TW200929533A - Method for manufacturing image sensor - Google Patents

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200929533 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種半導體裝置之製造方法，尤其係關於一種 影像感測器之製造方法。 影像感測器係為一種可將光學影像轉化為電訊號之半導體裝 置’大體上’影像感測器可分為電荷耦合裝置(CCD，cha租e⑶叩led device)衫像感測器與互補式金屬氧化物半導體， complementary metal oxide 础⑽)影像感測器(as，CM〇s image sensor)兩種。 其中’互補式金屬氧化物半導體影像制器由位於單元晝素 内的光二極體與金屬氧化物半導體電晶體組成，藉以連續地對每 -單元晝素之電訊號進行檢測，進而對影像進行處理。 【先前技術】 〇 通常’影像感測器係為—種可將光學影像轉化為電訊號之半 導體裝置’大紅，影像❹指可分為電細合裝置影像感測器 與互補式金屬氧化物半導體影像感測器。 其中’互補式金屬氧化物半導體影像感測器係包含形成於單 元畫素内的光二極體與金屬氧化物半導體電晶體。而這種互補 金屬氧化物半導體影像_器可透過_方式連續地 — 之電訊號進行檢測，藉轉得影像。而在這種互補式化 *半導體影像感測器結構中，光二極體區可將 粗匕』將先矾號轉化為電訊 200929533 號，進而透過電晶體^ 1謎心 進行處理。同時，互補式金屬 乳 影像感測器可包含有位於單元晝素中的光二極 金屬氧化物轉體電晶體，藉以連續地對每—單元書素號 進行檢1進吨行對影像_理。其中，可在轉縣板中水 平地配δ又光—極體區與電晶體。 在白决的水平型互補式金屬氧化物半導體影像感測器中，可 Ο 或上方水平地形成相鄰的光二極體與電晶體。因 此’還$要用於形成光二極體之額外的區域。 【發明内容】 本發明實施例係關於—種轉體裝置及其製造方法。本發明 實施例還關於-種影像感測器及其製造方法。 χ ，本發明之-目的在於提供—種影像感測器，藉以形成電晶體 電路與光二極體之垂直整體。本發明實施例係關於—種影像感測 ❾it之製造方法’藉以提高解析度及靈敏度。 本發明之另—目的在於提供-種影像感測器之製造方法，藉 以防止在形缝直的光二極體結構時，在光二極财發生故障。 一本务月之一目的在於提供一種影像感測器之製造方法，係包 3 ·形成半導體基板’此半導體基板係包含有晝素部分及外圍部 刀，於此半導體基板之上和/或上方包含有金屬線之層間介電 膜’於此層間介賴之上和/或上方形成光二極體型樣，藉以與 位於晝素部分中之金屬線相連接，並可透過裝置隔離溝槽對每一 200929533 光二極體型樣進行隔離；於包含有裝置隔離溝槽及光二極體型樣 之層間介電膜的上和/或上方形成裝置隔離介電層；於此装置隔 離介電層的上和/或上方形成第—通孔，藉以部分地曝露出光二 極體型樣；以及於此裝置隔離介電層上形成第二通孔，藉以曝露 出位於外圍部分中之金屬線。 【實施方式】 〇 「第1圖」至「第9圖」為本發明實施例之影像感測器及其 製造方法的示意圖。如「第i圖」所示，形成於半導體基板1〇之 上和/或上方的底部金屬線3〇、底部金屬線及層間介電膜。 中半V體基板10可為單晶秒基板或多晶梦基板，同時此 半導體基板10也可為攙雜了 p型雜質型雜質的基板。在本發 明貫把例中’可於半導體基板10中形成定義了主動區與場區（脇 area)的裝置_膜。依據本發明實施例，可於主動區上和/或 〇 上方形成晝素部分A之電路與外圍部分B之電路。 依據本發明實施例，可於晝素部分A之上和/或上方形成電 晶體電路，此電晶體電路可包含重設f晶體、驅動電晶體、選擇 電晶體及轉移電晶體。這些電晶體可用於將所接收到的光電荷轉 化為電訊號，並且這些電晶體可連接於光二極體。同時，可為每 一晝素早元形成電晶體。 層間電膜2〇可包含有底部金屬線3〇與底部金屬線如，並 且，可於半導體基板10之晝素部分A與外圍區域B之頂部的上 200929533 .和/或上方形成此層間介電膜20。同時，底部金屬線3〇與底部金 屬線4〇可使電力線或訊號線連接與電路相連接。依據本發明實施 例，此層間介電膜20可具有多層結構。 、 其中，此底部金屬線30與40可包含有金料線M與插頭。 同時，可為每-晝素單元形成錄畫素部分A之上和/或上方的 底部金屬線3〇。進而’可將光二極體之光電荷傳送至電路。 ❹ 同時，底部金屬線3〇與40可包含不同的導電材料，這些導 電材料可包含有金屬、合金及魏物中的i少—種。依據本發明 實施例’底部金屬線3〇與4〇可包含有紹、銅、鉛或鎮。依據本 發明實施例，底部金屬線3〇與40之插頭可曝露於層間介電膜％ 之表面上。依據本發明實施例，當形成底部金屬線3〇與恥時， 可於外圍部分B之上和/或上方形成焊盤。 如「第2圖」所示，可配設結晶半導體基板5。其中，結晶半 ❹ V體基板5可為單晶石夕基板或多晶石夕基板，且此結晶半導體基板5 可為攙雜有p型雜質或η型雜質的基板。依據本發明實施例，此 結晶半導體基板5可為ρ型基板。依據本發明實施例，此結晶半 導體基板5可與半導體基板U)具有基本相尺寸。依據本發明 實施例，可於此結晶半導體基板5中形成磊晶層。 依據本發明實施例，可於結晶半導體基板5内形成光二極體 50。同時，此光二極體50可包含有η型雜質區與ρ型雜質區。進 — 而，此光二極體50可於η型雜質與Ρ型雜質相結合處形成pN接 200929533 面。 士第3圖」所不，可於半導體基板忉之層間介電膜如的 上和/或上方形成光二極體知。醉導體基板η可與包含有光二 極體5〇之、..α曰曰半^體基板5相輕合。依據本發明實施例，可透過 接合製程使半導體基板1Q與結晶半導體基板$相麵合。 依據本發明實施例，可將結晶半導體基板5之光二極體5〇的 ❹表面放置於層間；I電膜2〇之上和/或上方，而此層間介電膜加 係位於半導縣板K)之表面的上和/或上方。同時，可透過接合 製私使-者相結合。若使半導體基板1Q與結晶半導縣板5相_ 合，則底部金屬線30與底部金屬線4〇之插頭可電性連接於結晶 半導體基板5之光二極體50。 依據本發明實施例，可移除結晶半導體基板5。進而，可將光 二極體50保留於半導體基板1〇之上和/或上方。依據本發明實 ❹施例，若移除此結晶半導體基板5，則可僅將光二極體5〇保留於 半導體基板10之上和/或上方。依據本發明實施例，可透過蝕刻 製程或化學機械拋光(CMP ’ chemical mechanical polishing)製程移 除此結晶半導體基板5。 依據本發明實施例’可將光二極體50保留於半導體基板1〇 之上和/或上方，同時半導體基板1〇與光二極體5〇可形成垂直 的整體。 . 如「第4圖」所示，可於光二極體50之上和/或上方形成硬 200929533 光罩60。其中，此硬光罩60係用於為每一晝素單元對光二極體 50進行劃分。依據本發明實施例，此硬光罩60可包含有氧化膜， 而此氧化膜可包含有四乙基矽氧烷(TEOS，tetra ethyl ortho silicate)。 其中，可透過於光二極體50形成硬光罩層，藉以形成硬光罩 60。而後，可透過光阻型樣執行型樣加工製程。進而，可於光二 ❹極體50之上和/或上方形成硬光罩60，並使此硬光罩位於與 晝素部分A中之底部金屬線30相對應的位置上依據本發明實施 例’可使硬光罩60之面積比底部金屬線30之面積寬。 如「第5圖」所示，可於與晝素部分A相對應之層間介電膜 20的上和/或上方形成光二極體型樣55。其中，可用硬光罩6〇 作為触刻光阻，透過對光一極體50進行蚀刻而形成光二極體型樣 55。依據本發明實施例’可選擇性地移除此光二極體5〇，進而形 〇 成裝置隔離溝槽65,其中此裝置隔離溝槽65可曝露出層間介電膜 2〇。依據本發明實施例，對於每一單元晝素而言，裝置隔離溝槽 仍可用於隔離光二極體50，同時此裝置隔離溝槽65可具有娜 較窄的寬度。依據本發明實施例，可使光二極體型樣55之寬度達 到最大化。 依據本發明貫施例，光一極體型樣55可與底部金屬線相連並 透過裝置隔離溝槽65進行定義。依據本發明實施例，可移除位於 外圍B中之光一極體50。進而，可曝露出位於外圍部分b中 200929533 •之層齡電膜2G的表面。依據本發明實關，若《處位於外圍 部分B中之層間介電膜2〇’則也可曝露出位於外圍部分B中的底 部金屬線40。依據本發明實施例，可以不移除保留於光二極體型 樣55之上和/或上方的硬光罩6心依據本發明實施例，也可以移 除硬光罩60。 同時’可在位於晝素部分A中之層間介電膜2〇的上和/或上 ❹方形成光二極體型樣55。依據本發明實施例，光二極體型樣％ 可具有第-高度H1，而此第一高度m係大於外圍部分B中之層 間介電膜20的兩度。依據本發明實施例，光二極體型樣％之高 度可於層間介親20巾造成高度差異。依據本發明實施例，光二 極體型樣55與外圍部分B中之層間介電膜間的高度差異約為 1·2μιη 至 2·0μηι。 如「第6圖」所示，可於包含有光二極體型樣55與裝置隔離 ❹溝槽65之層間介電膜2〇的上和/或上方形成裝置隔離介電層 70。其中，此裝置隔離介電層7〇係形成於層間介電膜2〇之上和 /或上方並可覆蓋光二極體型樣55與裝置隔離溝槽65。 其中，可將裝置隔離介電層7〇填入裝置隔離溝槽65。依據本 發明實施例，可透過每-單元晝素之裝置隔離介電層7〇隔離光二 極體型樣55。依據本發明實施例，此裝置隔離介電層7〇可包含有 氣化膜。 進而，可於光二極體型樣55及層間介電膜2〇之上和/或上 10 200929533 方句勻^積羞置隔離介電層70。依據本發明實施例，此裝置隔 離’I電層7〇具有〶度差異，·高度差異係對應於光二極體型樣 55與外圍科B令之層間介電膜間的高度差異。 〇 ❹ 為了向光—極體型樣55提供電訊號，可選擇性地移除裝置隔 離;|電層7〇依據本發明實施例’為了將電訊號傳送之外圍部分 中之底4金屬線4〇，也可選擇性地移除裝置隔離介電層冗。為 了曝露出光二極體型樣55與底部金屬線4G，可透過光刻製程選擇 置隔離介電層7〇。若由於上述之光二極體型樣55而在 電層7〇中產生高度差異，則無法精確地執行用於同時 執=:極體型樣55與底部金屬線4〇之光刻製程。因此，在 =⑽，观賴之_輸於焦點中，藉 置=t出之精確的目標，其它的具有高度差異之區域 置於焦點以外，且並不曝露出來。 中，射使光賴之—部分錄料精確轉露出之焦點 型樣Γ動Γ域雜所確定的目她。換言之，由於光二極體 =5麟㈣Β糊彻心術高度差異，所以 =執仃可用於曝露出光二極體型樣％與層間介電膜2〇的光學 型樣7本發明實施例，可分別執行用於形成可_光二極體 «55之通似及可《出層間介麵2Q之通制光學製程。 如第7圖」所示，可於裳置隔離介電層”形成第一通孔 200929533 -71。依據本發明實施例，第-通㈣可部分地曝露出光二極體型 樣55。為了形成第一通孔71，可於裝置隔離介電層％上和/或 上方形成第-光阻型樣刚。其中，透過於此裝置隔離介電層％ 之上和/或上方塗覆光阻膜，可形成此第一光阻型樣⑽。而後， 可執行曝光及顯影製程。其中，此第一光阻型樣ι〇〇可選擇性地 曝露出於光二極體型樣55相對應之裝置隔離介電層70並覆蓋全 ❹ 部的其它區域。 *依據本發明實施例，可㈣—光_樣1()()作雜刻光罩對 裝置隔離介電層70進械刻。進而，透過對由第一光阻型樣觸 所《出之裝置隔離介電層7G進行_，藉以形成第—通孔Μ， 此弟-通孔71可曝露出光二極體型樣55。依據本發明實施例，可 透過第-通孔7!選擇性地曝露出光二極體型樣％。進而，可透過 灰化製程（aShingprocesss)移除此第一光阻型樣1〇〇。 ❹ 如「第8圖」所示，可於裝置隔離介電層70中形成第二通孔 72。此處，第二通孔72可曝露出位於外圍部分6中之底部金屬線 4〇。依據本發明實施例，為了形成第二通孔72，可於裝置隔離介 電層70之上和/或上方形成第二光阻型樣2〇〇。其中，可透過於 此裝置隔離介電層70之上和^/或上方塗覆光_來形成此第二光 阻型樣200。依據本發明實施例，而後可執行曝光及顯影製程。其 中，此第二光阻型樣2〇〇可選擇性地曝露出與外圍部之底部 金屬線之位置相應的裝置隔離介電層7〇，並覆蓋所有的其它區域。 12 200929533 . 依據本發明實施例，可用第二光_樣細作輕刻光罩， 藉以職置隔離介電層7G進行則。進而，可對透過第二光阻型 樣所曝露出之裝置隔離介電層7〇進行侧並形成第二通孔 72 ’其中此第二通孔72可曝露出底部金屬線。依據本發明實施 例’可透過第二通孔72曝露出底部金屬線4〇。同時，可透過灰化 製程移除第二光阻型樣2〇〇。 0 如「第9圖」所示’可於裝置隔離介電層％之上和/上方形 成第-通孔與第二通孔72。同時，此第—通孔71可曝露出光 二極體型樣55之至少-部分，而第二通孔72可曝露出位於外圍 部分B中之底部金屬線4〇。 依據本發明實施例，可於裝置隔離介電層70之上和/或上方 形成頂部金屬導線層’其巾，此裝置隔離介電層7G包含有第一通 孔71與第二通孔72’而這些通孔可將電訊號提供至光二極體型樣 ❹55與底部金屬線4〇。依據本糾實關，可在此裝置隔離介電層 70之上和/或上方形成彩色濾光片及微透鏡。 依據本發明實施例，可執行兩次型樣加工製程，藉以曝露出 光二極體型樣55及位於外圍部分b中之底部金屬線4〇。進而， 可以不考慮光二極體型樣55與外圍部分B中之層間介電膜2〇間 之高度差異，而在大體上準確地執行光學製程及蝕刻製程。依據 本發明實施例，可分別於裴置隔離介電層7〇之上和/或上方形成 -可曝露出光二極體型樣55之第—通孔71以及可曝露出底部金屬 13 200929533 線40之第二通孔72。 依據本發明實施例，可於包含有底部金屬線3〇之半導體基板 10之上和/或上方形成光二極體。進而，本發明實施例可提供影 像感測器之垂直整體的形成方法。此處，電晶體電路與光二極體 之垂直整體之填充因數可接近100%，並且即使不對晝素尺寸進行 调郎也可達到較高的敏感度。 依據本發明實施例，各單元晝素可實現更加完整的電路而無 須降低敏感度，並可在至少達到習知技術所能提供之解析度的同 時降低製造成本。 依據本發明實施例，可於結晶半導體基板内部形成光二極 體。藉以在採用垂直光二極體結構時，減少光二極體之故障。依 據本發明實施例，可透過裝置隔離介電層對各單元晝素之光二極 體進行隔離。透過這種方法，可降低串擾與干擾。 依據本發明實補，可分職拥於通孔與金屬線之製 程，其中通孔可用於曝露出光二極體，而金屬線係位於裝置隔離 介電層内之外®部分巾。其中’透過防止通孔的A小與位置由於 光二極體與關部分中之層間介電關的高度差異而發生變化， 可提高裝置之品質。 依據本發明實細，财轉成片載電路。進而，可提 高影像感測ϋ之性能，同時還可進—步使裝置微型化並降低製造 成本。 200929533 雖然本發明以前述之較佳實施纖露如上，然其並非用以限 疋本發明’任何熟f相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内田可作些許之更動與潤卿，因此本發明之專利保護範圍須視 本》 兒明書所附之中請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 Ο :1 ®至弟9 _用於對本發明實施例之影像感測器及其製 k方法進行說明的剖面圖。 【主要元件符號說明】 Ο 5 10 20 30、4〇 50 55 60 65 70 71 72 100 200 結晶半導體基板 半導體基板 層間介電膜 底部金屬線 光二極體 光二極體型樣 硬光罩 裝置隔離、/冓槽 裝置隔離介電層 第一通孔 第二通孔 第一光阻型樣 第二光阻型樣 15 200929533 A 晝素部分 B 外圍部分 HI 第一高度 Ο ❹ 16

Claims (1)

1. 200929533 七、申請專利範圍： 1. 一種半導體裝置的製造方法，係包含： 形成一半導體基板，該半導體基板係包含：一書素部分. 及一外圍部分； 形成-層間介電膜，該層間介電膜係包含：一金屬線，係 位於該晝素部分中；及一金屬線，係位於該半導體基本上方之 該外圍部分中； ° _層間介電膜之上方形成一光二極體型樣，同時該層間 介電層係連接於該晝素部分中之該金屬線； 於該層間介電膜與該光二極體型樣之上方形成一裝置隔 離介電層； 於該政置隔離介電層之上方形成一第一通孔，藉以部分地 曝露出該光二極體型樣；以及 〇 於該裝置隔離介電層之上方形成一第二通孔，藉以曝露出 位於該外圍部分中的該金屬線。 2. 如請求項丨所述之半導體裝置的製造方法，還包含： 於该晝素部分中之該半導體基板的上方形成複數個金屬 線；以及 於該層間介電膜之上方形成複數個光二極體型樣，且該層 間）丨電膜係連接於該晝素部分中之該等金屬線之每一金屬線， 其中 透過位於所述各光二極體型樣間之一裝置隔離溝槽對所 17 200929533 述各光-極體型樣進行隔離，同時該裝置隔離介電層係形成於 該裝置隔離溝槽中。 3. 如請求項2所述之半導體裝置的製造方法，其中透過相應的第 通孔至少部分地曝露出所述各光二極體型樣。 4. 如請求項2駿之半導觀㈣製造方法，其中形成該等光二 極體型樣之步驟，係包含： 透過於-結晶半導體基板之上方執行離子植入，藉以形成 一光二極體； 使該結晶半導體基板結合於該半導體基板上； 在與該晝素部分中所述各金屬線之位置相應的該光二極 體之上方形成多個硬光罩；以及 ▲形成該裝置隔離溝槽’透過以該等硬光罩作為酬光罩對 該光二極體崎抛彳，藉㈣成該裝置隔料槽，進而選 地曝露出該層間介電膜。 、 5. 如請求項4所述之半報裝㈣製造方法，其巾形成該等光二 極體31樣之步驟，係包含：在形成該農置隔離溝槽後，移除該 專硬光罩。 6. 如請求項4所述之半導體裝置的製造方法，其中形成該等光二 極體型樣之步驟’係包含：移除該結晶半導體基板，藉以在進 行接合之後僅留下該光二極體。 7. 如請求項4所述之半導體裝置的製造方法，其中所述各硬光罩 18 200929533 - 之面積係大於所述各金屬線之面積。 士月求頁4所述之半導體聚置的製造方法其令對該光二極體 進仃侧’曝露出位於該相部分中之該層間介電膜。 9·如„月求項1所述之半導體裳置的製造方法，其中該光二極體型 樣係'、有帛回度’該第—高度係大於該外圍部分中該層間 介電膜之表面的高度。 ❹10U項9所返之半導體|置的製造方法，其中該第一高度係 為 1.2μιη 至 2.0μιη。 U·如請求項1所述之半導體裝置的製造方法，其中形成該第一通 孔之步驟，係包含： 〃於該裝置隔離介電層的上糾Μ—光阻型樣，該光阻型樣 係包3有帛π，該開口係位於與該光二極體型樣相應 域的部分之上方；以及 -^一& t 〇 _光_樣作為―_光罩對職置隔離介以，获以 形成該第一通孔。 曰 u.如請柄丨_之㈣縣置喊造絲，其巾料 孔之步驟，係包含： 一、 於該裝置隔離介電層的上方形成一光阻型樣，其中 型樣係包含由-開口 ’該開口儀位於與該外圍部分中之 線向對應之區域的一部分之上方.以及 仏絲阻型樣作為—蝴鮮對該裝置嶋介電層進行 19 200929533 蚀刻，藉以形成該第二通孔。 月求員12述之半導體裝置的製造方法，其中在形成該第一通 孔後’透過分離製程形成該第二通孔。 14. 如請求項1所述之半導體裝置的製造方法，其中該裝置隔離介 電層係包含有-氧化膜。 15. —種半導體裝置，係包含： Ο

   一半導體《置，係包含：—晝素部分及—外圍部分； .一層間介電膜，係包含：—金屬線，係位於該晝素部分 中；及-金屬線’係位於該半導體基板上方之該外圍部分中，· -光二極體雜’係位於該相介電_上方並 部分中之該金屬線相連接； 一、 —裝置隔離溝槽，係與該光二極體型樣相鄰； —裝置隔離介·，係位於包含有魏置_溝槽及該光 一極體之該層間介電膜的上方； —第一通孔，係位於該裝置隔離介電層之上方，藉以部分 地曝露出該光二極體型樣；以及 -第二通孔’係位於該裝置_介電層之上方，藉以曝露 出位於該外圍部分中之該金屬線。 Κ如請求項〗5所述之料«置，射喊二鋪麵係具有— 第-向度，該第-高賴大於位_外卿分中之該層間 膜之表面的高度。 20 200929533 17. 如請求項16所述之半導體裝置，其中該第一高度係為ΐ 2μιη 至 2.0μηι 〇 18. 如請求項16所述之半導體裝置，其中在獨立製程中形成該第一 通孔及該第二通孔。 19·如請求項15所述之半導體裝置’其中形成該等光二極體型樣之 步驟，係包含： 透過於一結晶半導體基板之上方執行一離子植入 以形成-光二極體； # 使該結晶半導體基板接合於該半導體基板上； 於该光二極體之上方形成一硬光罩，藉以與該晝素部分中 之該金屬線的位置相對應；以及 用該硬光罩作為一蝕刻光罩對該光二極體進行蝕刻，藉以 ❹ 形成該裝置隔離溝槽，該裝置隔離溝槽係用於選擇性地曝露 該層間介電膜。 5出 20.如請求項19所述之半導體裝置，其中形成該光二極體 土依'之步 驟，係包含：移除該結晶半導體基板，藉以在執行該接人^ 後僅留下該光二極體。 ^ 21