)信號(hào)線的金屬墊102被形成在絕緣層101上。如圖2中所示，金屬墊102可由如柵電極120、130和140的相同材料而形成，并且被形成在相同的層上。作為選擇地，金屬墊102還可通過(guò)單獨(dú)接觸由不同材料而形成，并且通常由鋁(Al)而形成。還有，保護(hù)層103被形成在包括金屬墊102的絕緣層101的整個(gè)表面上。
如圖3B中所示，光敏層104被形成在保護(hù)層103上并且通過(guò)使用照相制版過(guò)程(photolithography process)光敏層104被曝光且被顯影，由此暴露了金屬墊102的上部。然后，通過(guò)將光敏層104作為掩模來(lái)使用，保護(hù)層103被選擇性地蝕刻，以在金屬墊102上形成開(kāi)口105。最終，光敏層104被去除。
參考圖3C，第一平面化(planarization)層106被沉積在保護(hù)層103的整個(gè)表面上。還有，通過(guò)使用掩模利用光蝕刻過(guò)程對(duì)第一平面化層106加以處理，僅金屬墊區(qū)域的部分被去除。然后，對(duì)應(yīng)于每個(gè)光電二極管區(qū)(未被示出)藍(lán)濾色器層107、綠濾色器層108以及紅濾色器層109被順次地形成在第一平面化層106上。在這個(gè)實(shí)例中，通過(guò)沉積對(duì)應(yīng)色的光致抗蝕劑，并且隨后通過(guò)使用單獨(dú)的掩模利用光刻過(guò)程對(duì)光致抗蝕劑加以處理而形成濾色器層。
如圖3D中所示，第二平面化層111被形成在包括濾色器層107、108和109的整個(gè)基片表面上，并且隨后第二平面化層111通過(guò)使用掩模利用光刻過(guò)程被加以處理，以便于第二平面化層111僅保留在除金屬墊區(qū)域以外的部分上。參考圖3E，對(duì)應(yīng)于每個(gè)濾色器層107、108和109的微透鏡112被形成在第二平面化層111上。此外，利用探測(cè)試驗(yàn)對(duì)通過(guò)上述方法而制造的CMOS圖像傳感器加以測(cè)試，以為了檢查接觸電阻。然后，當(dāng)沒(méi)有檢測(cè)出問(wèn)題時(shí)，金屬墊被電連接到外部驅(qū)動(dòng)電路。
然而，上述公知的CMOS圖像傳感器和用于制造其的方法具有下述缺點(diǎn)。在金屬墊上形成開(kāi)口之后，第一平面化層、紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)濾色器層、第二平面化層、以及微透鏡被順序地形成。然后，在金屬墊被曝光的同時(shí)進(jìn)行隨后的過(guò)程。因而，由于隨后的過(guò)程，導(dǎo)致金屬墊被TMAH基的堿溶液所破壞，所述溶液將金屬墊改變成硬型鋁(Al)，從而增加了接觸電阻，這在進(jìn)行探測(cè)測(cè)試時(shí)導(dǎo)致較大數(shù)量的失敗。
還有，當(dāng)進(jìn)行探測(cè)測(cè)試時(shí)，可執(zhí)行較深的探測(cè)過(guò)程，這將金屬墊的表面切去，以為了降低接觸電阻。在這種情況下，可產(chǎn)生大量金屬顆粒，其使光電二極管無(wú)能力發(fā)揮作用，從而降低了產(chǎn)品收得率。
在上述公知的圖像傳感器制造方法中，在形成微透鏡之后可在金屬墊上形成開(kāi)口。然而，濾色器層由光敏材料形成。結(jié)果是，當(dāng)在形成微透鏡之后通過(guò)使用光刻過(guò)程而形成金屬墊上的開(kāi)口時(shí)，濾色器層可被破壞。因此，不可能在形成微透鏡之后在金屬墊上形成開(kāi)口。


圖1示例公知CMOS圖像傳感器的等效電路圖。
圖2示例公知CMOS圖像傳感器的布局圖。
圖3A至3E示例公知CMOS圖像傳感器的每個(gè)信號(hào)線的橫斷面視圖，以及在形成信號(hào)線之后制造公知CMOS圖像傳感器的過(guò)程步驟。
圖4A至4F示例實(shí)例CMOS圖像傳感器的每個(gè)信號(hào)線的橫斷面視圖，以及在形成信號(hào)線之后制造實(shí)例CMOS圖像傳感器的過(guò)程步驟。
具體實(shí)施例方式
總體上，在此所說(shuō)明的實(shí)例方法和裝置提供了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。尤其地，在一個(gè)實(shí)例中，在金屬墊上形成開(kāi)口之后，阻擋層被形成在金屬墊接觸孔中，以保護(hù)金屬墊免受隨后的過(guò)程，從而降低了接觸電阻并且增強(qiáng)了產(chǎn)品收得率。
一個(gè)實(shí)例方法包括在其上限定有活性區(qū)和墊區(qū)的基片的墊區(qū)中形成金屬墊；在包括金屬墊的整個(gè)基片表面上形成保護(hù)層并且選擇性地去除保護(hù)層，由此給金屬墊開(kāi)口；在包括已開(kāi)口的金屬墊的整個(gè)基片表面上形成阻擋層，其中所述阻擋層被形成為具有預(yù)定的厚度；在對(duì)應(yīng)于活性區(qū)的阻擋層上形成R、G和B濾色器層；在每個(gè)濾色器層上形成微透鏡；以及去除墊區(qū)上的阻擋層。所述實(shí)例方法可進(jìn)一步包括在基片和金屬墊之間形成絕緣層；在阻擋層和濾色器層之間形成第一平面化層以及在濾色器層和微透鏡之間形成第二平面化層；以及在給金屬墊開(kāi)口之后并在形成阻擋層之前，進(jìn)行第一處理工藝(curingprocess)，以便于去除可腐蝕金屬墊表面的腐蝕性材料。
阻擋層可由PE氧化物層、PE TEOS層、以及PE氮化物層之一而形成。阻擋層可被形成為具有范圍在200至600埃()的厚度。金屬墊可由鋁(Al)而形成。
形成微透鏡以及去除墊區(qū)的阻擋層可被同時(shí)執(zhí)行。還有，用于制造CMOS圖像傳感器的方法可進(jìn)一步包括在去除墊區(qū)的阻攔層之后利用N2氣執(zhí)行RIE處理工藝，以去除可能保留在金屬墊表面上的腐蝕性材料。
圖4A至4F示例實(shí)例CMOS圖像傳感器的每個(gè)信號(hào)線的橫斷面視圖，以及在形成信號(hào)線之后制造實(shí)例CMOS圖像傳感器的過(guò)程步驟。參考圖4A，絕緣層101，如柵絕緣層或?qū)娱g電介質(zhì)被形成在半導(dǎo)體基片100上，并且每個(gè)信號(hào)線的金屬墊102被形成在絕緣層101上。如圖2中所示，金屬墊102可由如柵電極120、130和140的相同材料而形成，并且被形成在相同的層上。作為選擇地，金屬墊102還可通過(guò)單獨(dú)接觸由不同材料而形成，并且通常由鋁(Al)而形成。還有，保護(hù)層103被形成在包括金屬墊102的絕緣層101的整個(gè)表面上。
如圖4B中所示，光敏層104被形成在保護(hù)層103上并且通過(guò)使用照相制版過(guò)程光敏層104被曝光且被顯影，由此暴露了金屬墊102的上部。然后，通過(guò)將光敏層104作為掩模來(lái)使用，保護(hù)層103被選擇性地蝕刻，以在金屬墊102上形成開(kāi)口105。最終，光敏層104被去除。在這之后，當(dāng)對(duì)保護(hù)層103進(jìn)行蝕刻時(shí)，腐蝕已暴露金屬墊表面的腐蝕性材料(例如，氟)可能保留。第一處理工藝(例如，除氣)被執(zhí)行以便于去除可能保留的腐蝕性材料。
參考圖4C，阻擋層113被沉積在其上形成有金屬墊開(kāi)口105的整個(gè)基片表面上。阻擋層113由等離子增強(qiáng)(PE)氧化物層、PE TEOS層以及PE氮化物層之一所形成，并且阻擋層113被形成為具有在200至600埃()范圍內(nèi)的厚度。
如圖4D中所示，第一平面化層106被沉積在保護(hù)層103的整個(gè)表面上。通過(guò)使用掩模利用光蝕刻過(guò)程對(duì)第一平面化層106加以處理，僅金屬墊區(qū)域的部分被去除。然后，對(duì)應(yīng)于每個(gè)光電二極管區(qū)(未被示出)藍(lán)濾色器層107、綠濾色器層108以及紅濾色器層109被順次地形成在第一平面化層106上。在此處所說(shuō)明的實(shí)例中，通過(guò)沉積對(duì)應(yīng)色的光致抗蝕劑，并且隨后通過(guò)使用單獨(dú)的掩模利用光刻過(guò)程對(duì)光致抗蝕劑加以處理而形成濾色器層。
如圖4E中所示，第二平面化層111被形成在包括濾色器層107、108和109的整個(gè)基片表面上，并且隨后第二平面化層111通過(guò)使用掩模利用光刻過(guò)程被加以處理，以便于第二平面化層111僅保留在除金屬墊區(qū)域以外的部分上。
參考圖4F，電介質(zhì)材料被形成在第二平面化層111上，并且光刻過(guò)程被進(jìn)行，以便于選擇性地去除電介質(zhì)材料。然后，對(duì)應(yīng)于每個(gè)濾色器層107、108和109的微透鏡112被形成。在這點(diǎn)上，無(wú)需添加單獨(dú)的掩模，通過(guò)進(jìn)行地氈蝕刻過(guò)程(blanket etching process)金屬墊102上部上的阻擋層113被同時(shí)去除。此外，當(dāng)阻攔層113被去除之后，可腐蝕金屬墊的氟離子可能仍然保留在金屬墊102上。因此，通過(guò)使用N2氣進(jìn)行RIE處理工藝，由此去除保留在金屬墊102表面上的全部氟離子。
此外，雖然在此所說(shuō)明的實(shí)例方法就有關(guān)制造圖像傳感器，更具體地CMOS圖像傳感器而被加以說(shuō)明，但是實(shí)例方法還可被不受限制地應(yīng)用于制造CCD圖像傳感器、CMOS圖像傳感器或類(lèi)似CMOS圖像傳感器。
如上所說(shuō)明，用于制造CMOS圖像傳感器的實(shí)例方法有利地提供了阻擋層，所述阻擋層用于保護(hù)金屬墊免受在隨后過(guò)程中所使用的顯影溶液或蝕刻溶液。結(jié)果是，金屬墊受到腐蝕保護(hù)，由此降低了金屬墊的接觸電阻。此外，因?yàn)樵谔綔y(cè)測(cè)試期間金屬墊的接觸電阻被降低，所以并不需要切去金屬墊表面的深探測(cè)過(guò)程，由此防止因金屬墊顆粒而導(dǎo)致光電二極管無(wú)法發(fā)揮功能。
雖然在此所說(shuō)明的實(shí)例裝置和方法適用于寬的應(yīng)用范圍，但是它們尤其適合于降低在墊探測(cè)過(guò)程期間所形成的金屬墊顆粒，由此提供了具有得到增強(qiáng)的光接收特征的高質(zhì)量圖像傳感器。
雖然在此已經(jīng)參考實(shí)例實(shí)施例對(duì)實(shí)例加以詳細(xì)說(shuō)明，但是要理解到這個(gè)專(zhuān)利的覆蓋范圍并不被局限于所公開(kāi)的實(shí)施例，而是相反，其旨在覆蓋被包括在所附權(quán)利要求實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的各種修改和等效設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于制造互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法，包括在其上限定活性區(qū)和墊區(qū)的基片的墊區(qū)中形成金屬墊；在包括金屬墊的整個(gè)基片表面上形成保護(hù)層，并且選擇性地去除保護(hù)層以給金屬墊開(kāi)口；在包括已開(kāi)口的金屬墊的整個(gè)基片表面上形成具有預(yù)定厚度的阻攔層；在對(duì)應(yīng)于活性區(qū)的阻擋層上形成紅、綠和藍(lán)濾色器層；在每個(gè)濾色器層上形成微透鏡；以及去除所述墊區(qū)上的阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在基片和金屬墊之間形成絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在阻擋層和濾色器層之間形成第一平面化層以及在濾色器層和微透鏡之間形成第二平面化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括在給金屬墊開(kāi)口之后且在形成阻擋層之前進(jìn)行第一處理工藝，以去除可腐蝕金屬墊表面的腐蝕性材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述阻擋層由PE氧化物層、PE TEOS層、或PE氮化物層之一而形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述阻擋層被形成為具有范圍在200至600埃的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬墊由鋁而形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成微透鏡和去除墊區(qū)的阻擋層被同時(shí)執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括在去除墊區(qū)的阻擋層之后，使用N2氣執(zhí)行處理工藝，以去除可能保留在金屬墊表面上的腐蝕性材料。
全文摘要
一種用于制造互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法被加以公開(kāi)。實(shí)例方法在其上限定活性區(qū)和墊區(qū)的基片的墊區(qū)中形成金屬墊；在包括金屬墊的整個(gè)基片表面上形成保護(hù)層以及選擇性地去除保護(hù)層以給金屬墊開(kāi)口；以及在包括已開(kāi)口的金屬墊的整個(gè)基片表面上形成具有預(yù)定厚度的阻擋層。附加地，所述實(shí)例方法在對(duì)應(yīng)于活性區(qū)的阻擋層上形成紅、綠和藍(lán)濾色器層；在每個(gè)濾色器層上形成微透鏡；以及去除墊區(qū)上的阻擋層。
文檔編號(hào)H04N5/369GK1741279SQ20041010349
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月24日
發(fā)明者黃儁 申請(qǐng)人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社