專利名稱：用以改善圖像傳感器靈敏度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路，且特別涉及一種用以增進(jìn)光傳感器圖像感測靈敏度的方法和其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的半導(dǎo)體集成電路(Integrated Circuit，IC)可制造出具有感測功能的相機芯片。就此實施例而言，相機芯片是安裝于相機的焦點平面上，用以感測和轉(zhuǎn)換光圖像信息為電信息來重建原始圖像。此感測集成電路是建構(gòu)于硅上，且同時具有邏輯及光感測功能。硅具有可預(yù)測光譜響應(yīng)，且和人眼的光譜響應(yīng)不同。硅對于可見光譜的紅光端中具有最大光反應(yīng)值(具有較長的波長)，而人眼對可見光譜中間的綠光，具有最大的光反應(yīng)。硅的光反應(yīng)可通過增加光感測接面的深度來進(jìn)一步趨向于紅光(即趨向于更長的波長)。為了增加硅元件的藍(lán)光及綠光的光反應(yīng)，此擴散接面一般是非常淺，且非常接近表面。
復(fù)雜但實際的集成電路芯片制造，常需形成多層金屬連結(jié)結(jié)構(gòu)。集成電路必須包含用于控制、信號路由以及譯碼的邏輯電路。然而，在集成電路邏輯部分主動區(qū)域以及連接到外部電路的連線接腳之間制造復(fù)雜多層金屬連結(jié)結(jié)構(gòu)時，所需要的介層窗蝕刻是很難精確的控制。舉例來說，部分的復(fù)雜度在于蝕穿介電氧化層而形成深且高高寬比的導(dǎo)通孔。許多導(dǎo)通孔是位于大硅晶片之間，對于蝕刻深度精準(zhǔn)度的要求相當(dāng)嚴(yán)格。達(dá)到此精準(zhǔn)度的一種生產(chǎn)技術(shù)是通過使用蝕刻終止層，而用于蝕刻此蝕刻終止層常使用不同的蝕刻劑，一般作為蝕刻終止層的材料是氮氧化硅(SiliconOxynitride，SiON)。
由于，氮氧化硅不能將可見光光譜的所有顏色傳送至集成電路的光感測部分。因此，任何硅的光傳感器光譜響應(yīng)會因此氮氧化硅蝕刻終止層而衰減。這種情形和制造適于人眼彩色圖像的固態(tài)圖像傳感器沖突。
因此，極需有一種即使使用蝕刻終止層，仍具有可改善光譜傳輸?shù)墓虘B(tài)圖像傳感器的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明披露使用蝕刻終止層來增進(jìn)半導(dǎo)體圖像傳感器的光譜傳輸?shù)姆椒ā?br> 在一實施例中，此方法包含形成至少多數(shù)個晶體管元件于基板上，通過在距離晶體管元件最小預(yù)定長度摻雜預(yù)定區(qū)域來形成此傳感器，形成蝕刻終止層來覆蓋晶體管元件的接觸區(qū)域，移除位于預(yù)定區(qū)域的至少一部分蝕刻終止層來曝露此圖像傳感器，以及通過至少一層透明保護(hù)層來覆蓋圖像傳感器和晶體管。
本發(fā)明的建構(gòu)和其操作方法和其額外目的和優(yōu)點，可由閱讀以下具體實施例的相關(guān)描述得知。


圖1為依照本發(fā)明一較佳實施例的圖像傳感器和晶體管元件的概要俯視布局圖。
圖2為依照本發(fā)明一較佳實施例的一種圖像傳感器和晶體管元件的剖視圖。
主要元件標(biāo)記說明100布線 210低摻雜漏極102發(fā)光二極管 214氧化物106多重柵極 212旁間隙壁108擴散輸出元件 218自行排列的接觸區(qū)域200橫切面 220蝕刻終止層
202半導(dǎo)體基板 204淺槽隔離層206柵極氧化物 224未摻雜硅玻璃216額外摻雜226厚頂部玻璃層232金屬線連接 222邊緣230導(dǎo)通孔 228頂部表面208多晶硅柵極具體實施方式
本發(fā)明提供一種即使具有蝕刻終止層，仍具有改善光傳輸?shù)陌雽?dǎo)體圖像傳感器制造方法。
在圖1的布局100中，半導(dǎo)體集成電路芯片的元件同時包含圖像傳感器和邏輯電路。擴散區(qū)域作為傳感器或發(fā)光二極管102(或是光敏晶體管)之用。此發(fā)光二極管102所產(chǎn)生的電載流子耦接于擴散輸出元件108的多重柵極106的接面區(qū)域104，其中擴散輸出元件108可為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor，MOSFET)。當(dāng)這些載流子通過增加多重柵極106上的電壓來改變多重柵極106上的電荷時，輸出元件108的輸出信號與聚焦于發(fā)光二極管102圖像元件的光信號等比例改變。通過收集輸出元件所產(chǎn)生的這些信號，并加以重組，而再次創(chuàng)造出原來聚焦于此發(fā)光二極管102所組成陣列的圖像。
此元件的設(shè)計規(guī)則為，發(fā)光二極管102的最小寬度約為0.44μm，在任何兩發(fā)光二極管間的最小空間也約為0.44μm。從發(fā)光二極管的邊緣到輸出元件108的主動區(qū)域的直線距離約為0.2μm。相似地，此位于多重柵極106邊緣和發(fā)光二極管102間的最小距離約為0.2μm，而從發(fā)光二極管102邊緣到接點104邊緣的最小距離也約為0.2μm。
圖2所示是依照本發(fā)明一較佳實施例的發(fā)光二極管102(或光敏晶體管)與輸出元件108的橫切面200圖。半導(dǎo)體基板202包含淺槽隔離(Shallow Trench Isolation，STI)204結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)的形成是借著形成柵極氧化物206于半導(dǎo)體基板202的表面上，并沉積多晶硅層以蝕刻成為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide Field-Effect-Transistor，MOSFET)的多晶硅柵極208，而成為此擴散輸出元件108。然后植入形成低摻雜漏極(Low Doped Drain，LDD)210，(和源極)的摻雜。沉積氧化物，并以各向異性蝕刻來定義多晶硅柵極208上的側(cè)壁間隙壁212。殘留于非接觸區(qū)域的氧化層214，例如發(fā)光二極管102區(qū)域，用以保護(hù)所有接觸面不讓金屬沉積于其上。額外摻雜216被植入于側(cè)壁間隙壁212與淺槽隔離層204間作為自對準(zhǔn)接面，其目的是為了讓源極和漏極與低摻雜漏極210間具有良好接觸。植入適當(dāng)摻雜并擴散以形成發(fā)光二極管102。在此例子中，金屬是以鈷來沉積，并合金化以形成一層硅化鈷用以在側(cè)壁間隙壁212與淺槽隔離層204間，于源極和漏極以及于多晶硅柵極208上形成自對準(zhǔn)接觸區(qū)域218。然后將額外金屬自氧化物區(qū)域以蝕刻移除。
沉積氮氧化硅蝕刻終止層220。此蝕刻終止層220可保護(hù)此接觸區(qū)域不被后續(xù)工藝中的蝕刻氧化層影響。
然而，因為此為光學(xué)元件，每一蝕刻終止層220的光傳輸特性都必須考慮。參照圖1所示，于輸出元件108的區(qū)域中，光傳輸質(zhì)量并不需考慮，但氮氧化硅的蝕刻功能是必要的。而于光二二極管102所在的感測區(qū)域中，光轉(zhuǎn)換效率和光譜響應(yīng)都很重要。此蝕刻終止層220會干擾光線，大部分是于紅光或藍(lán)光波長的穿透，進(jìn)而干擾其轉(zhuǎn)換的效率。因此，形成額外的光刻掩膜，用以蝕刻移除特定區(qū)域中的蝕刻終止層220來曝露發(fā)光二極管102。光刻掩膜圖形的預(yù)定邊緣222是置于淺槽隔離層204上，以使位于淺槽隔離層204邊緣的發(fā)光二極管102全部區(qū)域的實質(zhì)部分未被此蝕刻終止層220所覆蓋。此結(jié)構(gòu)能允許光圖像到達(dá)發(fā)光二極管102而不會被蝕刻終止層的光特性所阻礙。而特定優(yōu)點是，藍(lán)光信號響應(yīng)增加百分之二十，且紅光信號響應(yīng)增加百分之五，而綠光的信號響應(yīng)并沒有改變。感測區(qū)域的開口是與傳感器的尺寸有關(guān)。而開口可小于此傳感器的尺寸。若開口被做的過大，則會曝露此硅化鈷的接觸區(qū)域，而發(fā)生腐蝕接觸區(qū)域的情形。
在一般的例子中集成電路結(jié)構(gòu)是連續(xù)的。沉積未摻雜硅玻璃224(Undoped Silicon Glass，USG)或其它非反應(yīng)性透明保護(hù)材料，來防止硅化鈷受污染。未摻雜硅玻璃224的保護(hù)層是相當(dāng)重要的，尤其當(dāng)傳感器的開口是相對大時，可藉以避免金屬污染。未摻雜硅玻璃224的厚度約為200到700埃。除此之外，可形成多層未摻雜硅玻璃來避免曝露硅化鈷的表面區(qū)域。于此實施例中，通過使用次氣壓硼玻璃(Sub Atmosphere BoronPhospho，SABP)的四乙氧基硅烷(Tetraethoxy Silane，TEOS)工藝來形成未摻雜硅玻璃層224，接著于650度下進(jìn)行約半小時的硼磷硅玻璃(Boro-Phospho-Silicate-Glass，BPSG)熱流后，再進(jìn)行增強型等離子TEOS工藝。
接著，形成重?fù)诫s硼及磷的厚頂部玻璃層226。為了要增進(jìn)后續(xù)的金屬化處理工藝，厚頂部玻璃層226的頂部表面228通過化學(xué)機械研磨(Chemical Mechanical Polish，CMP)來進(jìn)行平坦化。在光光刻步驟后，蝕刻穿過厚頂部玻璃層226、未摻雜硅玻璃224而到達(dá)位于側(cè)壁間隙壁212與淺槽隔離層204間自對準(zhǔn)接觸區(qū)域的硅化鈷218，并到達(dá)多晶硅柵極208的硅化鈷218中，來形成接觸用的導(dǎo)通孔230，。并利用傳統(tǒng)金屬處理工藝來填滿導(dǎo)通孔230以形成電連結(jié)。于充滿金屬的導(dǎo)通孔和頂玻璃表面上沉積金屬層，并圖案化此金屬層來形成多種金屬線連結(jié)232。亦可使用額外的金屬層。
通過移除集成電路上光傳感器的蝕刻終止層，同時于集成電路芯片的邏輯部分上形成相同的蝕刻終止層，可獲得改善的光譜傳輸且不會影響生產(chǎn)工藝的精確度。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與改進(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種形成至少一個具有改善靈敏度的圖像傳感器和至少一個晶體管元件的方法，其特征是包含形成該晶體管元件的柵極結(jié)構(gòu)；同時形成氧化層于該柵極結(jié)構(gòu)以及預(yù)定區(qū)域的頂部，其中該圖像傳感器與該晶體管元件間以隔離結(jié)構(gòu)分離；通過摻雜該預(yù)定區(qū)域形成該圖像傳感器，；形成至少一個接觸區(qū)域；形成蝕刻終止層來覆蓋該接觸區(qū)域；移除在該預(yù)定區(qū)域的至少一部分蝕刻終止層來曝露出該圖像傳感器；以及使用至少一層透明保護(hù)層來覆蓋該圖像傳感器和該晶體管元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是還包含使用具平坦表面的頂部玻璃層來覆蓋該保護(hù)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是還包含形成通過該透明保護(hù)層和該蝕刻終止層到該接觸區(qū)域的電連結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該蝕刻層包含氮氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該隔離區(qū)域是淺槽隔離結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該接觸區(qū)域包含硅化鈷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該保護(hù)層是未摻雜硅玻璃。
8.一種形成至少一個具有改善靈敏度的圖像傳感器和至少一個晶體管元件的方法，其特征是包含形成至少一部分的該晶體管元件于基板上；通過摻雜預(yù)定區(qū)域形成該圖像傳感器，其中該預(yù)定區(qū)域和該晶體管元件間隔最小預(yù)定距離；形成蝕刻終止層來覆蓋該晶體管元件的接觸區(qū)域；移除該預(yù)定區(qū)域中的至少一部分的該蝕刻終止層來曝露出該圖像傳感器；以及使用至少一層透明保護(hù)層來覆蓋該圖像傳感器和該晶體管元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是還包含使用具平坦表面的頂玻璃層來覆蓋該保護(hù)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該圖像傳感器和該晶體管元件以淺槽隔離結(jié)構(gòu)分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該蝕刻終止層包含氮氧化硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征是該接觸區(qū)域包含硅化鈷。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是該保護(hù)層是未摻雜硅玻璃。
14.一種用以形成至少一個具有改善靈敏度的圖像傳感器和至少一個晶體管元件的方法，其特征是包含形成至少一部分的晶體管元件于基板上；通過摻雜預(yù)定區(qū)域形成該圖像傳感器，其中該預(yù)定區(qū)域和該晶體管元件以淺槽隔離結(jié)構(gòu)隔開；形成含氮氧化硅的蝕刻終止層來覆蓋該晶體管元件的接觸區(qū)域；移除于該預(yù)定區(qū)域中至少一部分的蝕刻中止層來曝露出該圖像傳感器；以及使用厚度約為200埃的至少一層未摻雜硅玻璃層來覆蓋該圖像傳感器和該晶體管元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征是還包含具有使用具平坦表面的頂部玻璃層來覆蓋該保護(hù)層。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征是該接觸區(qū)域包含硅化鈷。
全文摘要
一種用以形成具有改善靈敏度的至少一個圖像傳感器以及至少一個晶體管元件的方法。此方法包含形成至少一部分的晶體管于基板上，通過在距離晶體管元件最小預(yù)定長度摻雜預(yù)定區(qū)域來形成此傳感器，形成用來覆蓋晶體管元件的接面區(qū)域的蝕刻終止層，移除于預(yù)定區(qū)域中的至少一部分蝕刻終止層來曝光圖像傳感器，并以至少一層透明保護(hù)層來覆蓋圖像傳感器和晶體管元件。
文檔編號H01L21/822GK1750267SQ200510103048
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者張偉, 林建良, 楊榮成, 洪家駿, 劉時閔 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司