TWI259576B - Method for fabricating image sensor using salicide process - Google Patents

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Description

1259576 玖、發明說明 卜）、塗明所屬之技術領域 本發明係關於半導體元件之製造技術，尤其是製造影像感 測元件之方法。 (二）、先前技術 針對半導體裝置之製造技術須具高積體化和高速度製程， 以低電阻配線材料達成降低寄生電阻之方法，成爲現今主 要之硏究。 例如，若多層配線，鋁建構成金屬線之結晶尺寸傾向較 大規模和高對齊度，以得到鋁之較高可靠度。同時亦嘗試 替換一般使用含銅之金屬線材料，以獲得高可靠度且達到 低電阻之需求。同時，若傳導層配線製程，諸如閘極電極 和位元線，嚐試利用鈦、鈷、鎳矽化物取代鉬、鎢矽化物， 以獲得形成元件高度積體化所需的低溫製程。 同時’影像感知器係接收和轉換外部光源成爲電氣輸出 之裝置。光二極體係光線進入之區域。在光二極體中之pnp 接面或Ρ η接面形成電子空乏區，其接收外部光源而更進一 步形成電子-電洞對（後文中稱作ΕΗΡ)。 互補式金氧半導體（CMOS)影像感知器之一單位畫素包 括，一單光二極體（後文中稱作p D )，一轉換電晶體τ X，一 重置電晶體Rx，一驅動電晶體Dx及一選擇電晶體Sx。 該轉換電晶體Tx位於緊鄰PD之位置。 在以0.25微米以上技術製造影像感知器之製程中，砂化 物製程係被採用以降低活性化區域及多矽層閘極之電阻。 然而，用以實施矽化物製程之金屬層具有非常高之光反射 !259576 比，故將金屬層應用到P D上爲可能。 第1圖係顯示依習知技術製造之CMOS影像感知器示意 圖。 參照第1圖，閘極氧化物層1 2和閘極電極1 3係堆疊在 P型epi層1 1的選擇區域上。於閘極電極；[3之一側，PD 係形成於P型e p i層1 1的露出區域內，且浮動擴散區域1 6 係形成於閘極電極1 3之另一側的P型epi層1 1的露出區 域上。 其中’閘極電極1 3係一多矽層及轉換電晶體之閘極電 極。 同時，多矽層1 7係形成於每一閘極電極1 3和浮動擴散 區域1 6之上部表面。 如上述之習知技術中，矽化物遮罩1 8係形成於PD 1 5上， 以防止矽化物層在P D 1 5上形成。 此時，用於矽化物遮罩1 8之步級器係一 I -線設備。 然而，針對重疊和臨界尺寸精確度，精確地辨識接近PD之 多矽層，且接著放置遮罩於多矽層上，是爲困難的。 例如，若PD因矽化物遮罩1 8誤對齊而露出，矽化物層 係形成於P D上，因此，P D之表面變得不穩定，更導致黑 暗信號（dark signal)之發生。此時，因爲PD流向浮動擴散 區域之電子的黑暗電流所產生的黑暗信號會儲存入PD中， 且因爲不穩定化的表面甚至會在沒有輸入時產生伴隨的光 線。 同時，若矽化物遮罩1 8部分地覆蓋在閘極電極的一部 分，在後續的矽化製程中防止矽化物層行程於轉換電晶體 1259576 上。因此，獲致所需的電晶體特性爲可能，且此一事實成 爲影像感知器之畫素改變特性的因素。 (三）、發明內容 因此，本發明之目的係提供影像感知器的製造方法，其 可防止矽化物層被形成於光二極體上，同時選擇性地形成 矽化物層在位於接近光二極體的電晶體閘極電極上。 依照本發明之觀點，係提供一製造影像感知器之方法， 包括之步驟：形成一閘極電極於基板上；形成一絕緣間隔 於閘極電極之橫向側；形成一光二極體於基板中露出閘極 電極之一端；形成一浮動擴散區域於基板中露出閘極電極 之另一端；形成一矽化物阻障層於光二極體上，其中該矽 化物阻障層露出閘極電極之頂部表面和頂部邊角；及形成 一矽化物層於露出閘極電極之頂部表面和頂部邊角。 依照本發明之另一項觀點，係提供一製造影像感知器之 方法，包括之步驟：形成一閘極電極於基板上；形成一絕 緣間隔於閘極電極之橫向側；形成一光二極體於基板中露 出閘極電極之一端；形成一浮動擴散區域於基板中露出閘 極電極之另一端；形成一矽化物阻障層於光二極體和浮動 擴散區域上，其中該矽化物阻障層露出閘極電極之頂部表 面和頂部邊角；移除浮動擴散區域上之矽化物阻障層；及 形成複數個矽化物層，其係同時形成於閘極電極之頂部表 面和邊角和浮動擴散區域之頂部表面形成一矽化物層於露 出閘極電極之頂部表面和頂部邊角和浮動擴散區域之頂部 表面。 (四）、實施方式 1259576 第2 A至2 E圖係顯示依本發明第一較佳實施例之影像感 知器的剖面圖。 參照第2 A圖，摻雜低濃度P型雜質之p型e PI層2 2係 成長於慘雜局濃度P型雜質之P型基板21上。在此，成長 P型EPI層之理由，係因光二極體空乏層之深度可由於p 型EPI-層22之存在而增加，因此，獲致較佳之光敏感度係 成爲可能。另一個成長P型EPI層之理由，係因既有的摻 雜高濃度P型雜質之P型基板2 1重新組合光電荷，該光電 荷可在光二極體無法到達的空乏層的P型基板2 1較深側產 生’以防止在單位像素間由於光電荷的非正常移動所產生 的交互干擾（C Γ 0 s s t a 1 k)效應。 再者，用於絕緣單位像素之場絕緣層2 3，係藉由使用矽 化物之局部氧化（LOCOS)技術形成於P型EPI層22上之預 定部分。 在P型EPI層22上堆疊一閘極氧化物層24和一閘極電 極2 5。此時，閘極電極2 5係爲多矽化物層且轉換電晶體之 閘極電極位於接近光二極體（後文中稱作PD)處。 n_區域26係藉由使用閘極電極25和外加的光敏圖樣（未 顯示）當作遮罩的離子植入技術，形成於閘極電極2 5的P 型EPI層22內。接著，一淺薄的p區域27係藉由毯狀離 子植入技術，形成於P型EPI層22上之η·區域26內。 之後，絕緣間隔2 8係形成於閘極電極2 5的兩橫向側邊 上。同時，絕緣間隔2 8之形成，係藉由回蝕製程在沉積氧 化物或氮化物層於包括閘極電極25的Ρ·型ΕΡΙ層22後處 理。 其次，浮動擴散區域29對齊閘極電極25之絕緣間隔28 1259576 靠η-區域的相反方向邊緣，應用離子植入技術，以閘極電 極2 5和絕緣間隔2 8當作離子植入遮罩而形成。 形成PD時，轉換電晶體之閘極電極及浮動擴散區域， 係依上述製程完成。 其次，氧化物層3 0沉積於閘極電極2 5之Ρ型Ε ΡI層2 2 上。此時，氧化物層3 0係以完全覆蓋於閘極電極2 5之方 式形成。
參照第2Β圖，氧化物層30係以化學機械硏磨（CMP)製 程處理，直到露出閘極電極2 5之上部表面。此時，在CMP 製程後，一硏磨過的氧化物層3 0 Α保留在光二極體和浮動 擴散區域29之頂部。 參照第2 C圖，露出閘極電極2 5之頂部表面和頂部角落 的矽化物阻障層3 0B，係藉施行過度CMP製程以獲得後續 矽化物製程邊界而形成。此時，矽化物阻障層3 OB藉施行 過度CMP製程，以硏磨氧化物層30A而形成，且仍然覆蓋 P D和浮動擴散區域2 9之頂部。
由於過度C Μ P製程，在閘極電極2 5兩側的絕緣間隔2 8 係同時部分被硏磨。因此，絕緣間隔圖樣28Α係以較低的 高度保留。 由上述觀之，過度CMP製程係施行以獲得CMP製程之 製程邊界及形成後續矽化物層時之較高製程邊界。 參照第2 D圖，矽化物層3 2係形成於頂部表面和頂部角 落已露出之閘極電極2 5的頂部上。此時，矽化物層3 2係 依照已知的方法和材料形成。 例如，由選自鈦、銘、鉬、鎳合金之一項材料所構成的 金屬層3 1，係藉由濺鍍技術沉積在包含矽化物阻障層3 0Β -10- 1259576 的整個結構上。然後’砂化物層3 2係藉導入金屬層3 1和 閘極電極2 5間之矽化物反應，而形成於閘極電極2 5之頂 部。 矽化物層3 2係由鈦-矽化物’鈷-矽化物，鉬-矽化物， 鎳-矽化物，鎳合金-矽化物建構而成。 參照第2 E圖，金屬層3 1未發生反應而移除。例如，金 屬層3 1不和矽化物發生反應，且藉使用溶劑混合氫氧化銨， 過氧化氫，氧化氫以約1比4比2 0之比例，或氯化氫，過 氧化氫，氧化氫以約1比1比5之比例而移除。 依照如上所述之本發明第一較佳實施例，因矽化物阻障 層3 0B覆蓋PD之頂部，選擇性地形成矽化物層3 2於多矽 層的閘極電極2 5上爲可能。 第3 A至3 F圖係顯示依本發明第二較佳實施例之影像感 知器的剖面圖。 參照第3A圖，摻雜低濃度P型雜質之P型EPI層22係 成長於摻雜高濃度P型雜質之P型基板2 1上。在此，成長 P型EPI層之理由，係因光二極體空乏層之深度可由於P 型EPI-層22之存在而增加，因此，獲致較佳之光敏感度係 成爲可能。另一個成長P型EPI層之理由，係因既有的摻 雜高濃度P型雜質之P型基板2 1重新組合光電荷，該光電 荷可在光二極體無法到達的空乏層的P型基板2 1較深側產 生，以防止在單位像素間由於光電荷的非正常移動所產生 的交互干擾（c r 〇 s s t a 1 k)效應。 再者，用於絕緣單位像素之場絕緣層2 3，係藉由使用矽 化物之局部氧化（L 0 C 0 S )技術形成於P型E P I層2 2上之預 定部分。 1259,576 在P型EPI層22上堆疊一閘極氧化物層24和一閘極電 極2 5。此時’閘極電極2 5係爲多砂化物層且轉換電晶體之 閘極電極位於接近光二極體（後文中稱作P D )處。 區域26係藉由使用閘極電極25和外加的光敏圖樣（未 顯示）當作遮罩的離子植入技術，形成於閘極電極2 5的Ρ 型ΕΡΙ層22內。接著，一淺薄的ρ◦區域27係藉由毯狀離 子植入技術，形成於Ρ型ΕΡΙ層22上之ΙΓ區域26內。
之後’絕緣間隔2 8係形成於閘極電極2 5的兩橫向側邊 上。同時’絕緣間隔2 8之形成，係藉由回触製程在沉積氧 化物或氮化物層於包括閘極電極25的Ρ·型ΕΡΙ層22後處 理。 其次，浮動擴散區域29對齊閘極電極25之絕緣間隔28 靠η-區域的相反方向邊緣，應用離子植入技術，以閘極電 極2 5和絕緣間隔2 8當作離子植入遮罩而形成。 形成PD時，轉換電晶體之閘極電極及浮動擴散區域， 係依上述製程完成。
其次，氧化物層30沉積於閘極電極25之Ρ型ΕΡΙ層22 上。此時，氧化物層30係以完全覆蓋於閘極電極25之方 式形成。 參照第3Β圖，氧化物層30係以化學機械硏磨（CMP)製 程處理，直到露出閘極電極25之上部表面。此時，在CMP 製程後，一硏磨過的氧化物層3 0 Α保留在光二極體和浮動 擴散區域2 9之頂部。 參照第3 C圖，露出閘極電極2 5之頂部表面和頂部角落 的矽化物阻障層30B，係藉施行過度CMP製程以獲得後續 矽化物製程邊界而形成。此時，矽化物阻障層3 0B藉施行 -12- 1259576 過度CMP製程，以硏磨氧化物層30A而形成，且仍然覆蓋 P D和浮動擴散區域2 9之頂部。 由於過度CMP製程，在閘極電極25兩側的絕緣間隔28 係同時部分被硏磨。因此，絕緣間隔圖樣2 8 A係以較低的 高度保留。 由上述觀之，過度CMP製程係施行以獲得CMP製程之 製程邊界及形成後續矽化物層時之較高製程邊界。
參照第3 D圖，在包括頂部表面和頂部角落已露出之閘 極電極2 5的整個結構頂部上，光敏薄膜係藉由光學曝曬製 程和顯影製程以形成矽化物遮罩3 3而塗覆且圖樣化。此時， 矽化物遮罩3 3以覆蓋閘極電極25的一部分和矽化物阻障 層3 0B之方式，沉積於PD之頂部部分。 再者’形成於浮動擴散區域2 9上之矽化物阻障層3 Ο B， 係藉使用矽化物遮罩3 3當作蝕刻遮罩而移除。
參照第3 E圖，矽化物遮罩3 3係被移除，接著，第一和 第二矽化物層35A和35B係形成於閘極電極25和浮動擴散 區域2 9之頂部表面。此時，第一和第二砂化物層3 5 A和3 5 B 係依照已知的法和材料形成。如已知的，絕緣間隔28 A之 頂部表面，並無矽化物層形成。 例如，由選自鈦、鈷、鎳、鉬、鎳合金之一項材料所構 成的金屬層3 4，係藉由濺鍍技術沉積在包含矽化物阻障層 3 0B的整個結構上。然後，第一矽化物層35A係藉導入金 屬層3 4，閘極電極2 5和浮動擴散區域2 9間之矽化物反應， 而形成於閘極電極2 5之頂部。 最後，第一和第二矽化物層35 A和35B係由鈦-矽化物， 鈷-矽化物，鉬-矽化物，鎳-矽化物，鎳合金-矽化物建構而 -13- 1259576 成。 參照第3 F圖，金屬層3 4未發生反應而移除。例如，金 屬層3 4不和矽化物發生反應，且藉使用溶劑混合氫氧化銨， 過氧化氣，氧化氫以約1比4比2 0之比例，或氯化氫，過 氧化氫，氧化氫以約1比1比5之比例而移除。
依照如上所述之本發明第二較佳實施例，因矽化物阻障 層3 0B覆蓋PD之頂部，但浮動擴散區域29和閘極電極25 之頂部上則放空，選擇性地形成第一和第二矽化物層3 5 A 和3 5B於閘極電極25和浮動擴散區域29上爲可能。
此時，於本發明第二較佳實施例中，當絕緣間隔28 A使 用作爲氧化物層，該絕緣間隔2 8 A在移除矽化物阻障層3 0B 時可同時被移除。因此，一氮化物層係被用作絕緣間隔 28A。 依照本發明較佳實施例，在選擇性的矽化物製程中，獲 致充分的製程邊界係爲可能的，因此更可獲致影像感知器 單位像素的穩定特性。
雖然本發明係依照特定之較佳實施例而敘述，唯熟習於 此項技術者可以在不偏離本發中下列申請專利範圍之範疇 內’作各種的變化和修正是極爲明顯的。 (五）、圖示簡單說明 本發明如上述和其他目的以及特點，將會由較佳實施 例之敘述連同相關圖式而趨於明顯，其中 第1圖係顯示依習知技術製造之互補式金氧半導體 (CMOS)影像感知器的示意圖； 第2A至2E圖係顯示依本發明第一較佳實施例之影像感 知器的剖面圖； -14- 1259576 第3 A至3 F圖係顯示依本發明第二較佳實施例之影像感 知器的剖面圖； 元件符號簡單說明： 1 1，22…P型EPI層 1 2…閘極氧化物層 13…閘極電極 1 4…絕緣間隔 1 5…光二極體 16…浮動擴散區域 17…矽化物層 1 8…矽化物遮罩 21…P型基板 2 3…場絕緣層 24…閘極氧化物層 25…閘極電極 2 6…η -區域 27···Ρ〇 區域 2 8…絕緣間隔 29…浮動擴散區域 1 30，30Α…氧化物層 30Β…矽化物阻障層 3 3…矽化物遮罩 3 4…金屬層 3 5 Α…第一矽化物層 3 5B…第二矽化物層

Claims (1)

1259576 拾、申請專利範圍 1 一種製造影像感知器之方法，其包括之步驟： 形成一閘極電極於基板上； 形成一絕緣間隔於閘極電極之橫向側； 形成一光二極體於基板中露出閘極電極之一端；
形成一浮動擴散區域於基板中露出閘極電極之另一端； 形成一砂化物阻障層於光二極體上，其中該砂化物阻障 層露出閘極電極之頂部表面和頂部邊角；及 形成一矽化物層於露出閘極電極之頂部表面和頂部邊 角。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中形成矽化物層阻障 層包括之步驟： 沉積一絕緣層於包括閘極電極，光二極體及浮動擴散區 域之基板上；
施行一化學和機械硏磨製程至絕緣層，直到露出閘極電 極之頂部表面；及 施行一過度化學和機械硏磨製程至絕緣層，直到露出閘 極電極之頂部邊角。 3 .如申請專利範圍第2項之方法，其中該絕緣層係由氧化 物層所形成。 4 . 一種形成影像感知器之方法，其包括之步驟： 形成一閘極電極於基板上； 形成一絕緣間隔於閘極電極之橫向側； -16- 1259576 形成一光二極體於基板中露出閘極電極之一端； 形成一浮動擴散區域於基板中露出閘極電極之另一端； 形成一矽化物阻障層於光二極體和浮動擴散區域上，其中 該矽化物阻障層露出閘極電極之頂部表面和頂部邊角； 移除浮動擴散區域上之砂化物阻障層；及 形成複數個矽化物層，其係同時形成於閘極電極之頂部表 面和邊角和浮動擴散區域之上部表面
形成一矽化物層於露出閘極電極之頂部表面和頂部邊角和 浮動擴散區域之上部表面。 5 .如申請專利範圍第4項之方法，其中形成矽化物阻障層 包括之步驟： 沉積一絕緣層於包括閘極電極，光二極體及浮動擴散區 域之基板上； 施行一化學和機械硏磨製程至絕緣層，直到露出閘極電 極之頂部表面；及
施行一過度化學和機械硏磨製程至絕緣層，直到露出聞 極電極之頂部邊角。 6 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中該絕緣層係爲氧化 物層。 7 ·如申請專利範圍第4項之方法，其中該矽化物阻障層係 爲氧化物層所形成。 8 .如申請專利範圍第7項之方法，其中該絕緣間隔係爲氮 化物層所形成。 -17- 1259576 9 .如申請專利範圍第4項之方法，其中移除浮動擴散區域 頂部之矽化物阻障層，其包括之步驟： 形成於矽化物阻障層上打開浮動擴散區域之遮罩； 藉矽化物遮罩蝕刻浮動擴散區域上之矽化物阻障層；及 移除該遮罩。 -18-
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