CN101335238A - 用于制造图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种用于制造图像传感器的方法。该制造方法包括：在半导体衬底上形成包括光电二极管和栅极的单元像素，在包括单元像素的半导体衬底上形成层间绝缘层，平坦化层间绝缘层，在层间绝缘层上使用SiH4形成保护层，以及平坦化保护层。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求于2007年6月25日提交的韩国专利申请第10-2007-0062164号的优先权，将其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种半导体器件，并且更具体地，涉及一种用于制造图像传感器的方法。
背景技术
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(其是图像传感器实施方式的一个实例)使用包括作为外围电路的控制电路和信号处理电路两者的CMOS技术。
在典型的实施方式中，根据所期望的像素的数目，CMOS图像传感器包括多个光电二极管和MOS晶体管。在操作中，传感器通过转换顺序检测由每一个单元像素(单位像素，unit pixel)输出的电信号，从而生成图像。
在这样的CMOS图像传感器中，光敏性(其是决定CMOS图像传感器性能的重要因素)受到称为“暗电流”的现象的影响。
暗电流通常是由半导体器件中的各种缺陷产生的，如线缺陷和点缺陷，其可以散布在半导体衬底表面与氧化物层之间或通过悬空键(悬挂键，dangling bond)分散。这样的缺陷导致暗电流，因此劣化了图像传感器的性能。
发明内容
通常，本发明的示例性具体实施方式涉及一种用于制造图像传感器的方法。特别地，提出的具体实施方式试图提供一种具有改善的光敏性的图像传感器。另外，披露的具体实施方式提供了一种能够在光刻工艺中提高对准识别(alignment recognition)的图像传感器。
在一个示例性的具体实施方式中，用于制造图像传感器的方法包括在半导体衬底上形成包括光电二极管和栅极的单元像素。在包括单元像素的半导体衬底上形成层间绝缘层。平坦化该层间绝缘层以便在该层间绝缘层上使用例如SiH4形成保护层。可以平坦化该保护层。
在另一个示例性的具体实施方式中，用于制造图像传感器的方法包括在半导体衬底上形成像素区域和划线(划痕线，位置线，scribeline)的步骤。在像素区域上形成包括光电二极管和栅极的单元像素。在像素区域和划线上形成层间绝缘层，并且在层间绝缘层上使用例如SiH4形成保护层。在像素区域上通过蚀刻保护层和层间绝缘层来形成接触塞(contact plug)，并且在划线上形成对准标记(对准点，alignment key)。
通常，所披露的具体实施方式通过在层间绝缘层上设置保护层来降低暗电流的发生。这产生了具有改善的光敏性的图像传感器。另外，层间绝缘层和保护层的均匀厚度有助于接触塞和对准标记具有均匀的剖面(均匀的分布，uniform profile)，从而提高了在光刻工艺过程中的对准识别。
提供本内容以便以简化的形式引入下面在详细描述中进一步描述的概念的选择。本内容并不用于确定所要求保护的主题的主要特征或必要特性，也不旨在用作帮助确定所要求保护的主题范围。此外，应当理解，本发明的上述总体描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且用于提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
包括的用于提供对本发明的进一步理解以及结合到本申请中并构成本申请的一部分的附图描述了本发明的示例性具体实施方式并连同描述用来解释本发明的原理。在附图中：
图1至图5是示出了根据一个示例性具体实施方式的图像传感器的制造过程的剖视图；
图6是示出了与图4的接触孔的结构一致形成的接触塞的电阻特性的曲线图；
图7是示出了根据所披露的示例性具体实施方式的与保护层的厚度一致的暗信号特性的曲线图；以及
图8是示出了根据所披露的示例性具体实施方式的与保护层的厚度一致的白线特性的曲线图。
具体实施方式
在以下具体实施方式的详细描述中，现在将详细提到本发明的特定具体实施方式，其实施例示出在附图中。无论在什么可能的情况下，在附图中，将使用相同的参考标号以表示相同或相似的部件。对这些具体实施方式进行足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实践本发明。在不背离本发明的范围的情况下，可以采用其他具体实施方式，并且可以进行结构上、逻辑上和电学上的改变。此外，应该理解，本发明的各种具体实施方式尽管是不同的，但未必是相互排斥的。例如，在一个具体实施方式中描述的特定特征、结构、或特性可以被包含在其他具体实施方式内。因此，以下的详细描述并不应被理解成限制的意义，并且本发明的范围仅由所附的权利要求连同这些权利要求所授权的等同物的全部范围一起来限定。
通常，本发明的具体实施方式涉及用于制造图像传感器的方法，其产生了具有改善的性能特性的图像传感器。
在以下的描述中，应当理解，当一个元件被描述为在另一个元件的“上面”或“之上”时，该元件可以是指直接形成在另一个元件上或通过另一个层的媒介，即间接地形成在另一个元件上。
另外，在附图中，为了方便说明，每一个层在厚度和尺寸上可以被增大，或者某些元件被简要地描述，或者甚至被省略。因此，附图并不反映元件的实际尺寸。
参照图1至图5，示出了用于制造图像传感器的方法的一个实例。
首先，如图1所示，半导体衬底10包括像素区域A和划线B。
像素区域A是指其上形成有元件的半导体衬底10的一部分。划线B是指其上形成有光刻所需要的对准标记的一部分。
像素区域A分为有源区和场区，并且形成元件隔离层20以在像素区域A上限定单元像素。
此外，在像素区域A上形成单元像素，包括用于检测光的光电二极管30和晶体管电路的栅极40。
尽管没有示出，晶体管电路可以包括，例如传输晶体管(转移晶体管，transfer transistor)、复位晶体管(重置晶体管，resettransistor)、驱动晶体管以及选择晶体管。
在所示出的具体实施方式中，栅极40包括栅极介电层和栅电极。例如，栅极40可以通过在像素区域A上形成氧化物层和多晶硅层，然后通过蚀刻形成栅极氧化物层和栅电极来制造。这里，栅极40可以是与光电二极管30邻接的传输晶体管的栅极。
在所示出的具体实施方式中，光电二极管30紧邻(next to)栅极40的一侧形成，而浮动扩散区(floating diffusion region)50紧邻栅极40的另一侧形成。
栅极40和浮动扩散区50在其上可以分别包括硅化物层60和61。提供硅化物层60和61以减轻施加于栅极40和浮动扩散区50的接触电阻。在所示出的实例中，硅化物层60和61可以通过在栅极40和浮动扩散区50上沉积如钴、镍和钛的导电金属并进行热处理来形成。
如图2中所示的，然后，在像素区域A和划线B上形成层间绝缘层70。
层间绝缘层70在晶体管与电线之间提供绝缘，并且可以例如通过前金属电介质(预金属电介质，Pre Metal Dielectric，PMD)层或层间电介质(ILD)层来实施。例如，层间绝缘层70可以包括以单层或多层构造的磷硅酸盐玻璃(PSG)，硼-磷硅酸盐玻璃(BPSG)以及PE-TEOS。在一个实例中，层间绝缘层70可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺沉积BPSG层以及随后通过化学机械抛光(CMP)工艺平坦化所沉积的层来形成。层间绝缘层70的厚度可以在约2000-5000
的范围内。
如图3中所示的，保护层80形成在层间绝缘层70上以保护层间绝缘层70的表面。在一个实例中，保护层80可以包括SiH4。例如，保护层80可以通过在约200～500℃的温度下通过CVD工艺沉积SiH4来制造。此外，保护层80可以具有约1000-5000的厚度。
在所披露的具体实施方式中，在保护层80的制造过程中产生H2。通过渗透到半导体衬底10中，H2将形成在半导体衬底10上的悬空键的结构转化为Si-H结构。由于通过在半导体衬底上反复进行蚀刻以形成元件(element)破坏了衬底表面的结合，所以获得悬空键。另外，由于悬空键易于热产生电荷甚至无需光学输入，因此特别是在许多悬空键存在的情况下，可以产生暗电流。因此，图像传感器可以异常地操作，即，甚至当没有光存在时，也可以如接收光一样起作用。
因此，通过在半导体衬底10中注入H2，可以减少悬空键并因此可以防止暗电流的产生。
在所披露的具体实施方式中，实施CMP工艺以平坦化保护层80。例如，在CMP工艺之后，可以将保护层80减少到约1500～2500
的厚度。
如果保护层80的厚度小于约1500
则设置在保护层80之下的层间绝缘层70也可以在CMP工艺过程中被抛光，从而露出层间绝缘层70的BPSG层。
由于保护层80和层间绝缘层70由不同的材料形成，因此具有不同的磨损性，设置在保护层80之下的层间绝缘层70可以在保护层80的抛光过程中被露出。在这种情况下，腐蚀或凹陷(dishing)现象可以在后处理过程中，即，在接触塞或对准标记的形成过程中发生，从而引起光刻工艺过程中的未对准。
在该具体实施方式中，由于保护层80具有1500～2500
的厚度，因此可以防止层间绝缘层70的不期望的抛光或暴露。因此，可以正常地形成接触塞和对准标记。
如图4中所示的，光刻胶图案(光致抗蚀剂图案)200形成在包括保护层80的半导体衬底10上。在所示出的具体实施方式中，提供光刻胶图案200以通过在对应于栅极40和浮动扩散区50的位置选择性地除去保护层80而暴露在像素区域A上形成的栅极40和浮动扩散区50。此外，光刻胶图案200可以用来选择性地除去保护层80以便在划线B上形成对准标记。
利用起掩模作用的光刻胶图案200，蚀刻保护层80和层间绝缘层70，从而在像素区域A上形成接触孔91和93并且在划线B上形成标记孔95。
标记孔95可以形成为大于接触孔91和93。可替换地，标记孔95以及接触孔91和93可以形成为近似相同的尺寸。
这里，由于保护层80的1500～2500
的厚度，因此可以防止接触孔91和93以及标记孔95的弯曲(bowing)。
弯曲表示接触孔的不均匀的蚀刻剖面(蚀刻分布，etchingprofile)，其是当不完全实施蚀刻直到接触孔的下部时由于层间绝缘层和保护层的过大厚度而引起的。如所论述的，披露的示例性具体实施方式的保护层80具有适当的厚度，因此，接触孔91和93以及标记孔95可以具有均匀的蚀刻剖面。
如图5中所示出的，去除光刻胶图案200。然后分别在接触孔91和93以及标记孔95中形成接触塞100和110以及对准标记120。
在一个具体实施方式中，接触塞100和110以及对准标记120可以通过用金属填充包括接触孔91和93以及标记孔95的半导体衬底10来形成。
关于金属层的CMP，实施蚀刻一直到保护层80。
因为用于形成接触塞和对准标记的CMP是在具有均匀厚度的保护层80处完成的，因此也可以将接触塞和对准标记的腐蚀和凹陷减到最低。
由于对准标记120可以因此形成为具有均匀的剖面，因此可以改善在以下的光刻中的对准识别。
如在表1中所示出的，根据保护层的厚度、电阻特性、暗电流特性、以及白线特性比较了接触孔的蚀刻剖面。
[表1]
表1表示根据一个示例性具体实施方式的形成在层间绝缘层上的保护层的厚度。保护层的参考组的厚度是1000
组1是1500
组2是2000
而组3是2500
图6是示出了根据表1中的分类的接触塞的电阻特性的曲线图。曲线图的X轴表示分类的组，而Y轴表示以欧姆(Ohms)为单位的电阻值。
如图6所示，参考组的衬底#02和#03的电阻值为约12欧姆，组1的衬底#07、#08和#09为约12.5欧姆，组2的衬底#12、#13和#14为约13欧姆，而组3的衬底#17、#18和#19为约13.5欧姆。
因此，根据由弯曲的临界尺寸，接触塞的电阻随保护层厚度的增加而增加。
图7是示出了根据表1中的分类的暗电流(暗信号(DRK_SIGNAL))特性的曲线图，其中X轴表示分类的组的衬底号，而Y轴表示产生的暗电流的数量。
如图7所示，在参考组中出现最大值为50的暗电流，在组1中出现最大值为30的暗电流，而在组2和组3中两者都出现小于10的暗电流。
因此，根据保护层厚度的增加来降低暗电流的产生。
这是因为当沉积用于保护层的SiH4时，H2渗入半导体衬底，从而改变了悬空键的结构。因此，可以防止由悬空键引起的暗电流。
图8是示出了白线特性(白行线(WHT_ROWLINE))的曲线图，其中X轴表示衬底号，而Y轴表示产生的白线的数量。
如图8所示，在参考组和组1中的白线的比率低于-5。在组2中，白线仅在衬底#14中产生。在组3中，白线的比率急剧增加。
根据上述，可以理解，从当保护层的厚度高于约2000
时产生白线。
这是因为如前所述仅当保护层的厚度为高于约2000
时发生弯曲。
如可以从上述理解的，为了改善对准标记的识别并降低暗电流和白线(其是用于改善产率的必要因素)，保护层优选具有在约1500～2000范围内的厚度。
如将从上述描述所理解的，本发明的具体实施方式通过在层间绝缘层上提供保护层来降低暗电流的发生。这产生了具有改善的光敏性的图像传感器。
此外，层间绝缘层和保护层的均匀厚度有助于接触塞和对准标记具有均匀的剖面，从而提高了光刻工艺过程中的对准识别。
虽然已经示出和描述了本发明的示例性具体实施方式，但可以对这些示例性具体实施方式进行改变。因此，本发明的范围在所附的权利要求书及其等同物中被限定。
Claims (16)
1.一种用于制造图像传感器的方法，包括以下步骤：
在半导体衬底上形成包括光电二极管和栅极的单元像素；
在包括所述单元像素的所述半导体衬底上形成层间绝缘层；
平坦化所述层间绝缘层；
在所述层间绝缘层上使用SiH4形成保护层；以及
平坦化所述保护层。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在约200～500℃下通过化学气相沉积(CVD)来沉积所述保护层。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述保护层具有约1500～
的厚度。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述层间绝缘层包括硼-磷硅酸盐玻璃(BPSG)。
5.根据权利要求1所述的制造方法，进一步包括以下步骤：
在平坦化所述保护层之后在所述保护层和所述层间绝缘层上形成接触孔；以及
通过用金属填充所述接触孔来形成接触塞。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述光电二极管形成在紧邻所述栅极的一侧的所述半导体衬底的表面上，而浮动扩散区紧邻所述栅极的另一侧形成。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述栅极和所述浮动扩散区各自包括硅化物层。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，所述硅化物层通过热处理由金属而形成。
9.一种用于制造图像传感器的方法，包括以下步骤：
在半导体衬底上形成像素区域和划线；
在所述像素区域上形成包括光电二极管和栅极的单元像素；
在所述像素区域和所述划线上形成层间绝缘层；
在所述层间绝缘层上使用SiH4形成保护层；以及
在所述像素区域上通过蚀刻所述保护层和所述层间绝缘层来形成接触塞，并在所述划线上形成对准标记。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述层间绝缘层包括硼-磷硅酸盐玻璃(BPSG)。
11.根据权利要求9所述的制造方法，其中，在约200～500℃下通过化学气相沉积(CVD)来沉积所述保护层。
12.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述保护层具有约1500～的厚度。
13.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述接触塞和所述对准标记具有近似相同的尺寸。
14.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述光电二极管形成在紧邻所述栅极的一侧的所述半导体衬底的表面上，而浮动扩散区紧邻所述栅极的另一侧形成。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其中，所述栅极和所述浮动扩散区各自包括硅化物层。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其中，所述硅化物层通过热处理由金属而形成。
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