專利名稱：制造圖像傳感器的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造圖像傳感器的方法。
背景技術：
圖像傳感器是將光圖像轉換成電信號的半導體器件。圖像傳感器可以分為電荷耦 合器件(CCD)圖像傳感器和/或互補金屬氧化物硅(CMOS)圖像傳感器(CIS)。 CIS可以包 括光電二極管區(qū)和/或晶體管區(qū)，其中光電二極管區(qū)將光信號轉換成電信號，晶體管區(qū)對 轉換的電信號進行處理。光電二極管區(qū)和/或晶體管區(qū)可以在半導體襯底中水平安置。由 于在水平型圖像傳感器中，光電二極管區(qū)和晶體管區(qū)可水平地安置在半導體襯底中，所以 在有限面積內無法最大化感光區(qū)，例如填充因數(shù)。 為了克服這些缺點，已經(jīng)在進行使用非晶硅(Si)形成光電二極管的嘗試，和/或 在Si襯底中形成讀取電路的嘗試，例如使用包括晶片_晶片接合的方法，并且在讀取電路 上面和/或上方形成光電二極管，這涉及到三維(3D)圖像傳感器。例如，通過金屬線，光電 二極管可以連接到讀取電路。需要圖案化工藝以在光電二極管上面和/或上方形成PN和 /或PIN結，使用晶片_晶片接合技術，該光電二極管形成在半導體襯底的層間電介質上面 和/或上方。晶片可以具有約1.2iim的厚度，并可使用蝕刻工藝而被圖案化。但是，由于 晶片可能相對較厚，使用光致抗蝕劑工藝蝕刻光電二極管可能相對困難。
因此，需要一種制造圖像傳感器的方法和一種圖像傳感器，以最小化缺陷，最大化 填充因數(shù)和/或物理接合力。需要一種方法和一種器件，其能夠最小化通孔的尺寸，最大化 像素的數(shù)目和/或最大化器件的效率。

發(fā)明內容
實施例涉及一種制造圖像傳感器的方法。根據(jù)實施例，可以采用垂直型圖像感測 部以最小化通孔的大小，以形成圖像感測部的PN結。 根據(jù)實施例，制造圖像傳感器的方法可以包括在半導體襯底上面和/或上方形 成包括金屬線的層間電介質。在實施例中，制造圖像傳感器的方法可以包括在層間電介質 上面和/或上方形成圖像感測部，其包括堆疊的第一摻雜層和/或第二摻雜層。在實施例 中，制造圖像傳感器的方法可以包括在圖像感測部上面和/或上方形成硬掩模，該硬掩模 中可以限定對應于金屬線的開口。 根據(jù)實施例，制造圖像傳感器的方法可以包括使用硬掩模作為蝕刻掩模執(zhí)行蝕刻 工藝以形成輔助通孔，輔助通孔可以暴露圖像感測部的內部。在實施例中，制造圖像傳感器 的方法可以包括當形成輔助通孔時，通過硬掩模的蝕刻副產品在輔助通孔中形成間隔件。 在實施例中，制造圖像傳感器的方法可以包括執(zhí)行使用化學制品的蝕刻工藝，以實質上移 除輔助通孔中的間隔件。 根據(jù)實施例，制造圖像傳感器的方法可以包括清潔工藝。在實施例中，制造圖像傳 感器的方法可以包括蝕刻布置在輔助通孔下部的圖像感測部和/或層間電介質，以形成深通孔，該深通孔暴露出金屬線。


示例性圖1至圖9是顯示根據(jù)實施例的制造圖像傳感器的方法的剖視圖。
具體實施例方式
實施例涉及一種制造圖像傳感器的方法和一種圖像傳感器。實施例不限于互補金屬氧化物硅(CMOS)圖像傳感器(CIS)。實施例可以包括需要光電二極管的所有圖像傳感器，例如電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。 實施例涉及一種制造圖像傳感器的方法。參考示例性圖1至圖9，為顯示根據(jù)實施例的制造圖像傳感器的方法的剖視圖。參考圖1，金屬線150和/或層間電介質160形成在包括讀取電路120的半導體襯底100上面和/或上方。根據(jù)實施例，半導體襯底100可以包括單晶和/或多晶硅襯底。在實施例中，半導體襯底100可以包括摻雜p型雜質和/或n型雜質的襯底。 根據(jù)實施例，器件隔離層110形成在限定有源區(qū)的半導體襯底100上面和/或上方。在實施例中，讀取電路120可以包括晶體管，并可以形成在有源區(qū)上面和/或上方。在實施例中，讀取電路120可以包括轉移晶體管(Tx)121，復位晶體管(Rx)123，驅動晶體管(Dx)125和/或選擇晶體管(Sx)127。在實施例中，可以形成離子注入?yún)^(qū)130，并且離子注入?yún)^(qū)130可以包括浮置擴散區(qū)(FD) 131和/或每個晶體管的源極/漏極區(qū)133、 135和/或137。在實施例中，讀取電路120可以適用于3Tr和/或5Tr結構。 根據(jù)實施例，在半導體襯底100上面和/或上方形成讀取電路120的步驟包括在半導體襯底100上面和/或上方形成電結(electrical iunction)區(qū)140，和/或在電結區(qū)140上面和/或上方形成連接到金屬線150的第一導電類型連接區(qū)147。在實施例中，電結區(qū)140可以是PN結140，但是實施例不限于此。在實施例中，電結區(qū)140包括形成在第二導電類型阱141和/或第二導電類型外延層上面和/或上方的第一導電類型離子注入層143。在實施例中，可以在第一導電類型離子注入層143上面和/或上方形成第二導電類型離子注入層145。在實施例中，例如圖1中所示的，PN結140可以包括P0(145)/N-(143)/P-(141)結，但是實施例不限于此。在實施例中，半導體襯底100可以摻雜第二導電類型雜質，但是實施例不限于此。 根據(jù)實施例，通過設計圖像傳感器以使得在Tx 121的兩端形成的源極和漏極之間存在電勢差，能夠實質上(substantially)完全傾倒(dump)光電荷。在實施例中，在光電二極管上面和/或上方產生的光電荷會被傾倒入浮置擴散區(qū)，以最大化輸出圖像的靈敏度(sensitivity)。在實施例中，由于在包括第一讀取電路120的半導體襯底100上面和/或上方形成電結區(qū)140，以在Txl21的兩端形成的源極和漏極之間產生電勢差，所以能夠實質上完全傾倒光電荷。在實施例中，不同于光電二極管連接到N+結的圖像傳感器技術，實施例能夠實質上防止飽和度和/或靈敏度被最小化。 根據(jù)實施例，在光電二極管和讀取電路120之間可以形成第一導電類型連接區(qū)147，以最大化光電荷的運動，由此最小化暗電流源和/或實質上防止飽和度和/或靈敏度被降低。在實施例中^+摻雜區(qū)147可以形成在PO/N-/P-結140的表面上面和/或上方，
5作為用于歐姆接觸的第一導電類型連接區(qū)147。在實施例中，可以形成N+摻雜區(qū)147以穿 透P0145和/或接觸N-結143。 根據(jù)實施例，第一導電類型連接區(qū)147作為泄漏源(leakage source)的可能性會 被最小化。在實施例中，第一導電類型連接區(qū)147的寬度可以被最小化。在實施例中，可以 蝕刻第一金屬接觸件151a并執(zhí)行插塞注入(plugimplant)，但是實施例不限于此。在實施 例中，可以形成離子注入圖案，并且使用離子注入圖案作為離子注入掩?？梢孕纬傻谝粚?電類型連接區(qū)147。在實施例中，N+摻雜區(qū)可以局部地形成在接觸形成部上面和/或上方， 并且可以最小化暗信號和/或最大化地形成歐姆接觸。 在Tx 121的源極的整個區(qū)域都摻雜N+雜質的情況下，由于Si表面懸掛鍵 (dangling bond)，會增加暗信號。參考圖3，顯示了讀取電路的結構。根據(jù)實施例，第一導 電類型連接區(qū)148可以形成在電結區(qū)140—側的上面和/或上方。在實施例中，N+連接區(qū) 148可以形成在P0/N-/P-結140上面和/或上方，用于歐姆接觸。由于在工作中，反向偏壓 (reverse bias)可以施加于P0/N-/P-結140以在Si襯底的表面上面和/或上方產生電 場(EF)，所以N+連接區(qū)148和/或第一金屬接觸(MlC)151a可以用作泄漏源。在形成接觸 期間在EF中產生的結晶缺陷可以作為泄漏源。在N+連接區(qū)148可以形成在P0/N-/P-結 140的表面上面和/或上方的情況下，由N+/P0結148/145產生額外的電場，其也可作為泄 漏源。 根據(jù)實施例，可以不對PO層執(zhí)行摻雜工藝，第一接觸插塞可以形成在包括N+連接 區(qū)147的有源區(qū)上面和/或上方，和/或第一接觸插塞可以連接到N-結143。在實施例中， 實質上可不在半導體襯底100的表面上面和/或上方產生電場，例如從而最小化3-D集成 CIS的暗電流。 再次參考圖1，層間電介質160和/或金屬線150可以形成在半導體襯底100上面 和/或上方。根據(jù)實施例，金屬線150可以包括第一金屬接觸件151a，第一金屬(Ml)151， 第二金屬(M2)152和/或第三金屬(M3)153 ;但是實施例不限于此。在實施例中，可形成M3 153，并且可以沉積電介質，以便不會實質上暴露M3 153。在實施例中，可以執(zhí)行平坦化工藝 以形成層間電介質160。在實施例中，具有實質上均勻(uniform)的表面輪廓的層間電介質 160的表面可以暴露于半導體襯底100。 參考圖4，圖像感測部200可以形成在層間電介質160上面和/或上方。根據(jù) 實施例，圖像感測部200可以具有PN結二極管結構，該PN結二極管結構包括第一摻雜層 (N-)210和/或第二摻雜層(P+)220。在實施例中，在圖像感測部200之中和/或上方，歐 姆接觸層(N+)230可以形成在第一摻雜層210之下。在實施例中，由于圖4中示出的金屬 線150的M3153和/或層間電介質160可以對應于圖1中示出的金屬線150和/或層間電 介質160的部分，所以為了顯示的方便而省略讀取電路120和/或金屬線150的部分。
根據(jù)實施例，圖像感測部200可以包括將N型雜質(N-)和/或P型雜質(P+)例 如按順序地離子注入至P型載流子襯底(具有例如結晶結構)中的結構，以形成第一摻雜 層210和/或第二摻雜層220的堆疊結構。在實施例中，高濃度n型雜質(N+)可以離子注 入至第一摻雜層210的底部表面，以形成歐姆接觸層230。在實施例中，歐姆接觸層230可 以最小化圖像感測部200和金屬線150之間的接觸電阻。在實施例中，第一摻雜層210可 以比第二摻雜層220寬。在實施例中，可以擴展耗盡區(qū)，以最大化光電子的產量。
根據(jù)實施例，載流子襯底(carrier substrate)的歐姆接觸層230可以布置在層間電介質160上面和/或上方。在實施例中，可以執(zhí)行接合工藝，以將半導體襯底100耦合至載流子襯底。在實施例中，載流子襯底可以包括氫層，其中可形成該氫層以暴露接合在層間電介質160上面和/或上方的圖像感測部200，還可以例如通過劈裂(cleaving)工藝移除該氫層以暴露第二摻雜層220。在實施例中，圖像感測部200可具有大約l.Oiim和1.5iim之間的高度。在實施例中，圖像感測部200具有大約1.2iim的高度。在實施例中，從圖像感測部200的頂表面到底表面的深度表示為第一深度Dl。 根據(jù)實施例，由于可以通過晶片_晶片接合形成包括讀取電路120和/或圖像感測部200的半導體襯底IOO，所以可以最小化缺陷。在實施例中，可以在讀取電路120上面和/或上方形成圖像感測部200以增加填充因數(shù)。在實施例中，由于圖像感測部200可以接合到具有實質上均勻的表面輪廓的層間電介質160，所以可以最大化物理接合力。在實施例中，圖像感測部200可以包括PN結，但是實施例不限于此。在實施例中，圖像感測部200可以包括PIN結。 參考圖5，硬掩模240可以包括開口 245并可以形成在圖像感測部200上面和/或上方。根據(jù)實施例，形成硬掩模240以暴露對應于M3 153的圖像感測部200的表面。在實施例中，硬掩?？梢园ㄈ亟Y構，例如包括氧化物層-氮化物層-氧化物層(ONO)。在實施例中，由于使用光致抗蝕劑蝕刻圖像感測部200相對困難，例如在圖像感測部200包括第一深度Dl之處，因此可以使用硬掩模240蝕刻圖像感測部200，并且硬掩模240可以包括電介質。在實施例中，硬掩模240可以包括0N0結構和/或對于Si晶片具有高的蝕刻選擇性。在實施例中，圖像感測部200可以被選擇性蝕刻。 根據(jù)實施例，第一氧化物層、氮化物層和/或第二氧化物層可以順序沉積在圖像感測部200上面和/或上方，以形成具有ONO結構的硬掩模層。在實施例中，可以形成光致抗蝕劑圖案以暴露對應于M3 153的硬掩模層。在實施例中，可以執(zhí)行蝕刻工藝以形成硬掩模240，硬掩模240可以暴露對應于M3 153的圖像感測部200。在實施例中，硬掩模240的開口 245可以被圖案化以包括小于大約0.7iim的直徑。在實施例中，光致抗蝕劑圖案的開口可以被圖案化以具有大約0. 4 ii m至0. 7 ii m之間的直徑。在實施例中，可以在硬掩模層上面和/或上方執(zhí)行蝕刻工藝以形成硬掩模240的開口 245，例如具有大約0. 4 ii m至0. 7 ii m之間的直徑。 參考圖6，可以在圖像感測部200上面和/或上方形成輔助通孔250。根據(jù)實施例，使用硬掩模240作為蝕刻掩模執(zhí)行蝕刻工藝以形成輔助通孔250。在實施例中，可以執(zhí)行反應離子蝕刻工藝以形成圖像感測部200的輔助通孔250。在實施例中，輔助通孔250可以包括大約0. 4 ii m至0. 7 ii m之間的直徑，實質上等于硬掩模240的開口 245的直徑。在實施例中，輔助通孔250可以包括第二深度D2，其中第二深度D2小于第一深度Dl。在實施例中，輔助通孔250的第二深度D2的范圍是在大約O. 5iim至0. 8iim之間。
根據(jù)實施例，可以在圖像感測部200上面和/或上方形成輔助通孔250。在實施例中，可以在輔助通孔250的側壁上面和/或上方形成間隔件260。在實施例中，當使用硬掩模240蝕刻圖像感測部200時，可產生作為蝕刻副產品的聚合物。在實施例中，開口 245可以包括相對小的直徑，并且當圖像感測部200被蝕刻，例如蝕刻到其中部區(qū)域時，形成的聚合物可以包括在輔助通孔250內部的間隔件結構。在實施例中，當在輔助通孔250內部形
7成間隔件260時，可能無法進一步蝕刻圖像感測部200。在實施例中，間隔件260可以是蝕 刻副產品并且可以具有C-H-0的結結構。在實施例中，可以執(zhí)行蝕刻工藝以實質上移除形 成在輔助通孔250的側壁上面和/或上方的間隔件260，這樣可以暴露出M3 153。
參考圖7，可以移除形成在輔助通孔250之內的間隔件260。根據(jù)實施例，濕蝕刻 工藝可以包括化學制品并且被執(zhí)行以實質上移除間隔件260。在實施例中，使用稀釋氟化 氫(DHF)和/或緩沖氟化氫(BHF)化學制品移除間隔件260。在實施例中，為了通過蝕刻間 隔件260的材料(作為目標材料)而移除厚度大約在5nm至20nm之間間隔件260，可以提 供DHF化學制品和/或去離子(DI)水。在實施例中，DI水和DHF化學制品可以包括大約
ioo : l和200 : i之間的濃度比。在實施例中，可以在大約50至300秒之間執(zhí)行蝕刻工 藝，例如使用具有大約ioo : l和200 : i之間的濃度比的di水和dhf化學制品。 根據(jù)實施例，移除間隔件260之后會剩余粒子(particle)。在實施例中，在輔助通 孔250上面和/或上方執(zhí)行清潔工藝。在實施例中，通過振動包括輔助通孔250的圖像感 測部200，使用兆頻超聲波(mega sonic)執(zhí)行清潔工藝以移除剩余的粒子。在實施例中，通 過使用兆頻超聲波的清潔工藝可以實質上移除輔助通孔250中的粒子。在實施例中，使用 蝕刻化學制品可以實質上移除在輔助通孔250之內的間隔件260，并且可以暴露輔助通孔 250的側壁和/或底表面。在實施例中，可以執(zhí)行使用兆頻超聲波的清潔工藝，并且粒子不 會實質上剩余在輔助通孔250中。 參考圖8，深通孔255可以被形成并且可以穿過圖像感測部200和/或層間電介質 160以暴露M3 153。在實施例中，使用硬掩模240和/或輔助通孔250作為掩模，可以執(zhí)行 反應離子蝕刻工藝，以蝕刻布置在輔助通孔250下部的圖像感測部200和/或層間電介質 160。在實施例中，可以形成深通孔255。在實施例中，深通孔255可以包括大約0.4iim至 0. 7iim之間的直徑。 根據(jù)實施例，使用硬掩模240可以形成輔助通孔250。在實施例中，可以執(zhí)行包括 化學制品的蝕刻工藝以實質上移除輔助通孔250內的間隔件260。在實施例中，可以蝕刻 布置在輔助通孔250的下部的圖像感測部200以形成深通孔255，深通孔255可以包括大 約0. 4 ii m至0. 7 ii m之間的直徑。在實施例中，包括大約0. 4 y m至0. 7 y m之間的直徑的 孔可以形成在圖像感測部200的單位像素中，并具有大約0. 2ym的深度。在實施例中，在 具有實質上相同大小的晶片內可以實現(xiàn)像素數(shù)量的最大化。在實施例中，器件效率可以最 大化。在實施例中，深通孔255可以包括大約0. 4 ii m至0. 7 ii m之間的直徑，但實施例不限 于此。在實施例中，深通孔255可以包括小于大約0. 4 ii m的直徑。 參考圖9，可以在深通孔255內形成接觸插塞270。根據(jù)實施例，接觸插塞270可 形成在深通孔255內以電連接第一摻雜層210和M3 153。在實施例中，接觸插塞270可以 包括例如鎢(W)、銅(Cu)和/或鋁(Al)的金屬。在實施例中，在深通孔255和接觸插塞270 之間可以形成阻擋層。 根據(jù)實施例，根據(jù)讀取電路120可以形成像素分隔層，以為每個單位像素分隔圖 像感測部200。在實施例中，上電極、濾色鏡和/或微透鏡可以形成在圖像感測部200上面 和/或上方。在實施例中，圖像感測部可以形成在讀取電路上面和/或上方以最大化填充 因數(shù)。在實施例中，通孔可以形成連接圖像感測部和金屬線的接觸，可以形成有相對精細的 圖案，并可以最大化圖像特征。在實施例中，包括小于大約0.7ym直徑的通孔可以形成在具有大約1.75iim厚度的像素中。在實施例中，光接收區(qū)可以在具有有限大小的單位像素中相對充分地擴展，和/或可以最大化圖像傳感器的產量(yield)。在實施例中，氧化物層可以用作硬掩模以形成通孔，最小化空隙(void)的出現(xiàn)。 對本領域的技術人員來說，對公開的實施例做出各種更改與變化是顯而易見的。因此，在不脫離所附權利要求書及其等效范圍的情況下，公開的實施例旨在覆蓋各種明顯和顯然的更改與變化。
權利要求
一種方法，包括如下步驟在半導體襯底上方形成包括金屬線的層間電介質；在所述層間電介質上方形成包括第一摻雜層和第二摻雜層的圖像感測部；在所述圖像感測部上方形成硬掩模，該硬掩模包括對應于所述金屬線的開口；使用所述硬掩模作為蝕刻掩模執(zhí)行蝕刻工藝，以形成暴露所述圖像感測部內部的輔助通孔，其中當形成所述輔助通孔時，在包括蝕刻副產品的所述輔助通孔內形成間隔件；執(zhí)行包括化學制品的蝕刻工藝以實質上移除所述間隔件；以及蝕刻布置在所述輔助通孔的下部的所述圖像感測部以及所述層間電介質，以形成暴露所述金屬線的至少一部分的深通孔。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中形成所述輔助通孔和所述深通孔中的至少一個包 括反應離子蝕刻工藝。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述蝕刻副產品被累積以形成所述間隔件。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中實質上移除所述間隔件包括濕蝕刻工藝，所述濕 蝕刻工藝包括稀釋氟化氫和緩沖氟化氫化學制品中的至少一種；其中實質上移除所述間隔件包括在大約50秒至300秒之間使用濃度比在大約100 : 1 至200 : l之間的去離子水和稀釋氟化氫的混合物。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，包括執(zhí)行清潔工藝以實質上移除粒子，包括在移除所 述間隔件之后使用兆頻超聲波振動具有所述輔助通孔的所述圖像感測部。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述硬掩模包括三重結構，該三重結構包括氧化 物層和氮化物層中的至少一種；其中所述硬掩模的所述開口包括大約0. 4 ii m至0. 7 ii m之間的直徑，并且所述深通孔 包括與所述開口實質上相同的直徑。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，包括在所述深通孔內形成接觸插塞； 其中所述接觸插塞接觸所述第一摻雜層并且與所述第二摻雜層隔開。
8. —種裝置，包括位于半導體襯底上方的包括金屬線的層間電介質；位于所述層間電介質上方的包括第一摻雜層和第二摻雜層的圖像感測部； 位于所述圖像感測部上方的硬掩模，該硬掩模包括對應于所述金屬線的開口 ； 輔助通孔，暴露所述圖像感測部的內部，包括含有蝕刻副產品的間隔件，其中當形成所述輔助通孔時形成所述間隔件，所述間隔件被配置為通過包括化學制品的蝕刻工藝而實質上被移除；以及深通孔，當所述間隔件被實質上移除時，該深通孔暴露所述金屬線的至少一部分； 其中所述蝕刻副產品被累積以形成所述間隔件；其中所述間隔件被配置為包括利用濕蝕刻工藝而實質上被移除，所述濕蝕刻工藝包括 稀釋氟化氫和緩沖氟化氫化學制品中的至少一種。
9. 根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中所述深通孔包括與所述硬掩模的開口實質上相同 的直徑；其中所述深通孔包括大約0. 4iim至0. 7iim之間的直徑。
10. 根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中所述深通孔包括小于大約0. 7踐的直徑，并且形成在厚度為大約1. 75 ii m的像素中,
全文摘要
本發(fā)明公開一種制造圖像傳感器的方法和一種圖像傳感器。制造圖像傳感器的方法可以包括在半導體襯底上面和/或上方形成包括金屬線的層間電介質；在層間電介質上面和/或上方形成圖像感測部；和/或在圖像感測部上面和/或上方形成硬掩模，該硬掩模中可以限定對應于金屬線的開口。制造圖像傳感器的方法可以包括執(zhí)行蝕刻工藝以形成暴露圖像感測部內部的輔助通孔，和/或通過硬掩模的蝕刻副產品在輔助通孔內部形成間隔件。制造圖像傳感器的方法可以包括執(zhí)行包括化學制品的蝕刻工藝以移除間隔件，和/或蝕刻圖像感測部和/或層間電介質以形成深通孔。
文檔編號H04N5/335GK101740505SQ20091020838
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權日2008年11月12日
發(fā)明者鄭沖耕 申請人:東部高科股份有限公司