CN101431089A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种图像传感器及其制造方法，其中图像传感器的制造方法包括：通过形成器件隔离层以在衬底中限定有源区；然后在该有源区中按顺序形成光电二极管和逻辑单元；然后在该光电二极管和该逻辑单元上形成第一钝化层；然后通过选择性地移除对应于该光电二极管的顶部表面的一部分第一保护层而在该第一钝化层中形成沟槽；然后形成埋置在该沟槽中的第二钝化层。在随后的退火工艺中，在其空间对应于该光电二极管的沟槽中形成厚的第二钝化层，从而可以在该衬底的表面上抵消悬挂键，同时也减小了暗电流，增强了该光电二极管的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
半导体器件，如CIS(互补金属氧化物半导体图像传感器)器件，可以分为接收光信号并将光信号转换成电信号的光电二极管区和处理电信号的三极管区。这种器件的缺点是产生了位于光电二极管和衬底之间的界面处的悬挂键(dangling bond)，从而导致了图像特性的降级。
发明内容
本发明的实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该图像传感器使用位于光电二极管(PD)顶部表面处的钝化层以提高衬底表面的泄漏源(leakagesource)，而不会改变整个图像传感器的厚度。
本发明的实施例涉及一种图像传感器，其可以包括至少一个如下的结构：衬底，具有由器件隔离区限定的有源区；光电二极管和逻辑单元，形成在该有源区中；第一钝化层，形成于该光电二极管和该逻辑单元上和/或上方，包括位于该光电二极管的顶部表面上的沟槽；以及第二钝化层，形成在该沟槽中。
本发明的实施例涉及一种图像传感器的制造方法，其可以包括至少一个如下步骤：通过器件隔离区在衬底中限定有源区；然后在该有源区中形成光电二极管和逻辑单元；然后在该光电二极管和该逻辑单元上和/或上方形成第一钝化层；然后通过选择性地移除该光电二极管顶部表面上和/或上方的第一保护层以形成沟槽；然后形成埋置于该沟槽的第二钝化层。
本发明的实施例涉及一种图像传感器，其可以包括至少一个如下的结构：衬底，具有由器件隔离膜限定的有源区；光电二极管和逻辑单元，形成在该有源区中；第一钝化层，形成在该光电二极管和该逻辑单元上，其中该第一钝化层包括对应于该光电二极管的顶部表面的沟槽；以及第二钝化层，形成在该沟槽中和该第一钝化层上。依据实施例，该第二钝化层在该沟槽中的厚度大于该第二钝化层在该第一钝化层上的厚度。
本发明的实施例涉及一种图像传感器的制造方法，其可以包括至少一个如下步骤：提供具有由一对隔离层限定的有源区的衬底；然后在该有源区中按顺序形成光电二极管和逻辑单元；然后直接在隔离层上形成虚置接触件并与其接触；然后在包括该光电二极管和该隔离层的衬底上形成层间绝缘层；然后在该光电二极管和该逻辑单元上形成第一钝化层；然后在其空间对应于该光电二极管的顶部表面的第一钝化层中形成沟槽；然后在该第一钝化层上和在该沟槽中形成第二钝化层，并且该第二钝化层直接形成在该第一钝化层上并与其接触。依据实施例，该第二钝化层在该沟槽中的厚度大于该第二钝化层在该第一钝化层上的厚度。
附图说明
图1～图3示出了依据实施例的图像传感器及其制造方法。
具体实施方式
现将参考附图描述依据实施例的图像传感器及其制造方法。依据实施例，需要理解当一层(或者膜)被指为位于另一层或衬底“上”时，其可以直接位于另一层或衬底上，也可以存在中间层。另外，应当理解，当一层被指为位于另一层“下”时，其可以是直接位于另一层下，也可以存在一个或多个中间层。此外，还应当理解，当一层被指为位于两层“之间”时，其可以是两层之间唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。
说明书中所涉及的“一实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，其含义是结合实施例描述的特定特征、结构或特性均包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些短语并不一定都涉及同一个实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落在本领域技术人员结合其它实施例就可以实现这些特征、结构或特性的范围内。
如图1所示，依据实施例的图像传感器可以包括：衬底110，具有由器件隔离区130限定的有源区；光电二极管120和逻辑单元150，形成在有源区中；第一钝化层161，形成在光电二极管120和逻辑单元150上和/或上方，包括其空间对应于光电二极管120的顶部表面的沟槽T；以及第二钝化层162，形成在沟槽T中以及在第一钝化层上和/或上方。第一钝化层161可以形成在逻辑单元的上部金属层155上和/或上方。第二钝化层162可以形成在沟槽T中以及第一钝化层161上和/或上方。逻辑单元150可以包括晶体管、接触插塞和金属线。在退火工艺中，依据实施例的图像传感器可以密集地形成第二钝化层162，第二钝化层162与光电二极管120相邻，以通过质子(H+)从光电二极管120的表面减小泄漏源，从而能减小暗电流。其实，可以注入质子(H+)，以形成第二钝化层162的SiN，从而减小泄漏源，从而减少暗电流的产生。虚置接触件250也可以形成在包括器件隔离层130的衬底110上和/或上方。虚置接触件250可以形成在作为像素边界的器件隔离层130上和/或上方，以抑制像素间的串扰(crosstalk)，从而可能在光电二极管120中收集光。
如图2所示，依据实施例的图像传感器的制造方法可以包括：提供具有由器件隔离区130限定的有源区的衬底110。然后光电二极管120和逻辑单元150可以按顺序形成在有源区中。逻辑单元150可以包括晶体管、接触插塞和金属线。然后虚置接触件250可以形成在包括器件隔离层130的衬底110上和/或上方。然后层间绝缘层140可以形成在包括光电二极管120和逻辑单元150的衬底110上和/或上方。然后金属线或接触插塞155可以形成在层间绝缘层140上和/或上方，然后第一钝化层161形成在层间绝缘层140上和/或上方。第一钝化层161可以是氧化物膜，但不限于此。然后可以通过选择性地移除对应光电二极管120顶部表面的一部分第一钝化层161来形成沟槽T。
如图3所示，然后第二保护层162可以埋置在沟槽T中。第二钝化层162可以是氮化物膜，如SiN，但不限于此。逻辑单元可以包括上部金属层155，并且第二钝化层162可以形成在沟槽T和第一钝化层161上和/或上方。依据实施例，第一钝化层161可以是氧化物层等，采用比光电二极管120略大的限定的掩模来遮蔽第一钝化层161。然后第一钝化层161可以使用CMP工艺来平坦化。然后通过如RIE等的工艺来移除一部分第一钝化层161，以形成对应于光电二极管120顶部表面的沟槽T。然后通过沉积氮化物膜，如SIN等，第二钝化层162填入沟槽T中和第一钝化层161上方。这样，包括大量H+的第二钝化层162和光电二极管120相邻，以在后继退火工艺中抵消(offset)衬底110的表面上由于H+而形成的悬挂键，同时也减小暗电流。同样地，控制第二保护层162的氮化物膜等的厚度，第二保护层162可以用作抗反射膜，以提高灵敏度。可以在光电二极管120周围形成触点(contact)，以提高光电二极管120的灵敏度，从而可以增强收集光的能力。换句话说，由于对减小像素间距大小的需求，也可以减小光接收单元，而依次减小填充因数。因此，最大程度的收集和聚焦光是很重要的问题。
虽然以上参考本发明的多个示例性实施例而对实施例进行了描述，但应理解的是，本领域普通技术人员可以推导出落在此公开原理的精神和范围内的其它任何变化和实施例。更具体地，可以在此公开、附图以及所附权利要求书的范围内对组件和/或主题组合安排中的安排进行各种改变与变化。除了组件和/或安排的改变与变化之外，本发明的其他应用对本领域技术人员而言也是显而易见的。
Claims (20)
1.一种图像传感器，包括：
衬底，具有由器件隔离膜限定的有源区；
光电二极管和逻辑单元，形成在该有源区中；
第一钝化层，形成在该光电二极管和该逻辑单元上，其中该第一钝化层包括对应于该光电二极管的顶部表面的沟槽；以及
第二钝化层，形成在该沟槽中和该第一钝化层上，其中该第二钝化层在该沟槽中的厚度大于该第二钝化层在该第一钝化层上的厚度。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中该逻辑单元包括上部金属层。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中该第一钝化层形成在该上部金属层上。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中该第二钝化层包括氮化物膜。
5.如权利要求1所述的图像传感器，还包括虚置接触件，直接形成在该器件隔离层上并与其接触。
6.一种图像传感器的制造方法，包括如下步骤：
通过形成器件隔离层以在衬底中限定有源区；然后
在该有源区中按顺序形成光电二极管和逻辑单元；然后
在该光电二极管和该逻辑单元上形成第一钝化层；然后
通过选择性地移除对应于该光电二极管的顶部表面的一部分第一保护层而在该第一钝化层中形成沟槽；然后
形成埋置在该沟槽中的第二钝化层。
7.如权利要求6所述的方法，其中该逻辑单元包括上部金属层。
8.如权利要求6所述的方法，其中形成该第二钝化层的步骤包括在该沟槽中和在该第一钝化层上形成该第二钝化层，该第二钝化层直接形成在该第一钝化层上并与其接触。
9.如权利要求8所述的方法，其中该第二钝化层在该沟槽中的厚度大于该第二钝化层在该第一钝化层上的厚度。
10.如权利要求6所述的方法，还包括如下步骤：当按顺序形成该光电二极管和该逻辑单元之后，在包括该光电二极管和该逻辑单元的该衬底上形成层间绝缘层。
11.如权利要求10所述的方法，还包括如下步骤：当形成该层间绝缘层之后，直接在该器件隔离膜上形成虚置接触件并与其接触。
12.一种方法，包括如下步骤：
提供具有由一对隔离层限定的有源区的衬底；然后
在该有源区中按顺序形成光电二极管和逻辑单元；然后
直接在该隔离层上形成虚置接触件并与其接触；然后
在包括该光电二极管和该隔离层的该衬底上形成层间绝缘层；然后
在其空间对应于该光电二极管顶部表面的该第一钝化层中形成沟槽；然后
在该第一钝化层上和在该沟槽中形成第二钝化层，该第二钝化层直接形成在该第一钝化层上并与其接触，其中该第二钝化层在该沟槽中的厚度大于该第二钝化层在该第一钝化层上的厚度。
13.如权利要求12所述的方法，其中该第一钝化层包括氧化物膜。
14.如权利要求12所述的方法，其中该第二钝化层包括氮化物膜。
15.如权利要求14所述的方法，其中该氮化物膜包括SiN。
16.如权利要求12所述的方法，其中形成该第一钝化层的步骤包括：在该衬底上沉积氧化物膜；然后
使用CMP工艺来平坦化该第一钝化层.
17.如权利要求16所述的方法，其中在该第一钝化层中形成该沟槽的步骤包括：使用RIE移除一部分该第一钝化层。
18.如权利要求12所述的方法，其中该逻辑单元包括金属层。
19.如权利要求18所述的方法，其中形成该第一钝化层的步骤包括：在该金属层上形成氧化物层。
20.如权利要求12所述的方法，其中该光电二极管形成在多个所述隔离层之间。
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