專(zhuān)利名稱(chēng)：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及一種互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor ) ( CMOS )圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用來(lái)將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖 像傳感器的實(shí)例包括電荷耦合器件(Charge Coupled Device ) (DDC)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感 器。這些圖像傳感器由光接收區(qū)和邏輯區(qū)組成，其中，光接收區(qū)包 括用來(lái)檢測(cè)光的光電二極管，而邏輯區(qū)將檢測(cè)到的光處理成電信號(hào) 以便獲得光學(xué)數(shù)據(jù)(optical data)。對(duì)于提高光學(xué)靈敏度(optical sensitivity )的工訐乍已經(jīng)在進(jìn)4亍中。在CMOS圖像傳感器中，由于尺寸的像素減小，所以可能產(chǎn)生 串?dāng)_(crosstalk)(串?dāng)_表示鄰近的像素之間的光學(xué)信號(hào)的干擾)。 串?dāng)_對(duì)CMOS圖像傳感器的質(zhì)量產(chǎn)生了影響。圖1是示出了常規(guī)CMOS圖像傳感器的構(gòu)造的視圖。參照?qǐng)D1, CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底110、器件隔離 層115、光電二才及管120和125、中間介電層(inter dielectric layer ) 130、金屬線層140、 #/(匕層150、濾色器層155、平坦化層160和 孩克透鏡165。圖2是圖1中所示的鄰近的光電二極管之間的串?dāng)_的說(shuō)明性視圖。參照?qǐng)D2,金屬線層140可以由多個(gè)金屬線層組成，例如，第 一金屬線層210、第二金屬線層220和第三金屬線層230。在上述的常規(guī)CMOS圖像傳感器中，傳輸至第一光電二極管 120的一部分光學(xué)信號(hào)可以^皮金屬線層140漫反射，/人而^皮傳輸至 鄰近的第二光電二極管125。例如，傳輸至第一光電二極管120的 一部分光學(xué)信號(hào)，即，側(cè)入射光250從第二金屬線層220的第一金 屬線212的頂部被反射，依次地，反射的側(cè)入射光從第三金屬線層 230的底部^皮再反射，依次地，再反射的側(cè)入射光乂人第二金屬線層 220的第二金屬線214的頂部^皮重復(fù)地反射，/人而^皮傳輸至鄰近的 第二光電二才及管125。這可能會(huì)不可避免i也(problematically)在鄰 近的光電二極管之間引起串?dāng)_。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明針對(duì)一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，該制和缺點(diǎn)而引起的 一個(gè)或 一個(gè)以上的問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)圖像傳感器及其制造方法，該CMOS圖像傳感器及其制造方法可以限制由于側(cè)入射光相對(duì)于金屬線的漫反射而引起的串 擾的發(fā)生。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的和特征一部分將在下文中闡述， 一部 分對(duì)于本領(lǐng)域的普通4支術(shù)人員而言通過(guò)下文的實(shí)-驗(yàn)將變得顯而易 見(jiàn)或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中獲得。通過(guò)所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)及其權(quán)利要 求以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)，可以了解和獲知本發(fā)明的這些目的和其4tM尤點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)以及根據(jù)本發(fā)明的目的，如在本 文中所體現(xiàn)和相克括描述的，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像 傳感器包括在半導(dǎo)體襯底中形成的光電二極管，在其中形成光電 二極管的半導(dǎo)體襯底上形成的中間介電層，在中間介電層中形成的 至少一個(gè)金屬線層，在中間介電層中的金屬線層上形成的減反射層 (anti-reflection layer),在中間介電層上形成的濾色器層，以及在濾 色器層上形成的微透鏡。.根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于制造CMOS圖像傳感器的方法 包括在半導(dǎo)體襯底中形成光電二極管，在其中形成光電二極管的 半導(dǎo)體襯底上形成第一介電層，在第一介電層上形成第一金屬線 層，第一金屬線層包括一個(gè)堆疊在另一個(gè)之上的金屬線和減反射 層，在第一金屬線層上形成第二介電層，在第二介電層上形成濾色 器層以相應(yīng)于光電二才及管，以及形成孩i透4竟以相應(yīng)于濾色器層?？梢岳斫獾氖牵景l(fā)明的上述總體描述和以下的具體描述都是 示例性的和說(shuō)明性的，并且旨在提供對(duì)所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解 釋。


附圖^f皮包括用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn) 一 步理解，并結(jié)合于此而構(gòu) 成本申請(qǐng)的 一部分。本發(fā)明的示例性實(shí)施例連同描述都用來(lái)解釋本
發(fā)明的原理。在附圖中
圖l是示出了常規(guī)CMOS圖像傳感器的構(gòu)造的視圖2是圖1中所示的鄰近的光電二極管之間的串?dāng)_的說(shuō)明性桶L
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的視圖4a和圖4b是示出了圖3中所示的金屬線層的不同實(shí)施例的 視圖5a到圖5f是示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的 CMOS圖像傳感器的方法的過(guò)程截面圖6a到圖6c是示出了用于制造^^據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的 CMOS圖像傳感器的方法的過(guò)程截面圖；以及
圖7是示出了基于圖5f和圖6c中所示的金屬線層的構(gòu)造的反 射率的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中示出了實(shí)施例 的實(shí)例。在所有可能的地方，在整個(gè)附圖中使用相同的參考標(biāo)號(hào)以 表示相同或相似的部件。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的視圖， 而圖4a和圖4b是示出了圖3中所示的金屬線層的不同實(shí)施例的禍L 圖。參照?qǐng)D3以及圖4a和4b， CMOS圖^f象傳感器包括形成在半 導(dǎo)體襯底310中的器件隔離層315;形成在半導(dǎo)體襯底310中的光 電二極管322和324;形成在半導(dǎo)體襯底310上的中間介電層330， 其中，光電二極管322和324形成在半導(dǎo)體襯底310中；形成在中 間介電層330中的至少一個(gè)金屬線層340、 350和360;形成在至少 一個(gè)金屬線層上的減反射層(anti-reflection layer) 420;形成在中 間介電層330上的鈍化層365;形成在鈍化層365上的濾色器層370; 形成在濾色器層370上的平坦〗匕層375;以及形成在平坦4匕層375 上的微透鏡380。
至少一個(gè)金屬線層340、350和360可以包括第 一金屬線層340、 第二金屬線層350和第三金屬線層360,它們一個(gè)在另一個(gè)之上順
序:l也堆疊。
第一金屬線層340和第二金屬線層350分別包括金屬線410和 減反射層420或430。
傳輸至第一光電二才及管324的一部分光學(xué)信號(hào)，即，側(cè)入射光 可以^皮至少一個(gè)金屬線層340、 350和360漫反射，從而^皮傳輸至 鄰近的第二光電二極管322,這引起了鄰近的光電二極管322和324
之間的串護(hù)G。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，至少一個(gè)金屬線層340、 350和360在它 們的上表面處形成有減反射層420或430。
可以形成才艮據(jù)本發(fā)明 一個(gè)實(shí)施例的減反射層420以覆蓋金屬線 410的上表面。同樣，可以形成4艮據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的減反射層430以覆 蓋金屬線410的上表面和側(cè)壁兩者。
減反射層420和430用來(lái)防止傳輸至第一光電二極管324的一 部分光學(xué)信號(hào)(即側(cè)入射光)被金屬線層的上表面或側(cè)壁漫反射。 這些減反射層420和430可以由氮化石圭(例如，SiN )制成。
圖5a到圖5f是示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的 CMOS圖^象傳感器的方法的過(guò)程截面圖。
首先，如圖5a所示，通過(guò)淺溝槽隔離(STI)法或^f圭的凹槽局 部氧化(Recessed-Local Oxidation of Silicon ) ( R-LOCOS )法在半 導(dǎo)體襯底510中形成器件隔離層515。器件隔離層515限定了有源 區(qū)和器件隔離區(qū)。隨后，將摻雜離子(dopant ion )注入至半導(dǎo)體襯 底的有源區(qū)中，以形成光電二才及管522和524。在這種情況下，器 件隔離層515可以由無(wú)摻雜硅酸鹽玻璃(USG)制成，且器件隔離 層515可以在半導(dǎo)體4于底510中首先形成光電二4及管522和524之 后形成。
接下來(lái)，如圖5b所示，在其中形成光電二極管522和524的 半導(dǎo)體襯底510上形成第一介電層530。在這種情況下，第一介電 層530可以是氧化層。隨后，在第一介電層530上形成第一金屬層 535,且依次地，將減反射材料537涂J丈到第一金屬層535。在這種 情況下，減反射材津牛537可以是氮化石圭(SiN )，而第一金屬層535 可以是鋁。
涂敷的減反射材料537遭受到光刻工藝，以形成第一光刻膠圖 樣542。
10接下來(lái)，如圖5c所示，4吏用第一光刻膠圖樣542作為刻蝕掩 才莫來(lái)刻蝕減反射材并牛537和第一金屬層535，以形成第一金屬線層 540。第一金屬線層540由第一金屬線535-1和堆疊在第一金屬線 535-1上的減反射層537-1組成。其后，去除第一光刻膠圖樣。
如圖5d所示，在其上形成第一金屬線層540的第一介電層530 上形成第二介電層545。在這種情況下，第二介電層545可以是氧化層。
接下來(lái)，如圖5e所示，在第二介電層545上形成形成第二金 屬線層550?？梢砸耘c上述的第一金屬線層540相同的方式形成第 二金屬線層550。也就是，第二金屬線層550可以包括第二金屬線 和減反射層。例外地，可以不同于第一金屬線層540來(lái)圖樣化第二 金屬線層550。
在其上形成第二金屬線層550的第二介電層545上形成第三介 電層555。在這種情況下，第三介電層555可以是氧化層。
*接下來(lái)，在第三介電層555上形成第三金屬線層560。第三金 屬線層560是最上金屬線層，因此可以沒(méi)有形成在金屬線上的減反 射層。這是因?yàn)樵诘谌饘倬€層560之上不存在金屬線，所以，不 會(huì)發(fā)生從第三金屬線層560反射的光學(xué)信號(hào)的再反射 (re-reflection )。在其上形成第三金屬線層560的第三介電層555 上形成第四介電層565。
上述的第一到第三金屬線層540、 550和560組成了 CMOS圖 1象傳感器的多層的金屬線，而上述的第一到第四介電層530、 545、 555和565組成了 CMOS圖l象傳感器的中間介電層。
總之，可以在中間介電層中形成多層的金屬線。接下來(lái)，如圖5f所示，在第四介電層565上形成鈍化層570。鈍化層用來(lái)保護(hù)CMOS圖像傳感器的半導(dǎo)體器件免受濕氣和劃痕。然后，在^/f匕層570上形成濾色器層575，以相應(yīng)于光電二才及管522和524。
在濾色器層575上形成平坦化層580，例如，以實(shí)現(xiàn)用于焦距調(diào)節(jié)和透4竟層的形成的平坦化。
在濾色器層575上形成微透鏡585 ，以相應(yīng)于濾色器層575 。
圖6a到圖6c是示出了用于制造才艮據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的方法的過(guò)程截面圖。
首先，如圖6a所示，在形成在半導(dǎo)體襯底510上的第一介電層530上形成金屬線層，該金屬線層包括第一金屬線535-1和堆疊在第一金屬線535-1上的減反射層537-1 (下文中，稱(chēng)作"第一減反射層")。有關(guān)金屬線層的形成的描述與上述圖5a到圖5c的描述類(lèi)似，因此，在此將省略以避免重復(fù)的描述。
在第一介電層530的整個(gè)表面上方形成第二減反射層610，其中，金屬線層形成在第一介電層530上，該金屬線層包括一個(gè)在另一個(gè)之上堆疊的第一金屬線535-1和第一減反射層537-1。在這種情況下，第二減反射層610可以:帔薄薄;也沉積在第一介電層530的表面、第一金屬線535-1的側(cè)壁和第一減反射層537-1的上表面上。
隨后，其上沉積第二減反射層610的半導(dǎo)體襯底510的整個(gè)表面遭受到凹蝕工藝。隨著凹蝕工藝的^M于，沉積在第一介電層530的表面和第一減反射層537-1的上表面上的一部分第二減反射層610 ^皮刻蝕4卓，而^f呆留了;冗積在第一金屬線535-1的側(cè)壁上的剩余的第二減反射層610。也就是，第一減反射層537-1保留在第一金屬線535-1上，而第二減反射層610-1保留在第一金屬線535-1的側(cè)壁上。乂人而，第一金屬線535-1的上表面和側(cè)壁兩者4皮覆蓋有殘留的第一減反射層537-1和第二減反射層610-1。
因此，以如下觀點(diǎn)來(lái)看，即，金屬線層540的減反射層537-14又形成在第一金屬線535-1的上表面上，而金屬線層620的減反射層537-1和610-1形成在第一金屬線535-1的上表面和側(cè)壁兩者上，如圖5c中所示的金屬線層540不同于圖6b中所示的金屬線層620。*接下來(lái)，如圖6c所示，在其上形成第一金屬線層620的第一介電層上形成第二介電層545。
除了如上所述的金屬線層的形成之外，CMOS圖^f象傳感器的以下的制造工藝與圖5a到圖5f的上述的描述等同，因此，將省略對(duì)其描述。
圖7是示出了基于圖5f和圖6c中所示的金屬線層的構(gòu)造的反射率的曲線圖。在圖7中所示的曲線圖中，縱坐標(biāo)表示反射率，而橫坐標(biāo)表示減反射層的厚度。這里，反射率還取決于波長(zhǎng)入。
參照?qǐng)D7，可以發(fā)玉見(jiàn)相乂于于可見(jiàn)波長(zhǎng)光(visible wavelength light)設(shè)置的減反射層減小了金屬線頂部5%到10%的反射率。
盡管圖5a到圖5f和圖6a到圖6c示出了堆疊在金屬線上的單氮化石圭層，但本發(fā)明實(shí)施例不限于此，且可以在金屬線上堆疊至少兩個(gè)氧化層和氮化層。
考慮到傳輸?shù)饺魏?一 個(gè)光電二極管的側(cè)入射光基于微透鏡和空氣之間的界面具有大約0到20度的入射角的事實(shí)，鄰近的光電二極管之間的串?dāng)_不會(huì)受貫穿金屬線之間的光路很大的影響，而是受一條路徑很大的影響，沿著該路徑光從金屬線的上表面漫反射從
13而被傳輸至鄰近的光電二極管。因此，存在很大的必要性來(lái)限制由
于側(cè)入射光的漫反射(diffuse reflection )而引起的串護(hù)C。
為了防止由于側(cè)入射光相對(duì)于金屬線的漫反射而引起的串?dāng)_，在本發(fā)明的實(shí)施例中，提出了在金屬線的上表面上或金屬線的上表面和側(cè)壁兩者上形成減反射層，/人而防止側(cè)入射光從金屬線的上表
面漫反射，因此限制了鄰近的光電二極管之間的串?dāng)_。
從以上描述顯而易見(jiàn)，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器及其制造方法中，在金屬線的上表面上或金屬線的上表面和側(cè)壁兩者上設(shè)置減反射層可以防止側(cè)入射光的漫反射的發(fā)生，/人而限制了鄰近的光電二極管之間的串?dāng)_。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以作各種修改及變形，這對(duì)于本領(lǐng)域的4支術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明意在涵蓋在所附權(quán)利要求及其等同替換的范圍內(nèi)的對(duì)本發(fā)明的修改和變形。
權(quán)利要求
1.一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，包括光電二極管，形成在半導(dǎo)體襯底中；中間介電層，形成在其中形成所述光電二極管的所述半導(dǎo)體襯底上；至少一個(gè)金屬線層，形成在所述中間介電層中；減反射層，形成在所述中間介電層中的所述金屬線層上；濾色器層，形成在所述中間介電層上；以及微透鏡，形成在所述濾色器層上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述至少 一個(gè)金屬線層包括位于所述中間介電層中的一個(gè)在另 一個(gè)之 上堆疊的兩個(gè)或兩個(gè)以上的金屬線層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述減反 射層僅覆蓋每個(gè)所述金屬線層的上表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述減反 射層覆蓋每個(gè)所述金屬線層的上表面和側(cè)壁。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述減反 射層為氮化硅層。
6. —種制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在半導(dǎo)體襯底中形成光電二極管；在其中形成所述光電二極管的所述半導(dǎo)體襯底上形成第一介電層；在所述第一介電層上形成第一金屬線層，所述第一金屬 線層包括一個(gè)在另一個(gè)之上堆疊的金屬線和第一減反射層；在所述第一金屬線層上形成第二介電層；在所述第二介電層上形成濾色器層以相應(yīng)于所述光電二 才及管；以及形成微透鏡以相應(yīng)于所述濾色器層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一金屬線層的形成 包括在所述第一介電層上形成第一金屬層；在所述第一金屬層上涂敷光反射防止材料；.在所述光反射防止材料上形成第一光刻膠圖樣；使用所述第 一 光刻膠圖樣刻蝕所述光反射防止材料和第 一金屬層，以便形成所述第一金屬線層，在所述第一金屬線層 中，所述第一減反射層堆疊在所述金屬線上，以及；去除所述第一光刻膠圖樣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一金屬線層的形成 包括在其上形成所述第一金屬線層的所述第一介電層的整個(gè) 表面上方形成第二減反射層，其中，所述第一金屬線層包括堆 疊在所述金屬線上的所述第一減反射層；以及在其上沉積所述第二減反射層的所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè) 表面上實(shí)施凹蝕工藝，以便在所述金屬線的上表面上留下所述第一減反射層，而在所述金屬線的側(cè)壁上留下所述第二減反射 層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第二介電層上形成第二金屬線層，所述第二金屬 線層包括一個(gè)在另一個(gè)之上堆疊的金屬線和減反射層；以及在其上形成所述第二金屬線層的所述第二介電層上形成 第三介電層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述光反射防止材料為氮 化石圭，而所述第一金屬層由鋁制成。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。該CMOS圖像傳感器包括在半導(dǎo)體襯底中形成的光電二極管，在其中形成光電二極管的半導(dǎo)體襯底上形成的中間介電層，在中間介電層中形成的至少一個(gè)金屬線層，在中間介電層中的金屬線層上形成的減反射層，在中間介電層上形成的濾色器層，以及在濾色器層上形成的微透鏡。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101667587SQ20091017166
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者尹盈提 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司