专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术：
图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。可以将 图像传感器分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧 化物硅(CMOS)图像传感器(CIS)。在CMOS图像传感器中，单 位像素包括光电二极管和MOS晶体管。因此，CMOS图像传感器 以开关方式(switching manner )顺序检测每个单位l象素的电4言号， 实现成像。在这样的CMOS图像传感器的制造过程中，技术发展已 经集中在获得提高的感光性(photosensitivity)上。
发明内容
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该方法通过 其光学特性的改善获得最大化的感光性。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图 <象传感器可以包括下 列中的至少之一包含光电二极管的半导体衬底；形成在半导体衬 底上和/上方的晶体管；形成在包括晶体管的半导体衬底上和/或上方的第 一钝化层；在第 一钝化层上和/或上方顺序形成的金属前介电 层(premetal dielectric layer)和金属布线层(metal wiring layer); 沟槽，该沟槽被形成穿过在光电二极管形成的区域上方的金属布线 层和金属前介电层；在沟槽的侧壁和底壁上和/或上方以及在金属布 线层上和/或上方形成的第二4屯化层；以及感光材并+，该感光材并牛在 金属布线层上方的第二钝化层上和/或上方形成而且^皮掩埋在沟槽 中，其中该沟槽在其整个侧壁和底壁处形成具有第二4屯化层。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图^f象传感器可以包括下 列中的至少之一半导体衬底；形成在半导体衬底中的光电二才及管； 形成在半导体衬底上方的晶体管；形成在包括晶体管和光电二极管 的半导体衬底上方的第一钝化层；形成在第一钝化层上方的金属前 介电层；形成在金属前介电层上方的绝缘层，该绝缘层具有形成在 其中的金属布线；沟槽，该沟槽形成穿过绝缘层和金属前介电层并 且形成在光电二才及管上方；第二钝化层，该第二《屯化层形成在沟槽 的侧壁和底壁上以及形成绝缘层上方；以及感光材料，该感光材料 形成在第二钝化层上方并被掩埋在沟槽中。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器可以包括下 列中的至少之一半导体衬底；形成在半导体衬底中的器件隔离层； 光电二极管，该光电二极管包括形成在半导体衬底中的第一离子注 入层和第二离子注入层；晶体管，该晶体管包括形成在半导体衬底 上方的栅极图样、形成在栅极图样的侧壁上的隔离件以及形成于在 冲册极图样和一个器件隔离层之间的半导体冲十底中的第三离子注入 区；形成在包括晶体管、光电二极管和器件隔离层的半导体衬底上 方的第一氮化层；形成在第一氮化层上方的金属前介电层；形成在 金属前介电层上方的多层绝缘层；形成在绝缘层中的金属布线，该 金属布线电连接至晶体管；形成在绝缘层和金属前介电层中的沟 槽，该沟槽暴露形成在光电二极管上方的部分第一氮化层；第二氮化层，该第二氮化层形成在沟槽的侧壁和底壁上以及形成在绝缘层 的最上表面上方以便第二氮化层直接接触形成在光电二极管上方
的部分第一氮化层；以及感光材津+，该感光材^牛形成在第二氮化层 上方并^皮掩埋在沟槽中。
本发明的实施例涉及一种用于制造图像传感器的方法，该方法 可以包括下列中的至少之一在半导体衬底中形成光电二极管；在 包含光电二极管的半导体衬底上和/或上方形成晶体管；在包括晶体 管的半导体村底的整个表面上和/或上方顺序形成第 一钝化层、金属 前介电层和金属布线层；穿过金属布线层和金属前介电层形成沟槽 以暴露第一4M匕层；在沟槽的侧壁和底壁上和/或上方以及在金属布 线层上和/或上方形成第二4屯化层；以及然后在第二钝化层上和/或 上方形成感光材冲+以掩埋沟槽。
本发明的实施例涉及 一 种用于制造图像传感器的方法，该方法 可以包括下列中的至少之一在半导体衬底中形成光电二极管；在 包括光电二极管的半导体衬底上方形成晶体管；在包括晶体管和光 电二才及管的半导体衬底的整个表面上方顺序形成第一4屯化层、金属 前介电层和具有金属布线的绝纟彖层；穿过绝纟彖层和金属前介电层形 成沟槽以暴露形成在光电二4及管上方的部分第一4屯化层；在沟槽的 侧壁和底壁上以及在绝纟彖层的最上表面上方形成第二钝化层以便 第二钝化层直接接触形成在光电二极管上方的部分第 一钝化层，以 及然后在第二钝化层上方形成感光材料并将感光材料掩埋在沟槽 中。
实例图1到图10示出了根据本发明实施例的图像传感器及其 制造方法。
具体实施例方式
现在将详细地参照根据本发明实施方式的图像传感器及其制 造方法，其实施例在实例附图中示出。在任何可能的地方，整个实 例附图中使用相同的标号以表示相同或相似的部件。
虽然如下描述涉及示出了 CMOS图4象传感器(CIS)结构的实 例附图，但是本发明的实施例并不限于CMOS图像传感器，它可应 用于包括CCD图像传感器等的所有图像传感器。
如实例图1中所示，在半导体衬底10中形成器件隔离层5以 限定有源区。可以通过在半导体^)"底10中形成沟槽并在沟槽中掩 埋至少一种介电材料(dielectric material)来制备器件隔离层5。然 后可以通过在半导体4十底10上和/或上方形成4册才及fU匕层和4册电才及 层，然后同时图样化4册才及氧化层和4册电才及层来在半导体邱于底10上 和/或上方形成栅极图样20。栅电极可以由多晶硅或硅化物制成。 半导体衬底10可以是高密度p+十型硅衬底。可以在半导体衬底10 中形成低密度p型外延层。半导体衬底10中的低密度p型外延层 可以引起光电二极管的更大更深的耗尽区(depletion region),反过 来其可以4吏光电二才及管的光电荷4欠集能力(optical-charge collection abilities)最大化。在电荷扩散到相邻的单位像素中之前，包括p型 外延层的高密度p+十型石圭^3"底10可以允i午电荷复合(recombination of charges )。这可以减少光电荷的随意扩散，并且因此减少了光电 荷的4专丰lr功肯fe (transmission function )的变4t。
如实例图2中所示，然后可以在与各个栅极图样20相邻的半 导体衬底10中形成包括第一离子注入层14和第二离子注入层16 的光电二才及管17。可以通过在半导体衬底10、器件隔离层5上和/ 或上方以及在部分栅极图样20上方形成第一光刻胶图样21,然后 使用第一光刻胶图样21作为掩膜顺序实施第一和第二离子注入工艺来形成光电二4及管17。通过n型掺杂物离子的注入来实施第一离 子注入工艺，/人而形成第一离子注入层14。通过p型掺杂物离子的 注入来实施第二离子注入工艺，/人而在第一离子注入层14上和/或 上方形成第二离子注入层16。可以形成第二离子注入层16以1更其 最上表面与器件隔离层5的最上表面共面。
如实例图3中所示，在去除第一光刻胶图样21之后，在栅极 图样20和器件隔离层5之间的半导体衬底IO中形成第三离子注入 层18。可以通过在半导体衬底10、器件隔离层5以及光电二^ L管 17上和/或上方形成第二光刻胶图样23以暴露半导体衬底10的部 分最上表面，以及然后使用第二光刻胶图样23作为掩膜实施第三 离子注入工艺来形成第三离子注入层18。可以通过高密度n型掺杂 物离子的注入来实施第三离子注入工艺。产生自光电二才及管17的 光电荷;故传IIT到第三离子注入层18中，并依次;也，乂人第三离子注 入层18传输到电路。
如实例图4中所示，在去除第二光刻胶图样23之后，隔离件 28在栅极图样20的侧壁处形成并且可以与光电二才及管17和第三离 子注入层18重叠。可以通过在形成有栅极图样20的半导体衬底10 上和/或上方顺序层压第一氧化层、氮化层和第二氧化层来形成隔离 件28,以从而在包括栅极图样20的半导体衬底10的整个表面上和 /或上方形成氧化物-氮化物-氧化物(ONO)层。然后在ONO层上 实施蚀刻工艺以从而形成隔离件28。根据本发明的实施例，虽然隔 离件28被描述具有ONO层结构，但是隔离件28并不限于此，它 可以具有氧化物-氮化物(ON)层结构。
如实例图5中所示，然后在包括器件隔离层5、栅极图样20、 隔离件28、光电二极管17和第三离子注入区18的半导体衬底10 上和/或上方形成第一钝化层30。可以以在大约300A到1000A之 间的范围内的厚度由SiN制成第 一钝化层30。第 一钝化层30用来防止光电二才及管17和其他器件诸如形成在半导体衬底10中的晶体 管遭受如下工艺。
如实例图6中所示，然后在第一4屯化层30上和/或上方形成金 属前介电层(PMD) 35。如实例图7中所示，在PMD层35上和/ 或上方形成包括金属布线42的绝纟彖层40。绝缘层40具有多层结构。 金属布线42被电连接至包括形成在半导体衬底10上和/或上方的晶 体管的电路。如实例图8中所示，然后穿过绝^彖层40和PMD层 35来形成沟槽37,该沟槽37暴露形成在光电二才及管17上和/或上 方的部分第一钝化层30。通过在最上的绝缘层40上和/或上方形成 第三光刻胶图样以及然后使用第三光刻胶图样作为掩膜实施蚀刻 工艺来形成沟槽37。因此，通过蚀刻绝缘层40和PMD层35来在 空间上相应于光电二才及管17的位置处形成沟槽37。虽然在用于形 成沟槽37的蚀刻工艺之后第一钝化层30可能被部分蚀刻，但是第 一钝化层30仍均勾地形成在光电二极管17上和/或上方，并且因此， 防止光电二4及管17遭受蚀刻工艺。因此，才艮据本发明的实施例， 防止由用于形成沟槽37的蚀刻工艺产生对光电二才及管的损害是可 能的。
如实例图9中所示，然后在包括绝《彖层40的半导体^]"底10的 整个表面上和/或上方以及在沟槽37中形成第二4屯化层45,该第二 钝化层45接触第一钝化层30。可以以在大约300A到700A之间的 范围内的厚度由SiN制成第二钝化层45。第一钝化层30和第二钝 化层45都均匀地形成在沟槽37的底壁，该沟槽37的底壁形成在 空间上相应于光电二极管17的位置处。从而，在暴露于沟槽37底 壁处的第一4屯化层30上和/或上方形成第二凌屯化层45。通过这种结 构，第二钝化层45可以防止入射光进入绝缘层40。当光直射金属 布线42时，形成在沟槽37侧壁处的第二4屯化层45防止光进入绝缘层40。这可以防止串扰(crosstalk)现象并且因此可以防止在图 像传感器中出现噪声。
如实例图10中所示，然后在包括第二钝化层45和绝缘层40 的整个半导体衬底10上和/或上方形成感光材并+ 50,并将感光材泮牛 50掩埋在沟槽37中。感光材料50可以由高度透明的氧化物、聚合 物、光刻胶等制成。然后可以在感光材料50上和/或上方形成滤色 器阵列(color filter array )和^效透4竟以完成具有半导体4于底10的图 像传感器的构造，该半导体村底10包括在其上和/或其上方设置的 光电二4及管17和晶体管。
才艮据本发明实施例，限定半导体衬底10〗吏其分为包括光电二 极管17的光电二极管区和包括晶体管的晶体管区。尤其，由形成 在半导体衬底10中的器件隔离层5来限定图像传感器的单位单元 (unit cells )，并将由器件隔离层5限定的每个单元划分为光电二极 管区和晶体管区。这里，晶体管包括栅极图样20和形成在栅极图 样20侧壁处的隔离件28。晶体管可以进一步包括第三离子注入层 18，该第三离子注入层18形成在与^"极图样20相邻的半导体衬底 10中并且用来将光电荷传输到电路。在包括晶体管的半导体衬底 10上和/或上方形成第一《屯化层30。在光电二才及管区上方的第一4屯 化层30上和/或上方i殳置PMD层35和绝》彖层40,其中穿过PMD 层35和绝缘层40形成沟槽37。绝缘层40被形成在多层中，每层 都包括金属布线42。更特别地，在第一钝化层30上和/或上方顺序 形成PMD层35和绝纟彖层40之后，蚀刻相应于光电二4及管区的部 分PMD层35和绝全彖层40以形成沟槽37。
沟槽37贯穿绝缘层40和PMD层35,并且具有的深度足以暴 露光电二才及管区的第一4屯化层30。在与形成在半导体衬底10中的 光电二才及管17相对应的位置处形成沟槽37。在沟槽37的侧壁和底 壁上和/或上方以及在绝纟彖层40上和/或上方形成第二4屯化层45。在沟槽37的底壁上和/或上方均勾地形成第二^/f匕层45至一定深度， 该深度足以暴露光电二极管区上和/或上方的第 一钝化层30 。因此， 第 一钝化层30和第二钝化层45可以#皮形成以在它们相应于光电二 极管17的局部区域处相互接触。感光材料50形成在第二钝化层45 上和/或上方并#皮掩埋在沟槽37中。
在上述根据本发明实施例的图像传感器中，当入射光由掩埋在 沟槽37中的感光材料50导入时，第二钝化层45防止部分光进入 绝纟彖层40。同时，可以在半导体邱于底10上和/或上方形成包4舌上述 晶体管的电路，并且将绝缘层40的金属布线42连接至该电^各。因 此，这样的图像传感器可以具有最大化的感光性。第一钝化层的使 用防止了在用于形成沟槽的蚀刻工艺之后对光电二才及管不必要的 蚀刻，从而防止了对光电二极管的损害。而且，穿过金属前介电层 形成的沟槽允许光穿过感光材4+和第一4屯化层进入光电二极管，而 第二钝化层被设置用来防止入射光损失。结果，本发明的实施例可 以消除由经层间电介质(inter-layer dielectrics)的4斤射和反射等引 起的光损失问题。
尽管已经对本发明进行了描述，但是应该理解，本领域技术人 员可以想到多种其他修改和实施例，他们都将落入本7>开的原则的 精神和范围内。更特别地，在本7>开、附图、以及所附4又利要求的
种》爹改和改变。除了组成部分和/或4非列方面的l奮改和改变以外，可 选的使用对本领域技术人员来说也是显而易见的选择。
权利要求
1. 一种图像传感器，包括半导体衬底；光电二极管，形成在所述半导体衬底中；晶体管，形成在所述半导体衬底上方；第一钝化层，形成在包括所述晶体管和所述光电二极管的所述半导体衬底上方；金属前介电层，形成在所述第一钝化层上方；绝缘层，形成在所述金属前介电层上方，所述绝缘层具有形成在其中的金属布线；沟槽，形成穿过所述绝缘层和所述金属前介电层并且形成在所述光电二极管上方；第二钝化层，形成在所述沟槽的侧壁和底壁上以及形成在所述绝缘层上方；以及感光材料，形成在所述第二钝化层上方并且被掩埋在所述沟槽中。
2. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，形成所述沟槽以暴 露形成在所述光电二纟及管上方的部分所述第一《屯化层。
3. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一钝化层和 所述第二《屯化层包括SiN。
4. 根据权利要求3所述的图像传感器，其中，以在大约300A到 IOOOA之间的范围内的厚度形成所述第一4屯化层以及以在大 约300A到700A之间的范围内的厚度形成所述第二钝化层。
5. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述感光材料包括 氧化物、聚合物和光刻胶中的任意一种。
6. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一钝化层和 所述第二钝化层在所述沟槽的底壁直接相互接触。
7. —种图像传感器，包括半导体衬底；器件隔离层，形成在所述半导体衬底中；光电二极管，包括在所述半导体衬底中形成的第一离子 注入层和第二离子注入层；晶体管，包括形成在所述半导体衬底上方的栅极图样、 形成在所述4册才及图样的侧壁上的隔离件以及在所述4册才及图才羊 和一个所述器件隔离层之间的所述半导体衬底中形成的第三 离子:;主人区；第一氮化层，形成在包括所述晶体管、所述光电二极管 和所述器件隔离层的所述半导体衬底上方；金属前介电层，形成在所述第一氮化层上方；多层绝缘层，形成在所述金属前介电层上方；金属布线，形成在所述绝缘层中并电连接至所述晶体管；沟槽，形成在所述绝缘层和所述金属前介电层中，所述 沟槽暴露形成在所述光电二极管上方的部分所述第 一 氮化层；第二氮化层，形成在所述沟槽的侧壁和底壁上以及形成 在所述绝缘层的最上表面上方以便所述第二氮化层直接接触形成在所述光电二极管上方的部分所述第一氮化层；以及感光材料，形成在所述第二氮化层上方并且被掩埋在所 述沟槽中。
8. 根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第一氮化层和 所述第二氮化层包4舌SiN。
9. 根据权利要求8所述的图像传感器，其中，以在大约300A到 IOOOA之间的范围内的厚度形成所述第一氮化层，而以在大约 300A到700A之间的范围内的厚度形成所述第二氮化层。
10. 根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述感光材料包括 氧化物、聚合物和光刻胶中的任意一种。
11. 根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述第二离子注入 层形成在所述第 一 离子注入层上方。
12. 根据权利要求8所述的图像传感器，其中，形成所述第二离子 注入层以便其最上表面与所述器件隔离层和所述第三离子注 入层的最上表面共面。
13. —种用于制造图像传感器的方法，包括在半导体衬底中形成光电二极管；在包括所述光电二极管的所述半导体村底上方形成晶体管；在包括所述晶体管和所述光电二极管的所述半导体衬底 的整个表面上方顺序形成第一4屯化层、金属前介电层和具有金属布线的绝纟彖层；穿过所述绝缘层和所述金属介电层形成沟槽以暴露形成 在所述光电二4及管上方的部分所述第一4M匕层；在所述沟槽的侧壁和底壁上以及在所述绝缘层的最上表 面上方形成第二钝化层以便所述第二钝化层直接接触形成在 所述光电二才及管上方的部分所述第一钝化层；以及然后在所述第二钝化层上方形成感光材料并将所述感光材料 掩埋在所述沟槽中。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，形成所述光电二极管包 4舌顺序地在所述半导体4于底中形成第 一 离子注入层以及在所 述第 一 离子注入层上方的所述半导体衬底中形成第二离子注 入层。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，形成所述晶体管包括在所述半导体衬底上方形成栅极图样；在所述栅极图样的侧壁上形成隔离件；以及然后在与所述才册才及图才羊相邻并且与所述光电二才及管相隔的所 述半导体衬底中形成第三离子注入区。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，形成所述第三离子注入 层以便所述第三离子注入层的最上表面与所述第二离子注入 层的最上表面共面。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一钝化层和所述 第二钝化层包含氮化物材料。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述氮化物材料包含SiN。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中，以在大约300A到IOOOA 之间的范围内的厚度形成所述第一钝化层，而以在大约300A 到700A之间的范围内的厚度形成所述第二钝化层。
20. 才艮据权利要求13所述的方法，其中，所述感光材^十包括氧化 物、聚合物和光刻胶中的任意一种。
全文摘要
具有最大化的感光性的图像传感器包括形成在半导体衬底上方的光电二极管和晶体管。在包括晶体管和光电二极管的半导体衬底上方形成第一钝化层，在第一钝化层上方形成金属前介电层以及在金属前介电层上方形成具有金属布线的绝缘层。在绝缘层和金属前介电层中形成沟槽，该沟槽暴露形成在光电二极管上方的部分第一钝化层，而第二钝化层形成在沟槽的侧壁和底壁上以及形成在绝缘层的最上表面上方以便第二钝化层直接接触形成在光电二极管上方的部分第一钝化层。然后在第二钝化层上方形成感光材料并将感光材料掩埋在沟槽中。
文档编号H01L21/822GK101419977SQ20081017117
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者李汉春, 白寅喆 申请人:东部高科股份有限公司