CN1750267A - 用以改善图像传感器灵敏度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用以形成具有改善灵敏度的至少一个图像传感器以及至少一个晶体管元件的方法。此方法包含形成至少一部分的晶体管于基板上，通过在距离晶体管元件最小预定长度掺杂预定区域来形成此传感器，形成用来覆盖晶体管元件的接面区域的蚀刻终止层，移除于预定区域中的至少一部分蚀刻终止层来曝光图像传感器，并以至少一层透明保护层来覆盖图像传感器和晶体管元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路，且特别涉及一种用以增进光传感器图像感测灵敏度的方法和其系统。
背景技术
现今的半导体集成电路(Integrated Circuit，IC)可制造出具有感测功能的相机芯片。就此实施例而言，相机芯片是安装于相机的焦点平面上，用以感测和转换光图像信息为电信息来重建原始图像。此感测集成电路是建构于硅上，且同时具有逻辑及光感测功能。硅具有可预测光谱响应，且和人眼的光谱响应不同。硅对于可见光谱的红光端中具有最大光反应值(具有较长的波长)，而人眼对可见光谱中间的绿光，具有最大的光反应。硅的光反应可通过增加光感测接面的深度来进一步趋向于红光(即趋向于更长的波长)。为了增加硅元件的蓝光及绿光的光反应，此扩散接面一般是非常浅，且非常接近表面。
复杂但实际的集成电路芯片制造，常需形成多层金属连结结构。集成电路必须包含用于控制、信号路由以及译码的逻辑电路。然而，在集成电路逻辑部分主动区域以及连接到外部电路的连线接脚之间制造复杂多层金属连结结构时，所需要的介层窗蚀刻是很难精确的控制。举例来说，部分的复杂度在于蚀穿介电氧化层而形成深且高高宽比的导通孔。许多导通孔是位于大硅晶片之间，对于蚀刻深度精准度的要求相当严格。达到此精准度的一种生产技术是通过使用蚀刻终止层，而用于蚀刻此蚀刻终止层常使用不同的蚀刻剂，一般作为蚀刻终止层的材料是氮氧化硅(SiliconOxynitride，SiON)。
由于，氮氧化硅不能将可见光光谱的所有颜色传送至集成电路的光感测部分。因此，任何硅的光传感器光谱响应会因此氮氧化硅蚀刻终止层而衰减。这种情形和制造适于人眼彩色图像的固态图像传感器冲突。
因此，极需有一种即使使用蚀刻终止层，仍具有可改善光谱传输的固态图像传感器的制造方法。
发明内容
因此，本发明披露使用蚀刻终止层来增进半导体图像传感器的光谱传输的方法。
在一实施例中，此方法包含形成至少多数个晶体管元件于基板上，通过在距离晶体管元件最小预定长度掺杂预定区域来形成此传感器，形成蚀刻终止层来覆盖晶体管元件的接触区域，移除位于预定区域的至少一部分蚀刻终止层来曝露此图像传感器，以及通过至少一层透明保护层来覆盖图像传感器和晶体管。
本发明的建构和其操作方法和其额外目的和优点，可由阅读以下具体实施例的相关描述得知。
附图说明
图1为依照本发明一较佳实施例的图像传感器和晶体管元件的概要俯视布局图。
图2为依照本发明一较佳实施例的一种图像传感器和晶体管元件的剖视图。
主要元件标记说明
100：布线 210：低掺杂漏极
102：发光二极管 214：氧化物
106：多重栅极 212：旁间隙壁
108：扩散输出元件 218：自行排列的接触区域
200：横切面 220：蚀刻终止层
202：半导体基板 204：浅槽隔离层
206：栅极氧化物 224：未掺杂硅玻璃
216：额外掺杂 226：厚顶部玻璃层
232：金属线连接 222：边缘
230：导通孔 228：顶部表面
208：多晶硅栅极
具体实施方式
本发明提供一种即使具有蚀刻终止层，仍具有改善光传输的半导体图像传感器制造方法。
在图1的布局100中，半导体集成电路芯片的元件同时包含图像传感器和逻辑电路。扩散区域作为传感器或发光二极管102(或是光敏晶体管)之用。此发光二极管102所产生的电载流子耦接于扩散输出元件108的多重栅极106的接面区域104，其中扩散输出元件108可为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor，MOSFET)。当这些载流子通过增加多重栅极106上的电压来改变多重栅极106上的电荷时，输出元件108的输出信号与聚焦于发光二极管102图像元件的光信号等比例改变。通过收集输出元件所产生的这些信号，并加以重组，而再次创造出原来聚焦于此发光二极管102所组成阵列的图像。
此元件的设计规则为，发光二极管102的最小宽度约为0.44μm，在任何两发光二极管间的最小空间也约为0.44μm。从发光二极管的边缘到输出元件108的主动区域的直线距离约为0.2μm。相似地，此位于多重栅极106边缘和发光二极管102间的最小距离约为0.2μm，而从发光二极管102边缘到接点104边缘的最小距离也约为0.2μm。
图2所示是依照本发明一较佳实施例的发光二极管102(或光敏晶体管)与输出元件108的横切面200图。半导体基板202包含浅槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)204结构。栅极结构的形成是借着形成栅极氧化物206于半导体基板202的表面上，并沉积多晶硅层以蚀刻成为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide Field-Effect-Transistor，MOSFET)的多晶硅栅极208，而成为此扩散输出元件108。然后植入形成低掺杂漏极(Low Doped Drain，LDD)210，(和源极)的掺杂。沉积氧化物，并以各向异性蚀刻来定义多晶硅栅极208上的侧壁间隙壁212。残留于非接触区域的氧化层214，例如发光二极管102区域，用以保护所有接触面不让金属沉积于其上。额外掺杂216被植入于侧壁间隙壁212与浅槽隔离层204间作为自对准接面，其目的是为了让源极和漏极与低掺杂漏极210间具有良好接触。植入适当掺杂并扩散以形成发光二极管102。在此例子中，金属是以钴来沉积，并合金化以形成一层硅化钴用以在侧壁间隙壁212与浅槽隔离层204间，于源极和漏极以及于多晶硅栅极208上形成自对准接触区域218。然后将额外金属自氧化物区域以蚀刻移除。
沉积氮氧化硅蚀刻终止层220。此蚀刻终止层220可保护此接触区域不被后续工艺中的蚀刻氧化层影响。
然而，因为此为光学元件，每一蚀刻终止层220的光传输特性都必须考虑。参照图1所示，于输出元件108的区域中，光传输质量并不需考虑，但氮氧化硅的蚀刻功能是必要的。而于光二二极管102所在的感测区域中，光转换效率和光谱响应都很重要。此蚀刻终止层220会干扰光线，大部分是于红光或蓝光波长的穿透，进而干扰其转换的效率。因此，形成额外的光刻掩膜，用以蚀刻移除特定区域中的蚀刻终止层220来曝露发光二极管102。光刻掩膜图形的预定边缘222是置于浅槽隔离层204上，以使位于浅槽隔离层204边缘的发光二极管102全部区域的实质部分未被此蚀刻终止层220所覆盖。此结构能允许光图像到达发光二极管102而不会被蚀刻终止层的光特性所阻碍。而特定优点是，蓝光信号响应增加百分之二十，且红光信号响应增加百分之五，而绿光的信号响应并没有改变。感测区域的开口是与传感器的尺寸有关。而开口可小于此传感器的尺寸。若开口被做的过大，则会曝露此硅化钴的接触区域，而发生腐蚀接触区域的情形。
在一般的例子中集成电路结构是连续的。沉积未掺杂硅玻璃224(Undoped Silicon Glass，USG)或其它非反应性透明保护材料，来防止硅化钴受污染。未掺杂硅玻璃224的保护层是相当重要的，尤其当传感器的开口是相对大时，可藉以避免金属污染。未掺杂硅玻璃224的厚度约为200到700埃。除此之外，可形成多层未掺杂硅玻璃来避免曝露硅化钴的表面区域。于此实施例中，通过使用次气压硼玻璃(Sub Atmosphere BoronPhospho，SABP)的四乙氧基硅烷(Tetraethoxy Silane，TEOS)工艺来形成未掺杂硅玻璃层224，接着于650度下进行约半小时的硼磷硅玻璃(Boro-Phospho-Silicate-Glass，BPSG)热流后，再进行增强型等离子TEOS工艺。
接着，形成重掺杂硼及磷的厚顶部玻璃层226。为了要增进后续的金属化处理工艺，厚顶部玻璃层226的顶部表面228通过化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish，CMP)来进行平坦化。在光光刻步骤后，蚀刻穿过厚顶部玻璃层226、未掺杂硅玻璃224而到达位于侧壁间隙壁212与浅槽隔离层204间自对准接触区域的硅化钴218，并到达多晶硅栅极208的硅化钴218中，来形成接触用的导通孔230，。并利用传统金属处理工艺来填满导通孔230以形成电连结。于充满金属的导通孔和顶玻璃表面上沉积金属层，并图案化此金属层来形成多种金属线连结232。亦可使用额外的金属层。
通过移除集成电路上光传感器的蚀刻终止层，同时于集成电路芯片的逻辑部分上形成相同的蚀刻终止层，可获得改善的光谱传输且不会影响生产工艺的精确度。
虽然本发明已以一较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (16)
1.一种形成至少一个具有改善灵敏度的图像传感器和至少一个晶体管元件的方法，其特征是包含：
形成该晶体管元件的栅极结构；
同时形成氧化层于该栅极结构以及预定区域的顶部，其中该图像传感器与该晶体管元件间以隔离结构分离；
通过掺杂该预定区域形成该图像传感器，；
形成至少一个接触区域；
形成蚀刻终止层来覆盖该接触区域；
移除在该预定区域的至少一部分蚀刻终止层来曝露出该图像传感器；以及
使用至少一层透明保护层来覆盖该图像传感器和该晶体管元件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是还包含使用具平坦表面的顶部玻璃层来覆盖该保护层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是还包含形成通过该透明保护层和该蚀刻终止层到该接触区域的电连结。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是该蚀刻层包含氮氧化硅。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是该隔离区域是浅槽隔离结构。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是该接触区域包含硅化钴。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是该保护层是未掺杂硅玻璃。
8.一种形成至少一个具有改善灵敏度的图像传感器和至少一个晶体管元件的方法，其特征是包含：
形成至少一部分的该晶体管元件于基板上；
通过掺杂预定区域形成该图像传感器，其中该预定区域和该晶体管元件间隔最小预定距离；
形成蚀刻终止层来覆盖该晶体管元件的接触区域；
移除该预定区域中的至少一部分的该蚀刻终止层来曝露出该图像传感器；以及
使用至少一层透明保护层来覆盖该图像传感器和该晶体管元件。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是还包含使用具平坦表面的顶玻璃层来覆盖该保护层。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征是该图像传感器和该晶体管元件以浅槽隔离结构分离。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征是该蚀刻终止层包含氮氧化硅。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征是该接触区域包含硅化钴。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征是该保护层是未掺杂硅玻璃。
14.一种用以形成至少一个具有改善灵敏度的图像传感器和至少一个晶体管元件的方法，其特征是包含：
形成至少一部分的晶体管元件于基板上；
通过掺杂预定区域形成该图像传感器，其中该预定区域和该晶体管元件以浅槽隔离结构隔开；
形成含氮氧化硅的蚀刻终止层来覆盖该晶体管元件的接触区域；
移除于该预定区域中至少一部分的蚀刻中止层来曝露出该图像传感器；以及
使用厚度约为200埃的至少一层未掺杂硅玻璃层来覆盖该图像传感器和该晶体管元件。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包含具有使用具平坦表面的顶部玻璃层来覆盖该保护层。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征是该接触区域包含硅化钴。
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