專利名稱：圖像傳感器元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器元件的結(jié)構(gòu)與制造方法，尤其涉及一種具有光電二極管的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)與制造方法。
背景技術(shù)：
目前常見的一種圖像傳感器元件是光電二極管圖像傳感器，其至少包括一個(gè)重置晶體管(Reset Transistor)以及一個(gè)二極管所形成的光感測區(qū)。以N型摻雜區(qū)、P型基底所形成的二極管作為感光區(qū)域?yàn)槔怆姸O管圖像傳感器在操作時(shí)是在重置晶體管的柵極施加一電壓，使重置晶體管開啟后，對N/P二極管結(jié)電容充電。當(dāng)充電到一高電位之后，關(guān)掉重置晶體管，使N/P二極管產(chǎn)生逆偏而形成空乏區(qū)。當(dāng)光照射在此N/P二極管感光區(qū)時(shí)，產(chǎn)生的電子空穴對會被空乏區(qū)的電場分開，使電子往N型摻雜區(qū)移動(dòng)，而使N型摻雜區(qū)的電位降低，至于空穴則會往P型基底流走。若此時(shí)以一個(gè)晶體管把n型摻雜區(qū)的電子傳到輸出端(Bus Line)，使光照所產(chǎn)生的電荷直接傳到輸出端進(jìn)行讀取，而沒有經(jīng)由任何的放大元件，此種光傳感器則是所謂的無源式光電二極管圖像傳感器(Passive Pixel Photodiode)。若n型摻雜區(qū)接到一個(gè)傳輸晶體管(Transfer Transistor)所構(gòu)成的源極跟隨器(SourceFollower)，則可以利用源極跟隨器所提供的大電流，快速地對輸出端充放電，使輸出端的電壓穩(wěn)定，噪聲較小，此種光傳感器則為所泛稱的有源式光電二極管傳感器(Active Pixel Photodiode)。
近年來許多光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器在圖像處理過程中，已成為電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)的代替品。這些光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器具有高量子效率(Quantum Efficiency)、低讀出噪聲(Read Noise)、高動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic Range)及隨機(jī)存取的特性，且與互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體工藝相容，因此很容易達(dá)到在同一芯片上與其他控制電路、模擬數(shù)字電路及數(shù)字信號處理電路整合在一起。
然而，因?yàn)榕c大量其他電路整合制作，所以光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器對光的靈敏性會受到這些電路的影響而降低。欲改良此傳感器對光的靈敏性而不影響到此傳感器預(yù)設(shè)的性能，是必須要面對的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種圖像傳感器元件的制造方法，以增加此元件的光靈敏性。
本發(fā)明的再一目的是提供一種圖像傳感器元件，可以避免欲接受的入射光大量反射。
本發(fā)明的又一目的是提供上述圖像傳感器元件的開口的制造方法，以避免感光區(qū)因經(jīng)過干蝕刻工藝而造成損傷。
本發(fā)明提供一種圖像傳感器元件的制造方法，包括于襯底上形成一個(gè)光電二極管以及一個(gè)晶體管，并于此光電二極管的感光區(qū)上形成一層自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層(Salicide Block，SAB)。然后，進(jìn)行多次金屬內(nèi)連線工藝，以于襯底上形成數(shù)層介電層以及各介電層中的數(shù)個(gè)金屬內(nèi)連線。之后，進(jìn)行光刻蝕刻工藝，以移除感光區(qū)以上的介電層，而暴露出感光區(qū)上的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。
于一實(shí)施例中，上述自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層例如是當(dāng)作抗反射層。
于一實(shí)施例中，在形成自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層之后以及進(jìn)行金屬內(nèi)連線工藝之前，還包括進(jìn)行一自對準(zhǔn)金屬硅化工藝。
于一實(shí)施例中，于上述光電二極管的感光區(qū)上形成自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的步驟包括于襯底上依序形成一層氧化層與一層介電層，然后移除感光區(qū)以外的此氧化層與此介電層。
于一實(shí)施例中，上述自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的材料例如是氮化硅。
本發(fā)明再提供一種圖像傳感器元件。此圖像傳感器元件是由襯底、光電二極管、至少一個(gè)晶體管、一層自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層、多層介電層以及置于各介電層中的金屬內(nèi)連線所構(gòu)成。此光電二極管位于襯底上，且具有感光區(qū)。晶體管位于光電二極管旁的襯底上。自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層位于光電二極管的感光區(qū)上。介電疊層覆蓋于襯底上，其中這些介電層具有一個(gè)開口。此開口暴露感光區(qū)上的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。此外，金屬內(nèi)連線位于感光區(qū)以外的介電層中。
于一實(shí)施例中，上述自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層例如是作為抗反射層。
于一實(shí)施例中，上述圖像傳感器元件，還包括一層氧化層，配置于自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層與感光區(qū)之間。
于一實(shí)施例中，上述自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的材料例如是氮化硅。
于一實(shí)施例中，上述圖像傳感器元件例如是光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器(Photodiode CMOS Image Sensor)，或是有源式光電二極管傳感器(Active Pixel Photodiode)。
本發(fā)明又提出一種形成上述圖像傳感器元件的開口的方法，包括進(jìn)行干蝕刻工藝，以移除預(yù)定形成開口處的大部分這些介電層，然后，進(jìn)行濕蝕刻工藝，以移除預(yù)定形成開口處的小部分這些介電層，直到暴露出感光區(qū)上的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。
于一實(shí)施例中，進(jìn)行上述干蝕刻工藝之前還可于介電層上先提供一層第一圖案化光致抗蝕劑層，以露出預(yù)定形成開口處的介電層。此外，進(jìn)行干蝕刻工藝之后以及進(jìn)行濕蝕刻工藝之前，還包括去除第一圖案化光致抗蝕劑層，并于介電層上形成一層第二圖案化光致抗蝕劑層，以露出預(yù)定形成開口處的小部分介電層，之后進(jìn)行去殘?jiān)?Descum)步驟。然后，可于濕蝕刻工藝后去除第二圖案化光致抗蝕劑層。
于另一實(shí)施例中，進(jìn)行上述干蝕刻工藝之前還可于介電層上先提供一層第一圖案化光致抗蝕劑層，以露出預(yù)定形成開口處的介電層。然后，在干蝕刻工藝之后以及濕蝕刻工藝之前，還包括以RCA溶液去除干蝕刻工藝后所留下的高分子殘余物。接著，在濕蝕刻工藝之后還可包括去除上述第一圖案化光致抗蝕劑層。
本發(fā)明因?yàn)閷⒐怆姸O管的感光區(qū)上方的介電層移除，所以可使光電二極管的感光區(qū)對光的靈敏度增加。此外，因?yàn)橐佬蛞砸淮胃晌g刻工藝與一次濕蝕刻工藝來制作暴露感光區(qū)的開口，所以使感光區(qū)不會受到干蝕刻工藝的等離子體轟擊，而避免損傷。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1A至圖1E是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種圖像傳感器元件的制造流程剖面圖；圖2是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種圖像傳感器元件的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖像傳感器元件中，在介電層中形成開口的步驟圖。
主要元件符號說明100、200襯底102、220晶體管104柵極結(jié)構(gòu)106源極或漏極區(qū)108柵氧化層110導(dǎo)體層112頂蓋層114間隙壁116、210光電二極管118、212感光區(qū)120、260元件隔離結(jié)構(gòu)122、230自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層124氧化層126金屬層128金屬硅化物130、240介電層132、250金屬內(nèi)連線134、242開口300、302、304、306、308、310、312、314、316步驟具體實(shí)施方式
圖1A至圖1H是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種圖像傳感器元件的制造流程剖面圖。
請參照圖1A，首先，提供一襯底100，其例如是硅襯底，且于襯底100中已形成有一個(gè)晶體管102，其例如是由一個(gè)柵極結(jié)構(gòu)104與源極或漏極區(qū)106所構(gòu)成。其中，柵極結(jié)構(gòu)104例如是由柵氧化層108、導(dǎo)體層110、頂蓋層112與間隙壁114所組成。另外，襯底100中還有一個(gè)光電二極管116，其包括一感光區(qū)118。此外，于襯底100中通常已形成有元件隔離結(jié)構(gòu)120。而根據(jù)圖像傳感器元件的種類，上述晶體管102可以是重置晶體管、輸出選擇晶體管或者傳輸晶體管等。
然后，請參照圖1B，于感光區(qū)118上形成一自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層(Salicide Block，SAB)122，且此自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層122可當(dāng)作抗反射層，以避免感光區(qū)118所接收的入射光大量反射。其中，自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層122的材料例如是氮化硅、氮氧化硅或其它適合的材料。此外，在形成自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層122前，可先形成一層氧化層124，用來增加自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層122與襯底100之間的附著性。
然后，請參照圖1C，去除頂蓋層112，以裸露出晶體管102的柵極結(jié)構(gòu)104中的導(dǎo)體層110表面。接著，進(jìn)行自對準(zhǔn)金屬硅化工藝，其例如是先在襯底100上形成一層金屬層126，其例如是鈦、鎢、鈷或鉑等材料。
接著，請參照圖1D，使金屬層126(請見圖1C)與導(dǎo)體層110以及未被自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層122所覆蓋的襯底100(如源極或漏極區(qū)106)進(jìn)行硅化工藝，而形成金屬硅化物128。然后，將未參與反應(yīng)的金屬層126去除。在去除未參與反應(yīng)的金屬層126之后，可再進(jìn)行另一道退火工藝，以降低金屬硅化物128的阻值。
之后，請參照圖1E，進(jìn)行數(shù)次金屬內(nèi)連線工藝，以于襯底100上形成數(shù)層介電層130以及各層介電層130間的金屬內(nèi)連線132。這些金屬內(nèi)連線132包括此圖像傳感器元件及其他半導(dǎo)體元件的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。然后，進(jìn)行一光刻蝕刻工藝，以移除感光區(qū)118以上的介電層130而形成開口134。開口134暴露出自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層122。
本實(shí)施例因?yàn)橐瞥泄鈪^(qū)上方的介電層，使光電二極管的感光區(qū)對光的靈敏度增加。
圖2是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種圖像傳感器元件的結(jié)構(gòu)剖面圖。請參照圖2，此圖像傳感器元件是由襯底200、光電二極管210、晶體管220、自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層230、數(shù)層介電層240以及位于這些介電層240中的金屬內(nèi)連線250所構(gòu)成。其中，光電二極管210位于襯底200中且具有一感光區(qū)212。晶體管220則是位于光電二極管210旁的襯底200上。自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層230是位于光電二極管210的感光區(qū)212上。而且，自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層230可當(dāng)作抗反射層，其材料例如是氮化硅。再者，介電層240覆蓋于襯底200上，各介電層240中配置有金屬內(nèi)連線250，而這些金屬內(nèi)連線250是位于感光區(qū)212以外的介電層240中，且介電層240具有一開口242暴露出感光區(qū)212上的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層230。
請繼續(xù)參照圖2，上述圖像傳感器元件例如是光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，如有源式光電二極管傳感器，且根據(jù)圖像傳感器元件的種類，尚可包括輸出選擇晶體管以及傳輸晶體管所構(gòu)成的源極跟隨器等。此外，襯底200中通常有元件隔離結(jié)構(gòu)260，以電性隔絕圖像傳感器元件與其他半導(dǎo)體元件。另外，襯底200若為n型，則光電二極管210為p型；反之，襯底200若為p型，則光電二極管210為n型。而在自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層230與襯底200之間還可配置一層氧化層232。
因?yàn)楸緦?shí)施例的圖像傳感器元件具有暴露出感光區(qū)上方的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的開口，所以使圖像傳感器元件對光的靈敏度提高。而且，在光電二極管上設(shè)有一層可作為抗反射層的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層，所以可避免入射光的反射。
圖3繪示形成圖2所示的結(jié)構(gòu)中的開口242的步驟流程圖，請參照圖3，先進(jìn)行步驟300，進(jìn)行一干蝕刻工藝，以移除預(yù)定形成開口242處的大部分介電層240，譬如是先將預(yù)定形成開口242處的介電層240蝕刻掉一半以上的厚度。然后，再進(jìn)行步驟310，進(jìn)行一濕蝕刻工藝，以移除預(yù)定形成開口242處的小部分介電層240，直到暴露出感光區(qū)212上方的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層230。上述步驟300與步驟310可利用一次光致抗蝕劑或二次光致抗蝕劑的工藝來完成。
請繼續(xù)參照圖3，舉例來說，采用二次光致抗蝕劑的工藝時(shí)，需于步驟300之前進(jìn)行步驟302，于介電層240上提供一層第一圖案化光致抗蝕劑層，以露出預(yù)定形成開口242處的介電層240。而于步驟300之后，進(jìn)行步驟304，去除第一圖案化光致抗蝕劑層。接著，進(jìn)行步驟306，于介電層240上形成第二圖案化光致抗蝕劑層，以露出預(yù)定形成開口242處的小部分介電層240。然后，于步驟308中，進(jìn)行去殘?jiān)?Descum)步驟，以去除預(yù)定形成開口242處殘留的光致抗蝕劑層。最后，在步驟310之后，可進(jìn)行步驟312，去除第二圖案化光致抗蝕劑層。
請?jiān)俣葏⒄請D3，利用一次光致抗蝕劑的工藝時(shí)，則是在上述步驟300之后，進(jìn)行步驟314，以RCA溶液去除干蝕刻工藝后所留下的高分子殘余物。然后，等到步驟310之后，再進(jìn)行步驟316，去除第一圖案化光致抗蝕劑層。
由于濕蝕刻工藝與干蝕刻工藝相比具有較高的選擇比，因此在干蝕刻之后進(jìn)行濕蝕刻，可以確保自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的完整。
綜上所述，本發(fā)明的特點(diǎn)在于1.本發(fā)明因?yàn)閷⒐怆姸O管的感光區(qū)上方的介電層移除，所以可使光電二極管的感光區(qū)對光的靈敏度增加。
2.而且，因?yàn)楸景l(fā)明在光電二極管上設(shè)有一層可作為抗反射層的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層，所以可避免入射光的反射。
3.此外，本發(fā)明因?yàn)橐佬蛞砸淮胃晌g刻工藝與一次濕蝕刻工藝來制作暴露自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的開口，所以使自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層不會受到干蝕刻工藝的等離子體轟擊，而避免其損傷。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器元件的制造方法，包括于一襯底上形成一光電二極管以及一晶體管；于該光電二極管的一感光區(qū)上形成一自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層；進(jìn)行多次金屬內(nèi)連線工藝，以于該襯底上形成多層介電層以及各該介電層中的一金屬內(nèi)連線；以及進(jìn)行一光刻蝕刻工藝，以移除該感光區(qū)以上的該些介電層，而暴露出該感光區(qū)上的該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器元件的制造方法，其中該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層包括當(dāng)作抗反射層。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器元件的制造方法，其中形成該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層之后以及進(jìn)行該些金屬內(nèi)連線工藝之前，還包括進(jìn)行一自對準(zhǔn)金屬硅化工藝。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器元件的制造方法，其中于該光電二極管的該感光區(qū)上形成該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的步驟包括于該襯底上依序形成一氧化層與一介電層；以及移除該感光區(qū)以外的該氧化層與該介電層。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器元件的制造方法，其中該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的材料包括氮化硅。
6.一種圖像傳感器元件，包括一襯底；一光電二極管，位于該襯底上，該光電二極管具有一感光區(qū)；至少一晶體管，位于該光電二極管旁的該襯底上；一自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層，位于該光電二極管的該感光區(qū)上；以及多層介電層，覆蓋于該襯底上，各該介電層中配置有一金屬內(nèi)連線，該些金屬內(nèi)連線位于該感光區(qū)以外的該些介電層中，且各該介電層具有一開口，該開口暴露該感光區(qū)上的該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。
7.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器元件，其中該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層包括作為抗反射層。
8.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器元件，還包括一氧化層，配置于該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層與該感光區(qū)之間。
9.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器元件，其中該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的材料包括氮化硅。
10.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器元件，其中該圖像傳感器元件包括光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。
11.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器元件，其中該圖像傳感器元件包括有源式光電二極管傳感器。
12.一種形成權(quán)利要求6所述的圖像傳感器元件的開口的方法，包括進(jìn)行一干蝕刻工藝，以移除預(yù)定形成該開口處的大部分該些介電層；以及進(jìn)行一濕蝕刻工藝，以移除預(yù)定形成該開口處的小部分該些介電層，直到暴露出該感光區(qū)上的該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。
13.如權(quán)利要求12所述的形成圖像傳感器元件的開口的方法，其中進(jìn)行該干蝕刻工藝之前還包括于該些介電層上提供一第一圖案化光致抗蝕劑層，以露出預(yù)定形成該開口處的該些介電層。
14.如權(quán)利要求13所述的形成圖像傳感器元件的開口的方法，其中進(jìn)行該干蝕刻工藝之后以及進(jìn)行該濕蝕刻工藝之前，還包括去除該第一圖案化光致抗蝕劑層；于該些介電層上形成一第二圖案化光致抗蝕劑層，以露出預(yù)定形成該開口處的小部分該些介電層；以及進(jìn)行一去殘?jiān)襟E。
15.如權(quán)利要求14所述的形成圖像傳感器元件的開口的方法，其中進(jìn)行該濕蝕刻工藝之后還包括去除該第二圖案化光致抗蝕劑層。
16.如權(quán)利要求13所述的形成圖像傳感器元件的開口的方法，其中進(jìn)行該干蝕刻工藝之后以及進(jìn)行該濕蝕刻工藝之前，還包括以RCA溶液去除該干蝕刻工藝后所留下的高分子殘余物。
17.如權(quán)利要求16所述的形成圖像傳感器元件的開口的方法，其中進(jìn)行該濕蝕刻工藝之后還包括去除該第一圖案化光致抗蝕劑層。
全文摘要
一種圖像傳感器元件的制造方法，首先于襯底中形成光電二極管以及晶體管，并于此光電二極管的感光區(qū)上形成一層自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。然后，進(jìn)行多次金屬內(nèi)連線工藝，以于襯底上形成數(shù)個(gè)介電層及介電層中的金屬內(nèi)連線，并進(jìn)行光刻蝕刻工藝，以移除部分這些介電層，而暴露出感光區(qū)上方的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。因?yàn)楦泄鈪^(qū)上方的介電層被移除，使此圖像傳感器元件對光的靈敏度提高。
文檔編號H01L27/146GK1979806SQ20051012970
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者莊正行, 龍贊倫, 鄭志鴻, 孫偉宸 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司