專利名稱：圖像傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種用于將光圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器可大致分成電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS)。 在圖像傳感器的制作期間，可以利用離子注入在襯底中形成光電二極管。由于為了在不增加芯片尺寸的情況下增加像素的數(shù)目，光電二極管的尺寸減小了，因此光接收部分的面積也減小了，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的降低。 此外，由于堆疊高度不會與光接收部分的面積減少成比例地減小，所以由于光的艾里斑(Airy disk)衍射，入射到光接收部分的光子數(shù)目也減少了。 作為克服這種局限性的選擇方式，進行了以下嘗試?yán)梅蔷Ч?Si)形成光電二極管，利用諸如晶片至晶片接合的方法在硅(Si)襯底中形成讀出電路，或者在讀出電路上和/或上方形成光電二極管(稱為"三維(3D)圖像傳感器")。通過金屬互連件將光電二極管與讀出電路相連。 根據(jù)相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)形成有讀出電路的邏輯襯底和形成有光電二極管的上部襯底之間的均勻度(uniformity)和粘附性良好時，能夠達到令人滿意的Si接合。為此，在將邏輯襯底接合到上部襯底之前，在位于頂層的導(dǎo)通孔(via hole)區(qū)域中形成接觸插塞。在這種情況下，為了在該導(dǎo)通孔區(qū)域中形成接觸插塞，需要在導(dǎo)通孔中填充金屬。應(yīng)當(dāng)通過CMP工藝或者濕法工藝將表面的粗糙度或均勻度維持不變。然而，實際上，不可能將襯底的總體均勻度控制在均方根(RMS)為大約3nm或者大約5nm或更小。 另外，由于在相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)移晶體管的源極和漏極都重?fù)诫s有N-型雜質(zhì)，所以會出現(xiàn)電荷共享(charge sharing)現(xiàn)象。當(dāng)電荷共享現(xiàn)象出現(xiàn)時，就會降低輸出圖像的靈敏度并且可能產(chǎn)生圖像錯誤。此外，因為光電荷不容易在光電二極管與讀出電路之間移動，所以會產(chǎn)生暗電流和/或降低飽和度及靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
實施例提供一種圖像傳感器的制造方法，即使通過CMP或者濕法工藝(wetprocess)沒有改善粗糙度或均勻度，該方法也能夠達到精細(xì)圖案化，同時增加填充因數(shù)。實施例還提供一種圖像傳感器的制造方法，該方法能夠增加填充因數(shù)并且避免電荷共享現(xiàn)象。 實施例還提供一種圖像傳感器的制造方法，該方法通過在光電二極管和讀出電路之間形成順暢的光電荷轉(zhuǎn)移路徑，能夠?qū)惦娏髟礈p到最小并且抑制飽和度的降低和靈敏度的下降。 在實施例中，一種圖像傳感器的制造方法可以包括如下步驟在第一襯底上形成讀出電路，在所述第一襯底上方形成第一層間電介質(zhì)，在所述第一層間電介質(zhì)處形成互連件，所述互連件電連接到所述讀出電路，在所述互連件上方形成第二層間電介質(zhì)，利用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，通過蝕刻所述第二層間電介質(zhì)的一部分，形成暴露所述互連件上側(cè)的導(dǎo)通孔，在所述導(dǎo)通孔中形成接觸插塞，去除所述光致抗蝕劑圖案，以及在所述接觸插塞上方形成圖像感測器件。 實施例涉及一種設(shè)備，該設(shè)備可以配置為在第一襯底上形成讀出電路，在所述第一襯底上方形成第一層間電介質(zhì)，在所述第一層間電介質(zhì)處形成互連件，所述互連件電連接到所述讀出電路，在所述互連件上方形成第二層間電介質(zhì)，利用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，通過蝕刻所述第二層間電介質(zhì)的一部分，形成暴露所述互連件上側(cè)的導(dǎo)通孔，在所述導(dǎo)通孔中形成接觸插塞，去除所述光致抗蝕劑圖案，以及在所述接觸插塞上方形成圖像感測器件。


示例性圖1至圖6是示出根據(jù)實施例的圖像傳感器的制造方法的橫截面圖。
示例性圖7是根據(jù)實施例的圖像傳感器的橫截面圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照示例性圖1至圖6來詳細(xì)描述根據(jù)實施例的圖像傳感器制造方法。示例性圖1是形成有互連件150的第一襯底100的示意圖，示例性圖2是示出形成有該互連件150的該第一襯底100的細(xì)節(jié)圖。 如示例性圖2所示，第一襯底100可以包括互連件150和讀出電路120。例如，通過在第二導(dǎo)電類型的第一襯底100中形成器件隔離層110，可以限定有源區(qū)?？梢栽谠撚性磪^(qū)中形成包括晶體管的讀出電路120。例如，該讀出電路120可以包括轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)121、復(fù)位晶體管(Rx)123、驅(qū)動晶體管(Dx)125和選擇晶體管(Sx)127。可以形成離子注入?yún)^(qū)130，其中該離子注入?yún)^(qū)130包括浮置擴散區(qū)(FD) 131和每個晶體管的源極/漏極區(qū)133、135以及137。 圖像傳感器的制造方法可以包括在第一襯底100中形成電結(jié)區(qū)(electricaljunction region) 140，以及在該電結(jié)區(qū)140的上部形成連接到互連件150的第一導(dǎo)電類型連接件147。例如，電結(jié)區(qū)140可以是P-N結(jié)140，但是并不局限于此。例如，電結(jié)區(qū)140可以包含第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)143，形成于第二導(dǎo)電類型阱141或者第二導(dǎo)電類型外延層上；以及第二導(dǎo)電類型離子注入層145，形成于第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)143上。例如，如示例性圖2所示，P-N結(jié)140可以是P0(145)/N-(143)/P-(141)結(jié)，但是并不局限于此。
第一襯底ioo可以是第二導(dǎo)電類型，但是并不局限于此。 根據(jù)實施例，可以設(shè)計器件以在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)的源極和漏極之間提供電勢差，從而實現(xiàn)光電荷的全部傾卸(full dumping)。因此，光電二極管中產(chǎn)生的光電荷被傾卸到浮置擴散區(qū)，從而增加輸出圖像靈敏度。 也就是說，如示例性圖2所示，實施例在包括讀出電路120的第一襯底100中形成電結(jié)區(qū)140，以在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)121的源極和漏極之間提供電勢差，從而實現(xiàn)光電荷的全部傾卸。因此，不同于簡單地將光電二極管連接到N+結(jié)的現(xiàn)有技術(shù)情況，實施例能夠防止飽和度的降低和靈敏度的下降。 之后，可以在光電二極管和讀出電路之間形成第一導(dǎo)電類型連接件147，以生成順暢的(smooth)光電荷轉(zhuǎn)移路徑，從而能夠?qū)惦娏髟礈p到最小并且防止飽和度的降低和靈敏度的下降。 為此目的，實施例可以形成n+摻雜區(qū)作為第一導(dǎo)電類型連接件147，以在P0/N-/P-結(jié)140的表面上獲得歐姆接觸?？梢孕纬蒒+區(qū)(147)，使它穿透P0區(qū)(145)以接觸N-區(qū)(143)。 另一方面，可以將第一導(dǎo)電類型連接件147的寬度減到最小，以防止第一導(dǎo)電類型連接件147變成泄漏源(leakage source)。為此目的，實施例可以包括在蝕刻第一金屬接觸部151a之后，進行插塞植入(plug implant)工藝，但是并不局限于此。例如，可以通過另外的方法形成離子注入圖案，并且可將該離子注入圖案用作離子注入掩模，以形成第一導(dǎo)電類型連接件147。 也就是說，僅在接觸形成區(qū)上進行N+摻雜的原因是為了將暗信號減到最小并且促進歐姆接觸順暢的形成。如果像現(xiàn)有技術(shù)那樣，整個Tx源極區(qū)都是N+摻雜的，那么由于Si表面的懸掛鍵(dangling bond)，暗信號可能會增加。 接著，可以在第一襯底100上方形成層間電介質(zhì)160，并且可以形成互連件150?；ミB件150可以包括第一金屬接觸部151a、第一金屬151、第二金屬152、以及第三金屬153，但是實施例并不局限于此。之后，可以在互連件150上方形成第二層間電介質(zhì)162。
接著，如示例性圖3所示，可以在第二層間電介質(zhì)162上方形成光致抗蝕劑圖案310。利用該光致抗蝕劑圖案310作為蝕刻掩模，通過蝕刻第二層間電介質(zhì)162的一部分，可以形成導(dǎo)通孔H，以暴露互連件150的上側(cè)。例如，利用光致抗蝕劑圖案310作為蝕刻掩模，通過蝕刻位于第三金屬153上方的第二層間電介質(zhì)162，可以暴露第三金屬153的表面。
接著，如示例性圖4所示，可以在導(dǎo)通孔H中形成接觸插塞170，以留下光致抗蝕劑圖案。例如，通過沉積Ti(171)/TiN(173/A1(175)可以形成接觸插塞170，而留下光致抗蝕劑圖案310。 即使通過CMP或者濕法工藝沒有改善粗糙度或均勻度，但是通過僅在導(dǎo)通孔而不
是整個襯底中形成用于接觸插塞的金屬，而不去除光致抗蝕劑圖案，該圖像傳感器的制造
方法提出了一種能夠進行精細(xì)圖案化的方法，從而改善了 3D圖像傳感器的特性。 接著，如示例性圖5所示，去除光致抗蝕劑圖案310。例如，利用1^04 : H202 =
2 10 : 1的混合溶液，通過大約5分鐘至大約30分鐘的處理，可以去除該光致抗蝕劑圖
案。換言之，該混合溶液包含約2至10份H2S04比一份H202。在去除光致抗蝕劑圖案310之后，利用TMH(Trimethylammoniumhydroxide，三甲
基氫氧化銨)h2o2 : h2o = i : 2 io : 30 50的混合溶液進行清洗工藝。因而，減
小了第一襯底100的粗糙度并且去除了顆粒，從而改善了上部襯底到圖像感測器件的接合強度。 接著，如示例性圖6所示，可以在接觸插塞170上方形成圖像感測器件210。例如，可以在第二襯底的結(jié)晶半導(dǎo)體層上方形成包括高濃度第一導(dǎo)電類型層212、第一導(dǎo)電類型層214、以及第二導(dǎo)電類型層216的光電二極管。例如，可以形成包括N+層212、N-層214、以及P-層216的光電二極管。
接著，將第一襯底100和第二襯底彼此結(jié)合，從而使得圖像感測器件210可以與接觸插塞170相對應(yīng)，并且去除第二襯底以留下圖像感測器件210。在這種情況下，可以在第一襯底100和第二襯底之間插入絕緣層或者金屬層。 之后，可以進行用于將圖像感測器件210劃分成像素的蝕刻工藝，以在像素被蝕刻的部分中填充像素間絕緣層，從而將圖像感測器件210分隔成多個像素。接著，可以進行形成上電極和濾色鏡的工藝。 示例性圖7是根據(jù)實施例的圖像傳感器的橫截面圖，并且是形成有互連件150的第一襯底的細(xì)節(jié)圖。只要不另作具體說明，示例性圖7中示出的實施例可以采用示例性圖1-圖6中所示的實施例的技術(shù)特征。 示例性圖7中所示的實施例包括在電結(jié)區(qū)140的一側(cè)形成第一導(dǎo)電類型連接件148的實例?？梢栽冢?/^-/ -結(jié)140處形成^連接區(qū)148，以獲得歐姆接觸。在形成M連接區(qū)148和M1C接觸部151a的工藝中，可能出現(xiàn)泄漏源。這是因為在將反偏壓施加到PO/N-/P-結(jié)140時，由于操作，可能在Si表面上方產(chǎn)生電場(EF)。在電場內(nèi)的接觸形成工藝期間所產(chǎn)生的晶體缺陷可能變成泄漏源。 此外，當(dāng)在？0/^-/ -結(jié)140的表面上方形成N+連接區(qū)148后，由于N+/PO結(jié)148/145，可能額外產(chǎn)生電場。該電場可能也會變成泄漏源。 因此，實施例提出了如下布局其中第一接觸插塞151a形成在沒有摻雜P0層但是包括N+連接區(qū)148的有源區(qū)中，并且連接到N-結(jié)143。根據(jù)實施例，不會在Si表面上和/或上方產(chǎn)生電場，其有助于減少3-D集成CIS中的暗電流。 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見和明顯的是，可以對所揭示的實施例進行各種改進和變化。因此，在所附權(quán)利要求及其等效替換的范圍內(nèi)，本發(fā)明所揭示的實施例旨在涵蓋顯而易見和明顯的改進和變化。
權(quán)利要求
一種方法，包括如下步驟在第一襯底上形成讀出電路；在所述第一襯底上方形成第一層間電介質(zhì)；在所述第一層間電介質(zhì)處形成互連件，所述互連件電連接到所述讀出電路；在所述互連件上方形成第二層間電介質(zhì)；利用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，通過蝕刻所述第二層間電介質(zhì)的一部分，形成暴露所述互連件上側(cè)的導(dǎo)通孔；在所述導(dǎo)通孔中形成接觸插塞；去除所述光致抗蝕劑圖案；以及在所述接觸插塞上方形成圖像感測器件。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，去除所述光致抗蝕劑圖案的步驟包括利用H2S04 和H202的混合溶液處理大約5分鐘至大約30分鐘。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述混合溶液以介于2份和10份之間的H2S04比 一份^02的比率相混合。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括步驟在去除所述光致抗蝕劑圖案之后，利用三甲基 氫氧化銨、H202、以及H20的混合溶液進行清洗工藝。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述混合溶液以一份三甲基氫氧化銨比介于2份和 10份之間的H202、比介于30份和50份之間的H20的比率相混合。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括步驟在所述第一襯底處形成電結(jié)區(qū)，所述電結(jié)區(qū)電 連接到所述讀出電路；其中，所述讀出電路在晶體管的源極和漏極之間具有電勢差。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括步驟在所述第一襯底處形成電結(jié)區(qū)，所述電結(jié)區(qū)電 連接到所述讀出電路；其中，所述晶體管是轉(zhuǎn)移晶體管；其中，所述晶體管源極的離子注入濃度小于浮置擴散區(qū)的離子注入濃度。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，包括步驟在所述電結(jié)區(qū)和所述互連件之間形成第一導(dǎo) 電類型連接件；其中，所述第一導(dǎo)電類型連接件在所述電結(jié)區(qū)的上部或者一側(cè)電連接到所述互連件。
9. 一種設(shè)備，配置為 在第一襯底上形成讀出電路； 在所述第一襯底上方形成第一層間電介質(zhì)；在所述第一層間電介質(zhì)處形成互連件，所述互連件電連接到所述讀出電路； 在所述互連件上方形成第二層間電介質(zhì)；利用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，通過蝕刻所述第二層間電介質(zhì)的一部分，形成暴 露所述互連件上側(cè)的導(dǎo)通孔；在所述導(dǎo)通孔中形成接觸插塞； 去除所述光致抗蝕劑圖案；以及 在所述接觸插塞上方形成圖像感測器件。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，配置為在所述第一襯底處形成電結(jié)區(qū)，所述電結(jié)區(qū)電連接到所述讀出電路；其中，所述讀出電路在晶體管的源極和漏極之間具有電勢差。
全文摘要
在圖像傳感器的制造方法中，在第一襯底中形成讀出電路。在第一襯底上方形成第一層間電介質(zhì)。在第一層間電介質(zhì)處形成互連件，并且該互連件電連接到讀出電路。在互連件上方形成第二層間電介質(zhì)。利用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，通過蝕刻第二層間電介質(zhì)的一部分，形成暴露互連件上側(cè)的導(dǎo)通孔。在導(dǎo)通孔中形成接觸插塞，而留下該光致抗蝕劑圖案。然后去除該光致抗蝕劑圖案。在接觸插塞上方形成圖像感測器件。
文檔編號H04N5/335GK101728325SQ200910204228
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者鄭沖耕 申請人:東部高科股份有限公司