專利名稱：包括光吸收層的圖像傳感器集成電路器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路器件，尤其涉及圖像傳感器集成電路器件，及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，在各種不同的裝置當(dāng)中均提供了數(shù)字圖像俘獲功能，其中包括范圍廣泛的數(shù)字照相機(jī)、移動(dòng)電話等。這樣的數(shù)字圖像俘獲裝置通常包括按“像素”俘獲圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感器陣列，其中，圖像傳感器的分辨率由像素?cái)?shù)量決定。由圖像傳感器陣列俘獲的圖像通常以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的形式表示，可以對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)加以顯示，或傳輸至其他裝置，此外，還可以對(duì)其進(jìn)行諸如圖像識(shí)別等圖像處理。對(duì)于圖像傳感器來講，通常采用的兩項(xiàng)技術(shù)包括電荷耦合器件(CCD)和CMOS圖像傳感器(CIS)。
圖1示出了一典型CCD10。如圖1所示，CCD10包括多個(gè)光探測(cè)器11。光探測(cè)器11的每一垂直列13連接至一垂直CCD移位寄存器15。所述垂直CCD移位寄存器連接至水平CCD移位寄存器17。所述水平移位寄存器17連接至輸出經(jīng)過放大的圖像信號(hào)的放大器19。由于CCD型傳感器通常不對(duì)所感測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行單個(gè)光探測(cè)器(像素)11水平上的放大，所以其能夠提供低噪聲，高均勻度的圖像信號(hào)，因而這種傳感器應(yīng)用廣泛，其中包括各種高質(zhì)量照相機(jī)。但是，CCD傳感器通常難于在單個(gè)集成電路器件(芯片)上集成其他功能。而且，其通常具有高能耗和低幀讀取速率。
在圖2的框圖中示出了典型的CIS配置。如圖2所示，CIS20包括傳感器陣列21，其中傳感器陣列21具有多個(gè)光探測(cè)器電路(有源像素)23。每一光探測(cè)器電路23包括一光探測(cè)器及其相關(guān)存取電路，在下文中，將參照?qǐng)D3對(duì)其加以說明。光探測(cè)器電路23按單元陣列的形式排列，行解碼器25和列解碼器26將從中選擇一個(gè)單元進(jìn)行讀取。從光探測(cè)器23讀取的信號(hào)經(jīng)列放大器27放大，之后通過輸出放大器29進(jìn)一步放大。因此，可以通過光探測(cè)器電路23對(duì)光探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行放大，并通過行放大器27和輸出放大器29進(jìn)一步放大。多級(jí)放大會(huì)導(dǎo)致高噪聲和較CCD裝置更大的不均勻度。但是，CIS通常更易于在單個(gè)集成電路器件中集成其他功能，并且通常能夠在更低的能耗下運(yùn)行，且可以提供更高的幀速率。
圖3示說明用于CIS光探測(cè)器電路30的傳統(tǒng)配置的電路圖。如圖3所示，光電轉(zhuǎn)換元件31俘獲入射光，并將入射光轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)電荷。傳輸晶體管31a將存儲(chǔ)的電荷從光電轉(zhuǎn)換元件31傳輸至浮置擴(kuò)散區(qū)32。重置(reset)晶體管33對(duì)浮置擴(kuò)散區(qū)32中累積的電荷重置。由驅(qū)動(dòng)晶體管34提供像素級(jí)放大，驅(qū)動(dòng)晶體管34在圖示中是作為源極跟隨器放大器示出的，它將輸出電壓VOUT緩沖至輸出線(Out)35。選擇晶體管36有選擇地將選定的光探測(cè)器電路30連接至輸出線35。如圖3所示，重置晶體管33和驅(qū)動(dòng)晶體管34的漏極連接至電源電壓VDD。選擇晶體管36的柵極連接至控制信號(hào)(RowSEL)線37。選擇晶體管36的源極連接至輸出線35。傳輸晶體管31a和重置晶體管33的柵極連接至相應(yīng)的控制信號(hào)線Tx38和Rx39。圖4中給出了圖3中用于排列在有源像素傳感器陣列40中的多個(gè)光探測(cè)器電路30的控制信號(hào)線Row SEL 37、Rx 39、Tx 38和輸出線35之間的關(guān)系。
圖5是用于光電轉(zhuǎn)換元件51的集成電路光探測(cè)器電路50的一部分的橫截面圖。如圖5所示，在一半導(dǎo)體襯底53中提供光電轉(zhuǎn)換元件51。應(yīng)當(dāng)理解的是圖5僅提供了對(duì)光電轉(zhuǎn)換元件51的簡(jiǎn)要說明，以對(duì)其運(yùn)行予以說明。在圖5中還給出了多個(gè)層間介電層55、55、55”和金屬層M1、M2和M3。
圖5中還示出了各種入射光線R1、R2、R3，其穿過與光電轉(zhuǎn)換元件51相關(guān)的光透射區(qū)59，光透射區(qū)59是由開口孔徑A1界定的，其通過層間介電層55、55’、55’延伸，從而使入射光被光電轉(zhuǎn)換元件51接收。通常，為了提供具有最佳分辨率的圖像，希望采用一種諸如有源像素傳感器陣列的傳感器陣列，使得穿過孔徑A1的光僅入射到相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件51上。但是，如圖5中的各種光線R1、R2、R3所示，各種入射光線穿過孔徑A1并落在相鄰光電轉(zhuǎn)換元件上將引起性能劣化。由于各個(gè)層間介電層55、55’、55”具有不同的折射率，所以將導(dǎo)致折射光線R1的產(chǎn)生。通過金屬層M1、M2和M3的上表面和/或側(cè)表面的反射，將產(chǎn)生反射光線R2。最后，由于包括孔徑A1的頂部金屬層M3與光電轉(zhuǎn)換元件51之間的位置差距離具有大于入射光線波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，因此，將產(chǎn)生衍射R3。折射光R1、反射光R2和衍射光R3將照射到臨近的不應(yīng)該接收光線的光電轉(zhuǎn)換元件上，這樣將導(dǎo)致與臨近像素光電轉(zhuǎn)換元件的串?dāng)_。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例所包含的集成電路器件包括一半導(dǎo)體襯底和一傳感器陣列區(qū)，所述傳感器陣列區(qū)包括位于半導(dǎo)體襯底上的陣列內(nèi)的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件。在傳感器陣列區(qū)上具有多個(gè)層間介電層，并且有多個(gè)光透射區(qū)從相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件穿過多個(gè)層間介電層延伸。在多個(gè)層間介電層中的一些層間介電層之間具有多個(gè)光反射元件，其位于光透射區(qū)之外和光透射區(qū)之間。在多個(gè)金屬元件中的一些的上表面上形成光吸收層，所述光吸收層將抑制光線從光透射區(qū)中的一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件反射至光透射區(qū)的另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，從而限制在多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之間產(chǎn)生的串?dāng)_。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，在一些金屬元件的上表面和側(cè)面形成光吸收層。所述光吸收層可以是鎢、鈦、氮化鎢、氮化鈦和/或氮化硅。所述集成電路器件可以是CMOS圖像傳感器(CIS)。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述的多個(gè)層間介電層包括位于所述傳感器陣列區(qū)上的第一層間介電層和位于第一層間介電層上的第二層間介電層。所述的多個(gè)反光金屬元件包括位于第一層間介電層上的第一金屬層，所述第一金屬層具有在一些光透射區(qū)之間延伸的部分，和第二金屬層，所述第二金屬層也具有在一些光透射區(qū)之間延伸的部分。所述光吸收層可以位于第二金屬層，也可以位于第一金屬層和第二金屬層上?？梢栽诘诙娱g介電層中提供多個(gè)溝槽，這些溝槽中的一些可以位于相應(yīng)的光透射區(qū)中，并與之相關(guān)聯(lián)，所述光吸收層可以沿溝槽的側(cè)壁延伸。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述光吸收層沿所述溝槽底部的一部分延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。所述孔徑可以具有不大于光電轉(zhuǎn)換元件的光接收尺寸的尺寸。所述孔徑可以是縱向延伸的孔徑，所述孔徑中的每一個(gè)均與光電轉(zhuǎn)換元件陣列的一行或一列中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二層間介電層包括下層、位于所述下層上的蝕刻停止層、位于所述蝕刻停止層上的上層、和穿過上層延伸至蝕刻停止層的溝槽?；蛘撸鰷喜劭梢源┻^第二層間介電層延伸至第一層間介電層當(dāng)中。所述第一層間介電層可以包括下層、位于所述下層上的蝕刻停止層、位于所述蝕刻停止層上的上層，而所述溝槽可以穿過上層延伸至第一層間介電層的蝕刻停止層。所述溝槽可以具有傾斜的側(cè)壁。所述光吸收層可以沿第二金屬層的側(cè)壁延伸。所述光吸收層可以從第二金屬層的側(cè)壁沿第二層間介電層的表面延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述光吸收層位于第一金屬層上?？梢栽诘谝粚娱g介電層上提供多個(gè)溝槽，一些溝槽位于相應(yīng)的光透射區(qū)中并與之相關(guān)，所述光吸收層可以沿所述溝槽的側(cè)壁延伸。所述光吸收層可以沿一部分溝槽底部延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。所述孔徑可以具有不大于光電轉(zhuǎn)換元件的光接收尺寸的尺寸。所述第一層間介電層可以包括下層、位于所述下層上的蝕刻停止層、位于所述蝕刻停止層上的上層，而所述溝槽可以穿過上層延伸至蝕刻停止層。所述光吸收層可以沿第一金屬層的側(cè)壁延伸，也可以從第一金屬層的側(cè)壁沿第一層間介電層的表面延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。第一金屬層的厚度可以小于1000埃()。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述的多個(gè)層間介電層進(jìn)一步包括位于第一層間介電層上第三層間介電層，所述的多個(gè)反光金屬元件進(jìn)一步包括位于第三層間介電層上的第三金屬層，所述第三金屬層具有在一些光透射區(qū)之間延伸的部分。所述光吸收層可以位于第三金屬層上?？梢栽诘谝弧⒌诙偷谌龑娱g介電層上提供多個(gè)溝槽，一些溝槽可以位于一些光透射區(qū)中，并與其相關(guān)聯(lián)，所述光吸收層可以沿所述溝槽的側(cè)壁延伸。所述第一層間介電層包括下層、位于所述下層上的蝕刻停止層、位于所述蝕刻停止層上的上層，而所述溝槽可以穿過上層延伸至蝕刻停止層。
在本發(fā)明的其他一些實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體襯底中為每一光電轉(zhuǎn)換元件提供了一浮置擴(kuò)散區(qū)，其用于累積接收自光電轉(zhuǎn)換元件的電荷，一導(dǎo)電接觸從浮置擴(kuò)散區(qū)穿過第一層間介電層延伸至第一金屬層。可以針對(duì)每一光電轉(zhuǎn)換元件提供一個(gè)對(duì)浮置擴(kuò)散區(qū)的電壓進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)晶體管，第一金屬層可以在所述接觸和驅(qū)動(dòng)晶體管之間延伸。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述光吸收層的材料的光吸收率高于氧化物材料的光吸收率，其光反射率小于多個(gè)反光金屬元件的光反射率。所述的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件可以是有源像素傳感器陣列，所述集成電路器件可以進(jìn)一步包括位于所述襯底上、并連接至有源像素傳感器陣列的定時(shí)信號(hào)發(fā)生器。所述集成電路器件可以進(jìn)一步包括一位于所述半導(dǎo)體襯底上、并連接至有源像素傳感器陣列的摸擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器電路。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一種集成電路器件包括一半導(dǎo)體襯底和一傳感器陣列區(qū)，所述傳感器陣列區(qū)包括多個(gè)排列在所述半導(dǎo)體襯底上的一陣列中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件。一層間介電層位于所述傳感器陣列上，多個(gè)光透射區(qū)從相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件貫穿層間介電層延伸。位于層間介電層上的多個(gè)反光金屬元件位于一些光透射區(qū)之外，或在一些光透射區(qū)之間，在一些金屬元件的上表面上形成光吸收層，用于防止入射到一個(gè)光透射區(qū)上的光被反射至另一個(gè)光透射區(qū)。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，一種形成集成電路器件的方法包括形成排列在半導(dǎo)體襯底的傳感器陣列區(qū)中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件。在所述傳感器陣列區(qū)上形成第一層間介電層，在所述第一層間介電層上形成第一金屬層。第一金屬層之中具有位于多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口。在第一金屬層上形成第二層間介電層，所述第二層間介電層在所述傳感器陣列區(qū)之上延伸，在所述第二層間介電層上形成第二金屬層。第二金屬層之中具有位于多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口。在第二金屬層的上表面上形成光吸收層，所述光吸收層防止在與一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的一部分傳感器陣列區(qū)中接收的光線被反射至另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件上，從而限制多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之間的串?dāng)_。
在本發(fā)明的另外一些實(shí)施例中，第二金屬層和光吸收層的形成包括在第二層間介電層上形成第二金屬層，在第二金屬層上形成光吸收層；之后，對(duì)第二金屬層和光吸收層構(gòu)圖，以界定在第二金屬層中位于多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第二金屬層和光吸收層的形成包括在第二層間介電層上形成第二金屬層，對(duì)第二金屬層構(gòu)圖，以界定在第二金屬層中位于多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口；在經(jīng)過構(gòu)圖的第二金屬層上形成光吸收層，并對(duì)光吸收層構(gòu)圖，以界定與多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。
在本發(fā)明的又一些實(shí)施例中，一種形成集成電路器件的方法包括形成排列在半導(dǎo)體襯底的傳感器陣列區(qū)中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件。在所述傳感器陣列區(qū)上形成層間介電層，在所述層間介電層上形成金屬層。所述金屬層之中具有位于多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口。在所述金屬層的上表面上形成光吸收層，所述光吸收層防止在與一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的一部分傳感器陣列區(qū)中接收的光線被反射至另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件上，從而限制多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之間的串?dāng)_。


現(xiàn)在將參照附圖中所示的示范性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以說明，其中圖1是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器的方框圖。
圖2是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器(CIS)的方框圖。
圖3是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CIS的像素單元的電路圖。
圖4是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的有源像素傳感器陣列(APS)的方框圖。
圖5是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CIS的像素單元的橫截面圖。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的方框圖。
圖7A是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。
圖7B是圖7A中所示的圖像傳感器的頂部平面圖。
圖8A是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。
圖8B是圖8A中所示的圖像傳感器的頂部平面圖。
圖9是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。
圖10A是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。
圖10B是圖10A中所示的圖像傳感器的頂部平面圖。
圖11A是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。
圖11B是圖11A中所示的圖像傳感器的頂部平面圖。
圖12A是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。
圖12B是圖12A中所示的圖像傳感器的頂部平面圖。
圖12C是說明圖12A中所示的根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的可選布置的橫截面圖。
圖13A至圖13E是說明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例予以說明的附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加全面的描述。但是，可以以不同的形式體現(xiàn)本發(fā)明，而不應(yīng)推斷本發(fā)明僅限于文中所述實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的在于對(duì)本發(fā)明予以更加徹底，全面的公布，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，為清晰起見，各層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸均被放大。
應(yīng)當(dāng)理解的是，在稱元件或?qū)釉诹硪辉驅(qū)印吧稀?，或“連接”、“耦合”至另一元件或?qū)訒r(shí)，所述元件或?qū)涌梢灾苯游挥诹硪辉驅(qū)由?，或直接連接或耦合至其上，也可以存在插入元件或?qū)?。相反，在稱一元件“直接位于另一元件或?qū)由稀?，或者與之“直接連接”或“直接耦合”時(shí)，不存在插入元件或?qū)?。類似附圖標(biāo)記始終表示類似元件。在本說明書中，“和/或”一詞包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列舉項(xiàng)目的任何或所有組合。
應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管在本說明書中采用了第一、第二等詞來描述各種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是不應(yīng)當(dāng)理解為此類詞語是對(duì)這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分的限定。這些詞語僅用于將某一元件、組件、區(qū)域、層或部分與其他元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開。因此，在不背離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，可以將下面進(jìn)行討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分稱為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。
在本文中為了便于描述某一元件或功能部件與其他元件或功能部件的如圖所示的相互關(guān)系，采用了描述空間相對(duì)位置的詞語，例如“在......之下”、“在......下”、“下部”、“在......之上”、“上部”等詞語。應(yīng)當(dāng)理解的是，采用描述空間相對(duì)位置的詞語的目的在于囊括除附圖中示出的指向之外，在器件的使用或運(yùn)行過程中涉及的不同指向。例如，如果將附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，被描述為在另一元件或功能部件“之下”或在其“下”的元件將朝向其他元件或功能部件“之上”。因此，作為一個(gè)例子，“在......下”一詞囊括了上和下兩個(gè)指向。在本說明書中，還可以將所述器件指向其他方向(旋轉(zhuǎn)90度或其他方向)，并采用描述空間相對(duì)位置的描述詞對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)說明。
本說明書中采用的詞匯僅用于對(duì)具體實(shí)施例加以說明，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限定。在本說明書中使用的單數(shù)形式意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中明確指出不包含單數(shù)形式。應(yīng)當(dāng)?shù)玫竭M(jìn)一步理解的是，在本說明書中采用的“包括”一詞具體指出了所指功能部件、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除其他一個(gè)或多個(gè)功能部件、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其他集合的存在。
在本說明書中，將參照橫截面圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例予以說明，所述橫截面圖是本發(fā)明理想實(shí)施例的示意圖。照此來講，可以預(yù)計(jì)到圖示中的形狀可以發(fā)生變化，例如由制造技術(shù)和/或偏差引起的。因此，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明的實(shí)施例局限為圖示中的特定形狀，而是包含有制造工藝等因素引起的外形的偏差。例如，圖中所示的長(zhǎng)方形蝕刻區(qū)，通?？梢跃哂袌A形或弧形輪廓。因此，圖示中具有此類外形的區(qū)域是示意性的，其目的不是為了精確地限定器件中某一區(qū)域的外形，也不是為了限定本發(fā)明的范圍。
除非另有限定，否則本文中所有的詞語(包括科技術(shù)語)的含義和本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的含義相同。應(yīng)當(dāng)?shù)玫竭M(jìn)一步理解的是，對(duì)于本文中涉及的詞語，例如在通用詞典中定義的詞語，其解釋應(yīng)當(dāng)與相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域語境下的含義一致，不應(yīng)在將其解釋為具有理想化的、或者過于刻板的含義，除非另有明確說明。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D6至圖12C對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例予以說明。圖6是CIS60的方塊圖，所述CIS60包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換元件。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換元件排列在有源像素傳感器(APS)陣列61中的二維陣列內(nèi)?？梢杂梢恍序?qū)動(dòng)器62選擇所述APS陣列61中的一行像素。定時(shí)信號(hào)發(fā)生器63產(chǎn)生用于讀取APS陣列61的定時(shí)信號(hào)。在圖6的實(shí)施例中，將像素列連接至相關(guān)二次抽樣器(double sampler，CDS)64，所述相關(guān)二次抽樣器64對(duì)來自由行驅(qū)動(dòng)器62選定的每一列像素的輸出電壓信號(hào)的二次抽樣進(jìn)行校正。所述CDS64將每一行選定像素的電壓輸出提供給比較器65，所述比較器65將這一輸出電壓信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)比較。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)將來自比較器65的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。可以通過數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)67對(duì)來自ADC66的數(shù)字信號(hào)進(jìn)一步處理，以便對(duì)信號(hào)進(jìn)行改善，進(jìn)而將數(shù)字圖像信號(hào)提供給接口(I/F)電路69，所述接口電路69可以將所述信號(hào)傳輸至另一裝置，和/或接收來自另一裝置的命令信號(hào)。應(yīng)當(dāng)?shù)玫嚼斫獾氖牵诒疚闹型ǔD6中的CIS60作為單個(gè)集成電路器件描述，本發(fā)明不僅局限這樣一種配置，所描述的各種電路，例如DSP67可以位于單獨(dú)于APS陣列61的集成電路上。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D7A和圖7B對(duì)根據(jù)本發(fā)明的集成電路圖像傳感器裝置的像素所采用的光電轉(zhuǎn)換元件予以說明。應(yīng)當(dāng)?shù)玫嚼斫獾氖?，圖7A的橫截面圖中所示的各種功能部件通常與上文中參照?qǐng)D3予以說明的電路的集成電路器件實(shí)施相對(duì)應(yīng)。圖7A中所示的實(shí)施例包括具有外延區(qū)102和深p阱105的襯底101。此外，圖7A中還示出了位于相鄰的電轉(zhuǎn)換元件110之間的隔離區(qū)103和p阱106。區(qū)域107對(duì)應(yīng)于其上帶有傳輸柵極Tg的傳輸晶體管(圖3中的傳輸晶體管31a)的溝道區(qū)。圖7A中所示的光電二極管光電轉(zhuǎn)換元件110包括n型區(qū)108和p型空穴累積二極管(HAD)區(qū)域109。此外，圖7A中還示出了與溝道區(qū)107鄰近的浮置擴(kuò)散區(qū)(FD)111。浮置擴(kuò)散區(qū)111對(duì)應(yīng)于圖3的浮置擴(kuò)散區(qū)32。在圖7A的橫截面圖中還示出了重置晶體管(在圖3中表示為重置晶體管33)的漏極區(qū)113。在圖7A中還示出了與圖3中的重置晶體管33和選擇晶體管36相關(guān)的其他柵電極Rg和Sg。
圖7A進(jìn)一步說明了其上帶有第一金屬層M1的第一層間介電層ILD1、其上帶有第二金屬層M2的第二層間介電層ILD2和其上帶有第三金屬層M3的層間介電層ILD3。參照?qǐng)D示，第一層間介電層ILD1包括層122、124和126，所述三層中的一層可以是蝕刻停止層124。參照?qǐng)D示，第二層間介電層ILD2包括層132和136兩層，此外，圖中還示出了第三層間介電層ILD3，其包括層142和146兩層。在如圖7A所示的實(shí)施例中，第一金屬層M1提供了導(dǎo)電通路，用于將浮置擴(kuò)散區(qū)111電連接至驅(qū)動(dòng)晶體管34(圖3)的柵極。金屬層M1界定在光透射區(qū)之外，所述光透射區(qū)在光電轉(zhuǎn)換元件區(qū)104a中，從光電轉(zhuǎn)換元件110穿過孔徑A1延伸。更具體地說，金屬層M1形成于有源器件區(qū)104b，所述有源器件區(qū)104b位于相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件110及其相應(yīng)的光透射區(qū)之間。所形成的金屬接觸MC從浮置擴(kuò)散區(qū)111通過第一層間介電區(qū)ILD1延伸至金屬層M1。
在圖7A所示的實(shí)施例中，所形成的第二金屬層M2用于將電源電壓VDD提供給重置晶體管(圖3中的晶體管33)的漏極區(qū)113，所述漏極區(qū)113形成于區(qū)域104b中，位于光電轉(zhuǎn)換元件區(qū)104a的旁邊。所形成的通路V1穿過第一層間介電層ILD1和第二層間介電層ILD2，將第二金屬層M2與漏極區(qū)113連接起來。如圖7A中的實(shí)施例所示，形成用于遮蔽光線的第三金屬層M3，使光線穿過相應(yīng)光透射區(qū)入射到相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件110上。圖中所示的第三金屬層M3形成于第三層間介電層ILD3上。應(yīng)得到理解的是，如果光入射到金屬層M1和M2上，它們同樣可以起到遮蔽作用。金屬層M3包括位于相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件110之上的各個(gè)相應(yīng)孔徑A1，從而界定了至各個(gè)相應(yīng)的光透射區(qū)的開口。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，經(jīng)選擇令孔徑A1橫截面的尺寸大于等于相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件110的橫截面尺寸。
如圖7A中的實(shí)施例所示，形成于相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件110之上的溝槽T1穿過ILD1、ILD2和ILD3延伸。如圖7A所示，溝槽T1的底部位于第一金屬層M1之下，其與光電轉(zhuǎn)換元件110之間的位置差為選定距離H1。這樣，可以使溝槽T1與光電轉(zhuǎn)換元件110隔離，以便在形成溝槽T1的過程中降低損壞光電轉(zhuǎn)換元件110的風(fēng)險(xiǎn)。因此，可以選擇H1作為一個(gè)深度，其足以防止蝕刻損傷劣化光電轉(zhuǎn)換元件110的暗缺陷水平(dark defect levelcharacteristic)特性。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所選擇的深度H1至少約為100埃()。
此外，在圖7A的實(shí)施例中還示出了蝕刻停止層124，其位于第一層間介電層ILD1中，它可以用來控制溝槽T1的形成深度。但是在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，不采用蝕刻停止層124。光吸收層150形成于溝槽T1的表面和側(cè)壁上，在某些實(shí)施例中形成于溝槽T1的底部，此外，如圖7A所示，光吸收層150還形成于金屬層M3的上表面上。因此，溝槽T1界定了從孔徑A1向光電轉(zhuǎn)換元件110延伸的光透射區(qū)，從而形成達(dá)到光電轉(zhuǎn)換元件110的光通路。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，光吸收層150由鎢、鈦、氮化鎢、氮化鈦或氮化硅中的一種或多種構(gòu)成。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，光吸收層150由鎢、氮化鈦和氮化硅構(gòu)成的組構(gòu)成?？讖紸2形成于溝槽T1的底部，其穿過光吸收層150，以界定位于溝槽T1底部的光接收孔徑。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所選擇的孔徑A2的橫截面積小于等于光電轉(zhuǎn)換元件110的橫截面積，從而在形成孔徑A2的過程中提供錯(cuò)位容差。因此，圖7A的實(shí)施例中的光吸收層150形成于金屬層M3的上表面和側(cè)面，構(gòu)成光吸收層150的材料可以防止將與溝槽T1界定的某一光透射區(qū)的光電轉(zhuǎn)換元件110相關(guān)的光反射至其他光透射區(qū)的光電轉(zhuǎn)換元件110上，從而限制在光電轉(zhuǎn)換元件110的陣列中產(chǎn)生串?dāng)_。光吸收層150沿溝槽T1的側(cè)壁形成，這樣可以進(jìn)一步防止光從金屬層M2和M1上反射出去。
如圖7A所示，溝槽T1可以具有傾斜外形。這樣的一種傾斜外形可以將接收自孔徑A1的光線匯聚至光電轉(zhuǎn)換元件110(即，在光吸收層可以反光的情況下)。此外，在形成集成電路器件圖像傳感器陣列的過程中，傾斜外形可以促進(jìn)光吸收層150的淀積。最后，應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然圖7A中界定光透射區(qū)的溝槽T為開口區(qū)域，但是在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，會(huì)淀積其他材料填充溝槽T1，所選擇的此類填充材料應(yīng)當(dāng)是透光的，以免對(duì)光電轉(zhuǎn)換元件110的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生干擾。此外，盡管在圖7A的實(shí)施例中示出了覆蓋有光吸收層150的、與特定電路連接相關(guān)的具體金屬層，并表示為金屬層M1、M2和M3，但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)于位于一些光電轉(zhuǎn)換元件之間的其他反光金屬元件也可以有利地應(yīng)用本發(fā)明，以降低相鄰光電轉(zhuǎn)換元件之間的不良光反射。應(yīng)當(dāng)?shù)玫竭M(jìn)一步理解的是，在外延區(qū)102中形成的各種區(qū)域可以是傳統(tǒng)的CIS器件區(qū)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7B，圖7B提供了圖7A的橫截面圖所示的圖像傳感器的頂部平面圖。具體來講，圖7A的橫截面對(duì)應(yīng)于圖7B中的B-B′線。此外，還應(yīng)注意，除了就圖7A中的橫截面圖討論的結(jié)構(gòu)外，圖7B還示出了圖3中所示的驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極Dg。為了簡(jiǎn)化對(duì)圖7B的平面圖中示出的各種結(jié)構(gòu)的布局的理解，在圖7B中未示出金屬層M3和光吸收層150。但是，在圖7B中給出了四個(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件像素區(qū)的每個(gè)的相應(yīng)的孔徑A1和A2的定位。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D8A至圖12C對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施例予以說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，這里將不再對(duì)上文中參照?qǐng)D7A和圖7B予以說明的每一實(shí)施例中的各種元件以及具有類似編號(hào)的元件做進(jìn)一步的說明，除非這種說明對(duì)于解釋這些圖示中所示的實(shí)施例是必要的。
如圖8A的實(shí)施例所示，在第二層間介電層ILD2中形成溝槽T2。第三層間介電層ILD3延伸到了溝槽T2中。圖8A中所示的實(shí)施例與圖7A所示的實(shí)施例存在進(jìn)一步的不同，不同之處在于，在層間介電層ILD2中包含了蝕刻停止層134，省略了第一層間介電層ILD1中的蝕刻停止層124?？梢园g刻停止層134，以促進(jìn)溝槽T2在層間介電層ILD2中形成至預(yù)定深度。但是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以省略蝕刻停止層134，并采用其他手段來控制溝槽T2的深度。注意，對(duì)于圖8A中的實(shí)施例，以及下文中將要予以說明的其他實(shí)施例，在圖示中可能不會(huì)示出位于第三層間介電層ILD3上的第三金屬層M3和/或第二金屬層M2，但是，在這些實(shí)施例的集成電路器件中可以發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)金屬層。
在圖8A所示的實(shí)施例中，還示出了光吸收層140，其形成于第二金屬層M2的上表面，溝槽T2的側(cè)壁，在某些實(shí)施例中，還形成于溝槽T2的底部。在光吸收層140中，形成位于每一光電轉(zhuǎn)換元件110上的孔徑A3或A3′。在圖8B的頂部平面圖中能夠以最佳的方式看到形成孔徑A3或A3′的兩種不同方法，其中，可以看到孔徑A3沿平行于第二金屬層M2的方向延伸，而采用孔徑A3′的實(shí)施例具有位于每一光電轉(zhuǎn)換元件110之上的單獨(dú)孔徑A3′。
光吸收層140與光吸收層150的作用相同，均用于防止將與某一光電轉(zhuǎn)換元件110相關(guān)的光線反射至與之相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件，以限制光電轉(zhuǎn)換元件110之間的串?dāng)_。所述光吸收層140可以是鎢、鈦、氮化鎢、氮化鈦和/或氮化硅。
孔徑A3或A3′通過光吸收層140界定了位于溝槽T2底部的光接收區(qū)域。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，孔徑A3或A3′尺寸小于等于光電轉(zhuǎn)換元件110的橫截面的尺寸，以補(bǔ)償在形成孔徑A3或A3’的過程中產(chǎn)生的失準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)于具有縱向延伸孔徑A3的實(shí)施例而言，所選擇的孔徑A3的寬度可以小于光電轉(zhuǎn)換元件110的相應(yīng)寬度。如圖8A所示，光吸收層140覆蓋第二金屬層M2的上表面和側(cè)面，從而減少可能引起與相鄰光電轉(zhuǎn)換元件110之間的串?dāng)_的反射光線的產(chǎn)生。
如圖8A所示，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在第一金屬層M1的上表面還形成了額外光吸收層130。在光吸收層140未能阻止入射光線被相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件110反射或接收的情況下，這樣的額外光吸收層130可以防止或限制進(jìn)入某一光電轉(zhuǎn)換元件110的透射區(qū)的入射光線從第一金屬層130反射。此外，如圖8A所示，第三層間介電層ILD3的層142填充了溝槽T2。
注意，如圖7A和圖8A所示，相應(yīng)的光吸收層150、140沿溝槽T1、T2的底部的一部分延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件110相關(guān)的孔徑A2、A3。因此，所提供的孔徑具有的尺寸可以小于等于光電轉(zhuǎn)換元件110的光接收尺寸，并且在尺寸上可以更小，以容忍在制造過程中產(chǎn)生的失準(zhǔn)。如圖8B中的孔徑A3′所示，所述孔徑可以沿縱向延伸，每一孔徑可以和位于光電轉(zhuǎn)換元件110陣列中的一行或一列中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件110相關(guān)。注意，圖8A中的橫截面圖是沿圖8B中的線B-B′得到的。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D9中的橫截面圖對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施例予以說明。圖9中的實(shí)施例與圖8A中所示的實(shí)施例不同，不同之處在于在圖中所示的兩個(gè)金屬層M1上均帶有光吸收層130。圖9中所示的實(shí)施例與圖8A中所示的實(shí)施例存在進(jìn)一步的不同，不同之處在于圖9中所示的實(shí)施例中的溝槽T3與圖8A中所示的溝槽T2存在不同。具體地，在圖8A所示的實(shí)施例中，溝槽T2穿過第二層間介電層ILD2的上層136延伸至蝕刻停止層134。相反，圖9的實(shí)施例中的溝槽T3則穿過第二層間介電層ILD2延伸至第一層間介電層ILD1中。具體地，溝槽T3延伸至包含在第一層間介電層ILD1中的蝕刻停止層124。因此，溝槽T3的底部位于第一金屬層M1之下。和參照?qǐng)D8A討論的實(shí)施例一樣，圖9中所示的本發(fā)明的實(shí)施例可以只包括光吸收層140，而不另外包括光吸收層130。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D10A和圖10B對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施例予以說明。雖然在圖10A的橫截面圖中只示出了單個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件110，但是，如從圖10B所見的，所述光電轉(zhuǎn)換元件110可以是諸相鄰光電轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的陣列中的一個(gè)元件。圖10A中的橫截面圖是沿圖10B中的線B-B′得到的。對(duì)于圖10A中的實(shí)施例而言，溝槽T4僅延伸至第一層間介電層ILD1的一部分，所述光吸收層130位于第一金屬層M1的上表面和側(cè)面上，并沿溝槽T4的側(cè)壁延伸，在某些實(shí)施例中，沿溝槽T4的底部的一部分延伸。所述光吸收層130沿溝槽T4底部延伸，以界定孔徑A4，所述孔徑A4的尺寸可以小于等于相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件110的尺寸。具體地，對(duì)于圖10A中的圖示而言，第一層間介電層ILD1包括蝕刻停止層124，而所述溝槽T4穿過第一層間介電層ILD1的上層126延伸至由蝕刻停止層124界定的深度。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，省略刻蝕刻停止層124，由其他已知制作手段控制溝槽T4的深度。對(duì)于圖10A的實(shí)施例，溝槽4具有相對(duì)較低的深度，由于溝槽T4的高寬比下降，可以減小溝槽T4的底部和光電轉(zhuǎn)換元件110之間的距離或?qū)⑦@一距離最小化。在圖10A的實(shí)施例中，第二層間介電層ILD2的介電層132延伸至溝槽T4中。
如圖10B中的頂部平面圖所示，如果僅在金屬層M1上淀積，光吸收層130將不會(huì)圍繞孔徑A4的整個(gè)外圍全面延伸。應(yīng)當(dāng)理解的是，作為備選方案，圖中所示的鄰近孔徑A4側(cè)面的第一金屬層M1的伸長(zhǎng)臂可以參照?qǐng)D10B中的指向延伸至環(huán)繞孔徑A4的底面部分，這樣，相對(duì)于圖10B中的指向而言，可以進(jìn)一步降低相鄰的上下光電轉(zhuǎn)換元件之間的串?dāng)_。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D11A和圖11B對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施例予以說明。對(duì)于圖11A和圖11B中所示的實(shí)施例而言，未提供穿過層間介電層ILD1、ILD2和ILD3延伸的溝槽。第一金屬層M1和第二金屬層M2中的每一個(gè)均包括相應(yīng)的光吸收層130、140′或140″。在圖11B中示出了層140′和140″的淀積圖案之間的差異，其中，參照?qǐng)D11B中示出的指向，圖案140′所在的區(qū)域延伸至上部虛線，對(duì)于圖案140″而言，淀積層進(jìn)一步向下延伸至圖11B中具有140″標(biāo)記的短劃線處。同樣地，可以將位于圖11B的下端上的部分歸入光吸收層140′的淀積圖案中。如圖11A中的實(shí)施例所示，光吸收層140′、140″從第二金屬層M2的側(cè)壁開始沿第二層間介電層ILD2的表面延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件110相關(guān)的孔徑，在圖11A中由采用虛線示出的衍射光線表示所述孔徑。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D12A中的橫截面圖和圖12B中的頂部平面圖對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施例予以說明。與圖11A中的實(shí)施例一樣，圖12中的實(shí)施例不包括穿過層間介電層ILD1、ILD2和ILD3延伸的溝槽，但是與圖11A中的實(shí)施例不同的是，在第一金屬層M1上提供了光吸收層130′，以界定與光電轉(zhuǎn)換元件110相關(guān)的孔徑A4。在此類實(shí)施例中，可以僅第一金屬層M1具有位于其上的光吸收層130′。光吸收層130′可以覆蓋下部金屬層M1的頂面和側(cè)面，在某些實(shí)施例中，可以沿下部層間介電層ILD1的表面延伸，以界定孔徑A4。如圖12B中所示，下部金屬層M1的圖案可以類似于先前參照?qǐng)D10B予以說明和討論的圖案。類似地，金屬層M1的圖案可以按參照?qǐng)D10B給出的說明延伸，從而進(jìn)一步防止從金屬層M1反射光線，避免影響到在相鄰光電轉(zhuǎn)換元件110上檢測(cè)到的信號(hào)。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D12C，對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施例予以說明，所述實(shí)施例包括在參照?qǐng)D12A討論的實(shí)施例的基礎(chǔ)上給出的變型。具體地，圖12C中的實(shí)施例與圖12A中的實(shí)施例的不同之處在于光吸收層130′的范圍。具體地，對(duì)于圖12C中的實(shí)施例而言，光吸收層130′僅覆蓋下部金屬層M1的上表面，并未沿著金屬層M1的側(cè)壁或一部分底部層間介電層ILD1延伸。對(duì)于圖12C中的實(shí)施例而言，可以采用不同制造工藝，利用單個(gè)掩模形成穿過光吸收層130′和下部金屬層M1的孔徑A4，而不是掩蔽下部金屬層M1，隨后針對(duì)光吸收層130′采用獨(dú)立的掩模和蝕刻工序。因此，為了減少在孔徑A4中界定的下部金屬層M1的側(cè)面產(chǎn)生的反射，第一金屬層M1可以具有小于約1000埃()的厚度。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D13A至圖13E對(duì)根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的集成電路器件的制造方法予以說明。如圖13A所示，所制備的襯底101具有外延區(qū)102。形成隔離區(qū)103和深p阱105，所述隔離區(qū)103可以是淺溝槽隔離(STI)型或硅的局部氧化(LOCOS)型隔離區(qū)。應(yīng)當(dāng)理解的是，在制造這里予以說明的器件功能部件時(shí)，可以不采用外延區(qū)102，通常，在制造CIS型器件時(shí)，采用外延區(qū)是可取的。深p阱105的雜質(zhì)濃度可以近似為1015到1019每立方厘米(cm-3)左右，所述雜質(zhì)濃度可以高于外延區(qū)102的雜質(zhì)濃度，外延區(qū)102的雜質(zhì)濃度可以在1013到1017cm-3左右。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，外延區(qū)102的厚度大約在2到10微米(μm)之間，所述厚度大約與紅光或近紅外區(qū)光的吸收長(zhǎng)度相同。p阱106可以在傳感器陣列中為各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件提供與相鄰光電轉(zhuǎn)換元件之間的隔離。
現(xiàn)在參照?qǐng)D13B的圖示，在外延區(qū)102上形成傳輸晶體管的溝道107。形成傳輸柵極Tg、復(fù)位柵極Rg、選擇柵極Sg和驅(qū)動(dòng)器柵極(未示出)。通過形成n型區(qū)域108和p型HAD區(qū)域109形成光電轉(zhuǎn)換元件110。此外，在外延區(qū)102上形成浮置擴(kuò)散區(qū)111和源極/漏極區(qū)域113。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D13C，形成第一層間介電層ILD1，其具有介于約7000到8000的厚度。如圖13C中的特定實(shí)施例所示，第一層間介電層ILD1包括三層。第一介電層122可以是透明的，并且由可流動(dòng)的氧化物構(gòu)成，例如非摻雜硅酸鹽玻璃(USG)、多晶硅玻璃(PSG)、硼硅酸鹽玻璃(BPSG)和/或氫倍半硅氧烷(hydrogensilsesquioxanes，HSQ)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以包含蝕刻停止層124，所述蝕刻停止層可以是由硅氧化物構(gòu)成的。第二介電層126形成于所述蝕刻停止層124上。第二介電層126可以是等離子體增強(qiáng)原硅酸四乙酯(PE-TEOS)、高濃度等離子體(HDP)和/或等離子體硅烷(P-SiH4)。在這些實(shí)施例中，第二介電層126可以是化學(xué)氣相淀積(CVD)型氧化物，例如，在后續(xù)加工步驟中，所述氧化物可以提供更好的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)特性。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，下部層間介電層ILD1不必為多層結(jié)構(gòu)。
在第一層間介電層ILD1的上表面上形成穿過第一層間介電層ILD1和第一金屬層M1的第一金屬接觸MC。在第一層間介電層ILD1上形成第二層間介電層ILD2。對(duì)于圖13C中所示的實(shí)施例而言，第二層間介電層ILD2為包含第一介電層132和第二介電層136的多層結(jié)構(gòu)。與第一層間介電層ILD1的情況相同，如果要求后期加工區(qū)域具有不同特征屬性，那么第二層間介電層可以采用這樣的多層結(jié)構(gòu)。在圖13C中還示出了通路V1的形成，其穿過第一和第二層間介電層ILD1和ILD2延伸至源極/漏極區(qū)域113。第二金屬層M2形成于第二層間介電層ILD2上并與通路V1接觸。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D13D中的橫截面圖對(duì)進(jìn)一步的操作予以說明。如圖13D所示，第三層間介電層形成于第二層間介電層ILD2和第二金屬層M2上。圖中所示的第三層間介電層ILD3為多層結(jié)構(gòu)，其中包括第一介電層142和第二介電層146。第三金屬層M3形成于第三層間介電層ILD3上。第一孔徑A1形成于第三金屬層M3中，所形成的溝槽T1穿過第二和第三層間介電層ILD2、ILD3和一部分第一層間介電層ILD1的介電層126，直至蝕刻停止層124?？梢孕纬蓛A斜的溝槽T1，例如，采用諸如C4F6和/或C3F8的CFx蝕刻溶劑進(jìn)行干法蝕刻。
如圖13E所示，在第三金屬層M3上，以及沿溝槽T1的側(cè)壁，形成由鎢、氮化鈦和/或氮化硅構(gòu)成的光吸收層150，在溝槽T1的底部形成穿過光吸收層150的第二孔徑A2。注意，如圖13E所示，得到的結(jié)構(gòu)通常對(duì)應(yīng)于參照?qǐng)D7A討論的結(jié)構(gòu)。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，在形成這里予以說明的其他實(shí)施例的過程中，可以采用具有適當(dāng)調(diào)整的類似制作工序。類似地，盡管在圖13E中沒有示出位于光吸收層150上的其他層，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可以形成填充溝槽T1，并在金屬層M3上延伸，從而覆蓋M3的其他層間介電層。
上述內(nèi)容為本發(fā)明的舉例說明，其意圖并不是對(duì)本發(fā)明予以限定。盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)示范性實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，在實(shí)質(zhì)上不背離本發(fā)明的獨(dú)創(chuàng)性教導(dǎo)和優(yōu)勢(shì)的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例作出改變。因此，所有的此類改變均應(yīng)包含在權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求書中，手段+功能條款的作用在于覆蓋本說明書中予以說明的執(zhí)行所列舉的功能的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)不僅包括結(jié)構(gòu)對(duì)等體(structural equivalent)，還包括對(duì)等結(jié)構(gòu)(equivalent structure)。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，上述內(nèi)容是對(duì)本發(fā)明的舉例說明，而不是將本發(fā)明限制為所公開的具體實(shí)施例，對(duì)所公開的實(shí)施例的修改，以及其他實(shí)施例均應(yīng)包含在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。本發(fā)明是通過權(quán)利要求書界定的，其中包含了權(quán)利要求的等同要件。
權(quán)利要求
1.一種集成電路器件，其包括一半導(dǎo)體襯底；一傳感器陣列區(qū)，其包括多個(gè)排列在所述半導(dǎo)體襯底上的陣列中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件；位于所述傳感器陣列區(qū)上的多個(gè)層間介電層；多個(gè)光透射區(qū)，其從相應(yīng)的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件穿過多個(gè)所述的層間介電層延伸；位于所述的多個(gè)層間介電層中的一些層間介電層之間的多個(gè)反光金屬元件，其位于一些所述的光透射區(qū)之外，并位于這些光透射區(qū)之間；以及形成于所述的多個(gè)金屬元件中的一些的上表面上的光吸收層，其防止與某一光透射區(qū)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的光被反射至其他光透射區(qū)的光電轉(zhuǎn)換元件，從而抑制在所述的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之間發(fā)生串?dāng)_。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其中，在所述的多個(gè)金屬元件中的一些的上表面和側(cè)面上形成所述光吸收層。
3.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其中所述光吸收層包括鎢、鈦、氮化鎢、氮化鈦或氮化硅中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其中所述器件包括一互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。
5.如權(quán)利要求2所述的集成電路器件，其中所述的多個(gè)層間介電層包括位于所述傳感器陣列區(qū)上的第一層間介電層；以及位于所述第一層間介電層上的第二層間介電層；且其中所述的多個(gè)反光金屬元件包括位于所述第一層間介電層上的第一金屬層，其具有在一些所述的光透射區(qū)之間延伸的部分；以及位于所述第二層間介電層上的第二金屬層，其具有在一些所述的光透射區(qū)之間延伸的部分。
6.如權(quán)利要求5所述的集成電路器件，其中所述光吸收層位于所述第二金屬層上。
7.如權(quán)利要求6所述的集成電路器件，其進(jìn)一步包括位于所述第二層間介電層中的多個(gè)溝槽，這些溝槽中的一些位于相應(yīng)的光透射區(qū)中并與之相關(guān)，其中，所述光吸收層沿所述溝槽的側(cè)壁延伸。
8.如權(quán)利要求7所述的集成電路器件，其中所述光吸收層沿所述溝槽底部的一部分延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。
9.如權(quán)利要求8所述的集成電路器件，其中所述孔徑的尺寸不大于光電轉(zhuǎn)換元件的光接收尺寸。
10.如權(quán)利要求8所述的集成電路器件，其中所述孔徑包括沿縱向延伸的孔徑，其中的每一個(gè)均與位于光電轉(zhuǎn)換元件陣列中的一行或一列中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)。
11.如權(quán)利要求8所述的集成電路器件，其中，所述光吸收層位于所述第一金屬層和第二金屬層上。
12.如權(quán)利要求7所述的集成電路器件，其中所述第二層間介電層包括下層、位于所述下層上的蝕刻停止層以及位于所述蝕刻停止層上的上層，其中所述溝槽穿過所述上層延伸至所述蝕刻停止層。
13.如權(quán)利要求7所述的集成電路器件，其中，所述溝槽穿過所述層間介電層延伸至第一層間介電層中。
14.如權(quán)利要求13所述的集成電路器件，其中，所述第一層間介電層包括下層、位于所述下層上的蝕刻停止層，以及位于所述蝕刻停止層上的上層，其中所述溝槽穿過所述上層延伸至所述蝕刻停止層。
15.如權(quán)利要求7所述的集成電路器件，其中所述溝槽具有傾斜側(cè)壁。
16.如權(quán)利要求6所述的集成電路器件，其中，所述光吸收層沿所述第二金屬層的側(cè)壁延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的集成電路器件，其中，所述光吸收層從所述第二金屬層的側(cè)壁沿所述第二層間介電層的表面延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。
18.如權(quán)利要求5所述的集成電路器件，其中，所述光吸收層位于所述第一金屬層上。
19.如權(quán)利要求18所述的集成電路器件，其進(jìn)一步包括多個(gè)位于所述第一層間介電層中的溝槽，所述溝槽的一些位于一些相應(yīng)的光透射區(qū)中，并與之相關(guān)，其中所述光吸收層沿所述溝槽的側(cè)壁延伸。
20.如權(quán)利要求19所述的集成電路器件，其中，所述光吸收層沿溝槽底部的一部分延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。
21.如權(quán)利要求20所述的集成電路器件，其中，所述孔徑的尺寸不大于所述光電轉(zhuǎn)換元件的光接收尺寸。
22.如權(quán)利要求19所述的集成電路器件，其中，所述第一層間介電層包括下層、位于所述下層上的蝕刻停止層，以及位于所述蝕刻停止層上的上層，其中所述溝槽穿過所述上層延伸至所述蝕刻停止層。
23.如權(quán)利要求19所述的集成電路器件，其中所述溝槽具有傾斜側(cè)壁。
24.如權(quán)利要求18所述的集成電路器件，其中所述光吸收層沿所述第一金屬層的側(cè)壁延伸。
25.如權(quán)利要求24所述的集成電路器件，其中所述光吸收層從所述第一金屬層的側(cè)壁沿所述第一層間介電層的表面延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。
26.如權(quán)利要求18所述的集成電路器件，其中所述第一金屬層具有小于約1000埃的厚度。
27.如權(quán)利要求5所述的集成電路器件，其中，所述的多個(gè)層間介電層進(jìn)一步包括一位于所述第二層間介電層上的第三層間介電層，其中，所述的多個(gè)反光金屬元件進(jìn)一步包括位于所述第三層間介電層上的第三金屬層，其具有在所述的一些光透射區(qū)之間延伸的部分。
28.如權(quán)利要求27所述的集成電路器件，其中，所述光吸收層位于所述第三金屬層上。
29.如權(quán)利要求28所述的集成電路器件，其進(jìn)一步包括多個(gè)位于所述第一、第二和第三層間介電層中的溝槽，所述溝槽中的一些位于一些相應(yīng)的光透射區(qū)中，并與之相關(guān)，其中，所述光吸收層沿所述溝槽的側(cè)壁延伸。
30.如權(quán)利要求29所述的集成電路器件，其中，所述光吸收層沿所述溝槽底部的一部分延伸，以界定與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。
31.如權(quán)利要求30所述的集成電路器件，其中，所述孔徑的尺寸不大于光電轉(zhuǎn)換元件的光接收尺寸。
32.如權(quán)利要求29所述的集成電路器件，其中，所述第一層間介電層包括下層、位于所述下層上的蝕刻停止層，以及位于所述蝕刻停止層上的上層，其中，所述溝槽穿過所述上層延伸至所述蝕刻停止層。
33.如權(quán)利要求29所述的集成電路器件，其中，所述溝槽具有傾斜側(cè)壁。
34.如權(quán)利要求5所述的集成電路器件，對(duì)于每一光電轉(zhuǎn)換元件，其進(jìn)一步包括一浮置擴(kuò)散區(qū)和一導(dǎo)電接觸，所述浮置擴(kuò)散區(qū)位于所述半導(dǎo)體襯底中，以累積從所述光電轉(zhuǎn)換元件接收到的電荷，所述導(dǎo)電接觸從所述浮置擴(kuò)散區(qū)穿過所述第一層間介電層延伸至所述第一金屬層。
35.如權(quán)利要求34所述的集成電路器件，對(duì)于每一光電轉(zhuǎn)換元件，其進(jìn)一步包括一驅(qū)動(dòng)晶體管，配置所述驅(qū)動(dòng)晶體管以放大浮置擴(kuò)散區(qū)的電壓，其中所述第一金屬層在所述接觸和驅(qū)動(dòng)晶體管之間延伸。
36.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其中，所述光吸收層包含的材料的光吸收率大于氧化物材料的光吸收率，其光反射率小于所述多個(gè)反光金屬元件的光反射率。
37.如權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其中，所述的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件包括一有源像素傳感器陣列，其中所述集成電路器件進(jìn)一步包括一位于所述半導(dǎo)體襯底上、并連接至所述有源像素傳感器陣列的定時(shí)信號(hào)發(fā)生器。
38.如權(quán)利要求37所述的集成電路器件，其中，所述集成電路器件進(jìn)一步包括一位于所述半導(dǎo)體襯底上并連接至所述有源像素傳感器陣列的模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換電路。
39.一種集成電路器件，其包括一半導(dǎo)體襯底；一傳感器陣列區(qū)，包括排列在所述半導(dǎo)體襯底上的陣列中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件；一位于所述傳感器陣列區(qū)上的層間介電層；多個(gè)光透射區(qū)，其從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的相應(yīng)一些穿過多個(gè)所述的層間介電層延伸；多個(gè)反光金屬元件，其位于所述層間介電層上，并位于所述光透射區(qū)的一些的外側(cè)和之間；以及形成于所述的多個(gè)金屬元件中的一些的上表面上的光吸收層，其防止將指向某一光透射區(qū)的光反射至另一光透射區(qū)。
40.一種制造集成電路器件的方法，其包括形成排列在半導(dǎo)體襯底的傳感器陣列區(qū)內(nèi)的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件；形成位于所述傳感器陣列區(qū)上的第一層間介電層；形成位于所述第一層間介電層上的第一金屬層，所述第一金屬層之中具有位于所述的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口；形成位于所述第一金屬層上的第二層間介電層，其在所述傳感器陣列區(qū)之上延伸；在所述第二層間介電層上形成第二金屬層，所述第二金屬層之中具有位于所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口；以及在所述第二金屬層的上表面上形成光吸收層，所述光吸收層防止在與某一光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的傳感器陣列區(qū)的一部分上接收到的光被反射至另一光電轉(zhuǎn)換元件，以限制在多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之間產(chǎn)生的串?dāng)_。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述第二金屬層的形成和所述光吸收層的形成包括在所述第二層間介電層上形成所述第二金屬層；在所述第二金屬層上形成所述光吸收層；以及隨后對(duì)所述第二金屬層和光吸收層構(gòu)圖，以界定在第二金屬層中位于所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述第二金屬層的形成和所述光吸收層的形成包括在所述第二層間介電層上形成所述第二金屬層；對(duì)所述第二金屬層構(gòu)圖，以界定在第二金屬層中位于所述的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口；在經(jīng)過構(gòu)圖的第二金屬層上形成所述光吸收層；以及對(duì)所述光吸收層構(gòu)圖，以界定與所述的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的孔徑。
43.一種制造集成電路器件的方法，其包括形成位于半導(dǎo)體襯底的傳感器陣列區(qū)內(nèi)的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件；形成位于所述傳感器陣列區(qū)上的層間介電層；形成位于所述第一層間介電層上的金屬層，所述金屬層之中具有位于所述的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上的開口；以及在所述金屬層的上表面上形成光吸收層，所述光吸收層防止在與某一光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的傳感器陣列區(qū)的一部分上接收到的光被反射至另一光電轉(zhuǎn)換元件，以限制在多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之間產(chǎn)生的串?dāng)_。
全文摘要
集成電路器件，其包括半導(dǎo)體襯底和排列在所述半導(dǎo)體襯底上的陣列中的包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的傳感器陣列區(qū)。在所述傳感器陣列區(qū)上具有多個(gè)層間介電層，多個(gè)光透射區(qū)從相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件穿過多個(gè)層間介電層延伸。在所述的多個(gè)層間介電層中的一些層間介電層之間具有多個(gè)反光金屬元件，其位于所述光透射區(qū)中的一些透射區(qū)之外，并位于這些光透射區(qū)之間。在一些金屬元件的上表面上形成光吸收層，用于防止與某一光透射區(qū)的光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的光被反射至另一光電反射區(qū)的光電轉(zhuǎn)換元件，以抑制在多個(gè)光電反射元件之間產(chǎn)生的串?dāng)_。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1716626SQ20051008136
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者李浚澤, 梁云弼 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社