CN1819246A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

CMOS图像传感器及其制造方法，通过在滤色器下形成光感测单元，改善光敏性并防止光损失。CMOS图像传感器可包括在半导体基片上形成的多个晶体管；在所述多个晶体管之上形成的金属线，用于电连接所述多个晶体管；以及多个光电二极管，与所述多个晶体管电连接并形成于所述金属线之上。

Description

CMOS图像传感器及其制造方法
本申请要求于2004年12月30日提交的韩国专利申请No.10-2004-0116557的利益，其通过引用全部结合到本申请中。
技术领域
本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法。更具体而言，本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法，其通过在滤色器下形成光感测单元来改善光敏性并获得高集成性。
背景技术
图像传感器是用于将光学图像转换为电信号的半导体装置。图像传感器分为电荷耦合装置(CCD)和互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器。
在CCD中，金属氧化物硅(MOS)电容器相邻地排列，并且电载流子存储在MOS电容器中并从其传递。在CMOS图像传感器中，MOS晶体管的数目对应于像素数目。这通过CMOS技术来使能，所述CMOS技术使用控制电路和信号处理电路作为外围电路，由此，输出信号以开关方法由MOS晶体管顺序输出。
CMOS图像传感器将对象的信息变为电信号。CMOS图像传感器包括信号处理芯片，所述信号处理芯片包括光电二极管。每个信号处理芯片被提供有放大器、模数转换器、内电压发生器、时序发生器和数字逻辑。CMOS图像传感器优点在于其可实现空间、功率和成本的降低。
同样，CCD通过高价的专门工艺来制造。而CMOS图像传感器在大规模生产中通过非昂贵的硅晶片蚀刻工艺来制造。此外，CMOS图像传感器具有高集成性。
通常，CMOS图像传感器包括光感测单元和逻辑电路单元，其中光感测单元接收光，而逻辑电路单元将光转换为电信号。为了提高光敏性，需要增加光感测单元在整个CMOS图像传感器中的占用面积。然而，由于CMOS图像传感器的整个面积是固定的，因此用于增加光感测单元占用面积的上述方法具有局限。相应地，需要聚集光，使得通过改变入射到除光感测单元以外的剩余区域上的光的路径而使其到达光感测单元。为此，提供了对应于滤色器阵列上的光感测单元的微透镜。
滤色器阵列可由红、绿和蓝色形成，或者可由黄、品红和青色形成。
将参考附图描述根据相关技术的CMOS图像传感器。
图1A到1F是说明根据相关技术制造CMOS图像传感器的方法的横截面视图。
如图1A中所示，将P-型离子，如硼离子，选择性地注入半导体基片100，从而形成P-型阱101。为了装置隔离，半导体基片100的预定部分被选择性地蚀刻，并且然后填充以绝缘层，从而形成场氧化物层102。
然后，栅氧化物层(未示出)形成在半导体基片100上。此外，栅电极105形成在栅氧化物层上，其中栅电极105由多晶硅层103和硅化钨层104组成。
随后，轻掺杂的N-型和P-型扩散区106和107在半导体基片100的光感测区中形成。结果，光电二极管形成在半导体基片100的光感测区中。
为了在晶体管的源和漏区中获得LDD(轻掺杂漏)结构，轻掺杂的N-型LDD区108形成在半导体基片100上，以对应于栅电极105的两侧。然后，TEOS氧化物层(未示出)或者氮化物层(未示出)通过LPCVD沉积。然后，TEOS氧化物层被各向异性地蚀刻，以在栅电极105的两侧形成间隔物。同样，高掺杂的N-型扩散区110形成在半导体基片100的表面中。
参考图1B，TEOS氧化物层或者氮化物层通过LPCVD以大约1000A的厚度沉积。同样，BPSG层(未示出)通过HPCVD而形成于TEOS氧化物层上。
然后，第一金属电介质层111通过使BPSG层流动而形成。同样，通过选择性地蚀刻第一金属电介质层111，形成用于曝露高掺杂的N-型扩散区110的接触孔112。在形成钛Ti的第一粘合层113之后，用于线路形成的第一铝层114形成在第一粘合层113上。然后，非反射特性的第一氮化钛层115形成在第一铝层114上。然后，第一粘合层113、第一铝层114和第一氮化钛层115被选择性地蚀刻，以形成第一金属线116。接触孔112在等离子体蚀刻工艺中形成。
参考图1C，TEOS氧化物层117通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积)而形成。同样，SOG(玻璃上旋涂，Spin On Glass)氧化物层118被覆在TEOS氧化物层117上，并且然后对其施加热处理及平坦化工艺。
然后，第一PECVD氧化物层119形成在第一TEOS氧化物层117和第一SOG氧化物层118上。第一TEOS氧化物层117、第一SOG氧化物层118和第一PECVD氧化物层119构成第二金属电介质层。
如图1D中所示，通过选择性地蚀刻第二金属电介质层，形成了通孔121。然后，在形成钛Ti的第二粘合层122之后，第二铝层123形成在第二粘合层122上。具有非反射特性的第二氮化钛层124形成在第二铝层123上。然后，第二粘合层122、第二铝层123和第二氮化钛层124通过等离子体被选择性地蚀刻，从而形成第二金属线125。
随后，第二TEOS氧化物层126形成在包括第二金属线125的半导体基片的整个表面上。然后，第二SOG氧化物层127形成在第二TEOS氧化物层126上，而第二PECVD氧化物层128形成在第二SOG氧化物层127上。
第二TEOS氧化物层126、第二SOG氧化物层127和第二PECVD氧化物层128构成第三金属电介质层。通过重复上述步骤，有可能形成金属线。
如图1E中所示，氧化物层通过PECVD以大约8000A的厚度而形成在第三金属电介质层上。氧化物层作为钝化层129起作用。然后，对对应于外围电路区域的钝化层129和第三金属电介质层被选择性地蚀刻，以形成用于电极终端的垫开放区域130。
如图1F中所示，滤色器阵列131和平坦化层132顺序形成在钝化层129上。然后微透镜133形成在平坦化层132上。
图2是根据相关技术的CMOS图像传感器中的光感测单元和门操作单元(gate operating unit)的布局。如图2中所示，光感测单元134独立于门操作单元135而形成。
然而，相关技术的CMOS图像传感器及其制造方法有以下缺点。
首先，由于光感测单元独立于滤色器阵列而形成，会发生光损失。由于厚的介电材料形成在光感测单元和滤色器阵列之间，到达光电二极管的入射光的量由于光的吸收、折射和反射而减少。因此，降低了CMOS图像传感器的光敏性。此外，由于光感测单元和门操作单元相互分离形成，难以实现CMOS图像传感器的高集成性。
发明内容
因此，本发明指向CMOS图像传感器及其制造方法，其基本上消除了由相关技术的局限性和缺点所引起的一个或多个问题。
本发明的一个优点是提供了CMOS图像传感器及其制造方法，其通过在滤色器下形成光感测单元来改善光敏性并防止光损失。
本发明的另一优点是提供了CMOS图像传感器及其制造方法，其能够实现电路中的高集成性。
本发明的另外的优点及特征将在随后的描述的部分中提出并且对本领域普通技术人员将变得显而易见，或可通过对本发明的实践而习得。本发明的这些和其它优点可通过在书面描述和权利要求以及附图中所特别指出的结构来实现并获得。
为了实现这些目的和其它优点并根据本发明的目的，如于此已具体化及广泛描述的，CMOS图像传感器包括：多个晶体管，形成在半导体基片上；金属线，形成在多个晶体管之上，用于电连接多个晶体管；多个光电二极管，与晶体管电连接并形成在金属线之上。
在本发明的另一方面，用于制造CMOS图像传感器的方法包括：在半导体基片上形成多个晶体管；在多个晶体管之上形成金属线，用于电连接所述多个晶体管；以及在金属线之上形成多个光电二极管。
可以理解本发明的前述一般性描述和以下详细描述二者是示范性和说明性的，且意图是提供如所要求的本发明的进一步解释。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的深入理解、并被引入并组成本申请的部分，其说明本发明的实施例并连同说明书用于解释本发明的原理。在附图中：
图1A到1F是说明根据相关技术通过制造CMOS图像传感器的方法所制造的CMOS图像传感器的横截面视图；
图2是根据相关技术的CMOS图像传感器中的光感测单元和门操作单元的布局；以及
图3A到3D是说明根据本发明通过制造CMOS图像传感器的方法所制造的CMOS图像传感器的横截面视图。
具体实施方式
将详细参考本发明的优选实施例，其实例在附图中说明。在任何可能的地方，相同参考数字将被用于所有附图以指示相同或相似部件。
将参考附图描述根据本发明的CMOS图像传感器及其制造方法。
参考图3A，根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法可与根据相关技术的用于制造CMOS图像传感器的方法相同，除了光感测单元不是在CMOS图像传感器的半导体基片上形成晶体管时所形成的之外。根据本发明的光感测单元直到在半导体基片上形成最终的金属线才形成。
即，用于装置隔离的沟槽通过选择性地蚀刻半导体基片而形成。然后，该沟槽被填充以绝缘层，从而形成场氧化物层。然后，栅绝缘层(未示出)形成于半导体基片上。然后，多晶硅层和硅化钨层顺序形成于该绝缘层上。然后在半导体基片上形成栅氧化物层(未示出)，并且然后被选择性地蚀刻，从而形成栅电极。
为了在晶体管的源和漏区中形成LDD(轻掺杂漏)结构，轻掺杂的N-型LDD区形成在半导体基片100中对应于栅电极的两测。然后，TEOS氧化物层或者氮化物层通过LPCVD沉积，并且然后被各向异性地蚀刻，以在栅电极的两侧形成间隔物。同样，高掺杂的N-型扩散区形成在半导体基片中。
TEOS氧化物层(未示出)通过LPCVD以大约1000A的厚度形成，而BPSG层(未示出)通过HPCVD形成在TEOS氧化物层上。然后，通过流动BPSG层形成第一金属电介质层。通过选择性地蚀刻第一金属电介质层，形成接触孔，以曝露高掺杂的N-型扩散区和栅电极。在形成钛Ti的第一粘合层之后，用于线形成的第一铝层形成在该第一粘合层上。然后，具有非反射特性的第一氮化钛层形成在第一铝层上。然后，第一粘合层、第一铝层和第一氮化钛层被选择性地蚀刻，以形成第一金属线。然后，接触孔通过等离子体而被蚀刻。
随后，第一TEOS氧化物层和第一SOG(玻璃上旋涂)氧化物层由PECVD(等离子体增强化学蒸汽沉积气相沉积)而被顺序涂覆，并且然后对其施加热热处理和平坦化工艺。
然后，第一PECVD氧化物层形成在第一TEOS氧化物层和第一SOG氧化物层上。第一TEOS氧化物层、第一SOG氧化物层和第一PECVD氧化物层构成第二金属电介质层。
然后，通过选择性地蚀刻第二金属电介质层，形成通孔。在形成钛Ti的第二粘合层之后，第二铝层形成在第二粘合层上，而具有非反射特性的第二氮化钛层形成在第二铝层上。然后，第二粘合层、第二铝层和第二氮化钛层通过等离子体被选择性地蚀刻，从而形成第二金属线。通过重复上述步骤，有可能形成必需的金属线。
在形成最终金属线之后，第二TEOS氧化物层226和第二SOG氧化物层227顺序形成在最终的金属线上，从而形成第三金属电介质层。
在将光刻胶(photoresist)(未示出)涂覆在第二SOG氧化物层227上后，曝光和显影工艺将施加到所涂覆的光刻胶。结果，光刻胶图案(未示出)具有对应于栅电极的开放区域。
然后，执行蚀刻工艺直到栅电极的表面被曝光。蚀刻工艺使用光刻胶图案作为掩模。相应地，通孔形成于第一、第二和第三金属电介质层中。然后，通孔被填充以传导性材料以便与光感测单元连接，从而形成塞231。
参考图3B，硅层232形成于包括塞231的第二SOG氧化物层上。然后光刻胶图案233在硅层232上形成，其中光刻胶图案233具有对应于每个塞231的开放区域。
随后，如图3C中所示，使用光刻胶图案233作为掩模，P-型和N-型杂质离子注入硅层232，从而形成光电二极管234。此外，用于隔离光电二极管的隔离区域235通过光刻(lithography)而形成。每个隔离区域235形成于硅层232的光电二极管234之间。
参考图3D，对应于外围电路的第二SOG氧化物层227、第二TEOS氧化物层226和硅层232被选择性地蚀刻，以形成用于电极终端的垫开放区域236。
然后，红、绿和蓝滤色器图案237在相应的光电二极管234上形成。平坦化层238形成于滤色器图案237上。然后，微透镜239在平坦化层238上形成。
根据本发明的CMOS图像传感器及其制造方法有以下优点。
在根据本发明的CMOS图像传感器中，可为红、绿和蓝的滤色器图案形成于光电二极管下。因此，防止了光损失。同样，当形成栅电极时，光电二极管在栅电极之上形成。相应地，有可能减小光感测单元的面积，从而实现了高集成的CMOS图像传感器。
对本领域的技术人员来说显而易见的是，在本发明中可进行各种修改和变化而不背离本发明的精神或范围。因此，意图是，倘若这样的修改和变化在所附权利要求及其等价的范围内，本发明将涵盖这样的修改和变化。

Claims (16)

1.一种CMOS图像传感器，包括：
多个晶体管，形成于半导体基片上；
金属线，形成于所述多个晶体管之上，用于电连接所述多个晶体管；以及
多个光电二极管，与所述晶体管电连接，并形成于所述金属线之上。
2.如权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括形成于所述多个晶体管和所述多个光电二极管之间的金属电介质层。
3.如权利要求2的CMOS图像传感器，其中所述金属电介质层包括TEOS氧化物层和SOG氧化物层。
4.如权利要求2的CMOS图像传感器，其中所述金属电介质层包括：
第一金属电介质层，形成于所述多个晶体管和所述金属线之间；以及
第二金属电介质层，形成于所述金属线和所述多个光电二极管之间。
5.如权利要求2的CMOS图像传感器，进一步包括形成于所述金属电介质层中的塞，用于将所述多个晶体管之一与所述多个光电二极管之一电连接。
6.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中所述金属线由两个或者多个金属线层形成。
7.如权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括形成于所述多个光电二极管之间的隔离区。
8.如权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括：
形成于所述多个光电二极管上的滤色器；
形成于所述滤色器上的平坦化层；以及
形成于所述平坦化层上的微透镜。
9.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
在半导体基片上形成多个晶体管；
在所述多个晶体管之上形成金属线，以便电连接所述多个晶体管；以及
在所述金属线之上形成多个光电二极管。
10.如权利要求9的方法，进一步包括：
在形成所述多个光电二极管之前，在所述多个晶体管的至少一个之上形成金属电介质层。
11.如权利要求10的方法，其中形成所述多个光电二极管包括：
形成通过所述金属电介质层到所述多个晶体管的至少一个的栅电极的通孔；
通过以导电性材料填充所述通孔而形成塞；
在所述金属电介质层上沉积硅层；
形成光刻胶图案，用于曝光对应于所述硅层上的所述塞的部分；以及
使用所述光刻胶图案作为掩模，将P-型和N-型杂质离子注入所述半导体基片中。
12.如权利要求11的方法，进一步包括：
在所述多个光电二极管的每个之间形成隔离区。
13.如权利要求9的方法，进一步包括：
在所述多个晶体管和所述金属线之间形成第一金属电介质层；以及
在所述金属线和所述多个光电二极管之间形成第二金属电介质层。
14.如权利要求9的方法，其中形成所述金属线包括：
在所述多个晶体管上形成第一金属电介质层；
在所述第一金属电介质层上形成第一金属线层；
在所述第一金属线层上形成第二金属电介质层；
在所述第二金属电介质层上形成第二金属线层；以及
在所述第二金属线层上形成第三金属电介质层；
15.如权利要求13的方法，其中形成所述金属线包括：
在所述多个晶体管上形成所述第一金属电介质层；
在所述第一金属电介质层上形成第一金属线层；
在所述第一金属线层上形成所述第二金属电介质层；
在所述第二金属电介质层上形成第二金属线层；以及
在所述第二金属线层上形成第三金属电介质层；
16.如权利要求9的方法，进一步包括：
在所述多个光电二极管上形成滤色器；
在所述滤色器上形成平坦化层；以及
在所述平坦化层上形成微透镜。
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