CN1825605A - 互补型金属氧化物半导体影像感应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种互补型金属氧化物半导体影像感应器。光遮蔽物包括形成在一影像感光元件与一相邻电路之间的结构。该结构以一种光阻碍材料，如金属、金属合金、金属化合物或其他类似材料所形成，形成在多个介电层内，并覆盖在该影像感应元件上。本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，可避免或减少因光源产生的电流干扰。
Description
技术领域
本发明为关于影像感应器，特别是一种具有一光遮蔽物的CMOS影像感应器，其中该光遮蔽物包括一电性导通材料。
背景技术
互补型金属氧化物半导体(CMOS)影像感应器因为其本身的优点，使得其较电耦合装置(CCD)更被广泛使用。事实上，CMOS影像感应器只需较低的电压与较少的功率消耗，可有更多的方式接触到影像数据，可以制造相容的CMOS制程以及可以整合在单晶片相机中。
一般来说，CMOS感应器利用光感应(light-sensitive)CMOS电路将光能转换成电能。光感应CMOS电路一般包括形成于一硅基板上的一光二极管(photo-diode)。当该光二极管曝露在光源下时，该光二极管内产生一电荷。该光二极管一般耦接一MOS开关晶体管，用以对该光二极管的电荷取样。色彩便可通过内建于该光感应CMOS电路的滤波器(filter)决定。
一CMOS影像感应器通常包括一CMOS影像像素阵列，每一个像素包括多个晶体管(开关晶体管与重置晶体管)，多个电容以及一影像感应元件(photo-sensitive element)(如一光二极管)。每一个像素更包括一彩色滤波器，用以决定该影像感应元件接收到的光的颜色。一孔径(aperture)形成于该影像感应元件上，用以在其他电路被光封锁住时，暴露该影像感应元件于光源下。
CMOS影像感应器的效能，灵敏度以及解析度可能会因为孔径在接收光的角度的偏移而发生的干扰而降低，导因于其他元件接收到光源而产生的电流。此外接收到光的量度也可能被错误的放大，可能导致过度曝光(washed-out)或模糊不清的影像产生。除此之外，CMOS影像感应器透过孔径接收光时若产生偏移的角度，可能使得邻近的多个像素产生电流，因而产生错误。而在上述情形下，CMOS影像感应器内的彩色滤光器(color filter)便可能因为每一像素其邻近像素所接收到的错误电流而导致其对每一像素接收的光源产生色彩判断上的错误。
为避免因现有技术可能产生的错误发生，对影像感应器来说；具备一光遮蔽物来避免或减少干扰的需求是必要的。
发明内容
本发明的目的为提供一种CMOS影像感应器，可避免或减少因光源产生的电流干扰。
本发明的目的为提供一种CMOS影像感应器的形成方法，该CMOS影像感应器可避免或减少因光源产生的电流干扰。
本发明提供一种CMOS影像感应器，包括：一影像感光元件(photo-sensitive element)，位于一基底内；一个或多个介电层，形成于该基底之上；以及一电性导通材料形成于该等介电层之内，该电性导通材料布局于该影像感光元件与一相邻电路之间，该电性导通材料至少形成一插塞(plug)，穿透过该等介电层。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，该相邻电路包括一相邻光学感测元件与一MOSFET(金属氧化物半导体场效应)晶体管。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，该电性导通材料包括一金属、一金属合金或一金属化合物。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，该电性导通材料包括一个或多个层。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，一第一层包括一钛氮化合物与一第二层包括钨。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，该电性导通材料包括一钛氮化合物层。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，更包括一彩色滤光器，布局于该影像感光元件之上。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，该电性导通材料的宽度为0.1um(微米)到0.5um。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，该电性导通材料的高度大于0.3um。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，该电性导通材料环绕该影像感光元件形成。
本发明还提供一种形成一CMOS影像感应器的方法，包括：形成一影像感光元件于一基底内；形成多个介电层覆盖于该基底上；形成一开孔(opening)，穿透该等介电层，该开孔被布局在该影像感光元件与一相邻电路之间；以及将一电性导通材料填满该开孔。
本发明更提供一种CMOS影像感应器，包括一感光二极管与一固定层，位于一基底内；一个或多个介电层，形成于该基底上；一光遮蔽物，包括一金属层，形成于该等介电层内，该光遮蔽物被配置覆盖在一点，该点位于该感光二极管与一相邻MOS电路之间，该光遮蔽物包括形成一插塞(plug)，穿透该等介电层，该相邻MOS电路包括一开关晶体管与一重置晶体管。
本发明所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，可避免或减少因光源产生的电流干扰。
附图说明
图1为根据本发明的一实施例的一光遮蔽物110环绕一影像感应元件112的平面示意图；
图2为根据本发明的一第一实施例的光遮蔽物的截面图；
图3为根据本发明的一第二实施例的光遮蔽物的截面图。
具体实施方式
请参考图1，图1为根据本发明的一实施例的一光遮蔽物110环绕一影像感应元件112的平面示意图。在图1中，光遮蔽物110以一正方形形成的方式仅是本发明的一实施例说明，并非用以限制该光遮蔽物110的结构。光遮蔽物110的结构可能有其他不同的形状，用以保护相邻的影像感应元件(图上并未绘出)或其他电路(图上并未绘出)避免干扰的发生。举例来说，光遮蔽物110的形状可能是椭圆形、圆形、三角形、八角型或是其他形状。更进一步来说，光遮蔽物110可能不是完全的环绕着影像感应元件112而形成，换句话说，光遮蔽物110可能是环绕着影像感应元件112但不连续的形成。
影像感应元件112可能是任何的元件，只要该元件能将光能转换成电能。举例来说，该影像感应元件112可能是将一离子掺杂物掺杂至一基底的方式所形成，例如一PN型光二极管、一PNP型光二极管、一NPN型光二极管或是其他影像感应元件。在本发明中，一较佳实施例为使用一PNP型光二极管，例如该影像感应元件112可能包括一P型固定层形成于一N型区域上，其中该N型区域形成于一P型半导体基底上。
如图1中的箭头方向所示，在该光遮蔽物110外的光线会被反射，因此避免或减少在光遮蔽物110外的光线落在该影像感应元件112上。这表示当光以一非垂直的角度到达光遮蔽物110的表面时会被反射掉，这也有助于避免影像感应元件112因为接收光产生的干扰而影响到邻近的影像感应元件。进一步来说，被影像感应元件112侦测到的光尽量被避免影响到邻近的影像感应元件。
在下文更详细的讨论中，光遮蔽物110被设置在一个或多个金属层之上，用以完整覆盖影像感应元件112，该影像感应元件112通常被形成于一基底之内。在本发明的一实施例中，光遮蔽物110包括一穿透一个或多个层间介电层(inter-metal dielectriclayer)的通道。在本发明的另一实施例中，光遮蔽物110包括透过该通道内接的多条金属导线。在上述两个实施例中，光遮蔽物110的材料可能为金属、金属合金(metal alloy)、金属化合物(metal compound)或其他类似的物质。可以发现到这些材料都有一高反射指数，用以避免或减少可能穿透该光遮蔽物110而到达邻近的影像感应元件或电路的光的量。利用上述材料亦可使光遮蔽物110利用一般制程的步骤或增加少数的额外步骤即可制造。更进一步来说，可通过定义一般制程中的多个光罩(masks)和图案(patterns)来形成光遮蔽物110。
必须注意到，在一较佳实施例中，如图1所示的影像感应元件112只包含了单一元件(如光二极管)。其他的电路(如开关晶体管、重置晶体管等等)较佳为布局于该光遮蔽物110的外围，以避免其他电路被曝露在光源下或受到光源影响。然而其他电路亦可被布局于该光遮蔽物110的内围。
图2为根据本发明实施例中第一实施例的光遮蔽物的一截面示意图，其中该截面是由图1中A-A直线所截取的平面。如图2所示，该影像感应元件112被形成于一基底210之内。该基底210的材料可能为硅、锗、硅锗化合物、阶梯式硅锗化合物(gradedsilicon germanium)、半导体绝缘体(semiconductor-on-insulator)、碳(carbon)、石英(quartz)、蓝宝石(sapphire)、玻璃或其他相似材料，且该基底210可能为多层结构，如局限形变层(Strained Layer)。在一实施例中，该影像感应元件112为一PNP光二极管，该基底210可能为一P型基底(或是包含一P型阱)。
一层间介电层(interlayer dielectric layer，ILD)212被形成于该基底210之上。该ILD层212可以由任何现有的技术来形成，该ILD层212的材料可能为低介电系数材料(loW-K dielectricmaterial)如二氧化硅、磷硅玻璃(phosphosilicate glass，PSG)、硼磷硅玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、氟硅玻璃(fluorinated silicate glass，FSG)或其他类似材料。在一实施例中，该ILD层212包括一氧化层，以使用四乙基硅酸盐和氧为先驱物质的化学气相沉积(chemical vapor deposition)制程所形成。该ILD层212的厚度约2500埃()到10000埃。本实施例仅以上述材料及制程为例说明，并非用以限制本发明。
一个或多个介电绝缘层(inter-metal dielectric layer)214被形成于该ILD层212之上。该介电绝缘层214可以由任何现有的技术来形成，该介电绝缘层214可能为低介电系数材料，如氟硅玻璃、碳掺杂氟硅玻璃(carbon-doped fluorinated silicateglass)、碳掺杂硅氧化合物(carbon-doped silicon oxide)(例如应用材料公司(Applied Materials of Santa Clara)所生产的黑钻石(B1ack DiamondTM))或是其他类似材料。一般来说，该介电绝缘层214会根据导线(图上并无绘出)的数量来允许一个或多个层形成，以允许多种电子元件之间的连接。在一较佳实施例中，该介电绝缘层214是利用高密度等离子(high-densityplasma，HDP)氧化物或等离子增强式(plasma-enhanced，PE)氧化物以现有技术形成。该介电绝缘层214的厚度约2000埃到8000埃。本实施例仅以上述材料及制程为例说明，并非用以限制本发明。
一钝化层(passivation layer)216可能被形成于该介电绝缘层214之上。该钝化层216被形成用以覆盖和保护最上层金属层(该金属线图上未绘出)。该钝化层216的形成方式相近于该介电绝缘层214，利用高密度等离子氧化物、等离子增强式氧化物、等离子增强式氮化物或是上述物质的复合物，以现有技术形成。该钝化层216的厚度约在2000埃到10000埃之间。
接着，形成该光遮蔽物110。该光遮蔽物110较佳包括一连续阻障(barrier)，穿透一个或多个钝化层216与介电绝缘层214所形成，且较佳的形成材料为具有良好反射属性的材料。图2所示的实施例，一开口(opening)以一干蚀刻制程在该钝化层216与介电绝缘层214内形成，其中该开口的深度由该制程的处理时间所决定。该开口的较佳深度为0.1um到0.5um，其中最佳深度为0.2um。在另一实施例中，该开口以一干蚀刻制程在该ILD层212、该钝化层216与介电绝缘层214内形成，其中该ILD层212是部分或全部分离。
必须注意到，一蚀刻停止层可能会也可能不会布局于该ILD层212、该钝化层216与介电绝缘层214之间。在一较佳实施例中，上述该层之间并无布局该蚀刻停止层。在本实施例中，该开口可能会在一个步骤内被蚀刻。如果在一实施例中利用了该蚀刻停止层，则该开口的蚀刻步骤就可能包括了多个蚀刻步骤，以穿透该等介电层与该蚀刻停止层。
一旦该开口形成后，该开口会被填满一电性导通材料或光阻障材料218。为符合该光阻障材料218的反射特性，其较佳材料为一金属、金属合金、金属化合物或其他类似材料。该电性导通材料较佳的宽度约为0.1um到0.5um，且该电性导通材料的高度大于等于0.3um。在一实施例中，该开口被以化学气相沉积(CVD)方式填满TiN。而其他材料如钨(W)、耐火金属(refractory metal)或其他金属复合物(combinations)都可能被用来填满该开口。
必须注意到被沉积在表面上多出来的材料会以另一制程来移除掉，例如化学气相沉积和等离子蚀刻。举例来说，沉积在该影像感应元件112的光阻障材料218应该被移除，以允许光能到达该影像感应元件112。此外光阻障材料218可能还是被沉积在该钝化层216的表面而不沉积在该影像感应元件112的表面上，因此可以减少或避免影像感应元件112因为接收光产生的干扰而影响到邻近的影像感应元件。
图3为根据本发明的一实施例中光遮蔽物的第二实施例的截面图，其中该截面是由图1中A-A直线所截取的平面。本实施例的内容相近于图2所举的实施例，其中相同的元件保留其原先的编号，此外该光遮蔽物110包含了一多层结构。实际上，在图3中的该光遮蔽物110包含一第一层310与一第二层312。在一些用以形成这种形式的结构的相关制程中，是与用以形成该CMOS影像感应器的制程是较一致且相容的。举例来说，多个通道(vias)与多个内接点(interconnects)被形成再覆盖一阻障/附着层(如该第一层310所示)的一导通层(如该第二层132)之内是很常见的制程。通过上述一般的制程和结构，对形成该光遮蔽物110的制程来说只需增加少数或无需增加其他制程步骤。
在一实施例中，该第一层310包含一个或多个钛、钛氮化合物、钽、钽氮化合物层或其他相类似的材料层，以化学气相沉积法沉积约100埃到1000埃的厚度。该第二层312可能以不透光或具反射的材料形成，例如金属、金属合金、金属化合物或其他相似的材料如钨或铝。在另一实施例中，该第二层312是以钨形成，该第二层312可以以化学气相沉积或其他现有技术所形成。
请参考图2的叙述，形成于该钝化层216上的该第一层310与第二层312的多余材料会被以一个或多个的蚀刻制程来去除。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
110：光遮蔽物
112：影像感应元件
210：基底
212：层间介电层
214：介电绝缘层
216：钝化层
218：光阻障材料
310：第一层
312：第二层
Claims (11)
1.一种互补型金属氧化物半导体影像感应器，所述互补型金属氧化物半导体影像感应器包括：
一影像感光元件，位于一基底内；
一个或多个介电层，形成于该基底之上；以及
一电性导通材料形成于该介电层之内，该电性导通材料布局于该影像感光元件与一相邻电路之间，该电性导通材料至少形成一插塞，穿透过该介电层。
2.根据权利要求1所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：该相邻电路包括一相邻光学感测元件与一金属氧化物半导体场效应晶体管。
3.根据权利要求1所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：该电性导通材料包括一金属、一金属合金或一金属化合物。
4.根据权利要求1所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：该电性导通材料包括一个或多个层。
5.根据权利要求4所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：一第一层包括一钛氮化合物与一第二层包括钨。
6.根据权利要求1所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：该电性导通材料包括一钛氮化合物层。
7.根据权利要求1所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：更包括一彩色滤光器，布局于该影像感光元件之上。
8.根据权利要求1所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：该电性导通材料的宽度为0.1um到0.5um。
9.根据权利要求1所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：该电性导通材料的高度大于0.3um。
10.根据权利要求1所述的互补型金属氧化物半导体影像感应器，其特征在于：该电性导通材料环绕该影像感光元件形成。
11.一种互补型金属氧化物半导体影像感应器，所述互补型金属氧化物半导体影像感应器包括：
一感光二极管与一固定层，位于一基底内；
一个或多个介电层，形成于该基底上；
一光遮蔽物，包括一金属层，形成于该介电层内，该光遮蔽物被配置覆盖在一点，该点位于该感光二极管与一相邻金属氧化物半导体电路之间，该光遮蔽物包括形成一插塞，穿透该介电层该相邻金属氧化物半导体电路包括一开关晶体管与一重置晶体管。
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