CN1741279A - 用于制造cmos图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法被加以公开。实例方法在其上限定活性区和垫区的基片的垫区中形成金属垫；在包括金属垫的整个基片表面上形成保护层以及选择性地去除保护层以给金属垫开口；以及在包括已开口的金属垫的整个基片表面上形成具有预定厚度的阻挡层。附加地，所述实例方法在对应于活性区的阻挡层上形成红、绿和蓝滤色器层；在每个滤色器层上形成微透镜；以及去除垫区上的阻挡层。
Description
相关申请
这个申请提出对在2004年8月24日提交的韩国专利申请号10-2004-0066697的优先权要求，所述专利在此被全部被引入作为参考。
技术领域
本公开内容涉及一种半导体器件，且更具体地，涉及一种用于制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法。
发明背景
总体上，图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的半导体器件。更具体地，电荷耦合器件(CCD)是具有多个金属氧化物半导体(MOS)电容器的器件，每个电容器被形成在彼此最接近的范围，其中载流子电荷被存储且被传输到每个电容器。
电荷耦合器件(CCD)包括多个光电二极管(PD)、多个垂直电荷耦合器件(VCCD)、水平电荷耦合器件(HCCD)、以及感测放大器。在此，将光信号转换成电信号的光电二极管以矩阵的形式被排列。垂直电荷耦合器件被形成在以矩阵形式被排列且被形成在垂直方向的每个光电二极管之间，以便于在垂直方向传输由每个光电二极管所产生的电荷。水平电荷耦合器件在水平方向上传输从垂直电荷耦合器件所传输的电荷。感测放大器感测出在水平方向上所传输的电荷并且输出所述电荷。
然而，上面说明的CCD的缺点在于：它具有复杂的驱动方法、消耗大量能量、并且要求多个照相过程(photo process)，这使制造过程复杂化。在CCD中，控制电路、信号处理电路、以及模拟-数字(A/D)转换器电路不可能被轻易地集成到CCD中，且结果是，所述器件不可能以紧凑的尺寸而形成。
最近，为了克服CCD这样的缺点，CMOS图像传感器被认为是下一代图像传感器。CMOS图像传感器采用CMOS技术，其使用控制电路和信号处理电路作为外围设备。CMOS技术形成对应于半导体基片上的单元象素数量的MOS晶体管。CMOS图像传感器是使用切换方法的器件，所述方法通过使用MOS晶体管可以顺序地检测每个单元象素的输出。更具体地，通过在每个单元象素中形成光电二极管和MOS晶体管，CMOS图像传感器可以通过使用切换方法顺序地检测每个单元象素的电信号，由此来表示图像。
还有，因为CMOS图像传感器使用CMOS制造技术，所以CMOS图像传感器因更少数量的照相过程，导致消耗更少量的能量、并且使用相对简单的制造过程。此外，在CMOS图像传感器中，控制电路、信号处理电路、A/D转换器电路等可以被集成到CMOS图像传感器芯片中，由此允许CMOS图像传感器以紧凑的尺寸被形成。因此，CMOS图像传感器被广泛地使用在各种应用中，如数字静照相机、数字视频照相机等。
与此同时，取决于所使用的晶体管的数量，CMOS图像传感器可以被分成3晶体管(3T)类型、4晶体管(4T)类型、以及5晶体管(5T)类型的CMOS图像传感器。3T类型包括一个光电二极管和三个晶体管。4T类型包括一个光电二极管和四个晶体管。以及5T类型包括一个光电二极管和五个晶体管。现在将对3T类型CMOS图像传感器的单元象素的等效电路和布局详细加以说明。
图1示例公知的CMOS图像传感器的等效电路图，以及图2示例公知的CMOS图像传感器的布局图。如图1中所示，通用3T类型CMOS图像传感器的单元象素包括一个光电二极管(PD)和三个nMOS晶体管(T1，T2和T3)。光电二极管(PD)的阴极被连接到第一nMOS晶体管(T1)的漏极及第二nMOS晶体管(T2)的栅极。每个第一和第二晶体管(T1和T2)的源极被连接到提供参考电压(VR)的电源线。第一nMOS晶体管(T1)的栅极被连接到供应复位信号(RST)的复位线。还有，第三nMOS晶体管(T3)的源极被连接到第二nMOS晶体管(T2)的漏极。第三nMOS晶体管(T3)的漏极通过信号线被连接到读取器电路(未被示出)。第三nMOS晶体管(T3)的栅极被连接到提供选择信号(SLCT)的列选择线。因此，第一nMOS晶体管(T1)将被称为复位晶体管(Rx)、第二nMOS晶体管(T2)将被称为驱动器晶体管(Dx)、以及第三nMOS晶体管(T3)将被称为选择晶体管(Sx)。
参考图2，在通用3T类型CMOS晶体管的单元象素中，光电二极管20被形成在活性区上，并且更具体地，被形成在具有较大宽度的部分活性区上。彼此重叠的三个晶体管的栅电极120、130和140被形成在活性区的剩余部分上。更具体地，栅电极120形成复位晶体管(Rx)，栅晶体管130形成驱动器晶体管(Dx)，以及栅电极140形成选择晶体管(Sx)。在此，杂质离子被注入在除了栅电极120、130和140下部以外的每个晶体管的活性区10中，以便于形成每个晶体管的源极/漏极区。因此，功率电压Vdd被施加到复位晶体管(Rx)和驱动器晶体管(Dx)之间的源极/漏极区，以及在选择晶体管(Sx)一侧上的源极/漏极区被连接到读取器电路(未被示出)。
如上面所说明，虽然在图中未被示出，但是每个栅电极120、130及140被连接到每个信号线，并且每个信号线在一端被提供有垫(pad)，以便于被连接到外部驱动电路。现在将详细说明被提供有垫的信号线以及下述制造过程。
图3A至3E示例公知CMOS图像传感器的每个信号线的横断面视图以及在形成信号线之后制造公知CMOS图像传感器的过程步骤。参考图3A，绝缘层101(例如氧化物层)，如栅绝缘层或层间电介质被形成在半导体基片100上，并且每个信号线的金属垫102被形成在绝缘层101上。如图2中所示，金属垫102可由如栅电极120、130和140的相同材料而形成，并且被形成在相同的层上。作为选择地，金属垫102还可通过单独接触由不同材料而形成，并且通常由铝(Al)而形成。还有，保护层103被形成在包括金属垫102的绝缘层101的整个表面上。
如图3B中所示，光敏层104被形成在保护层103上并且通过使用照相制版过程(photolithography process)光敏层104被曝光且被显影，由此暴露了金属垫102的上部。然后，通过将光敏层104作为掩模来使用，保护层103被选择性地蚀刻，以在金属垫102上形成开口105。最终，光敏层104被去除。
参考图3C，第一平面化(planarization)层106被沉积在保护层103的整个表面上。还有，通过使用掩模利用光蚀刻过程对第一平面化层106加以处理，仅金属垫区域的部分被去除。然后，对应于每个光电二极管区(未被示出)蓝滤色器层107、绿滤色器层108以及红滤色器层109被顺次地形成在第一平面化层106上。在这个实例中，通过沉积对应色的光致抗蚀剂，并且随后通过使用单独的掩模利用光刻过程对光致抗蚀剂加以处理而形成滤色器层。
如图3D中所示，第二平面化层111被形成在包括滤色器层107、108和109的整个基片表面上，并且随后第二平面化层111通过使用掩模利用光刻过程被加以处理，以便于第二平面化层111仅保留在除金属垫区域以外的部分上。参考图3E，对应于每个滤色器层107、108和109的微透镜112被形成在第二平面化层111上。此外，利用探测试验对通过上述方法而制造的CMOS图像传感器加以测试，以为了检查接触电阻。然后，当没有检测出问题时，金属垫被电连接到外部驱动电路。
然而，上述公知的CMOS图像传感器和用于制造其的方法具有下述缺点。在金属垫上形成开口之后，第一平面化层、红(R)、绿(G)和蓝(B)滤色器层、第二平面化层、以及微透镜被顺序地形成。然后，在金属垫被曝光的同时进行随后的过程。因而，由于随后的过程，导致金属垫被TMAH基的碱溶液所破坏，所述溶液将金属垫改变成硬型铝(Al)，从而增加了接触电阻，这在进行探测测试时导致较大数量的失败。
还有，当进行探测测试时，可执行较深的探测过程，这将金属垫的表面切去，以为了降低接触电阻。在这种情况下，可产生大量金属颗粒，其使光电二极管无能力发挥作用，从而降低了产品收得率。
在上述公知的图像传感器制造方法中，在形成微透镜之后可在金属垫上形成开口。然而，滤色器层由光敏材料形成。结果是，当在形成微透镜之后通过使用光刻过程而形成金属垫上的开口时，滤色器层可被破坏。因此，不可能在形成微透镜之后在金属垫上形成开口。
附图说明
图1示例公知CMOS图像传感器的等效电路图。
图2示例公知CMOS图像传感器的布局图。
图3A至3E示例公知CMOS图像传感器的每个信号线的横断面视图，以及在形成信号线之后制造公知CMOS图像传感器的过程步骤。
图4A至4F示例实例CMOS图像传感器的每个信号线的横断面视图，以及在形成信号线之后制造实例CMOS图像传感器的过程步骤。
具体实施方式
总体上，在此所说明的实例方法和装置提供了互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。尤其地，在一个实例中，在金属垫上形成开口之后，阻挡层被形成在金属垫接触孔中，以保护金属垫免受随后的过程，从而降低了接触电阻并且增强了产品收得率。
一个实例方法包括：在其上限定有活性区和垫区的基片的垫区中形成金属垫；在包括金属垫的整个基片表面上形成保护层并且选择性地去除保护层，由此给金属垫开口；在包括已开口的金属垫的整个基片表面上形成阻挡层，其中所述阻挡层被形成为具有预定的厚度；在对应于活性区的阻挡层上形成R、G和B滤色器层；在每个滤色器层上形成微透镜；以及去除垫区上的阻挡层。所述实例方法可进一步包括：在基片和金属垫之间形成绝缘层；在阻挡层和滤色器层之间形成第一平面化层以及在滤色器层和微透镜之间形成第二平面化层；以及在给金属垫开口之后并在形成阻挡层之前，进行第一处理工艺(curingprocess)，以便于去除可腐蚀金属垫表面的腐蚀性材料。
阻挡层可由PE氧化物层、PE TEOS层、以及PE氮化物层之一而形成。阻挡层可被形成为具有范围在200至600埃()的厚度。金属垫可由铝(Al)而形成。
形成微透镜以及去除垫区的阻挡层可被同时执行。还有，用于制造CMOS图像传感器的方法可进一步包括：在去除垫区的阻拦层之后利用N2气执行RIE处理工艺，以去除可能保留在金属垫表面上的腐蚀性材料。
图4A至4F示例实例CMOS图像传感器的每个信号线的横断面视图，以及在形成信号线之后制造实例CMOS图像传感器的过程步骤。参考图4A，绝缘层101，如栅绝缘层或层间电介质被形成在半导体基片100上，并且每个信号线的金属垫102被形成在绝缘层101上。如图2中所示，金属垫102可由如栅电极120、130和140的相同材料而形成，并且被形成在相同的层上。作为选择地，金属垫102还可通过单独接触由不同材料而形成，并且通常由铝(Al)而形成。还有，保护层103被形成在包括金属垫102的绝缘层101的整个表面上。
如图4B中所示，光敏层104被形成在保护层103上并且通过使用照相制版过程光敏层104被曝光且被显影，由此暴露了金属垫102的上部。然后，通过将光敏层104作为掩模来使用，保护层103被选择性地蚀刻，以在金属垫102上形成开口105。最终，光敏层104被去除。在这之后，当对保护层103进行蚀刻时，腐蚀已暴露金属垫表面的腐蚀性材料(例如，氟)可能保留。第一处理工艺(例如，除气)被执行以便于去除可能保留的腐蚀性材料。
参考图4C，阻挡层113被沉积在其上形成有金属垫开口105的整个基片表面上。阻挡层113由等离子增强(PE)氧化物层、PE TEOS层以及PE氮化物层之一所形成，并且阻挡层113被形成为具有在200至600埃()范围内的厚度。
如图4D中所示，第一平面化层106被沉积在保护层103的整个表面上。通过使用掩模利用光蚀刻过程对第一平面化层106加以处理，仅金属垫区域的部分被去除。然后，对应于每个光电二极管区(未被示出)蓝滤色器层107、绿滤色器层108以及红滤色器层109被顺次地形成在第一平面化层106上。在此处所说明的实例中，通过沉积对应色的光致抗蚀剂，并且随后通过使用单独的掩模利用光刻过程对光致抗蚀剂加以处理而形成滤色器层。
如图4E中所示，第二平面化层111被形成在包括滤色器层107、108和109的整个基片表面上，并且随后第二平面化层111通过使用掩模利用光刻过程被加以处理，以便于第二平面化层111仅保留在除金属垫区域以外的部分上。
参考图4F，电介质材料被形成在第二平面化层111上，并且光刻过程被进行，以便于选择性地去除电介质材料。然后，对应于每个滤色器层107、108和109的微透镜112被形成。在这点上，无需添加单独的掩模，通过进行地毡蚀刻过程(blanket etching process)金属垫102上部上的阻挡层113被同时去除。此外，当阻拦层113被去除之后，可腐蚀金属垫的氟离子可能仍然保留在金属垫102上。因此，通过使用N2气进行RIE处理工艺，由此去除保留在金属垫102表面上的全部氟离子。
此外，虽然在此所说明的实例方法就有关制造图像传感器，更具体地CMOS图像传感器而被加以说明，但是实例方法还可被不受限制地应用于制造CCD图像传感器、CMOS图像传感器或类似CMOS图像传感器。
如上所说明，用于制造CMOS图像传感器的实例方法有利地提供了阻挡层，所述阻挡层用于保护金属垫免受在随后过程中所使用的显影溶液或蚀刻溶液。结果是，金属垫受到腐蚀保护，由此降低了金属垫的接触电阻。此外，因为在探测测试期间金属垫的接触电阻被降低，所以并不需要切去金属垫表面的深探测过程，由此防止因金属垫颗粒而导致光电二极管无法发挥功能。
虽然在此所说明的实例装置和方法适用于宽的应用范围，但是它们尤其适合于降低在垫探测过程期间所形成的金属垫颗粒，由此提供了具有得到增强的光接收特征的高质量图像传感器。
虽然在此已经参考实例实施例对实例加以详细说明，但是要理解到这个专利的覆盖范围并不被局限于所公开的实施例，而是相反，其旨在覆盖被包括在所附权利要求实质和范围内的各种修改和等效设置。
Claims (9)
1.一种用于制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法，包括：
在其上限定活性区和垫区的基片的垫区中形成金属垫；
在包括金属垫的整个基片表面上形成保护层，并且选择性地去除保护层以给金属垫开口；
在包括已开口的金属垫的整个基片表面上形成具有预定厚度的阻拦层；
在对应于活性区的阻挡层上形成红、绿和蓝滤色器层；
在每个滤色器层上形成微透镜；以及
去除所述垫区上的阻挡层。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在基片和金属垫之间形成绝缘层。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在阻挡层和滤色器层之间形成第一平面化层以及在滤色器层和微透镜之间形成第二平面化层。
4.根据权利要求1所述的方法进一步包括：在给金属垫开口之后且在形成阻挡层之前进行第一处理工艺，以去除可腐蚀金属垫表面的腐蚀性材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述阻挡层由PE氧化物层、PE TEOS层、或PE氮化物层之一而形成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述阻挡层被形成为具有范围在200至600埃的厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属垫由铝而形成。
8.根据权利要求1所述的方法，其中形成微透镜和去除垫区的阻挡层被同时执行。
9.根据权利要求1所述的方法进一步包括：在去除垫区的阻挡层之后，使用N2气执行处理工艺，以去除可能保留在金属垫表面上的腐蚀性材料。
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