CN1819226A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CMOS图像传感器及其制造方法，其中，阻止透射过微透镜的光超出光电二极管区，以使入射光的损失最小化，并改善CMOS图像传感器的低照度特性。该CMOS图像传感器包括：半导体衬底，其包括晶体管区和光电二极管区；栅电极，形成于半导体衬底的晶体管区上；中间层介电层，形成于具有栅电极的半导体衬底的整个表面上；微透镜，其形成于中间层介电层之上，用于会聚光；以及金属阻挡物，其形成于中间层介电层中，用于围绕中间层介电层的对应于光电二极管区的部分，用于将透射过微透镜但是超出光电二极管区的光反射到光电二极管区中。

Description

CMOS图像传感器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2004年12月30日提交的第10-2004-0116522号韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此供参考。
技术领域
本发明涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，更具体地，涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法，其中形成金属阻挡物，用于围绕光电二极管区的周边，以减少透射过微透镜的光的损失，从而提高光电二极管区的光接收效率。
背景技术
通常，CMOS图像传感器采用开关模式(switching mode)，利用在半导体晶体管中形成的与单位像素数量相对应的MOS晶体管来顺序地检测输出，其使用了将控制电路和信号处理电路作为外围电路的CMOS技术。换而言之，CMOS图像传感器通过在每个单位像素中形成光电二极管和MOS晶体管以开关模式顺序地检测各个单位像素的电信号。
由于CMOS图像传感器使用了CMOS技术，其优点在于由于相对较少的照相程序，导致功率消耗需求低，工序简单。此外，CMOS图像传感器的一个优点在于，控制电路、信号处理电路、以及模数转换器可集成到一个芯片中，从而易于获得小尺寸(slim sized)器件。
图1是示出相关技术的CMOS图像传感器中的光入射到光电二极管的结构剖视图。
如图1所示，相关技术的CMOS图像传感器包括：半导体衬底10，其包括光电二极管区10a；器件隔离膜11，其在半导体衬底10中形成，用于使器件彼此隔离；栅电极21，形成于半导体衬底10的晶体管区10b上；源极和漏极区12，形成于半导体衬底10中栅电极21的两侧处；中间层介电层(interlayer dielectric layer)20，形成于包括有栅电极21的半导体衬底10的整个表面上；第一金属线40，形成于中间层介电层20上；第一接触器30，其形成于中间层介电层20中，以将栅电极21与第一金属线40电接触；内金属介电层(inter-metal dielectric layer)50，形成于中间层介电层20的整个表面上；第二金属线70，形成于内金属介电层50上；第二接触器60，其形成于内金属介电层50中，以将第一金属线40与第二金属线70接触；氧化层80，形成于包括有第二金属线70的内金属介电层50上；氮化层90，形成于氧化层80上；以及微透镜100，其形成于氮化层90上，用于会聚光。
上述相关技术的CMOS图像传感器通过微透镜100会聚光，并将会聚光传送到半导体衬底10的光电二极管区10a，以使会聚光在光电二极管区10a中储存为电信号。因此，在CMOS图像传感器中，微透镜100的焦平面成为决定CMOS图像传感器的低照度特性的主要因素。
然而，相关技术的CMOS图像传感器具有缺陷。如果微透镜100的焦点是不精确的，则可能导致微透镜100所会聚的光有损失。换而言之，如图1所示，如果微透镜100与光电二极管区10a之间的距离大于原设计的距离，或者如果微透镜100的焦距小于期望值，而不是被均匀地保持，则微透镜100所会聚的光可能部分地超出光电二极管区10a，从而导致光的损失。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能很好地解决由于相关技术的局限性和缺陷导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于，提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其中，形成金属阻挡物，用于围绕光电二极管区的周边，以反射可能错过光电二极管区的光，从而提高光电二极管区的光接收效率和改善低照度特性。
本发明的又一个目的在于，提供了一种CMOS图像传感器及其制造方法，其中，将栅电极与金属线电连接的金属接触器由与金属阻挡物相同的材料形成，从而该金属接触器与金属阻挡物可用一个工序同时形成，而不需要单独的附加的程序。
本发明的其它优点、目的、和特征将在随后的说明中部分地阐述，并且，对于本领域的技术人员而言，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了获得根据本发明的意图的这些目的和其它优点，如已概括和充分说明的，根据本发明提供了一种CMOS图像传感器，其包括：半导体衬底，其包括晶体管区和光电二极管区；栅电极，形成于所述半导体衬底的所述晶体管区上；中间层介电层，形成于包括有所述栅电极的所述半导体衬底的整个表面上；微透镜，其形成于所述中间层介电层之上，用于会聚光；以及金属阻挡物，其形成于所述中间层介电层中，用于围绕所述中间层介电层的对应于所述光电二极管区的部分，用于将透射过所述微透镜但是超出所述光电二极管区的光反射到所述光电二极管区中。
所述CMOS图像传感器还包括：金属线，形成于所述中间层介电层与所述微透镜之间；以及接触器，其形成于所述中间层介电层中，用于将所述栅电极与所述金属线电连接。
优选地，金属阻挡物与接触器用彼此相同的材料形成，从而将它们通过一个工序同时形成。
优选地，金属阻挡物和接触器用W或Al形成。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括以下步骤：在包括晶体管区和光电二极管区的半导体衬底的所述晶体管区上形成栅电极；在包括有所述栅电极的所述半导体衬底的整个表面上形成中间层介电层；在所述中间层介电层之上形成微透镜，用于会聚光；以及在所述中间层介电层中形成金属阻挡物，用于围绕所述中间层介电层的对应于所述光电二极管区的部分，用于将透射过所述微透镜但是超出所述光电二极管区的光反射到所述光电二极管区中。
本方法还包括在所述中间层介电层与所述微透镜之间形成金属线；以及在所述中间层介电层中形成接触器，用于将所述栅电极与所述金属线电连接。
优选地，金属阻挡物与接触器用彼此相同的金属材料形成。
优选地，金属阻挡物和接触器用W或Al形成。
优选地，金属阻挡物和接触器通过一个工序同时形成
优选地，金属阻挡物和接触器通过以下步骤同时形成：在中间层介电层上形成光刻胶图样，利用光刻胶图样作为掩模选择性地蚀刻中间层介电层，以分别地形成金属阻挡物孔和接触器孔，以及在金属阻挡物孔和接触器孔中分别地形成金属阻挡物和接触器。
优选地，通过各向异性蚀刻工艺蚀刻中间层介电层。
应该理解，以上对本发明的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性质的，目的在于对要求保护的本发明提供进一步的说明。
附图说明
附图构成本说明书的一部分，有助于进一步理解本发明，这些附图示出了本发明的一些实施例，并可与说明书一起用来说明本发明的原理。附图中：
图1是示出光入射到相关技术的CMOS图像传感器中的光电二极管区的结构剖视图；
图2是示出光入射到根据本发明的CMOS图像传感器中的光电二极管区的结构剖视图；以及
图3A到图3C是示出根据本发明的CMOS图像传感器的制造工序的剖视图。
具体实施方式
以下将详细参照本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。尽可能地，在所有附图中使用相同的参考标号表示相同或相似的部件。
图2是示出光入射到根据本发明的CMOS图像传感器中的光电二极管区的结构剖视图。
如图2所示，根据本发明的CMOS图像传感器包括半导体衬底10。半导体衬底10限定为：晶体管区10b；有源区，其包括光电二极管区10a；以及器件隔离区，其将器件彼此隔离。器件隔离区具有通过浅沟道隔离(STI)形成的隔离膜11，以将多个器件彼此隔离。晶体管区具有包括栅电极21、以及源极和漏极区12的晶体管。光电二极管区10a具有根据入射光产生电荷的光电二极管(未示出)。晶体管向第一金属线40发送电信号并从第一金属线接收电信号。在第一金属线40与晶体管之间形成中间层介电层20。第一金属线40通过形成于中间层介电层20中的第一接触器30与栅电极21、以及源极和漏极区12电连接。
同时，在中间层介电层20中形成金属阻挡物110a，以围绕中间层介电层20对应于光电二极管区10a的部分。如图2所示，透射过微透镜100但是由于微透镜100的焦误差而错过光电二极管区10a的光被金属阻挡物110a反射到光电二极管区10a中。因此，错失的光通过金属阻挡物110a进入光电二极管。因此，透射过微透镜的光被高效地利用，并且CMOS图像传感器的低照度特性得到改善。
优选地，金属阻挡物110a由与第一接触器30相同的材料形成。这是因为可通过一个工序同时形成第一接触器30和金属阻挡物110a。在此情况下，金属阻挡物110a和第一接触器30优选地由具有优异导电性和优异反射性的W或Al形成。
同时，本发明的CMOS图像传感器还包括：内金属介电层50，其在包括有第一金属线40的中间层介电层20的整个表面上形成；第二金属线70，其在内金属介电层50上形成，第二接触器60，其在内金属介电层50中形成，以将第一金属线40与第二金属线70电连接；氧化层80，其在包括有第二金属线70的内金属介电层50上形成，以保护器件避免受潮和刮伤；氮化层90，在氧化层80上形成；微透镜100，在氮化层90上形成，以会聚光。
下面将参照图3A到图3C描述根据本发明的用于制造上述CMOS图像传感器的方法。
图3A到图3C是示出根据本发明的CMOS图像传感器的制造工序的剖视图。
如图3A所示，在半导体衬底上形成中间层介电层20，其中形成包括栅电极21、以及源极和漏极区12的晶体管、利用入射光产生电荷的光电二极管10a、器件隔离膜11。在中间层介电层20上沉积光刻胶，然后进行曝光和显影，以形成光刻胶图样200。
如图3B所示，利用光刻胶图样200作为掩模选择性地蚀刻中间层介电层20，以分别地形成金属阻挡物孔110b和接触器孔30a。金属阻挡物孔110b被形成为围绕中间层介电层20的与光电二极管区10a相对应的部分。同时，中间层介电层20优选地通过各向异性蚀刻工艺进行蚀刻。
接下来，如图3C所示，在包括有金属阻挡物孔110b和接触器孔30a的中间层介电层20的整个表面上沉积金属层。然后，将金属层蚀刻，直到中间层介电层20暴露，使得在金属阻挡物孔中和在接触器孔中分别地形成金属阻挡物110a和第一接触器30。第一接触器30用于将第一金属线40与晶体管电连接。因此，第一接触器30应该具有优异的导电性。金属阻挡物110a用于将透射过微透镜100的光反射到光电二极管区10a中，使得不允许光超出光电二极管区10a。因此，金属层优选地由具有优异导电性和优异反射性的W或Al形成。同时，金属层优选地通过各向异性蚀刻工艺进行蚀刻。
此后，执行通常的程序。因而，在中间层介电层20上形成第一金属线40，以对应于第一接触器30。在包括有第一金属线40的中间层介电层20的整个表面上形成内金属介电层50。在内金属介电层50中形成第二接触器60。在内金属介电层50上形成通过第二接触器60与第一金属线40电连接的第二金属线70，以对应于第二接触器60。在包括有第二金属线70的内金属介电层50的整个表面上顺序地形成氧化层80和氮化层90，以保护器件免遭潮湿和刮伤。在氮化层90上形成微透镜100，以对应于光电二极管区10a。
如上所述，本CMOS图像传感器及其制造方法具有以下优点。
由于透射过微透镜的光被阻止超出光电二极管区，所以可使入射光的损失最小化，并改善该CMOS图像传感器的低照度特性。另外，用于将光反射到光电二极管区中的金属阻挡物和将金属线与晶体管电连接的接触器是通过一个工序形成的，所以可改善低照度特性，而不需要单独的另外的工序，并使光损失最小化，从而减少了光损失所导致的暗电流。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种CMOS图像传感器，包括：
半导体衬底，其包括晶体管区和光电二极管区；
栅电极，形成于所述半导体衬底的所述晶体管区上；
中间层介电层，形成于包括有所述栅电极的所述半导体衬底的整个表面上；
微透镜，其形成于所述中间层介电层上，用于会聚光；以及
金属阻挡物，其形成于所述中间层介电层中，以围绕所述中间层介电层的对应于所述光电二极管区的部分，从而将透射过所述微透镜但是超出所述光电二极管区的光反射到所述光电二极管区中。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，还包括：金属线，形成于所述中间层介电层与所述微透镜之间；以及接触器，其形成于所述中间层介电层中，用于将所述栅电极与所述金属线电连接。
3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器，其中所述金属阻挡物与所述接触器用彼此相同的材料形成。
4.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器，其中所述金属阻挡物和所述接触器用W或Al形成。
5.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤：
在包括晶体管区和光电二极管区的半导体衬底的所述晶体管区上形成栅电极；
在包括有所述栅电极的所述半导体衬底的整个表面上形成中间层介电层；
在所述中间层介电层之上形成微透镜，用于会聚光；以及
在所述中间层介电层中形成金属阻挡物，以围绕所述中间层介电层的对应于所述光电二极管区的部分，从而将透射过所述微透镜但是超出所述光电二极管区的光反射到所述光电二极管区中。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：在所述中间层介电层与所述微透镜之间形成金属线；以及在所述中间层介电层中形成接触器，以将所述栅电极与所述金属线电连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属阻挡物和所述接触器用彼此相同的材料形成。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述金属阻挡物和所述接触器用W或Al形成。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述金属阻挡物和所述接触器同时形成。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述金属阻挡物和所述接触器通过以下步骤同时形成：在所述中间层介电层上形成光刻胶图样，利用所述光刻胶图样作为掩模选择性地蚀刻所述中间层介电层，以分别地形成金属阻挡物孔和接触器孔，以及在所述金属阻挡物孔中和在所述接触器孔中分别地形成所述金属阻挡物和所述接触器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述中间层介电层通过各向异性蚀刻工艺来蚀刻。
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