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)：
現(xiàn)有的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器具有一種將光電二極管和晶體
管水平配置的結(jié)構(gòu)。盡管電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器的缺點已經(jīng)在現(xiàn)有的水平式CMOS
圖像傳感器中被克服了，但是水平式CMOS圖像傳感器中仍然存在于尚未解決的問題。 在現(xiàn)有的水平式CMOS圖像傳感器中，光電二極管和晶體管彼此水平地鄰接在襯
底上。因此，除了需要用于晶體管的區(qū)域，還需要用于光電二極管的區(qū)域。這會降低"填充
因數(shù)(fill factor)"并且限制分辨能力(resolutionc即abilities)。 在現(xiàn)有的水平式CMOS圖像傳感器中，還很難對同時制造光電二極管和晶體管的
工藝進行優(yōu)化。具體而言，在快速晶體管工藝中需要淺結(jié)(shallowjimction)來獲得低表
面電阻(low sheet resistance)的。然而，這樣的淺結(jié)不適用于光電二極管。 在現(xiàn)有的水平式CMOS圖像傳感器中，如果對CMOS圖像傳感器增加芯片級功能，則
必須增加像素單元的尺寸以保持圖像傳感器的靈敏度，或者必須減少光電二極管的區(qū)域以
保持像素的尺寸。然而，如果增大像素單元的尺寸，則會降低圖像傳感器的分辨率。如果縮
小光電二極管的區(qū)域，則會降低圖像傳感器的靈敏度。
發(fā)明內(nèi)容
實施例涉及一種圖像傳感器的制造方法，其能夠提高電路和光電二極管的集成 度。實施例涉及一種圖像傳感器的制造方法，其能夠通過使用兩個芯片形成一個光電二極 管。這兩個芯片被分割到一個圖像芯片和一個邏輯芯片中，該圖像芯片包括濾色鏡陣列和 微透鏡，該邏輯芯片具有驅(qū)動器IC和邏輯陣列，其中該驅(qū)動器IC用于驅(qū)動圖像芯片，該邏 輯陣列用于其他附加功能。通過3D集成將這兩個芯片相互連接進單個襯墊中。
實施例涉及一種圖像傳感器的制造方法，其能夠除掉來自光電二極管上部的多條 金屬線，從而能夠縮短光電二極管和微透鏡之間的距離。該方法顯著縮短了光程，從而提高 了感光性。 為了提高光電二極管接收光的能力，必須增加用于光電二極管的面積，或者必須 縮小穿過光電二極管的通孔尺寸。如果通孔的尺寸過小，當(dāng)在光電二極管的一部分摻雜區(qū) 域中形成阻擋圖案時，通孔的入口會被阻塞。因此，實施例教示一種圖像傳感器的制造方 法，其能夠在縮小通孔尺寸同時，即使阻擋圖案形成后，也能保持導(dǎo)通孔的入口為打開狀 態(tài)。
根據(jù)實施例，一種圖像傳感器的制造方法可以包括在半導(dǎo)體襯底上形成包括金屬 線的電路，在該金屬線上形成光電二極管，以及在該光電二極管中形成接觸塞，使得該接觸 塞被連接至該金屬線。形成該接觸塞的步驟包括執(zhí)行第一蝕刻工藝，以蝕刻該光電二極管 的一部分，并且執(zhí)行第二蝕刻工藝以使用在刻蝕中產(chǎn)生的副產(chǎn)品暴露該金屬線的一部分， 從而在該光電二極管中形成用于該接觸塞的通孔。 根據(jù)實施例，一種圖像傳感器的制造方法可以包括通過離子注入工藝在襯底中形 成包括第一雜質(zhì)區(qū)域和第二雜質(zhì)區(qū)域的光電二極管，其中該第二雜質(zhì)區(qū)域形成在該第一雜 質(zhì)區(qū)域上，其中該光電二極管排列在具有金屬線的層間介電層上，通過蝕刻該光電二極管 暴露該光電二極管的該第二雜質(zhì)區(qū)域的一部分，在該光電二極管上形成一阻擋層，使得該 阻擋層使該第二雜質(zhì)區(qū)域隔離，通過蝕刻該光電二極管和該層間介電層暴露該金屬線的一 部分，以及在該光電二極管中形成一接觸塞，使得該接觸塞被電連接至該金屬線。通過一 BCM工藝使用在蝕刻過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品暴露該金屬線的所述部分。
實例圖1至圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的制造方法的示意圖。
具體實施例方式
實例圖1至圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的制造方法的示意圖。
如實例圖l所示，可以制備一襯底100，在該襯底100上設(shè)置金屬線150和電路 120。例如，隔離層110可以形成在具有第二導(dǎo)電類型的第一襯底100中以界定一有源區(qū)， 并且在該有源區(qū)中形成包括晶體管的電路120。 例如，該電路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以及選擇晶體管(Sx)127。隨后，可以形成包括浮置擴散區(qū)(FD)131和源極/漏極 區(qū)133、 135和137的離子注入?yún)^(qū)130。 當(dāng)電路120形成在第一襯底100上時，電學(xué)結(jié)(electric junction)區(qū)140可以 形成在第一襯底100上，并且第一導(dǎo)電類型區(qū)147(其可以是重度摻雜的)可以形成在電學(xué) 結(jié)區(qū)140的上部，使得第一導(dǎo)電類型區(qū)147被連接至金屬線150。例如，電學(xué)結(jié)區(qū)147可以 是一 PN結(jié)區(qū)，但是實施例不以此為限。 例如，電學(xué)結(jié)區(qū)140可以包括第二導(dǎo)電類型阱141、第一導(dǎo)電類型離子注入層143 和第二導(dǎo)電類型離子注入層145，其中該第一導(dǎo)電類型離子注入層143形成在第二導(dǎo)電類 型外延層上，該第二導(dǎo)電類型離子注入層145形成在第一導(dǎo)電類型離子注入層143上。而 且，例如，該PN結(jié)區(qū)140可以是如實例圖1所示的一P0145/N-143/P-141結(jié)區(qū)，但是實施例 不以此為限。在硅(Si)襯底100上形成？0/^/^-結(jié)區(qū)140以作為光電二極管的原因如下。
根據(jù)實施例，與具有N+結(jié)的FD節(jié)點131不同，PO/N-/P-結(jié)區(qū)140僅傳遞一部分 外加電壓，并且剪掉(Pinch off)預(yù)定的電壓。用于剪掉的電壓稱作剪切電壓(Pinning voltage)，并且該剪切電壓依賴于P0層145和N_層143的摻雜濃度。
具體而言，自光電二極管200產(chǎn)生的電子遷移進入到？0/^-/ -結(jié)區(qū)140。當(dāng)Txl21 導(dǎo)通時，電子被傳遞進入FD節(jié)點131，使得該電子可以被轉(zhuǎn)換成電壓。 由于P0/N-/P-結(jié)區(qū)140的最高電壓變成剪切電壓，并且FD節(jié)點131的最高電壓
5是閾值電壓(Vth) (Vdd-Rxl23)，由于Txl31兩端之間的電勢差，使得從位于芯片上的光電 二極管210產(chǎn)生的電子可以完全傾入FD節(jié)點131而無電荷共享。與N+結(jié)不同，本發(fā)明實 施例可以避免飽和信號的問題和靈敏度下降。 根據(jù)實施例^+層147必須形成在P0/N-/P-結(jié)區(qū)140的表面上以用于歐姆接觸。 然而，N+層147會是一泄漏源。而且，根據(jù)實施例，為了使漏泄源最小化，可以在執(zhí)行第一 金屬觸點151a的蝕刻工藝之后，執(zhí)行插塞插入工藝以使N+層147的區(qū)域最小化。這樣能 夠減少垂直型3-D集成CIS的暗電流。 接下來，當(dāng)層間介電層160形成在第一襯底100上之后，可以在所得結(jié)構(gòu)上形成金 屬線150。金屬線150可以包括第一金屬觸點151a、第一金屬151、第二金屬152、第三金屬 153，但是實施例不以此為限。 隨后，參見實例圖2，可以在第二襯底上形成晶體(crystalline)半導(dǎo)體層。光電 二極管200可以形成在晶體半導(dǎo)體層上，從而可以防止在光電二極管200中形成缺陷。
作為參考，實例圖2中示出的金屬線150的第三金屬153和層間介電層160代表 實例圖1中示出的一部分金屬線150和層間介電層160。正如實例圖2所示，為了簡便，省 略了電路120和一部分電路150。 在下文中，將描述關(guān)于在第一襯底100的層間介電層160上形成光電二極管200 的工藝。光電二極管200可以具有包括第一摻雜層(N-層)210和第二摻雜層(P+層)220 的PN結(jié)結(jié)構(gòu)。此外，歐姆接觸層(N+層或第三摻雜層)230可以形成在第一摻雜層210之 下。 例如，為了形成光電二極管200，可以通過將第一雜質(zhì)(例如N型雜質(zhì)(N-))注入 具有晶體結(jié)構(gòu)的第二襯底中形成第一摻雜層210，并且可以通過將第二雜質(zhì)(例如P型雜質(zhì) (P+))注入第二襯底中形成第二摻雜層220。 可以通過將與第一雜質(zhì)相應(yīng)的高濃度N型雜質(zhì)(N+)注入第一摻雜層210下部中 來形成歐姆接觸層230。歐姆接觸層230可以減少光電二極管200和金屬線150之間的接 觸電阻。 根據(jù)實施例，第一摻雜層210的面積可以寬于第二摻雜層220的面積。在這種情 況下，光電二極管200的耗盡區(qū)被擴展以提高光電荷的產(chǎn)生量。 接下來，在第二襯底的歐姆接觸層230設(shè)置在層間介電層160的上部上以后，可 以通過接合工藝使第一襯底100與第二襯底接合。隨后，可以通過分離工藝(cleaving process)除去具有氫層的第二襯底，使得與層間介電層160接合的光電二極管200被暴露。 因此，第二摻雜層220的表面可以被暴露。 因此，光電二極管200可以形成在電路120上，使得填充因數(shù)可被增加，并且可以 防止光電二極管200被畸形化。由于光電二極管200可以與具有均勻表面輪廓的層間介電 層160接合，因此可以提高光電二極管200和層間介電層260之間的接合強度。
隨后，參見實例圖3，在光電二極管200上設(shè)置硬掩膜250。在隨后的蝕刻工藝中， 可將硬掩膜250用作蝕刻掩膜。硬掩膜250可以具有氧化層和氮化物層的層疊結(jié)構(gòu)。
例如，硬掩膜250可以包括一種ONO層，該ONO層由第一氧化層、氮化物層和第二 氧化層構(gòu)成，其中該氮化物層形成在第一氧化層上，該第二氧化層形成在氮化物層上。
然后，參見實例圖4，可以對應(yīng)第三金屬153來蝕刻硬掩膜250和光電二極管200。通過蝕刻工藝，可以形成孔(或凹槽)以暴露光電二極管200的第二摻雜層220的外側(cè)。
在進行用于光電二極管200的第一蝕刻工藝時，可以暴露構(gòu)成光電二極管200的 第二摻雜層220的外側(cè)，而不暴露光電二極管200的第三摻雜層230。為此目的，通過調(diào)整 選擇性而對光電二極管200執(zhí)行第一蝕刻工藝，使得只有硬掩膜250、第二摻雜層220和第 一摻雜層210的部分被蝕刻。 然后，在對應(yīng)第三金屬153的部分蝕刻了光電二極管200之后，可以通過使用能夠 絕緣第二摻雜層220的暴露部分的材料形成阻擋層260。阻擋層260使第二摻雜層220與 稍后將要描述的第一接觸塞270相隔離。阻擋層260可以包括例如氧化層或氮化物層的絕緣層。 隨后，參見實例圖5，當(dāng)阻擋層260形成在光電二極管200的開口中之后，執(zhí)行形 成通孔的工藝，以通過展開光電二極管200的開口而暴露一部分第三金屬153。通過形成 通孔的工藝而暴露一部分第三金屬153，可以將阻擋層260的下部蝕刻，以形成一阻擋圖案 261(參見實例圖6)。 具體而言，形成通孔的工藝可以是用于光電二極管200的第二蝕刻工藝。通過第 二蝕刻工藝，形成聚合體以保護對應(yīng)于第三摻雜層230和第一摻雜層210的硅的側(cè)壁。由于 基于聚合物的側(cè)壁保護方案使用了在蝕刻中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，因此可以減少側(cè)壁的厚度。這 使得通孔的尺寸顯著縮小。 通過副產(chǎn)品覆蓋掩膜(BCM，即byproduct ca卯ing mask)工藝利用在蝕刻工藝中 產(chǎn)生的副產(chǎn)品可以實現(xiàn)暴露一部分第三金屬的第二蝕刻工藝。副產(chǎn)品是如上所述的聚合物 副產(chǎn)品。使用聚合物副產(chǎn)品的BCM的條件如下。 根據(jù)BCM工藝，可以在電源功率(source power)大約為900W至1100W并且偏置 功率為1300W至1700W的條件下，分別以120sccm至400sccm范圍的流速施加氬(Ar)氣、 以12sccm至17sccm范圍的流速施加(^8氣、并且以7sccm至12sccm范圍的流速施加氧氣 (02)氣。 結(jié)果，形成通孔以暴露一部分第三金屬153的工藝包括用于對光電二極管200打 孔的第一蝕刻工藝和第二蝕刻工藝，其中所述第一蝕刻工藝暴露一部分第二摻雜層220，所 述第二蝕刻工藝暴露第三金屬153的上表面。第二蝕刻工藝可以是使用在蝕刻工藝中產(chǎn)生 的聚合物的BCM工藝。通過BCM工藝，可以保護硅側(cè)壁，并且可以縮小通孔的尺寸。
隨后，參見實例圖6，第一接觸塞270形成在通孔中以將光電二極管200電連接至 電路120。例如，第一接觸塞270可以包括諸如銅(Cu)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta) 、Ti/Ti氮 化物(Ti/TiN)、以及鴇(W)等金屬材料中的一種。 在對硬掩模250和通孔240的開口執(zhí)行縫隙填充工藝之后，可以通過執(zhí)行平坦化 工藝形成第一接觸塞270。通過對光電二極管200和層間介電層160打孔使第一接觸塞270 通過通孔240電連接至第三金屬153。阻擋圖案260部分地形成在第一接觸塞270的外側(cè) 上，使得第一接觸塞270與第二摻雜層220電隔離。 因此，從光電二極管200產(chǎn)生的光電荷通過第一接觸塞270被傳遞給電路120。此 外，由于阻擋圖案260使第一接觸塞270與第二摻雜層220電隔離，因此光電二極管200可 以正常地運行。 然后，參見實例圖7，可以在硬掩模250和第一接觸塞270上沉積絕緣層以形成第二層間介電層280。在將光致抗蝕劑涂覆在第二層間介電層280上以后，可以對所得結(jié)構(gòu)進 行圖案化。然后，可以對第二層間介電層280和硬掩模250進行蝕刻以形成用于第二接觸 塞290的通孔。接下來，可以在通孔中形成第二接觸塞300。隨后，可以設(shè)置上電極或濾色鏡。 根據(jù)實施例，當(dāng)蝕刻光電二極管時，使用聚合物副產(chǎn)品執(zhí)行蝕刻工藝，從而保護暴 露的硅側(cè)壁。特別地，可以縮小用于接觸塞的通孔的尺寸，從而可以提高光電二極管的光接 收能力。而且，根據(jù)實施例，當(dāng)形成穿過光電二極管區(qū)的通孔并且在通孔中形成阻擋圖案以 隔離光電二極管的一部分摻雜區(qū)域時，可以保持通孔的上開口的尺寸。此外，確保延伸通 過光電二極管的通孔的開口 ，使得即使在隨后的工藝中形成接觸塞后仍可以確保通孔的輪 廓。 對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明精神或范圍下可對本發(fā)明進行 各種改變和變化。因此，只要對本發(fā)明的改進和變化落在所附權(quán)利要求和其等同物的范圍 內(nèi)則本發(fā)明旨在本發(fā)明的這些改進和變化。
權(quán)利要求
一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成包括金屬線的電路；在該金屬線上形成光電二極管；以及在該光電二極管中形成接觸塞，使得該接觸塞被連接至該金屬線，其中形成該接觸塞的步驟包括執(zhí)行第一蝕刻工藝以蝕刻該光電二極管的一部分；以及執(zhí)行第二蝕刻工藝以暴露該金屬線的一部分，使用在該第二蝕刻工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)品以在該光電二極管中形成用于該接觸塞的通孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在該第一蝕刻工藝完成之后形成一阻擋層，以 隔離該光電二極管的暴露表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中執(zhí)行該第二蝕刻工藝以蝕刻該阻擋層的下部、該 光電二極管和具有該金屬線的層間介電層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該第二蝕刻工藝是副產(chǎn)品覆蓋掩膜工藝，其使用 在該第二蝕刻過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中使用氬(Ar)氣丄5&氣和氧(02)氣執(zhí)行該第二蝕 刻工藝；其中，在以120sccm至400sccm范圍的流速施加氬氣、以12sccm至17sccm范圍的流速 施加(:5&氣、和以7sccm至12sccm范圍的流速施加氧氣的條件下執(zhí)行該第二蝕刻工藝；以 及其中利用900W至1100W的電源功率和1300W至1700W的偏置功率執(zhí)行該第二蝕刻工藝。
6. —種方法，包括通過離子注入工藝，在襯底中，形成排列在具有金屬線的層間介電層上的光電二極管， 該光電二極管包括第一雜質(zhì)區(qū)域和在該第一雜質(zhì)區(qū)域上的第二雜質(zhì)區(qū)域， 通過蝕刻該光電二極管暴露該光電二極管的該第二雜質(zhì)區(qū)域的一部分； 在該光電二極管上形成阻擋層，使得該阻擋層絕緣該第二雜質(zhì)區(qū)域； 通過蝕刻該光電二極管和該層間介電層而暴露該金屬線的一部分，以及 在該光電二極管中形成一接觸塞，使得該接觸塞被電連接至該金屬線， 其中通過副產(chǎn)品覆蓋掩膜工藝使用在蝕刻過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品來暴露該金屬線的所 述部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過所述第一和第二雜質(zhì)區(qū)域使該光電二極管具 有PN結(jié)，并且其中暴露該第二雜質(zhì)區(qū)域的所述部分以使該第一雜質(zhì)區(qū)域不被蝕刻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中對于該第一雜質(zhì)區(qū)域和該層間介電層執(zhí)行該副產(chǎn) 品覆蓋掩膜工藝。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中使用氬氣、C5F8氣和氧氣執(zhí)行該第二蝕刻工藝； 其中，在以120sccm至400sccm范圍的流速施加氬氣、以12sccm至17sccm范圍的流速施加(:5&氣、和以7sccm至12sccm范圍的流速施加氧氣的條件下執(zhí)行該第二蝕刻工藝；以 及其中，利用900W至IIOOW的電源功率和1300W至1700W的偏置功率執(zhí)行該第二蝕刻工藝。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該接觸塞包括銅、鋁、鈦、鉭、氮化鈦、以及鎢中的至少一種。
全文摘要
一種圖像傳感器的制造方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成包括金屬線的電路，在該金屬線上形成光電二極管，以及在該光電二極管中形成接觸塞，使得該接觸塞被連接至該金屬線。形成該接觸塞的步驟包括執(zhí)行第一蝕刻工藝，以蝕刻該光電二極管的一部分，并且執(zhí)行第二蝕刻工藝，以使用在刻蝕中產(chǎn)生的副產(chǎn)品暴露該金屬線的一部分，從而在該光電二極管中形成用于該接觸塞的通孔。
文檔編號H01L21/70GK101740594SQ200910221298
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者尹基準 申請人:東部高科股份有限公司