CN100552965C - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像传感器，其包含上面具有多个半导体器件的基板、设置在所述基板上的互连层以及嵌入所述互连层中的多个彼此隔离的光电二极管。所述彼此隔离的光电二极管位于所述半导体器件上方，且通过所述互连层电连接到所述半导体器件。在上述图像传感器中，所述互连层的厚度和层数不受限制，以便有助于制造SOC CMOS图像传感器。另外，所述图像传感器的优势在于相对较高的填充因数、节约布局面积和易于导入产业。此外，本发明还提供一种用于制造上述图像传感器的方法。

Description

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和其制造方法，且特别是涉及一种具有高填充因数的系统芯片(System-On-Chip，SOC)图像传感器和其制造方法。

背景技术

图像传感器已经广泛用于各种电子装置中，例如网络相机、具有内置相机的移动电话、数码静态相机(digital still camera，DSC)和数码摄像机(digitalvideo camera，DV)。通常，图像传感器主要分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器。近年来，系统芯片(SOC)的概念逐渐引入到图像传感器中。由于可使用标准CMOS工艺来制造CMOS图像传感器，所以有可能使CMOS图像传感器与数字和模拟信号处理电路集成。

图1是常规CMOS图像传感器的示意性横截面图。参看图1，常规CMOS图像传感器100包含基板110、设置在基板110上的互连层120、设置在互连层120上的彩色滤光片阵列130和设置在彩色滤光片阵列130上的微透镜阵列140。基板110包含多个彼此隔离的区域112、由彼此隔离的区域112界定的多个有源区域114、形成于有源区域114上的多个CMOS晶体管116和形成于有源区域114中的多个光电二极管118。互连层120包含交替地堆叠在基板110上的多个绝缘膜122和多个金属膜124。彩色滤光片阵列130包含多个供红光穿透的彩色滤光片130R，供绿光穿透的130G和供蓝光穿透的130B。另外，微透镜阵列140包含多个微透镜142，其中每个微透镜142均分别位于彩色滤光片130R、130G和130B中的一者上。

常规CMOS图像传感器具有两个主要缺点。首先，填充因数较低，即光电二极管118的敏感面积与像素114的面积的比率较低。如图1中所示，这是因为光电二极管118与像素中的4个晶体管116均制造在同一硅基板上。低填充因数将减小信噪比(signal-to-noise ratio，S/N)，从而使图像的质量恶化。对于CMOS技术升级或像素按比例缩小而言，此限制变得更加严格。其次，常规CMOS图像传感器对互连120具有厚度和金属层限制。为了减少光R(或G、B)在到达光电二极管118前的损失且为了抑制两个相邻像素114之间的串扰，光电二极管118与彩色滤光片阵列130之间的垂直距离需要保持在约4微米或更少。这意味着CMOS图像传感器和SOC的其它电路部分两者均仅可使用最多四层金属膜124以供互连。另外，对于＜＝0.13μm Cu/低k工艺而言，区域120中的低介电常数电介质/阻挡电介质界面处的光R(或G、B)散射和吸收较强烈。这些将导致S/N和光感度降低。

题为“Simplified Upper Electrode Contact Structure For PIN Diode ActivePixel Sensor”的美国专利第6902946B2号和题为“Elevated PIN Diode ActivePixel Senor Including a Unique Interconnection Structure”的美国专利第6018187A号揭示了一种PIN二极管传感器，其中PIN二极管位于图像处理电路上方。然而，传感器共享一共用P型非晶硅层。这将导致相邻传感器之间的串扰。

发明内容

本发明提供一种图像传感器，其具有高填充因数。

本发明提供一种图像传感器的制造方法以解决上述问题。

如本文中所体现并大致描述，本发明提供一种图像传感器。所述图像传感器包含：基板，其上具有多个半导体器件；设置在所述基板上的互连层；和嵌入所述互连层中的多个彼此隔离的光电二极管，其中所述彼此隔离的光电二极管位于所述半导体器件上方且通过互连层电连接到半导体器件。互连层包含多个层间绝缘膜、多个层间导电膜、顶部绝缘层和顶部导电层。层间绝缘膜和层间导电膜交替地堆叠在基板上，使得彼此隔离的光电二极管设置在层间导电膜的最上层上并电连接到层间导电膜的最上层。顶部绝缘层设置在层间导电膜的最上层上，其中彼此隔离的光电二极管由顶部绝缘层覆盖。顶部导电层嵌入顶部绝缘层中且电连接到彼此隔离的光电二极管的一个电极。

在本发明实施例中，半导体器件包含金属氧化物半导体晶体管、双极结型晶体管、存储器和SOC需要的其它器件。

在本发明的实施例中，层间导电膜包含反射膜。

在本发明实施例中，层间导电膜包含排列成多层的多个连接图案。在光电二极管下，将层间导电膜之间的任何间隙保持为尽可能小，且添加虚拟层间导电膜，使得上导电图案与下导电图案之间的重叠面积尽可能大。

在本发明实施例中，顶部绝缘层具有：多个沟槽，用于暴露每个彼此隔离的光电二极管的顶部非晶硅层的周边；和多个双镶嵌接触开口(dual damascenecontact opening)，用于暴露层间导电膜，且顶部导电层包含设置在沟槽中的共用电极和设置在双镶嵌接触开口中的多个接合垫，其中所述共用电极电连接到各个光电二极管中的顶部非晶硅层的周边，且所述接合垫电连接到层间导电膜。在本发明优选实施例中，共用电极为具有多个正方形开口的网状电极(reticularelectrode)，使得各个彼此隔离的光电二极管均分别位于其中一个正方形开口下方。共用电极可通过顶部导电层互连而电连接到电路。

在本发明实施例中，各个光电二极管中包含：底部非晶硅层，其设置在层间导电膜的最上层上并电连接到层间导电膜的最上层；本征非晶硅层，其设置在底部非晶硅层上；和顶部非晶硅层，其设置在本征非晶硅层上并电连接到共用电极。在本发明优选实施例中，顶部非晶硅层可为n型非晶硅层，而底部非晶硅层可为p型非晶硅层。或者，顶部非晶硅层可为p型非晶硅层，而底部非晶硅层可为n型非晶硅层。

在本发明实施例中，图像传感器还包含设置在互连层上的保护层。

在本发明实施例中，图像传感器还包含位于彼此隔离的光电二极管上方的彩色滤光片阵列。

在本发明实施例中，图像传感器还包含位于彼此隔离的光电二极管上方的微透镜阵列。

如本文中所体现并大致描述，本发明提供一种制造图像传感器的方法。所述方法包含以下步骤。首先，提供上面具有多个半导体器件的基板。在基板上交替地形成多个层间绝缘膜和多个层间导电膜，其中层间导电膜电连接到半导体器件。接着，在层间导电膜的最上层上形成多个彼此隔离的光电二极管，其中彼此隔离的光电二极管的一个电极电连接到层间导电膜的最上层。在层间导电膜的最上层上形成顶部绝缘层，其中彼此隔离的光电二极管由顶部绝缘层覆盖。在顶部绝缘层中形成顶部导电层，其中顶部导电层电连接到彼此隔离的光电二极管的另一电极。

在本发明实施例中，彼此隔离的光电二极管可由以下步骤来形成。首先，在层间导电膜的最上层上形成底部非晶硅层，接着在底部非晶硅层上形成本征非晶硅层，且在本征非晶硅层上形成顶部非晶硅层。接着，通过使用光刻和各向同性蚀刻工艺来形成窄沟槽以形成彼此隔离的光电二极管。

在本发明实施例中，光电二极管的非晶层，即顶部非晶硅层、本征非晶硅层和底部非晶硅可通过等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemicalvapor deposition，PECVD)或溅镀工艺来形成。

在本发明实施例中，顶部绝缘层可由以下步骤来形成。首先，执行快速加热工艺以在彼此隔离的光电二极管的侧壁上形成具有高质量的氧化硅层。接着，形成平坦层以覆盖高质量氧化硅层并填充彼此隔离的光电二极管之间的空间。最终，在高质量氧化硅层和平坦层中形成多个沟槽和多个双镶嵌接触开口，其中每个彼此隔离的光电二极管的顶部非晶硅层的周边均由沟槽暴露，且层间导电膜的最上层由双镶嵌接触开口暴露。

在本发明实施例中，可通过原子层化学气相沉积(atomic layer chemicalvapor deposition，ALCVD)或低温快速氧化工艺(例如现场蒸汽生成(in-situsteam generation，ISSG)氧化工艺和光增强低温快速氧化工艺)来形成氧化硅层。

在本发明实施例中，可通过常压化学气相沉积(atmospheric pressurechemical vapor deposition，APCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或高密度等离子体化学气相沉积(high density plasma chemical vapor deposition，HDPCVD)来形成平坦层。

在本发明实施例中，形成顶部导电层的步骤可包含在沟槽中形成共用电极，同时在双镶嵌接触开口中形成顶部互连线和多个接合垫的步骤，其中共用电极电连接到彼此隔离的光电二极管的所有顶部电极，且接合垫电连接到层间导电膜。顶部互连线可连接到层间导电膜和/或光电二极管的共用电极。

在本发明实施例中，所述制造方法还包含在顶部导电层上形成保护层的步骤。

在本发明实施例中，所述制造方法还包含在彼此隔离的光电二极管上方形成彩色滤光片阵列的可选步骤。

在本发明实施例中，所述制造方法还包含在彼此隔离的光电二极管上方形成微透镜阵列的可选步骤。

由于本发明的彼此隔离的光电二极管嵌入互连层中，且位于半导体器件上方，所以彼此隔离的光电二极管的填充因数既不受形成于基板上的半导体器件限制，也不受层间导电膜的布局密度限制。填充因数仅与顶部导电层的线宽度有关。其次，由于本发明的层间导电膜位于彼此隔离的光电二极管下方，所以总互连厚度、导电层的数目和金属间电介质的种类不对光电二极管的光电响应产生任何影响。可基于SOC中使用的逻辑、模拟或RF电路的互连的要求来选择互连层。因此，本发明所论述的图像传感器和其制造方法有助于制造SOC图像传感器。

从以下描述内容中，所属领域的技术人员将易于明了本发明的这些和其它特征以及优势中的一个或部分或全部特征和优势，其中展示并描述了本发明的优选实施例，仅仅作为最适合于执行本发明的模式中的一者的说明。如将认识到，本发明能够具有不同实施例，且其若干细节能够在所有不脱离本发明的各种、明显方面作出修改。因此，附图和描述内容本质上将被认为是说明性的而非限制性的。

附图说明

本发明包括附图以提供对本发明的进一步了解，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，且连同描述内容一起用于阐述本发明的原理。

图1是常规CMOS图像传感器的示意性横截面图。

图2是根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的示意性横截面图。

图3是根据本发明优选实施例的CMOS图像传感器的示意性俯视图。

图4是根据本发明优选实施例的互连层的示意性横截面图。

图5是根据本发明优选实施例的顶部绝缘膜的示意性横截面图。

图6是根据本发明第二实施例的CMOS图像传感器的示意性横截面图。

图7是根据本发明第三实施例的CMOS图像传感器的示意性横截面图。

图8是根据本发明实施例的CMOS图像传感器的制造方法的流程图。

具体实施方式

本发明中揭示具有高填充因数且与系统芯片兼容的图像传感器。在本发明的图像传感器中，光电二极管嵌入互连层中的上方区域，使得由光电二极管接收的入射光不会被电介质界面散射且不会被互连层区域中的电介质吸收。因此，本发明的图像传感器的填充因数仅与设置在光电二极管上方的互连层的一个或一个以上导电层(例如，顶部导电层)有关。由于互连层的层间导电膜位于光电二极管下方，且四层以上层间导电膜可形成于互连层中，而不会使光电二极管的特性恶化，所以数字和模拟信号处理电路可容易地集成到互连层的层间导电膜中。因此，根据本发明的嵌入式光电二极管的概念有助于生产SOC图像传感器。

第一实施例

图2是根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的示意性横截面图。参看图2，本实施例的图像传感器200包含：基板210(例如，硅基板)，其上具有多个半导体器件212；设置在所述基板210上的互连层220；和嵌入所述互连层220中的多个彼此隔离的光电二极管230，其中所述彼此隔离的光电二极管230位于所述半导体器件212上方且通过互连层220电连接到半导体器件212。

在本实施例中，半导体器件212包含金属氧化物半导体晶体管、双极结型晶体管和存储器。应注意，形成于基板210上的半导体器件212并非限于用于处理光电二极管的光电子信号的晶体管，由有源组件和无源组件(例如，电容器、电阻器、电感器等)集成的其它模拟和逻辑电路和存储器也可形成于基板210上。为了有助于生产SOC图像传感器，可在同一基板210(图2中未示)上制造数字和模拟信号处理电路中的一些半导体器件(例如，晶体管、存储器、电容器、电阻器、电感器等)。

如图2中所示，互连层220包含多个层间绝缘膜222、多个层间导电膜224、顶部绝缘层226和顶部导电层228。层间绝缘膜222和层间导电膜224交替地堆叠在基板210上。顶部绝缘层226形成于层间导电膜224的最上层上，其中彼此隔离的光电二极管230由顶部绝缘层226覆盖。顶部导电层228嵌入电连接到彼此隔离的光电二极管230的顶部非晶硅层236的顶部绝缘层226和顶部导电层228a中。在本实施例中，互连层220可具有三层以上层间导电膜224，使得互连层220可具有四层以上导电膜(即，一个顶部导电膜228加上三个层间导电膜224)。在本实施例中，即使数字和模拟信号处理电路较复杂，数字和模拟信号处理电路仍可容易地集成到互连层220和基板210中。当数字和模拟信号处理电路较复杂且需要由若干导电膜来构造时，互连层220的总厚度显著增加。然而，彼此隔离的光电二极管230的特性(例如光敏性和信噪比)不会受互连层230的增加的厚度影响。另外，可在互连层220中制造金属-绝缘体-金属电容器，且可通过使用顶部导电膜228和层间导电膜224(图2中未示)来形成电感器。在形成互连层220后，将保护层240设置在其上。在本实施例中，保护层240包含氮化硅或氮氧化硅层240a和氧化硅层240b。

图3是根据本发明优选实施例的CMOS图像传感器的示意性俯视图。参看图2和图3，顶部绝缘层226具有：多个沟槽226a，用于暴露每个彼此隔离的光电二极管230的顶部非晶硅层236；和多个双镶嵌接触开口226b，用于暴露层间导电膜224。对应地，顶部导电层228包含设置在沟槽226a中的共用电极228a，设置在双镶嵌接触开口226b中的多个顶部互连线(未图示)和多个接合垫228b，其中共用电极228a电连接到各个光电二极管230的顶部非晶硅层236的周边，且接合垫228b电连接到层间导电膜224。在本实施例中，共用电极228a为具有多个正方形开口的网状电极(图2和3中绘示)。使得各个光电二极管230分别位于其中一个正方形开口下方。另外，共用电极228a可由铜、铝、钨或其它导电材料制成。

如图2中所示，各个光电二极管230包含：底部非晶硅层232，其设置在层间导电膜224的最上层上并电连接到所述层间导电膜224的最上层；本征非晶硅层234，其设置在底部非晶硅层232上；和顶部非晶硅层236，其设置在本征非晶硅层234上并电连接到共用电极228a。具体地说，共用电极228a电连接到顶部非晶硅层236的周边，且层间导电膜224的最上层电连接到底部非晶硅层232的底表面。可调整本征非晶硅层234的厚度和底部非晶硅层232和顶部非晶硅层236的厚度与掺杂浓度以达到最优化光电特性。

图4是根据本发明优选实施例的互连层的示意性横截面图。在本实施例中，层间导电膜224可为反射膜，例如铝膜、铜膜或其组合。具体地说，层间导电膜224的最上层可由铝或其它具有极好反射性的导电材料制成，而其它层间导电膜224可由铝、铜或其它具有较小电阻率的导电材料制成。为了防止杂散光L1照射在基板210上，层间导电膜224包含排列成多层的多个连接图案224a。另外，上层中任何两个相邻导电图案224a之间的间隙224b位于紧接于上层的下层中的连接图案224a中的一者上方，且下层中的连接图案224a与上层中的导电图案224a重叠。(即，使上导电层与下导电层之间的间隙尽可能小，且重叠面积尽可能大。)当杂散光L1穿过上层中任何两个相邻导电图案224a之间的间隙224b时，杂散光L1由紧接于上层的下层中的连接图案224a中的一者反射，使得杂散光L1可在排列在不同层中的连接图案224a之间反射并传导。在杂散光L1由连接图案224a反射后，杂散光L1的强度可逐渐减小。因此，杂散光L1可几乎不照射在基板210上，且可显著减少电路噪声。

图5是根据本发明优选实施例的顶部绝缘膜的示意性横截面图。为了确保每个彼此隔离的光电二极管230之间的电绝缘，形成顶部绝缘膜226以填充彼此隔离的光电二极管230之间的空间。下文描述顶部绝缘膜226的详细结构。

顶部绝缘膜226包含形成于彼此隔离的光电二极管230的表面和侧壁上的高质量氧化硅层226c，和形成以覆盖高质量氧化硅层226c并填充彼此隔离的光电二极管230之间的空间的平坦层226d。高质量氧化硅层226c可通过沉积或快速加热工艺来形成。平坦层226d还包含APCVD二氧化硅层226d’和形成于APCVD二氧化硅层226d’上方且由化学机械抛光(chemical-mechanical-polish，CMP)平坦化的PECVD二氧化硅层226d″。在优选实施例中，高质量氧化硅层226c的厚度约为30埃到100埃。

在形成顶部绝缘层226后，将保护层240设置在其上。在本实施例，保护层240包含氮化硅或氮氧化硅层240a和氧化硅层240b。可通过PECVD方法来形成氮化硅或氮氧化硅层240a。可通过PECVD或APCVD来形成氧化物层240b。在优选实施例中，氮化硅层240a和氧化硅层240b两者的厚度均约为1000埃到3000埃。

第二实施例

图6是根据本发明第二实施例的CMOS图像传感器的示意性横截面图。本实施例的图像传感器200a与图2中所示的图像传感器200类似，只是图像传感器200a还包含位于保护层240和彼此隔离的光电二极管230上方的彩色滤光片阵列250。彩色滤光片阵列250包含多个彩色滤光片250R、250G和250B，分别用于红光、绿光和蓝光的光穿透。

第三实施例

图7是根据本发明第三实施例的CMOS图像传感器的示意性横截面图。本实施例的图像传感器200b与图6中所示的图像传感器200a类似，只是图像传感器200b还包含微透镜阵列260。在本实施例中，微透镜阵列260包含多个微透镜262，其中每个微透镜262均分别位于彩色滤光片250R、250G和250B中的一者上。

第四实施例

图8是根据本发明实施例的CMOS图像传感器的制造方法的流程图。参看图8，CMOS图像传感器的制造方法包含步骤300、步骤310、步骤320、步骤330、步骤340和步骤350。

参看图7和图8中的步骤300，提供一种上面具有多个半导体器件212的基板210。具体地说，所使用的基板210可为硅基板或其它半导体基板。可通过现有技术CMOS工艺来制造形成于基板210上的半导体器件212。

参看图7和图8中的步骤310，在基板210上交替地形成多个层间绝缘膜222和多个层间导电膜224。具体地说，在基板210上形成层间导电膜224的最底层以首先覆盖半导体器件212。接着，在层间导电膜224的最底层上交替地形成层间半导体膜224和层间绝缘膜222。

参看图7和图8中的步骤320，在形成层间绝缘膜222和层间导电膜224后，彼此隔离的光电二极管230形成在层间导电膜224的最上层上并电连接到所述层间导电膜224的最上层。在本发明实施例中，可通过以下步骤来形成彼此隔离的光电二极管230。首先，在层间导电膜224的最上层上形成底部非晶硅层232。接着，在底部非晶硅层232上形成本征非晶硅层234。最终，在本征非晶硅层234上形成顶部非晶硅层236。可通过沉积和蚀刻工艺来形成底部非晶硅层232、本征非晶硅层234和顶部非晶硅层236。

参看图5、图7和图8中的步骤330，在形成彼此隔离的光电二极管230后，在层间导电膜224的最上层上形成顶部绝缘层226，使得彼此隔离的光电二极管230可在顶表面和侧壁表面两者上均由顶部绝缘层226覆盖。具体地说，在层间导电膜224的最上层上形成顶部绝缘层226，其中彼此隔离的光电二极管230由顶部绝缘层覆盖。在本实施例中，顶部绝缘层226可由以下步骤来形成。首先，在彼此隔离的光电二极管230的表面和侧壁上形成高质量氧化硅226c(图5中绘示)。接着，形成平坦层226d(图5中绘示)以覆盖高质量氧化硅层226c并填充彼此隔离的光电二极管230之间的空间。更优选地，可通过循序地沉积高质量氧化硅层226c和平坦层226d(图5中绘示)来形成平坦层226d。最终，在高质量氧化硅层226c和平坦层226d中形成多个沟槽226a和多个双镶嵌接触开口226b，其中每个彼此隔离的光电二极管230的顶部非晶硅层的周边均由沟槽226a暴露，且层间导电膜224的最上层由双镶嵌接触开口226b暴露。另外，通过双镶嵌工艺来形成沟槽226a和双镶嵌接触开口226b。

在优选实施例中，可通过低温原子层化学气相沉积(ALCVD)或低温快速氧化工艺(例如现场蒸汽生成(ISSG)氧化工艺和光增强低温快速氧化工艺)来形成高质量氧化硅层226c。使用低温工艺的目的是不影响光电二极管和CMOS电路的特性。如果使用低温快速氧化工艺，那么可使用薄保护硅氧化物或氮化物来在形成光电二极管230前覆盖二极管区域230外部的层间导电膜224的最上层。可通过常压化学气相沉积(APCVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来形成平坦层226d。具体来说，平坦层226d可包含分别通过常压化学气相沉积(APCVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)而形成的APCVD二氧化硅层226d’和PECVD二氧化硅层226d″。

参看图7和图8中的步骤340，顶部导电层228形成并嵌入顶部绝缘层中，使得顶部导电层228可电连接到彼此隔离的光电二极管230。在本发明优选实施例中，形成顶部导电层228的步骤可包含在沟槽226a中形成共用电极228a且同时在双镶嵌接触开口226b中形成多个接合垫228b的步骤，其中共用电极228a电连接到所有彼此隔离的光电二极管230，且接合垫228b电连接到层间导电膜224。

在形成顶部导电层228后，在互连层220上形成保护层240。保护层240可由二氧化硅、氮化硅或其它绝缘材料制成。另外，可通过CVD工艺来形成保护层240。

应注意，制造方法可视情况包含步骤360和/或步骤370。参看图7和图8中的步骤360，在形成保护层240后，可在彼此隔离的光电二极管230上方形成包含彩色滤光片250R、250G和250B的彩色滤光片阵列250。彩色滤光片250R、250G和250B可由光致抗蚀层制成，其将光转换成分别具有不同波长的不同光束。

参看图7和图8中的步骤370，在形成保护层240或彩色滤光片阵列250后，在彼此隔离的光电二极管230上方形成包含多个微透镜262的微透镜阵列260。

如上文所述，本发明至少提供以下优势：

在本发明的图像传感器中，互连层的厚度不受限制，使得本发明的图像传感器可容易地与任何逻辑、模拟和存储器电路集成在一起。因此，可容易地制造CMOS图像传感器SOC。

由于图像传感器的光电二极管制造在MOS器件、逻辑、混合模式和存储器电路上方，所以光电二极管可使用除接合垫(bonding PAD)面积之外的几乎整个芯片面积。换句话说，可显著减小CMOS图像传感器SOC芯片的尺寸。

由于像素晶体管和光电二极管两者均制造在硅表面上，所以常规CMOS图像传感器的填充因数受像素晶体管的尺寸和数目限制，例如对于亚0.18μm CMOS技术来说小于40％，且随着芯片按比例缩小而减小。相反，本发明的图像传感器的填充因数与共用金属电极的尺寸或光电二极管彼此隔离的的宽度有关。因此，本发明中的CMOS图像传感器的典型填充因数即使在芯片按比例缩小时也大于80％。

常规传感器光电二极管共享同一P型结晶硅层，且US6902946发明的二极管也共享同一P型非晶硅层。在那些现有技术中，由于共用硅层的缘故而导致的两个相邻传感器之间的串扰很强烈。这种串扰在本发明中可消除，因为所有光电二极管均由高质量氧化硅层彼此隔离的。至于由入射光导致的串扰，本发明的图像传感器可通过调整共用金属电极的厚度来减少其(串扰)。

本发明中的制造方法易于导入产业。仅需要一个附加掩膜用于光电二极管彼此隔离的。可通过调整每个非晶硅层的厚度和掺杂浓度来调谐光电二极管的光电子特性，其不会对制造在硅晶片上的CMOS器件产生任何影响。对于常规CMOS图像传感器工艺来说，调谐光电二极管的特性是一个挑战。那是因为二极管与CMOS器件共享同一热预算，且二极管的侧壁与像素晶体管共享同一底部区域。

出于说明和描述的目的，已提供了本发明优选实施例的前面的描述内容。不希望所述描述内容为详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式或示范性实施例。因此，应将前面的描述内容认为是说明性的而不是限制性的。显然，所属领域的技术人员将明了很多修改和改变。为了最好地阐释本发明的原理和其最佳模式实际应用而选择并描述所述实施例，从而使所属领域的技术人员能够理解本发明的各种实施例，且作出适合于所涵盖的特定使用或实施的各种修改。希望本发明的范围由所附权利要求书和其均等物来界定，其中所有术语均意味着其最广泛合理的意义，除非另外指示。应了解，所属领域的技术人员可在不脱离由所附权利要求书界定的本发明的范围的情况下，在所描述的实施例中作出改变。此外，本揭示内容中的元件和组件不希望贡献给公众，不管所述元件或组件是否在所附权利要求书中明确陈述。

Claims (22)

1.一种图像传感器，包括：

基板，其上具有多个半导体器件；

互连层，设置在所述基板上；以及

多个彼此隔离的光电二极管，嵌入所述互连层中，其中所述彼此隔离的光电二极管位于所述半导体器件上方且通过所述互连层电连接到所述半导体器件，所述互连层包括：

多个层间绝缘膜；

多个层间导电膜，其中所述层间绝缘膜和所述层间导电膜交替地堆叠在所述基板上，使得所述彼此隔离的光电二极管设置在所述层间导电膜的最上层上并电连接到所述层间导电膜的最上层；

顶部绝缘层，设置在所述层间导电膜的最上层上，其中所述彼此隔离的光电二极管由所述顶部绝缘层覆盖；以及

顶部导电层，嵌入所述顶部绝缘层中且电连接到所述彼此隔离的光电二极管。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体器件包括金属氧化物半导体晶体管、双极结型晶体管以及存储器。

3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述层间导电膜的最上层包括反射膜。

4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述层间导电膜包括排列成多层的多个连接图案。

5.如权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，上层中任何两个相邻导电图案之间的间隙位于紧接于所述上层的下层中的所述连接图案中的一者上方，且所述下层中的所述连接图案与所述上层中的所述导电图案重叠。

6.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述顶部绝缘层具有：多个沟槽，其用于暴露每个彼此隔离的光电二极管的顶部非晶硅层的周边；以及多个双镶嵌接触开口，其用于暴露所述层间导电膜，且所述顶部导电层包括：

共用电极，设置在所述沟槽中，且电连接到每个所述彼此隔离的光电二极管的所述顶部非晶硅层的周边；以及

多个接合垫，设置在所述双镶嵌接触开口中且电连接到所述层间导电膜。

7.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述共用电极为具有多个正方形开口的网状电极，使得各个彼此隔离的光电二极管分别位于其中一个正方形开口下方。

8.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，各个彼此隔离的光电二极管中包括：

底部非晶硅层，设置在所述层间导电膜的最上层上并电连接到所述层间导电膜的最上层；

本征非晶硅层，设置在所述底部非晶硅层上；以及

顶部非晶硅层，设置在所述本征非晶硅层上且电连接到所述共用电极。

9.如权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述共用电极电连接到所述光电二极管的所述顶部非晶硅层的周边，且所述层间导电膜的最上层电连接到所述光电二极管的所述底部非晶硅层的底表面。

10.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括一设置在所述互连层上的保护层。

11.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括位于所述彼此隔离的光电二极管上方的彩色滤光片阵列。

12.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括位于所述彼此隔离的光电二极管上方的微透镜阵列。

13.一种用于制造图像传感器的方法，包括：

提供具有多个半导体器件的基板；

在所述基板上交替地形成多个层间绝缘膜和多个层间导电膜，其中所述层间导电膜电连接到所述半导体器件；

在所述层间导电膜的最上层上形成多个彼此隔离的光电二极管，其中所述彼此隔离的光电二极管的底部非晶硅层电连接到所述层间导电膜的最上层；

在所述层间导电膜的最上层上形成顶部绝缘层，其中所述彼此隔离的光电二极管由所述顶部绝缘层覆盖；以及

在所述顶部绝缘层中形成顶部导电层，其中所述顶部导电层电连接到所述彼此隔离的光电二极管的顶部非晶硅层。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，形成所述彼此隔离的光电二极管的步骤包括：

在所述层间导电膜的最上层上形成底部非晶硅层；

在所述底部非晶硅层上形成本征非晶硅层；以及

在所述本征非晶硅层上形成顶部非晶硅层。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过等离子体增强化学气相沉积工艺或溅镀工艺来形成所述顶部非晶硅层、所述本征非晶硅层以及所述底部非晶硅层。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述形成所述顶部绝缘层的步骤包括：

执行低温快速氧化工艺或原子层化学气相沉积来在所述彼此隔离的光电二极管的表面和侧壁上形成氧化硅层；

形成平坦层以覆盖所述氧化硅层并填充所述彼此隔离的光电二极管之间的空间；

执行化学机械抛光工艺以平坦化所述平坦层；

在所述氧化硅层和所述平坦层中形成多个沟槽和多个双镶嵌接触开口，其中每个彼此隔离的光电二极管的所述顶部非晶硅层的周边由所述沟槽暴露，且所述层间导电膜的最上层由所述双镶嵌接触开口暴露。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，通过常压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积或高密度等离子体化学气相沉积来形成所述平坦层。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，通过原子层化学气相沉积、低温现场蒸汽生成氧化工艺或光增强低温快速氧化工艺来形成所述氧化硅层。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述形成所述顶部导电层的步骤包括：

在所述沟槽中形成共用电极，同时在所述双镶嵌接触开口中形成多个顶部互连线和多个接合垫，其中所述共用电极电连接到所述彼此隔离的光电二极管的所有所述顶部非晶硅层，且所述顶部互连线和所述接合垫电连接到所述层间导电膜。

20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在所述顶部导电层上形成保护层的步骤。

21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在所述彼此隔离的光电二极管上方形成彩色滤光片阵列的步骤。

22.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在所述彼此隔离的光电二极管上方形成微透镜阵列的步骤。

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