專利名稱：影像傳感器裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及影像傳感器，尤其涉及互補式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementarymetal-oxide-semiconductor, CMOS)影像傳感器。
技術(shù)背景在半導(dǎo)體的技術(shù)中，影像傳感器一般用來檢測投射到半導(dǎo)體襯底的曝光 量的數(shù)量。CMOS影像傳感器與電荷耦合器件(charge-coupled device, CCD) 傳感器都已經(jīng)廣泛使用在許多不同的場合中，譬如說，例如數(shù)字相機(digital still camera)的應(yīng)用。而這些裝置都是利用排成陣列的像素(pixel)或影像 檢測元件(image sensor element)(包含光電二極管(photodiode)與晶體管) 來收集光能量，并將影像轉(zhuǎn)換成為電子信號。但是，影像傳感器有暗電流(dark current)的問題。換言之，就算是沒 有被光照射的時候，像素也會產(chǎn)生不想要的電流。而暗電流來源的原因有許 多種，例如硅晶圓上的雜質(zhì)(impurity)、工藝技術(shù)對于硅晶格(silicon crystal lattice)的損害以及在像素區(qū)中所產(chǎn)生的熱。過高的暗電流會導(dǎo)致較差的影像 以及較差的裝置效能。因此，需要有一種簡單且便宜有效的裝置與方法，來降低影像傳感器中 的暗電流。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實施例提供了一種制作影像傳感器的方法。該方法包含提供半導(dǎo) 體襯底(semiconductor substrate)， 該半導(dǎo)體襯底具有f象素區(qū)(pixel region) 以及周邊區(qū)(periphery region);在該像素區(qū)中，形成光傳感元件(light sensing dement);以及，在該該像素區(qū)中形成至少一個晶體管，以及在該周邊區(qū)中 形成至少一個晶體管。在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成該至少一個晶體管的步 驟包含在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成柵電極；在該像素區(qū)與該周邊區(qū)上沉積(depositing)介電層；部分蝕刻該介電層，以在該柵電極上形成多個間隙 壁或者說側(cè)壁子，并留下一部分該介電層覆蓋住該像素區(qū)；以及，以離子注 入方式形成多個源/漏極區(qū)。上述制造方法中，形成光傳感元件的步驟可包含以下步驟將該光傳感 元件配置為下列類型的其中之一光電二極管、釘扎層光電二極管、光電柵、與光電晶體管。上述制造方法中，在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成至少一個晶體管的步驟可包含以下步驟將該至少一個晶體管配置為下列類型的其中之一傳送柵晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨晶體管、行選擇晶體管、NMOS晶體管、PMOS 晶體管、或以上的組合。上述制造方法中，沉積介電層的步驟可包含以下步驟先在該半導(dǎo)體襯底上沉積底氧化層，然后在該底氧化層上沉積氮化硅層。上述制造方法中，沉積該介電層的步驟還可包含以下步驟在該氮化硅 層上沉積頂氧化層。上述制造方法中，部分蝕刻該介電層的步驟可包含以下步驟執(zhí)行各向異性蝕刻(anisotropic etch process)，以除去該頂氧化層以及該氮化硅層； 形成保護該底氧化層的第一部分的光致抗蝕劑掩模，該第一部分覆蓋該像素 區(qū)的區(qū)域；以及除去該底氧化層的第二部分，該第二部分沒有被該光致抗蝕 劑掩模所保護。上述制造方法中，該像素區(qū)的該區(qū)域可包含該光傳感元件、浮動點、源 極跟隨器、行選擇器、復(fù)位器、或以上的組合。上述制造方法中，該像素區(qū)的該區(qū)域可為該像素區(qū)的整個區(qū)域。上述制造方法中，形成該至少一個晶體管的步驟可包含在形成所述多 個源/漏極區(qū)的步驟后，以濕剝離步驟，除去該光致抗蝕劑掩模。上述制造方法還可包含以下步驟在該半導(dǎo)體襯底上形成金屬內(nèi)連接層 以及層間介電層；形成與該光傳感元件對齊的彩色濾光薄膜；以及在該彩色 濾光薄膜上形成微透鏡。上述制造方法還可包含以下步驟在該光傳感元件上形成隔離金屬硅化 護層；以及形成多個金屬接觸，用于該像素區(qū)與該周邊區(qū)中的該至少一個晶 體管的該柵電極與所述多個源/漏極區(qū)。本發(fā)明實施例公開了一種影像傳感器裝置，包含半導(dǎo)體襯底，具有像 素區(qū)與周邊區(qū)；光傳感元件，形成于該像素區(qū)中；至少一個晶體管，形成于 該像素區(qū)與該周邊區(qū)中，具有源/漏極區(qū)；第一氧化層，在該源/漏極區(qū)形成 之前形成，且覆蓋于該光傳感元件上；以及，第二氧化層，在該源/漏極區(qū)形 成之后形成，且覆蓋于該第一氧化層上。上述影像傳感器裝置中，該光傳感元件可為下列類型的其中之一光電 二極管、釘扎層光電二極管、光電柵、與光電晶體管。上述影像傳感器裝置中，該至少一個晶體管可為下列類型的其中之一 傳送柵晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨晶體管、行選擇晶體管、NMOS晶體 管、PMOS晶體管、或以上的組合。上述影像傳感器裝置中，該半導(dǎo)體襯底可包含硅襯底與外延層。上述影像傳感器裝置還可包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，用以隔離該像素區(qū)與 該周邊區(qū)；金屬內(nèi)連接層以及層間介電物，形成于該半導(dǎo)體襯底上；彩色濾 光薄膜，與該光傳感元件對齊；以及微透鏡，形成于該彩色濾光薄膜上。上述影像傳感器裝置中，該第一氧化層可為介電層的一部分，該介電層 可被回蝕，以在該像素區(qū)與該周邊區(qū)的該至少一個晶體管的柵電極上形成多 個側(cè)壁上的間隙壁。本發(fā)明實施例公開了一種方法，包含以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，該半 導(dǎo)體襯底具有像素區(qū)與周邊區(qū)；在該像素區(qū)中形成光傳感元件；在該像素區(qū) 形成第一柵電極，以及在該周邊區(qū)形成第二柵電極；形成覆蓋該像素區(qū)與該 周邊區(qū)的介電層；部分蝕刻該介電層，以留下該介電層的一部分覆蓋該光傳 感元件；以及，進行離子注入(ion implantation)工藝，以在該像素區(qū)與該 周邊區(qū)中形成源/漏極區(qū)。上述方法中，形成該光傳感元件的步驟可包含以下步驟將該光傳感元 件配置為下列類型的其中之一光電二極管、釘扎層光電二極管、光電柵、與光電晶體管。上述方法中，部分蝕刻該介電層的步驟可包含以下步驟在該第一柵電 極與第二柵電極形成多個側(cè)壁上的間隙壁，并使得該介電層的底層留于該襯 底上；形成掩模，用以保護覆蓋于該光傳感元件上的該底層；以及除去沒有 被該掩模保護的該底層。本發(fā)明能夠以簡單有效的方式降低影像傳感器中的暗電流。


圖l示出影像傳感器的俯視圖。圖2示出影像傳感器的剖面圖。圖3示出形成在圖2中像素的晶體管的側(cè)壁上的間隙壁(sidewall spacer) 的剖面圖。圖4示出制作影像傳感器的方法的流程圖。 圖5A到圖5G示出利用圖4的方法制造的影像傳感器的剖面圖。 圖6A與圖6B示出兩個不同于圖5B的光致抗蝕劑掩模位置的變化。 其中，附圖標(biāo)記說明如下100影像傳感器102像素104周邊區(qū)110襯底120隔離特征132光電二極管134N型摻雜區(qū)136P型區(qū)140晶體管141柵電極142柵介電物143間隙壁144浮動點145輕摻雜漏極區(qū)146源/漏極區(qū)147金屬硅化物148防護氧化層151晶體管152柵電極153柵介電物154間隙壁155輕摻雜漏極區(qū)156源/漏極區(qū)157金屬硅化物160內(nèi)連接金屬層170層間介電物畫彩色濾光薄膜190微透鏡202底氧化層204氮化硅層206頂氧化層210表面300方法400影像傳感器402介電層的一部分404光致抗蝕劑掩模406、 408介電層的一部分410隔離金屬硅化護層 414 PRO層的一部分 416 BARC層的一部分 430金屬接觸412底部抗反射層418光致抗蝕劑掩模 610光致抗蝕劑掩模620光致抗蝕劑掩模具體實施方式
以下的說明提供了許多種作為例子的實施例，來展現(xiàn)本發(fā)明的許多不一 樣的特點。元件與排列狀況的一些特定例子會在以下說明，以簡化本發(fā)明的 技術(shù)公開。當(dāng)然，這些都只是作為例子而已，而不是用以限定本發(fā)明。此外， 本說明書中可能在不同的例子中，重復(fù)使用一樣的元件標(biāo)記或符號。這樣的 重復(fù)是為了簡單與清楚的原因，而并非要去嚴(yán)格地界定不同實施例或配置之 間的關(guān)系。而且，本技術(shù)說明中在描述第一特征形成于第二特征之上時，可 能包含兩個第一與第二特征直接接觸在一起的實施例，也可能包含第一與第 二特征之間插有另一個特征，所以第一與第二特征沒有直接接觸在一起的實請參考圖1，其示出影像傳感器100的俯視圖，影像傳感器100包含格 子狀或排成陣列的多個像素102 (有時稱做影像檢測元件)。其它的一些電 路或輸入輸出一般是放置在緊鄰像素102旁的周邊區(qū)104中，用來提供并維 持與像素102之間的通信。影像傳感器100可包含CCD傳感器、CMOS影 像傳感器(CIS)、有源像素(active-pixel)傳感器、或無源像素(passive-pixel) 傳感器。而且，影像傳感器100也可能是正面(front-side)或背面(back-side) 照光傳感器(illuminated sensor)。請參閱圖2，其示出影像傳感器100的剖面圖。影像傳感器100可以用 已知的CMOS工藝來制作。影像傳感器100可以具有半導(dǎo)體襯底110。襯底 110可以是具有單晶結(jié)構(gòu)(crystalline structure)的硅襯底(silicon substrate)。 襯底110也可以是或包含其它的元素半導(dǎo)體(elementary semiconductor)， 例如鍺(germanium)。另一種可能的例子是，襯底110包含化合物半導(dǎo)體 (compound semiconductor)，例如碳化硅(silicon carbide)、石申化鎵(Gallium Arsenide, GaAs)、石申lb銦(indium Arsenide)、與磷《七,因(indium phosphide)。在實施例中，襯底110可包括P型硅襯底(P-substrate) 。 P型襯底可以用P 型慘雜物，例如硼(boron)、氟化硼(BF2)、或其它適合的材料，重?fù)诫s 硅襯底而形成。而摻雜的方式可以用一般公知的離子注入或擴散工藝的方式 來進行。襯底110也可包含P型外延層(P-type epilayer)(未示出)。這P 型外延層可以用外延成長工藝形成。P型外延層中的P型雜質(zhì)摻雜濃度可以 設(shè)定得比P型襯底中的摻雜濃度低。影像傳感器100還可具有一些隔離特征120，例如淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)結(jié)構(gòu)。這樣的隔離結(jié)構(gòu)120可以定義并隔絕有源區(qū)(active region)，而有源區(qū)中可以用來形成影像傳感器100中各種各樣的微電子元 件。隔離結(jié)構(gòu)120可以用公知技術(shù)制成，形成在P型外延層中。舉例來說， STI結(jié)構(gòu)可以先以光刻工藝在P型外延層上定義出圖案，接著以等離子體蝕 刻工藝蝕刻P型外延層來形成各種各樣的溝槽，之后以介電材料(例如氧化 硅)填入那些溝槽中。STI結(jié)構(gòu)還可包含氧化層，內(nèi)襯貼附在側(cè)壁上。此外， 防護環(huán)阱(guard-ring well)也可以大致形成在每個STI結(jié)構(gòu)的底下。如同先前所述，影像傳感器ioo可以包含格子狀或排成陣列的多個像素102。然而，為了簡潔與清楚的原因，以下僅以一個像素作為例子。影像傳感 器100可以配置為有源像素傳感器，此時，每一個像素會有一個光傳感元件 與多個晶體管。像素102可以被配置用于吸收光線，以產(chǎn)生相對應(yīng)的光電荷 或光電子，而這些光電荷或光電子會被收集在該光傳感元件的光傳感區(qū)中。 晶體管也可以被配置用于讀出那些光電荷或光電子，并把它們轉(zhuǎn)換成電子信 號。像素102可以包含光電二極管132，用以檢測直接到達(dá)像素102的光照 射量。在以下的實施例中，光電二極管132是N型光電二極管。光電二極管 132可以包含形成在P型外延層中的N型摻雜區(qū)134。此N型摻雜區(qū)134可 以用N型摻雜物(例如磷(phosphorus)、砷(arsenic)或其它適合的材料)， 以離子注入的方式來形成。光電二極管132還可包含形成在N型摻雜區(qū)134 的表面的重?fù)诫s的P型區(qū)136，此P型區(qū)136 —般也稱為P型釘扎層(pinning layer)。另一個本發(fā)明的實施例可采用的光電二極管的例子，可以參見申請 日為2005年12月1日的美國專利申請第11/291,880號。當(dāng)然，其它類型的 光傳感元件或傳感器，例如光電柵(photogate)或光電晶體管(phototransistor)，也都適用于本發(fā)明的實施例。像素102還可包含至少一個晶體管140，譬如傳送柵晶體管(transfer gate transistor)。晶體管140可以包含形成在襯底110上的柵電極141以及柵介 電物142。晶體管140還可包含形成在柵電極141兩旁側(cè)壁上的多個側(cè)壁子 或稱間隙壁143。晶體管140可將光電二極管132的光傳感區(qū)中所產(chǎn)生的光 電子傳送到浮動點(floatingnode, FD) 144 (也稱做浮動擴散區(qū))。浮動點 144可以包含輕摻雜漏極(lightly doped drain, LDD)區(qū)145以及摻雜較重的 源/漏(source/drain， S/D)極區(qū)146。晶體管140還可包含金屬接觸(metal contact),金屬接觸可以用金屬硅化物147制作，例如硅化鈦(titanium silicide， TiSO 、鉭化鈦(tantalum silicide， TaSi)、鎳化硅(nickle silicide， NiSi)、 鈷化硅(cobalt silicide, CoSi)、或其它任何適合的材料，覆蓋在柵電極141 上。金屬硅化物147可以使得硅與稍后形成的金屬導(dǎo)電物之間形成比較好的 粘著性。像素102還可包含防護氧化層148，防護氧化層148覆蓋在光電二 極管(PD) 132與浮動點144上。當(dāng)然，像素102也可以包含各式各樣的晶 體管，例如復(fù)位晶體管(reset transistor)、源極跟隨晶體管(source follower transistor)、行選擇晶體管(row select transistor)、或其它類型的晶體管， 這依像素102本身所定義的配置而定。此外，像素102也可以配置為多個像素分享一個復(fù)位晶體管與源極跟隨晶體管。影像傳感器100還可包含周邊區(qū)104，周邊區(qū)104配置用于提供像素102 的操作環(huán)境，并支持與像素的外界通信。雖然為了簡潔與清楚的考慮，圖中 只示出一個晶體管151，但是周邊區(qū)104可具有多個晶體管。晶體管151可 具有形成在襯底110上的柵電極152以及柵介電物153。晶體管151還可包 含形成在柵電極152的兩旁側(cè)壁上的多個側(cè)壁子。晶體管151還可包含輕慘 雜漏極區(qū)155以及摻雜較重的源/漏極區(qū)156。晶體管151還可包含金屬接觸， 其可以用金屬硅化物157制作，金屬硅化物157例如為硅化鈦、鉭化鈦、鎳 化硅、鈷化硅、或其它任何適合的材料，覆蓋在柵電極152與源/漏極區(qū)156 上。金屬硅化物157可以使得硅與稍后形成的金屬導(dǎo)電物之間形成比較好的 粘著。當(dāng)然，晶體管151可以配置為N型MOS (NMOS)晶體管或P型MOS (PMOS)晶體管。影像傳感器100可能具有數(shù)層內(nèi)連接金屬層160 (為了簡潔，圖中僅示出一層)，用來提供影像傳感器中各樣微電子元件之間的電性連接。內(nèi)連接金屬層可具有導(dǎo)電材料，例如鋁(aluminum )、鋁硅銅合金(aluminum/silicon/copper alloy)、鈦(titanium)、氮化鈦(titanium nitride)、 鉤(tungsten)、多晶硅(polysilicon)、金屬硅化物(metal silicide)、或以 上的材料的組合?？捎靡孕纬蓛?nèi)連接金屬層的工藝包含物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)(或稱為濺鍍)、化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)、或其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。其它內(nèi)連接金屬層可能含有 的材料包括銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶硅、金屬硅化 物、或以上的材料的組合。內(nèi)連接金屬層可以設(shè)置且絕緣在層間介電物170中。層間介電物可以是 具有低介電常數(shù)(low dielectric constant)的材料，例如介電常數(shù)小于3.5的 介電材料。層間介電物的材料舉例來說可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、 聚酰亞氨(polyimide)、旋涂玻璃(spin-on-glass, SOG)、氟化硅玻璃(fluoride-doped silicate glass, FSG)、碳摻雜氧化硅(carbon doped silicon oxide)、黑鉆石(Black Diamond,美國加利福尼亞Santa Clara的應(yīng)用材料 公司的商標(biāo)名)、氣凝膠(Aerogel)、干凝膠(Xerogel)、氟化非晶態(tài)碳(amorphous fluorinated carbon)、聚對二甲苯基類高分子(Parylene) 、 Silk(道康寧公司的(Dow Coming)的低介電材料)和/或其它適合的材料。而 層間介電物的形成方法，舉例來說，可以是旋涂(spin-on) 、 CVD、或濺鍍(sputtering)。此外，內(nèi)連接金屬層與層間介電物可以以整合工藝的方式形 成在一起，譬如說，例如鑲嵌工藝和/或光刻/等離子體蝕刻工藝。影像傳感器100還可包含彩色濾光薄膜(color filter) 180以及微透鏡(microlens) 190，用以在操作過程中，過濾并導(dǎo)引光線到像素102。雖然圖 2中的彩色濾光薄膜180以及微透鏡190都是設(shè)置在襯底110的表面的正面， 但是，彩色濾光薄膜180以及微透鏡190的位置需依據(jù)影像傳感器是配置為 正面或背面照光傳感器而定。在所公開的影像傳感器中，在操作時接收到的 光并不限于可見光(如紅綠藍(lán)光等)而己，也可擴張到其它種類的光，例如 紅外光(infrared)或紫外光(ultraviolet)。因此，可以適當(dāng)?shù)脑O(shè)計并配置像 素與其它的元件，以有效地反射和/或吸收相對應(yīng)的光線。請參閱圖3，示出形成在圖2中像素102的晶體管140的側(cè)壁上的側(cè)壁子即間隙壁143的剖面圖。為了簡潔的原因，在圖2與圖3中，類似的特征 以相同的標(biāo)記表示。柵電極141 (也稱做多晶硅柵)與柵介電物142可以用 干蝕刻、濕蝕刻、或其它適合的工藝形成在P型襯底110上。之后，浮動點 144的輕摻雜漏極區(qū)145 (在圖3中沒有示出)可以用離子注入的方式形成。 至于側(cè)壁子的形成，首先可以先在整個襯底110上沉積底氧化層202，然后 接著依序沉積氮化硅(SiN)層204以及頂氧化層206。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可 以了解，其它種多層結(jié)構(gòu)的介電物材料也可用于形成側(cè)壁子。介電層202、 204、 206可以用CVD工藝或其它適當(dāng)?shù)墓に噥沓练e。介電層202、 204、 206 接著可以用各向異性蝕刻工藝，譬如干蝕刻工藝，進行回蝕(etch back)。 干蝕刻的終止時間點是當(dāng)柵電極141的多晶硅已經(jīng)暴露出來的時候。如此， 間隙壁143就可以形成在柵電極141的兩側(cè)，以防止摻雜較重的源漏注入穿 透而靠近晶體管140的溝道(channel)。光電二極管132的表面210可能會在形成側(cè)壁子143之后被暴露出來。 光致抗蝕劑掩模(未示出)可以接著形成而覆蓋住表面210，以保護表面210 免于受到后續(xù)用以形成浮動點144的摻雜較重的源/漏區(qū)146 (參考圖2)的 離子注入的影響。在離子注入之后，光致抗蝕劑掩?？梢越又脻駝兂に?(wet stripping process)或類似的工藝來除去。然而，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，除去光 致抗蝕劑掩模的濕剝除工藝可能會對光電二極管132的表面210產(chǎn)生損傷， 而此損傷會導(dǎo)致像素的暗電流增加，因而使得影像變差而元件性能衰退。光電二極管132的表面210可以利用在形成間隙壁的時候，留下底氧化 層202來加以保護。換句話說，在進行回蝕工藝形成間隙壁的時候，并不除 去底氧化層202。但在此情況下，底氧化層202也會覆蓋在之后要以離子注 入來形成的摻雜較重的源/漏區(qū)220的上面。如此，底氧化層202就可能會影 響到離子注入，導(dǎo)致工藝不容易精確地控制，來形成所需要的摻雜量與注入 深度的源/漏區(qū)。請參閱圖4，其示出制作影像傳感器的方法300的流程圖。請同時參閱 圖5A到圖5G，其示出利用圖4的方法制造的影像傳感器400的剖面圖。影 像傳感器400大致上與圖2中的影像傳感器100類似。因此，為了簡潔的原 因，圖2以及圖5A到圖5G中類似的特征將以相同的標(biāo)記表示。影像傳感器 400可以用一般的CMOS工藝來制作。圖5A中的影像傳感器400已經(jīng)經(jīng)歷了許多的工藝步驟。而這些步驟為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知，因此不再細(xì)述。例如在圖4與圖5A中，方法300從步驟310開始，而在步驟310中， 先提供半導(dǎo)體襯底IIO，例如P型硅襯底(P-sub)，其上可以定義有多個有 源區(qū)，例如像素102與周邊區(qū)104。半導(dǎo)體襯底IIO可以具有外延層。像素 102與周邊區(qū)104可以用半導(dǎo)體襯底IIO上的隔絕結(jié)構(gòu)120彼此相隔絕。方法300接著進行步驟320，在襯底110的有源區(qū)中，形成晶體管的多 晶硅柵結(jié)構(gòu)，例如柵電極141、 152以及柵介電物142、 153。步驟320還包 含在像素102與周邊區(qū)104內(nèi)，用離子注入法形成輕摻雜漏極區(qū)145、 155。 輕摻雜漏極區(qū)145、 155當(dāng)作是晶體管的源/漏極區(qū)的一部分。摻雜的類型則 依據(jù)晶體管是N型還是P型而定。方法300接著進行步驟330，在像素102中形成光傳感元件或光檢測器， 譬如光電二極管132。光電二極管132可以包含N型光電二極管。光電二極 管132可以包含形成在P型外延層中的N型摻雜區(qū)134。此N型摻雜區(qū)134 可用離子注入的方式，以N型摻雜物，例如磷、砷或其它適合的材料來形成。 光電二極管132還可包含形成在N型摻雜區(qū)134的表面的重?fù)诫s的P型區(qū) 136，此P型區(qū)136—般也稱為P型釘扎層。如此，P-N-P接面區(qū)域(也稱為 耗盡區(qū)(depletion region))就當(dāng)成光電二極管的光傳感區(qū)132。當(dāng)然，其它類 型的光傳感元件或傳感器，例如光電柵或光電晶體管，也都適用于本發(fā)明的 實施例。方法300進行到步驟340，其中，可通過干蝕刻工藝在柵電極141、 152 上形成間隙壁(或稱側(cè)壁子)143與154。在圖5A中示出的是經(jīng)歷了間隙壁 143與154形成工藝之后的影像傳感器400。間隙壁143與154的形成工藝可 與先前圖3所介紹的類似。但是，介電層的一部分402，例如底氧化層202 (參考圖3)，可以不在后續(xù)的蝕刻工藝中除去。介電層的一部分402可以 覆蓋在像素102與周邊區(qū)104上。在圖5B中，方法300進行到步驟350，其中，可以形成光致抗蝕劑掩模 404以覆蓋并保護像素102的一部分，例如光電二極管132與部分的柵電極 141。光致抗蝕劑掩模404可以用光刻工藝或其它適當(dāng)?shù)墓に噥矶x圖案。浮 動點144與周邊區(qū)104可以不被光致抗蝕劑掩模404覆蓋而暴露出來?？梢?用干蝕刻或濕蝕刻除去原本覆蓋在浮動點144以及周邊區(qū)104之上的介電層的一部分402。光致抗蝕劑掩模404保護了覆蓋在光電二極管132之上的介 電層部分402,使其免于被蝕刻。請參閱圖6A，也可選擇性地形成光致抗蝕 劑掩模610以覆蓋并保護住像素102中的其它部分，例如浮動點144、源極 跟隨器(source follower)(未示出)、行選擇器(row select)(未示出)、 其它的晶體管、或以上的任何組合。請參閱圖6B，也可選擇性地形成光致抗 蝕劑掩模620以覆蓋并保護住整個像素102?？梢粤私獾氖?，被光致抗蝕劑 掩模610與620所保護住的介電層的部分402并沒有被蝕刻，而方法300可 以依照以下所描述的繼續(xù)進行。請參閱圖4與圖5C，其中所示的是除去了覆蓋在浮動點144與周邊區(qū) 104上的介電層的部分的影像傳感器400。介電層的部分406與408，因為光 致抗蝕劑掩模的保護，留下且覆蓋在像素區(qū)102中的光電二極管132與部分 的柵電極141上。方法300繼續(xù)進行到步驟370，其中，可在像素102與周 邊區(qū)104中形成摻雜較重的源/漏極區(qū)146與156。光致抗蝕劑掩模(未示出) 可以形成在襯底110上，因沒有被光致抗蝕劑掩模遮蓋而暴露的區(qū)域可以定 義出源/漏極區(qū)146與156。源/漏極區(qū)146與156接著可以通過離子注入的方 式來形成，用于形成源/漏極區(qū)146與156的離子注入的穿透深度會比LDD 區(qū)145與155來得深一點。在步驟340中所形成的側(cè)壁子亦即間隙壁143與 154可以防止源/漏極區(qū)146與156太靠近晶體管的溝道。在離子注入之后， 光致抗蝕劑掩模可以用濕剝離步驟或其它適合的工藝步驟來除去。介電層的 部分406可以保護光電二極管132的表面，使其免于在光致抗蝕劑掩模的濕 剝離步驟的過程中被損害。因此，像素102中光電二極管132的暗電流就可 以減少。在圖5D中，方法300進行到步驟380，其中，可在半導(dǎo)體襯底110之上 形成隔離金屬硅化護(resist protective oxide， RPO)層410，覆蓋住包含蓋 在光電二極管132上的介電層的部分406。RPO層410的形成方法可以是PVD (或稱為濺鍍)、CVD、或其它適合的工藝。RPO層410的材料可以包含二 氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(oxynitride)或其它合適的介電材料。當(dāng)然，如 果有別的元件也整合在此集成電路中的話，RPO層也可以用來保護一些其它 的元件。步驟380還包含形成底部抗反射(bottom anti-reflecting coating， BARC)層412，覆蓋在RPO層410上。BARC層412可用旋轉(zhuǎn)涂布(spincoating)的方式形成。BARC層412可包含有機材料、氮化物材料、或氧化 物材料。在圖5E中，步驟380還可包含對RPO層410與BARC層412進行回蝕 的工藝，以除去在像素102與周邊區(qū)104中的柵電極141、 152上的氧化層。 在蝕刻工藝后，PRO層的一部分414與BARC層的一部分416仍然留著。圖5F中，可形成光致抗蝕劑掩模418以保護像素102并且暴露出周邊 區(qū)104。覆蓋在周邊區(qū)104上的RPO層與BARC層可以用干蝕刻或其它適合 的工藝來除去。在蝕刻工藝后，可除去光致抗蝕劑掩模418，然后清理襯底 110的表面，以除去可能的污染物。在襯底110的表面上形成金屬接觸的過 程中，覆蓋在光電二極管132以及浮動點144上的RPO層的部分414可用來 保護光電二極管132以及浮動點144。在圖5G中，方法300進行到步驟390，其中，可在襯底110上的有源區(qū) (也就是源極、漏極與柵極)中形成金屬接觸430。金屬接觸430可使得硅 與稍后作為內(nèi)連接線而形成的金屬導(dǎo)電物之間形成比較好的粘著。金屬接觸 430可以用金屬硅化物157制作，金屬硅化物157例如為硅化鈦、鉅化鈦、 鎳化硅、鈷化硅、或其它任何適合的材料。舉例來說，如果以硅化鈦來制作 金屬接觸430的話，可以先采用PVD工藝(例如濺渡)，在襯底110上沉積 鈦層；接著進行退火工藝(annealingprocess)，使得覆蓋在有源區(qū)上的釹可 以跟硅產(chǎn)生反應(yīng)，從而形成硅化鈦；沒有反應(yīng)的鈦可以用濕蝕刻工藝的方式 除去，而留下硅化鈦構(gòu)成的金屬接觸430。方法300接著進行到步驟395，其中，完成影像傳感器400的制造工藝。 步驟395可以包含形成金屬內(nèi)連接線(metal interconnect layer)層，以連 接影像傳感器400中各種各樣的微電子零件；形成層間介電層，以隔離金屬 內(nèi)連接線層；形成彩色濾光薄膜，與像素區(qū)對齊，用以濾制出所希望的波長 的光(例如紅、綠以及藍(lán)光)；以及，形成微透鏡，用以引導(dǎo)光線抵達(dá)像素 區(qū)。彩色濾光薄膜以及微透鏡可以形成在半導(dǎo)體襯底110的正面(front-side) 或背面(back-side)。這些特點都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，因此不再多 述。在此公開的影像傳感器以及其制作方法中，在操作時所接收到的光不限 于可見光(如紅、綠、藍(lán)光等)而已，也可擴張到其它種類的光，例如紅外 光(infrared)或紫外光(ultraviolet)。因此，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)計并配置像素與其它的微電子元件，以有效地反射和/或吸收相對應(yīng)的光線。因此，本公開書公開了一種制作影像傳感器的方法。該方法包含提供 半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有像素區(qū)以及周邊區(qū)；在該像素區(qū)中形成光傳 感元件；以及，在該像素區(qū)中形成至少一個晶體管，以及在該周邊區(qū)中形成至少一個晶體管。在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成該至少一個晶體管的該步驟包含在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成柵電極；在該像素區(qū)與該周邊區(qū)上沉積 介電層；部分蝕刻該介電層，以在該柵電極上形成多個間隙壁，并留下一部 分的該介電層覆蓋住該像素區(qū)；以及，以離子注入方式形成多個源/漏極區(qū)。 在一些實施例中，形成該光傳感元件的該步驟包含將該光傳感元件配置為下 列類型的其中之一光電二極管、釘扎層光電二極管、光電柵、與光電晶體 管。在其它實施例中，形成該至少一個晶體管的該步驟包含將該至少一個 晶體管配置為下列類型的其中之一傳送柵晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨晶體管、行選擇晶體管、NMOS晶體管、PMOS晶體管、或以上的組合。在其它實施例中，沉積該介電層的該步驟包含先沉積在該半導(dǎo)體襯底上底氧化層(bottom oxide layer)，然后在該底氧化層上沉積氮化硅(silicon nitride)層。在其它實施例中，沉積該介電層的該步驟還包含在該氮化硅層 上沉積頂氧化層(top oxide layer)。在其它實施例中，部分蝕刻該介電層的 該步驟包含執(zhí)行各向異性蝕刻(anisotropic etch process)，以除去該頂氧 化層以及該氮化硅層；形成光致抗蝕劑掩模(photoresist mask)以保護該底 氧化層的第一部分，該第一部分覆蓋該像素區(qū)的區(qū)域；以及，除去該底氧化 層的第二部分，該第二部分未被該光致抗蝕劑掩模保護。在其它實施例中， 該像素區(qū)的該區(qū)域包含該光傳感元件、浮動點、源極跟隨器、行選擇器、或 以上的組合。在其它實施例中，該像素區(qū)的該區(qū)域為該像素區(qū)的整個區(qū)域。在一些其它實施例中，形成該至少一個晶體管的該步驟包含在以離子 注入形成所述多個源/漏極區(qū)的步驟后，以濕剝離步驟除去該光致抗蝕劑掩 模。在其它實施例中，提供半導(dǎo)體襯底的該步驟包含配置該半導(dǎo)體襯底，以 使得其具有硅襯底與外延層(epilayer)。在其它的實施例中，該方法還包含以下步驟在該半導(dǎo)體襯底上形成金屬內(nèi)連接層以及層間介電層；形成與該 光傳感元件對齊的彩色濾光薄膜；以及，在該彩色濾光薄膜上形成微透鏡。 在一些實施例中，該方法還包含以下步驟在該光傳感元件上形成隔離金屬硅化護層；以及，形成多個金屬接觸，用于該像素區(qū)與該周邊區(qū)中的該至少 一個晶體管的該柵電極與上述多個源/漏極區(qū)。此外，本公開書公開了一種影像傳感器裝置，包含半導(dǎo)體襯底，具有 像素區(qū)與周邊區(qū)；光傳感元件，形成于該像素區(qū)中；至少一個晶體管，形成 于該像素區(qū)與該周邊區(qū)中，具有源/漏極區(qū)；第一氧化層，在該源/漏極區(qū)形 成之前形成，且覆蓋于該光傳感元件上；以及，第二氧化層，在該源/漏極區(qū) 形成之后形成，且覆蓋于該第一氧化層上。在一些實施例中，該光傳感元件 為下列類型的其中之一光電二極管、釘扎層光電二極管、光電柵、與光電 晶體管。在其它實施例中，該至少一個晶體管為下列類型的其中之一傳送 柵晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨晶體管、行選擇晶體管、NMOS晶體管、 PMOS晶體管、或以上的組合。在一些其它實施例中，該半導(dǎo)體襯底包含硅襯底與外延層。在其它實施例中，該影像傳感器裝置還包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，用以隔離該像素區(qū)與該 周邊區(qū)；金屬內(nèi)連接層以及層間介電物，形成于該半導(dǎo)體襯底上；彩色濾光 薄膜，與該光傳感元件對齊(aligned);以及，微透鏡，形成于該彩色濾光 薄膜上。在一些其它實施例中，該第一氧化層為介電層的一部分，該介電層 被回蝕，以在該像素區(qū)與該周邊區(qū)的該至少一個晶體管的柵電極上形成多個 側(cè)壁上的間隙壁。本公開書公開了一種方法，包含以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體 襯底具有像素區(qū)與周邊區(qū)；在該像素區(qū)中形成光傳感元件；在該像素區(qū)中形 成第一柵電極，以及在該周邊區(qū)中形成第二柵電極；形成介電層，該介電層 覆蓋該像素區(qū)與該周邊區(qū)；部分蝕刻該介電層，以留下該介電層的一部分覆 蓋該光傳感元件；以及，進行離子注入工藝，以在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形 成源/漏極區(qū)。在一些實施例中，形成該光傳感元件的該步驟包含將該光傳感 元件配置為下列類型的其中之一光電二極管、釘扎層光電二極管、光電柵、 與光電晶體管。在其它實施例中，該方法還包含在像素區(qū)與周邊區(qū)之間形成 隔絕特征。在其它實施例中，部分蝕刻該介電層的該步驟包含在該第一與第二柵 電極形成多個側(cè)壁上的間隙壁，并使得該介電層的底層(bottomlayer)留在 該襯底上；形成掩模(mask)，以保護覆蓋于該光傳感元件上的該底層；以及，除去未被該掩模保護的該底層。在其它實施例中，該方法還包含步驟 在該離子注入工藝之后，以濕剝離步驟除去該光致抗蝕劑掩模。先前的敘述已經(jīng)描述了許多實施例的特征，因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 可以清楚理解其中的敘述。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該可以知道，他們可采 用己經(jīng)公開的本發(fā)明來作為設(shè)計或修改其它結(jié)構(gòu)或工藝的基礎(chǔ)，以產(chǎn)生或達(dá) 到本說明書中所描述的目的或優(yōu)點。而且，可以了解的是，上述的工藝步驟 可以有不同的組合，也可各步驟間彼此平行地同時進行。此外，在一些實施 例中所介紹與討論的特征，可以與一些其它實施例中的特征一起組合。本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員可以了解， 一些等同的結(jié)構(gòu)并非不在本發(fā)明的精神與范圍涵 蓋之下，而且，他們可以在不脫離本發(fā)明的精神與范圍涵蓋之下，進行各種 各樣的變化、置換、改變。譬如說，以上公開的各樣特征與摻雜結(jié)構(gòu)也許可 以彼此對調(diào)。在以上的實施例以及其它實施例中存在有許多優(yōu)點。除了可以提供降低 影像傳感器中暗電流的有效且劃算的方法與裝置之外，以上所公開的方法與 裝置也可以很簡單地與目前的半導(dǎo)體工藝技術(shù)與裝置整合。而且，即使像素 大小隨著工藝的演進而持續(xù)縮小，以上所公開的方法與裝置也可以實施。本發(fā)明雖以優(yōu)選實施例公開如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做一定的更動與修改， 因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種影像傳感器的制造方法，包含以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有像素區(qū)以及周邊區(qū)；在該像素區(qū)中形成光傳感元件；以及在該像素區(qū)中形成至少一個晶體管，且在該周邊區(qū)中形成至少一個晶體管；其中，在該像素區(qū)中形成至少一個晶體管以及在該周邊區(qū)中形成至少一個晶體管的步驟包含以下步驟在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成柵電極；在該像素區(qū)與該周邊區(qū)上沉積介電層；部分蝕刻該介電層，以在該柵電極上形成多個間隙壁，并留下一部分的該介電層覆蓋住該像素區(qū)；以及以離子注入方式，形成多個源/漏極區(qū)。
2. 如權(quán)利要求l的制造方法，其中，形成光傳感元件的步驟包含以下步驟將該光傳感元件配置為下列類型的其中之一光電二極管、釘扎層光電 二極管、光電柵、與光電晶體管。
3. 如權(quán)利要求l的制造方法，其中，在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成至少 一個晶體管的步驟包含以下步驟-將該至少一個晶體管配置為下列類型的其中之一傳送柵晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨晶體管、行選擇晶體管、NMOS晶體管、PMOS晶體管、或以上的組合。
4. 如權(quán)利要求l的制造方法，其中，沉積介電層的步驟包含以下步驟 先在該半導(dǎo)體襯底上沉積底氧化層，然后在該底氧化層上沉積氮化硅層。
5. 如權(quán)利要求4的制造方法，其中，沉積該介電層的步驟還包含以下步驟在該氮化硅層上沉積頂氧化層。
6. 如權(quán)利要求5的制造方法，其中，部分蝕刻該介電層的步驟包含以下步驟執(zhí)行各向異性(anisotropic etch process)，以除去該頂氧化層以及該氮化硅層；形成保護該底氧化層的第一部分的光致抗蝕劑掩模，該第一部分覆蓋該像素區(qū)的區(qū)域；以及除去該底氧化層的第二部分，該第二部分沒有被該光致抗蝕劑掩模所保護。
7. 如權(quán)利要求6的制造方法，其中，該像素區(qū)的該區(qū)域包含該光傳感元 件、浮動點、源極跟隨器、行選擇器、復(fù)位器、或以上的組合。
8. 如權(quán)利要求6的制造方法，其中，該像素區(qū)的該區(qū)域為該像素區(qū)的整 個區(qū)域。
9. 如權(quán)利要求6的制造方法，其中，形成該至少一個晶體管的步驟包含-在形成所述多個源/漏極區(qū)的步驟后，以濕剝離步驟，除去該光致抗蝕劑掩模。
10. 如權(quán)利要求1的制造方法，還包含以下步驟 在該半導(dǎo)體襯底上形成金屬內(nèi)連接層以及層間介電層； 形成與該光傳感元件對齊的彩色濾光薄膜；以及 在該彩色濾光薄膜上形成微透鏡。
11. 如權(quán)利要求l的制造方法，還包含以下步驟 在該光傳感元件上形成隔離金屬硅化護層；以及形成多個金屬接觸，用于該像素區(qū)與該周邊區(qū)中的該至少一個晶體管的 該柵電極與所述多個源/漏極區(qū)。
12. —種影像傳感器裝置，包含 半導(dǎo)體襯底，具有像素區(qū)與周邊區(qū)； 光傳感元件，形成于該像素區(qū)中；至少一個晶體管，形成于該像素區(qū)與該周邊區(qū)中，具有源/漏極區(qū)； 第一氧化層，在該源/漏極區(qū)形成之前形成，且覆蓋于該光傳感元件上；以及第二氧化層，在該源/漏極區(qū)形成之后形成，且覆蓋于該第一氧化層上。
13. 如權(quán)利要求12的影像傳感器裝置，其中，該光傳感元件為下列類型 的其中之一光電二極管、釘扎層光電二極管、光電柵、與光電晶體管。
14. 如權(quán)利要求12的影像傳感器裝置，其中，該至少一個晶體管為下列類型的其中之一傳送柵晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨晶體管、行選擇晶體管、NMOS晶體管、PMOS晶體管、或以上的組合。
15. 如權(quán)利要求12的影像傳感器裝置，其中，該半導(dǎo)體襯底包含硅襯底 與外延層。
16. 如權(quán)利要求12的影像傳感器裝置，還包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，用以隔離該像素區(qū)與該周邊區(qū)； 金屬內(nèi)連接層以及層間介電物，形成于該半導(dǎo)體襯底上； 彩色濾光薄膜，與該光傳感元件對齊；以及 微透鏡，形成于該彩色濾光薄膜上。
17. 如權(quán)利要求12的影像傳感器裝置，其中，該第一氧化層為介電層的 一部分，該介電層被回蝕，以在該像素區(qū)與該周邊區(qū)的該至少一個晶體管的 柵電極上形成多個側(cè)壁上的間隙壁。
18. —種方法，包含以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有像素區(qū)與周邊區(qū)； 在該像素區(qū)中形成光傳感元件；在該像素區(qū)形成第一柵電極，以及在該周邊區(qū)形成第二柵電極； 形成介電層，覆蓋該像素區(qū)與該周邊區(qū)；部分蝕刻該介電層，以留下該介電層的一部分覆蓋該光傳感元件；以及 進行離子注入工藝，以在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成源/漏極區(qū)。
19. 如權(quán)利要求18的方法，其中形成該光傳感元件的步驟包含以下步驟: 將該光傳感元件配置為下列類型的其中之一光電二極管、釘扎層光電二極管、光電柵、與光電晶體管。
20. 如權(quán)利要求18的方法，其中，部分蝕刻該介電層的步驟包含以下步驟在該第一柵電極與第二柵電極形成多個側(cè)壁上的間隙壁，并使得該介電 層的底層留于該襯底上；形成掩模，用以保護覆蓋于該光傳感元件上的該底層；以及 除去沒有被該掩模保護的該底層。
全文摘要
一種影像傳感器裝置及影像傳感器的制造方法。該方法包含提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有像素區(qū)以及周邊區(qū)；在該像素區(qū)中形成光傳感元件；以及，在該像素區(qū)中形成至少一個晶體管，且在該周邊區(qū)中形成至少一個晶體管。在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成該至少一個晶體管的步驟包含在該像素區(qū)與該周邊區(qū)中形成柵電極；在該像素區(qū)與該周邊區(qū)上沉積介電層；部分蝕刻該介電層，以在該柵電極上形成多個間隙壁，并留下一部分的該介電層覆蓋住該像素區(qū)；以及，以離子注入方式形成多個源/漏極區(qū)。本發(fā)明能夠以簡單有效的方式降低影像傳感器中的暗電流。
文檔編號H01L27/146GK101236925SQ20081000925
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者傅文鍵, 莊俊杰, 楊敦年, 林志旻 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司