專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，更具體地，涉及一種互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，其中濾色器材料填充氮化物膜的蝕刻部分。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件，并且可以是電荷耦合器件或互補(bǔ)金屬-氧化物-硅(CMOS)圖像傳感器。在電荷耦合器件中，電荷被存儲在MOS電容器陣列并從中傳遞。在CMOS圖像傳感器中，有對應(yīng)于像素數(shù)量的多個MOS晶體管以及順序輸出MOS晶體管的電信號的外圍電路。
CMOS圖像傳感器使用CMOS技術(shù)以減小特征尺寸、功率消耗和制造成本，并且適用于諸如數(shù)字相機(jī)、蜂窩電話、個人數(shù)字助理、筆記本電腦、條碼閱讀器和玩具的產(chǎn)品。CMOS圖像傳感器主要由信號處理芯片構(gòu)成，包括光電二極管陣列，提供有放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器和數(shù)字邏輯電路。
為了增強(qiáng)CMOS圖像傳感器的光敏感性，可提高CMOS圖像傳感器的填充因數(shù)。相對于器件本身的面積，光電二極管面積被增加。然而，填充因數(shù)的增加由于每個光電二極管的關(guān)聯(lián)邏輯和信號處理電路的存在而受到限制。增強(qiáng)的光敏感性亦可通過聚焦由例如提供給每個光電二極管的微透鏡偏轉(zhuǎn)的入射光以將該入射光集中到光電二極管中且遠(yuǎn)離沒有光電二極管表面的相鄰區(qū)域。
因此，聚焦的光由此被引導(dǎo)通過濾色器陣列，其包括依據(jù)顏色在同一層設(shè)置或圖案化的濾色器陣列。在示例性實施例中，有三種顏色，例如紅、綠和藍(lán)或青(cyan)、洋紅(magenta)和黃。濾色器陣列層的每個濾色器是有色阻止劑(colored resist)層的單獨構(gòu)造，其依據(jù)濾色器陣列的圖案形成。
圖1-6說明常規(guī)的CMOS圖像傳感器。
參考圖1，CMOS圖像傳感器包括單元像素區(qū)和墊(pad)部分的外周區(qū)。通過選擇性地將硼注入硅基片以形成p阱50和n阱并施加溝道60器件分離過程，形成場氧化物膜。然后，依據(jù)所需閾電壓形成預(yù)定厚度的柵氧化物膜。多晶硅膜40和硅化鎢膜80被形成為柵氧化物膜，以通過選擇性蝕刻形成器件的柵電極。通過選擇性離子注入在硅基片上形成n離子注入?yún)^(qū)20和p離子注入?yún)^(qū)10，以形成光電二極管。為了在阱區(qū)形成具有輕摻雜漏結(jié)構(gòu)的晶體管的源和漏，源/漏離子被輕注入，通過低壓化學(xué)氣相沉積來沉積原硅酸四乙酯(TEOS)氧化物膜或氮化硅(SiN)，并且所得到的結(jié)構(gòu)的整個表面被蝕刻以在柵電極的側(cè)壁形成間隔物70。此后，源/漏離子被重注入，以形成N型結(jié)區(qū)30和P型結(jié)區(qū)。
參考圖2，作為金屬前電介質(zhì)層(pre-metal dielectric layer)90的TEOS氧化物膜通過低壓化學(xué)氣相沉積形成至大約1000的厚度，并且硼磷硅酸鹽玻璃通過常壓化學(xué)氣相沉積而沉積在TEOS氧化物膜上，然后被加熱以使能流動狀態(tài)。選擇性地蝕刻預(yù)金屬電介質(zhì)層90以形成暴露預(yù)定結(jié)區(qū)和柵電極的接觸孔100。作為膠合層的鈦層110、用于接線的鋁層120和非反射性氮化鈦(TiN)層130的每個被依序沉積和選擇性蝕刻以形成第一金屬線。通過等離子體蝕刻形成接觸孔100。
參考圖3，TEOS氧化物膜150和玻璃上旋涂氧化物膜(spin-on glassoxide film)140通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積而形成，被熱處理和平坦化。然后，通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積形成作為第一金屬間電介質(zhì)層(inter-metal dielectric layer)160的氧化物膜。
參考圖4，選擇性地蝕刻第一金屬間電介質(zhì)層160以形成一通孔，并且在再次堆疊作為膠合層的鈦、用于接線的鋁和非反射性氮化鈦之后通過等離子體蝕刻形成第二金屬線。如在第一金屬間電介質(zhì)層90的構(gòu)造中，形成TEOS氧化物膜150、玻璃上旋涂氧化物膜140和氧化物膜160以形成第二金屬間電介質(zhì)層，并且通過重復(fù)這些步驟可形成任何所需數(shù)量的另外的金屬接線層。
參考圖5，在形成最上的金屬接線層之后，作為器件保護(hù)膜的氧化物膜通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積形成至大約8000的厚度。通過蝕刻器件保護(hù)氧化物膜和氮化鈦膜來敞開用作電極端子的墊區(qū)域，以在外圍暴露墊部分金屬。
參考圖6，濾色器陣列170形成于所得到的結(jié)構(gòu)上。在濾色器陣列170上形成提供用于容納微透鏡190的平坦表面的平坦化層180。
然而，上述方法需要單獨的平坦化步驟，用于形成平坦化層180，這使制造變得復(fù)雜且相應(yīng)地增加了成本。同樣，當(dāng)這種CMOS圖像傳感器工作在相對低亮度的時表現(xiàn)出差的性能。再者，難以控制形成濾色器陣列的阻止劑層的厚度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器及制造這種CMOS圖像傳感器的方法，其基本上消除了因現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點而導(dǎo)致的一個或多個問題。
本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器及制造這種CMOS圖像傳感器的方法，其使能通過用濾色器材料填充氮化物膜的蝕刻部分來改善工作特性。
本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器及制造這種CMOS圖像傳感器的方法，其通過消除平坦化層而簡化了制造且相應(yīng)地降低了成本。
本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器及制造這種CMOS圖像傳感器的方法，其使能通過控制蝕刻停止層的垂直沉積或深度來較精確地控制阻止劑層的厚度。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的和特征一部分將在下面的說明書中闡述，一部分對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，依據(jù)對以下的研究將變得清楚。本發(fā)明可通過在書面描述及其權(quán)利要求和附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
如這里體現(xiàn)的和廣泛說明的，提出了一種CMOS圖像傳感器，包括鈍化層，該鈍化層包括蝕刻停止層，該鈍化層具有形成至由該蝕刻停止層確定的一深度的濾色器陣列圖案，該濾色器陣列圖案包括分開限定的濾色器區(qū)；以及濾色器陣列，其包括用于依據(jù)顏色分別濾光的多個濾色器，依據(jù)濾色器陣列圖案形成所述濾色器，每個濾色器由僅填充對應(yīng)濾色器區(qū)的材料形成。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法包括形成包括蝕刻停止層的鈍化層；依據(jù)濾色器陣列圖案，蝕刻該鈍化層至由該蝕刻停止層確定的深度，該濾色器陣列圖案包括分開限定的濾色器區(qū)；以用于形成多種顏色中的一種顏色的材料來填充分開限定的濾色器區(qū)，所述多種顏色形成濾色器陣列；以及去除填充對應(yīng)于濾色器陣列的所述多種顏色中的其它顏色的分開限定的濾色器區(qū)的材料。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的前面一般性描述和下面的詳細(xì)描述是示例性和說明性的，并且旨在提供對所要求的本發(fā)明的更詳盡的說明。


被包括以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解的附圖，說明了本發(fā)明的實施例且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1-6是常規(guī)CMOS圖像傳感器的橫截面圖；并且圖7-11是依據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中說明其實例。在任何可能的情況下，在整個附圖中相同的參考標(biāo)記被用于標(biāo)示相同或相似部分。
參考圖7，鈍化層210形成在氧化物/氮化物或替代材料的絕緣層200上，絕緣層200覆蓋CMOS圖像傳感器的下部結(jié)構(gòu)。鈍化層210中包括蝕刻停止層。該蝕刻停止層位于由在后面說明的填充步驟中使用的濾色器材料的量和形成濾色器陣列的所需厚度確定的深度。所述濾色器陣列可包括多個濾色器，用于依據(jù)顏色分別濾光。
參考圖8，依據(jù)用于形成濾色器陣列的圖案通過光蝕刻過程來選擇性地蝕刻鈍化層210。在此情況下，僅兩個區(qū)通過蝕刻過程來限定，這是因為濾色器陣列的僅兩種必要顏色被示出，但是該濾色器陣列可包括三種或更多種顏色，例如，紅、綠和藍(lán)或青、洋紅和黃。
參考圖9，用于形成濾色器陣列的顏色之一的諸如有色阻止劑的材料220被厚沉積在鈍化層的整個表面上，包括經(jīng)蝕刻的濾色器區(qū)，從而填充所述區(qū)。所得到的沉積是如此平坦化的例如通過化學(xué)-機(jī)械拋光或回蝕過程、將鈍化層的上表面作為終點(end point)并且僅剩下經(jīng)蝕刻的濾色器區(qū)中的材料。
參考圖10，填充其它顏色的濾色器區(qū)的材料被去除，以僅剩下所需顏色的材料，即第一濾色器230。換言之，用于非所需顏色的材料被去除。可通過使用覆蓋所需顏色的掩模的曝光和顯影過程來實現(xiàn)去除。
參考圖11，參照圖9和10描述的步驟針對濾色器陣列的每種顏色而被重復(fù)。例如，用于形成濾色器陣列的另外顏色的有色阻止劑被厚沉積在鈍化層的整個表面，包括剩下的(未填充的)濾色器區(qū)，從而填充所述區(qū)并且形成第二濾色器240。應(yīng)當(dāng)理解，第一和第二濾色器230和240的每個可以是整個陣列的一個濾色器的單獨元件，所述整個陣列典型地包括三種不同顏色，例如紅、綠和藍(lán)。
因此，不是通過需要專門設(shè)備和處理、包括在實施濾色器形成過程之前形成平坦化層的、旋涂各種有色阻止劑并對有色阻止劑的每個單獨涂層進(jìn)行曝光和顯影來形成濾色器，本發(fā)明可省去使用濾色器材料填充過程的平坦化過程，這簡化了制造，同時通過減小因平坦化層存在而引起的厚度增加所導(dǎo)致的信號損失的量，改善了CMOS圖像傳感器在低亮度情況下的工作特性。再者，通過控制蝕刻停止層的垂直沉積，尤其是在鈍化層內(nèi)其上表面出現(xiàn)的深度，本發(fā)明可使能對阻止劑所需厚度的較為精確的控制。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的宗旨或范圍的情況下，可以在本發(fā)明中做出各種變型。因此，旨在使本發(fā)明覆蓋落入所附權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)的這樣的變型。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括鈍化層，其包括蝕刻停止層，所述鈍化層具有形成到依據(jù)該蝕刻停止層的深度的濾色器陣列圖案，該濾色器陣列圖案包括分開限定的濾色器區(qū)；和濾色器陣列，其包括用于依據(jù)顏色來分別濾光的多個濾色器，依據(jù)所述濾色器陣列圖案形成所述濾色器，每個濾色器由僅填充對應(yīng)濾色器區(qū)的材料形成。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中每個濾色器的材料是所述多個濾色器的顏色之一的有色阻止劑。
3.依據(jù)權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，另外包括覆蓋CMOS圖像傳感器下部結(jié)構(gòu)的絕緣層，所述鈍化層形成在所述絕緣層上。
4.依據(jù)權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中所述濾色器陣列包括三個分開的濾色器。
5.依據(jù)權(quán)利要求4的CMOS圖像傳感器，其中所述多個濾色器的顏色是紅、綠、藍(lán)。
6.依據(jù)權(quán)利要求4的CMOS圖像傳感器，其中所述多個濾色器的顏色是青、洋紅、黃。
7.一種制造CMOS圖像傳感器的方法，包括形成包括蝕刻停止層的鈍化層；依據(jù)包括分開限定的濾色器區(qū)的濾色器陣列圖案，蝕刻所述鈍化層至依據(jù)所述蝕刻停止層的深度；以用于形成多種顏色中的第一顏色的材料來填充分開限定的濾色器區(qū)，所述多種顏色形成濾色器陣列；以及去除填充對應(yīng)于濾色器陣列的多種顏色中的另外顏色的分開限定的濾色器區(qū)的材料。
8.依據(jù)權(quán)利要求7的方法，另外包括針對濾色器陣列的多種顏色中的每種另外顏色來重復(fù)所述填充步驟和所述去除步驟。
9.依據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中通過使用掩模的曝光和顯影過程來實現(xiàn)所述去除步驟，所述掩模覆蓋所述填充的顏色。
10.依據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述蝕刻的深度依據(jù)濾色器陣列的所需厚度。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器包括包括蝕刻停止層的鈍化層，該鈍化層具有形成至由該蝕刻停止層確定的深度的濾色器陣列圖案，該濾色器陣列圖案包括分開限定的濾色器區(qū)；以及濾色器陣列，其包括依據(jù)顏色分別濾光的多個濾色器，依據(jù)濾色器陣列圖案形成該濾色器，每個濾色器由僅填充對應(yīng)濾色器區(qū)的材料形成。
文檔編號H01L21/82GK1819240SQ200510137498
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者鄭善旭 申請人:東部亞南半導(dǎo)體株式會社