专利名称：具有改进的灵敏度的图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及图像传感器器件的结构及其制造方法。更特别地，本发明涉及具有铜互连(interconnection)和改进的灵敏度的图像传感器器件及其制造方法。
背景技术：
半导体图像检测器件广泛用于在诸如数码相机、摄像放像机、打印机、扫描仪等的各种应用中捕捉图像。半导体图像检测器件包括捕捉光学信息并将光学信息转换成电信号的图像传感器，所述电信号然后被处理、存储、以及其它操作从而得到所捕捉的图像在显示器或印刷介质上的投影。有两种类型的图像传感器器件被广泛使用电荷耦合器件(CCD)类型和CMOS图像传感器(CIS)类型。CCD传感器以低噪声和器件一致性工作，但与CIS类型相比通常要求较高能耗和较低速的操作。当图像传感器用于便携式电子装置例如具有集成相机的手持电话中时，较低能耗和较高速度性能是重要的因素。在这样的应用中，CIS是比CCD优选的图像传感器。
随着诸如PDA和手持电话的电子装置变得更加轻便且越来越多的特性被包括在该电子装置中，存在使图像传感器器件更小但互连的数量更多的压力。
传统上在集成电路(IC)行业中铝被用作制造IC器件中的电互连的金属；然而，通常难以为具有低于0.13μm的设计标准(design rule)或图案厚度的半导体器件形成铝互连。在设计标准或图案厚度低于0.13μm的应用中铜是铝的替代选择。因为铜的电阻率为约1.7μΩcm，其低于铝合金的约3.2μΩcm的电阻率和钨的大于15μΩcm的电阻率，所以铜是用作互连接触的有吸引力的材料。另外，铜比铝合金更可靠。此外，铜互连的RC延迟短于用其它金属例如铝合金得到的RC延迟。较好的电导率(conductivity)和较短的延迟减小了导电元件之间的串扰。简言之，使用铜作为互连接触导致总体改进的器件性能。然而，铜原子易于扩散到周围材料中，例如扩散到层间电介质层中，且会负面影响下面的晶体管或其它元件的电特性。
授予Lee等人的美国专利No.6861686公开了铜互连在CIS型图像传感器器件中的使用。Lee公开了使用扩散阻挡层从而防止铜扩散到周围材料中。在此引用美国专利No.6861686的公开作为参考。
图1A示出具有铜互连的传统CIS结构。如图1A所示，光转换元件52用于通过相应的光通道88、滤色器92和透镜(lens)96捕捉光信号。互连和接触例如58、59、64、78和80由铜制成。蚀刻终止层56、60、62、67、69、74和76用于防止铜扩散。通常，蚀刻终止层由SiN或SiC形成。然而，这些材料是不透明的，将阻挡光信号的通过，除非它们被从光通道88去除。层间电介质层例如61、68和77置于扩散阻挡层之间。层间电介质层还起到偏转或反射光信号的作用，且它们也被从光通道去除。间隙填充材料用于填充光通道的开口。尽管间隙填充材料当然必须是光学透明的，但是显著厚的量的间隙填充材料仍将妨碍并降低光信号到达光转换元件52的程度。
发明内容
本发明一实施例提供形成图像传感器器件的方法，包括提供具有有源像素区域和外围电路区域的衬底；在所述有源像素区域中设置多个光转换元件；在所述有源像素区域中形成多个晶体管；在所述衬底上形成多个层间电介质层，每个相邻的层间电介质层之间具有蚀刻终止层；在层间电介质内形成连接到各光转换元件的互连；通过蚀刻多个层间电介质层在所述有源像素区域中提供凹陷；提供穿过残留的多个层间电介质层的开口从而形成用于所述光转换元件的光路径；用透明材料填充所述开口；以及在所述开口之上形成滤色器和透镜，其中从所述光转换元件至所述透镜的光路径的距离短于从所述衬底至所述外围电路区域中的层间电介质的顶层的距离。
本发明的另一实施例提供一种形成图像传感器器件的方法，包括形成有源像素区域，其具有设置在衬底中的多个光转换元件；在所述有源像素区域中形成连接到各光转换元件的多个晶体管；在所述衬底上形成第一层间电介质；形成穿过所述第一层间电介质的第一金属接触；在所述第一层间电介质上形成第一蚀刻终止层；在所述蚀刻终止层上形成第二层间电介质；形成穿过所述第二层间电介质且连接到所述金属接触的第一互连；在所述第二层间电介质上形成第二蚀刻终止层；在所述第二蚀刻终止层上形成第三层间电介质、第三蚀刻终止层、以及第四层间电介质；形成穿过所述第三层间电介质的第二互连；形成第四蚀刻终止层；在所述第四蚀刻终止层上顺序沉积第五层间电介质、第五蚀刻终止层和第六层间电介质；形成穿过所述第五层间电介质的第三互连，形成第六蚀刻终止层；在所述第六蚀刻终止层上顺序沉积第七层间电介质、第七蚀刻终止层和第八层间电介质；形成穿过所述第七层间电介质的第四互连；形成钝化层；形成第一光致抗蚀剂图案，其将所述有源像素区域开口；部分蚀刻从而形成初级凹陷区域；顺序蚀刻钝化层、第八层间电介质、第七蚀刻终止层、第七层间电介质、第六蚀刻终止层、第六层间电介质、第五蚀刻终止层、以及至少部分第五层间电介质；蚀刻残留的第五层间电介质从而形成暴露第四蚀刻终止层的凹陷区域；去除所述第一光致抗蚀剂图案；形成具有与各光转换元件对应的开口的第二光致抗蚀剂图案；通过蚀刻有源像素区域的所述层间电介质结构形成第二开口；去除所述第二光致抗蚀剂图案；沉积透明填充材料；形成滤色器；在所述滤色器上形成平坦层；以及在所述平坦层上形成多个透镜。
根据本发明的供选实施例，所述第五层间电介质是其相邻的层间电介质层的约1.5倍至3倍厚。所述层间电介质可以由透明材料制成。所述填充材料可以比所述层间电介质具有更高的折射率，可以由树脂或可流动氧化物制成，可以接触光转换元件。所述第一平坦层可为约0.2μm至约0.6μm厚。除了所述第一层间电介质外，层间电介质可具有基本相同的厚度。所述互连可由铜制成。所述衬底可由硅或SOI制成。该方法还可包括在所述填充材料与所述滤色器之间的另一平坦层。
本发明的另一实施例提供一种图像传感器器件，包括衬底，其具有有源像素区域，外围电路区域围绕所述有源像素区域；多个光转换元件，其设置在所述有源像素区域中，每个光转换元件被配置来通过透镜和形成在多个层间电介质层之间的开口接收光，所述多个层间电介质层在所述衬底上形成于彼此之上；以及多个互连，其电连接到设置在所述有源像素区域内的所述光转换元件，其中所述透镜与所述光转换元件之间的距离短于所述衬底与所述外围电路区域中的顶层间电介质之间的距离。
在该图像传感器器件中，所述互连可以由铜制成。该器件还可包括设置在所述透镜与所述光转换元件之间的滤色器。
本发明的再一实施例提供一种形成图像传感器器件的方法，包括形成有源像素区域，其具有设置在衬底中的多个光转换元件；在所述有源像素区域中形成连接到各光转换元件的多个晶体管；在所述衬底上形成第一层间电介质；形成穿过所述第一层间电介质的第一金属接触；在所述第一层间电介质上形成第一蚀刻终止层；在所述蚀刻终止层上形成第二层间电介质；形成穿过所述第二层间电介质且连接到所述金属接触的第一互连；在所述第二层间电介质上形成第二蚀刻终止层；在所述第二蚀刻终止层上形成第三层间电介质、第三蚀刻终止层、以及第四层间电介质；形成穿过所述第三层间电介质的第二互连，所述第一和第二互连利用铜和周围的阻挡层形成；形成第四蚀刻终止层；在所述第四蚀刻终止层上顺序沉积第五层间电介质、第五蚀刻终止层和第六层间电介质；利用铜和周围的阻挡层形成穿过所述第五层间电介质的第三互连，形成第六蚀刻终止层；在所述第六蚀刻终止层上顺序沉积第七层间电介质、第七蚀刻终止层和第八层间电介质；利用铜和周围的阻挡层形成穿过所述第七层间电介质的第四互连；形成钝化层；形成第一光致抗蚀剂图案，其将所述有源像素区域开口；部分蚀刻从而形成初级凹陷区域；顺序蚀刻钝化层、第八层间电介质、第七蚀刻终止层、第七层间电介质、第六蚀刻终止层、第六层间电介质、第五蚀刻终止层、以及至少部分第五层间电介质；蚀刻残留的第五层间电介质从而形成暴露第四蚀刻终止层的凹陷区域；去除所述第一光致抗蚀剂图案；形成具有与各光转换元件对应的开口的第二光致抗蚀剂图案；通过蚀刻有源像素区域的所述层间电介质结构形成第二开口；去除所述第二光致抗蚀剂图案；沉积透明填充材料；形成滤色器；在所述滤色器上形成平坦层；以及在所述平坦层上形成多个透镜。
通过参照附图详细描述其优选实施例，本发明对于本领域技术人员将变得更加明显，附图中图1A示出传统图像传感器器件的横截面图；图1B示出根据本发明一实施例的图像传感器器件的横截面图；图2A-2J示出图1B所示的图像传感器器件在不同的形成阶段的横截面图；图3示出根据本发明另一实施例的图像传感器器件的横截面图；
图4A-4C示出图3所示的图像传感器器件在不同形成阶段的横截面图；图5示出根据本发明再一实施例的图像传感器器件的横截面图；图6示出图5所示的图像传感器器件在一形成阶段的横截面图；图7示出根据本发明又一实施例的图像传感器器件的横截面图；图8A-8B示出图7所示的图像传感器器件在不同形成阶段的横截面图；图9示出根据本发明又一实施例的图像传感器器件的横截面图；以及图10示出图9所示的图像传感器器件在一形成阶段的横截面图。
具体实施例方式
现在将参照附图更完整地描述本发明，附图中示出本发明的优选实施例。为清晰起见，图中放大了层的厚度和区域。相似的附图标记始终表示相似的元件。
在本发明一实施例中，提供如图1B所示的图像传感器器件。该图像传感器器件优选地是CIS型，分成公共衬底100上的有源像素区域和外围电路区域。光转换元件以及相关的互连、滤色器和透镜组件设置在有源像素区域中。外围互连、接触、隔离区域和电路焊盘(pad)形成在外围电路区域中。
图像转换元件106形成在衬底100的有源像素区域中。第一层间电介质104形成在衬底100上。第一接触102在第一层间电介质104中与光转换元件106相邻地形成。有源像素区域的层间电介质结构200包括第一、第二、第三和第四蚀刻终止层(或扩散阻挡层)108、116、120和132，以及层间电介质层110、118和124，其中层间电介质层110、118和124分别形成在相邻的第一、第二、第三和第四蚀刻终止层108、116、120和132之间。
设置在有源像素区域的层间电介质结构200中的互连114、128和130连接到各第一接触102。互连130可为一块(piece)或两块结构。接触和互连优选为铜。因此，阻挡金属层112、126a和126b形成在各互连114、128和130周围从而防止铜原子扩散到层间电介质层110、118和124中。图像传感器器件还包括形成在第二平坦层(flattening layer)186之上的微透镜组件188，第二平坦层186又形成在滤色器184之上。滤色器184形成在第一平坦层182之上。开口180与各个光转换元件106和微透镜188对齐。根据本发明的本实施例，优选地开口的底部至光转换元件106之间存在一距离。光转换元件106是能够接收光信号或能量并将光信号转换成电信号的器件。光电二极管(photodiode)和光电栅(photogate)可用作光转换元件106。
外围电路区域的层间电介质结构202包括第一部分202a和第二部分202b。第一部分202a包括分别形成在阻挡金属层127a和127b内从而防止铜原子扩散到第三层间层间电介质层118和第四层间电介质层124中的第二接触129和第二互连131。第二部分202b包括第三接触142和第三互连144、以及第四接触156和第四互连158。这些结构分别形成在阻挡金属层140a、140b、154a和154b内从而分别防止铜原子扩散到第五、第六、第七和第八层间电介质层134a、138a、148a和152a中。接触128、129、142和156可以是通孔(via)，互连130、131、144和158可以是沟槽(trench)。第五、第六和第七蚀刻终止层136a、146a和150a形成在相邻的层间电介质层之间。
焊盘164形成在钝化层160a上，钝化层160a形成在第八层间电介质层152a上。接触孔162形成在焊盘164下面钝化层160a之间。包括下互连图案103a和下互连塞(under interconnection plug)103b的下互连103也形成在外围电路区域。应注意，本发明提供铜互连可用于图像传感器器件的方法，从而允许具有低于约0.13μm的设计标准或图案厚度的图像传感器器件的制造。蚀刻终止层优选利用硅氮化物(SiN)或硅碳化物(SiC)制成。还应注意，透镜组件188与光转换元件106之间的距离短于衬底100的顶部与顶层间电介质层152a之间的距离。光学通道路径的减小的厚度产生更高的光灵敏度。
图2A至2J示出形成根据图1B的器件的方法。
参照图2A，浅沟槽隔离区域101形成在半导体衬底100中。多个光转换元件106形成在衬底100的有源像素区域中。多个晶体管(未示出)形成在有源像素区域和外围电路区域中。第一层间电介质层104形成在衬底100之上。第一层间电介质层104可以是透明材料例如硅氧化物(SiO2)。第一层间电介质层104利用公知技术被构图，例如沉积和显影光致抗蚀剂材料从而制得掩模图案，通过该掩模图案电介质材料可以被去除。电介质材料的图案通过蚀刻工艺例如等离子体蚀刻或反应离子蚀刻被去除。第一接触102通过蚀刻和沉积金属材料形成在第一层间电介质层104中。该金属材料可以是钛、钨或铜。该金属材料可以通过电镀、无电电镀、化学气相沉积、物理气相沉积或其任何组合来沉积。当使用铜时，优选使用阻挡金属层。包括下互连图案103a和下互连塞103b的下互连103形成在第一层间电介质层104的外围电路区域中。
如图2B所示，第一蚀刻终止层108形成在第一层间电介质层104全部之上。该蚀刻终止层用作扩散阻挡层从而防止铜扩散到第一层间电介质层104中。第一蚀刻终止层108可以是硅氮化物(SiN)或硅碳化物(SiC)，但SiC还可包括N或O，SiN还可包括O。第一蚀刻终止层108的厚度可为约200至约1000，优选约300至约700。然后，第二层间电介质110形成在第一层间电介质层104的全部之上。第二层间电介质层可由低k电介质材料例如SiO2或氟化硅酸盐玻璃(FSG)制成。多个第一互连114形成在第二层间电介质110的有源像素区域中。第一互连114可以是铜且利用公知的镶嵌(damascene)技术形成。第一阻挡层112围绕第一互连114形成从而防止铜扩散。用于形成第一阻挡层112的材料可以包括钽、钽氮化物或其组合，且可通过利用标准溅射方法形成。第二蚀刻终止层116形成在第二层间电介质层110之上。第二蚀刻终止层可由SiN或SiC制成。
图2C示出第三层间电介质层118形成在第二蚀刻终止层116之上，第三蚀刻终止层120形成在第三层间电介质层118之上，第四层间电介质层124形成在第三蚀刻终止层120之上。有源像素区域中的第二接触128和外围电路区域中的第二接触129形成在第三层间电介质层118中，有源像素区域中的第二阻挡层126a和外围电路区域中的第二阻挡层127a形成在所述接触的各外表面周围。类似地，有源像素区域中的第二互连130和外围电路区域中的第二互连131形成在第四层间电介质层124中，其对应的第二阻挡层126b和127b形成在其各外表面周围。接触128和129是通孔，互连130和131是沟槽，它们分别连接。互连128、129、130和131可由铜制成。
通过首先在各层间电介质层和蚀刻终止层中形成后来被蚀刻的虚设孔和沟槽(dummy hole and trench)(未示出)，利用公知的镶嵌技术来完成接触和互连的形成。该工艺中的铜层可通过首先利用溅射沉积铜籽层(seedlayer)，然后电镀来形成。其它方法例如无电电镀、化学气相沉积、物理气相沉积或其组合可用于形成铜层。第二阻挡层126a、126b、127a和127b可由钽、钽氮化物或其组合制成且用于防止铜扩散。第四蚀刻终止层132形成在第四层间电介质层124上。
参照图2D，第五层间电介质层134、第五蚀刻终止层136和第六层间电介质层138顺序沉积在第四蚀刻终止层132上。第三接触142形成在第五层间电介质层134的外围电路区域中，同时互连144形成在第六层间电介质层中且位于第三接触142之上并与之连接。第六蚀刻终止层146、第七层间电介质层148、第七蚀刻终止层150、第八层间电介质层152顺序沉积在第六层间电介质层138上。第四接触156形成在第七层间电介质层148的外围电路区域中，同时互连158形成在第八层间电介质层中从而位于第四接触156之上并与之连接。接触142和156是通孔，互连144和158是分别连接的沟槽。第三阻挡层140a和140b分别覆盖第三接触142和第三互连144。第四阻挡层154a和154b分别覆盖第四接触156和第四互连158。钝化层160形成在第八层间电介质层152之上。在图1B的实施例中，第五层间电介质层134是其它层间电介质的约1.5倍至3倍厚。
如图2E所示，形成接触孔162用于连接焊盘164和第四互连158。形成焊盘164的一种方法是通过光刻工艺。用于焊盘的金属例如铝是优选的。
如图2F所示，第一光致抗蚀剂图案166形成在焊盘164之上和其周围，从而利于将有源像素区域开口。然后进行部分蚀刻从而在有源像素区域形成初级入口区域(preliminary access region)168。通过顺序蚀刻钝化层160、第八层间电介质层152、第七蚀刻终止层150、第七层间电介质层148、第六蚀刻终止层146、第六层间电介质层136和部分第五层间电介质层134来进行部分蚀刻。优选地，通过层160a、152a、150a、148a、146a、138a、136a和134的蚀刻，在初级入口区域168中形成倾斜壁。倾斜壁便于后续处理步骤更容易进行。
如图2G所示，残余的第五层间电介质层134被蚀刻从而形成凹陷区域170，优选具有倾斜壁。凹陷区域170在有源像素区域中提供开口从而暴露第四蚀刻终止层132。第四蚀刻终止层132具有从约1∶10至约1∶15的高选择性蚀刻条件。如果第五层间电介质层134是FSG且第四蚀刻终止层132是SiN，那么蚀刻气体C4F8、Ar和O2、或其组合可更好地控制蚀刻选择性。然后去除第一光致抗蚀剂图案166。
如图2H所示，第二光致抗蚀剂图案176形成在外围区域上并选择性地形成在有源像素区域中互连和接触之上，且跳过光转换元件106之上的区域。然后，通过蚀刻有源像素区域的包括接触114、接触128和互连130的层间电介质结构200，形成光转换元件106之上的第二开口(孔(cavity))178。开口的底部距光转换元件106具有通过第一层间电介质层104分隔开的一距离。然后去除第二光致抗蚀剂图案176。
如图2I所示，透明填充材料180沉积在孔开口178中。透明填充材料180优选比其它层间电介质层具有更高的折射率，从而防止光到外部环境的损失并防止光穿透到相邻像素中。例如，如果第五层间电介质层134是具有1.4的折射率的FSG，那么填充材料应具有大于1.4的折射率。填充材料180可以是树脂或可流动的氧化物。
如图2J所示，第一平坦层182形成在透明填充材料180和第四蚀刻终止层132上。第一平坦层182可具有从约0.2μm至约0.6μm的厚度。
参照图1B，可由含颜色例如红、蓝或绿的光致抗蚀剂材料形成的滤色器184形成在第一平坦层182上。第二平坦层186形成在滤色器184上。然后透镜组件188形成在第二平坦层186上。透镜组件188优选地成形为例如中凸向上，从而增强传播入射在透镜组件188上并穿过滤色器和光通道导向光转换元件106的光信号。光信号被光转换元件106接收并被转换成电信号。
从上述工艺可以看出，光信号从透镜组件188到光转换元件106的传播距离被最小化，或者无论如何短于图像传感器器件在焊盘164处的顶部与衬底100之间的距离或厚度。该工艺产生图像传感器器件，其具有更高的光灵敏度、更高的密度例如等于或低于0.13μm的设计标准，且具有减小的串扰。
图3示出本发明的另一实施例。该实施例包括与图1B的实施例的工艺类似的工艺，除了第五层间电介质层250a的厚度以外。在此实施例中，第五层间电介质层250a具有与其它层间电介质层110、118、124、138a、148a和152a的厚度基本相同的厚度。
图4A至4C示出形成根据图3的器件的方法。除了第五层间电介质层250a的厚度以外，形成层间电介质结构、蚀刻终止层，到形成焊盘的工艺与上面关于图1B的实施例的描述相同。如图4A所示，通过蚀刻钝化层160和第八层间电介质层152a，形成第一初级凹陷区域(preliminary recess region)252。图4B示出第七蚀刻终止层150a的蚀刻从而形成第二初级凹陷区域254。图4C示出残留的第五层间电介质层250a被蚀刻从而形成凹陷区域170，其提供有源像素区域中的开口从而暴露第四蚀刻终止层132。与图1B的实施例相比，通过减小第五层间电介质层250a的厚度，从透镜组件188至光转换元件106的光路径的总厚度进一步减小。
图5示出本发明的再一实施例。特别地，滤色器184的位置相对于图1B和图3的实施例被改变。此实施例不包括第一平坦层182的形成。
图6示出用于形成根据图5的器件的方法。特别地，滤色器184直接形成在透明填充材料180和第四蚀刻终止层132上。
图7示出本发明的又一实施例。在此实施例中，有源像素区域的层间电介质结构不同于图1B、3和5的实施例的层间电介质结构。特别地，有源像素区域的层间电介质结构210包括第一、第二、第三、第四和第五蚀刻终止层(分别为108、116、120、132和136)以及第二、第三、第四、第五和第六层间电介质层(分别为110、118、124、250和138)。
图8A和8B示出用于形成根据图7的器件的方法。特别地，图8A示出初级凹陷区域310通过蚀刻钝化层160和有源像素区域的层间电介质结构的一部分而形成。图8B中，形成光致抗蚀剂图案176，其在各光转换元件106的每个上具有开口。第二开口(孔开口)302通过蚀刻有源像素区域的层间电介质结构210而形成。该层间电介质结构210包括接触114、接触128和互连130。该开口的底部距光转换元件具有由第一层间电介质层104分隔开的一距离。然后去除第二光致抗蚀剂图案176。
图9示出本发明的再一实施例。此实施例类似于图1B、3、5和7的实施例，除第二开口(孔开口)352的底部至光转换元件106的距离之外。在此实施例中，第二开口352的底部与相应的光转换元件106直接接触。
图10示出用于形成根据图9的器件的方法。特别地，图10示出蚀刻有源像素区域的层间电介质结构从而暴露光转换元件106。
这里已经公开了本发明的优选实施例，尽管使用了特定的术语，但它们只在普通和描述的意义上使用和理解，而不是用于限制目的。因此，本领域普通技术人员将理解，在不脱离权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种形成图像传感器器件的方法，包括提供具有有源像素区域和外围电路区域的衬底；在所述有源像素区域中设置多个光转换元件；在所述有源像素区域和所述外围电路区域中(或所述衬底上)形成多个晶体管；在所述衬底上形成多个层间电介质层，每个相邻的层间电介质层之间具有蚀刻终止层；在所述层间电介质内形成连接到各光转换元件的互连；通过蚀刻多个层间电介质层在所述有源像素区域中提供凹陷；提供穿过残留的多个层间电介质层的开口从而形成用于所述光转换元件的光路径；用透明材料填充所述开口；以及在所述开口之上形成滤色器和透镜，其中从所述光转换元件至所述透镜的光路径的距离短于从所述衬底至所述外围电路区域中的层间电介质的顶层的距离。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述层间电介质层中的至少一层由透明材料制成。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述透明材料具有比所述层间电介质的折射率更高的折射率。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述透明材料由树脂和可流动氧化物中的一种制成。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述互连由铜制成。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述互连被阻挡层围绕。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述透明材料接触所述光转换元件。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述透镜与所述光转换元件之间存在至少四层层间电介质，且至所述图像传感器器件的顶部存在至少三层额外的层间电介质。
9.如权利要求1所述的方法，其中倾斜壁通过层间电介质层的蚀刻形成在所述有源像素区域中所述凹陷中。
10.一种形成图像传感器器件的方法，包括形成有源像素区域，其具有设置在衬底中的多个光转换元件；在所述有源像素区域中形成电连接到各光转换元件的多个晶体管；在所述衬底上形成第一层间电介质；形成穿过所述第一层间电介质的第一金属接触；在所述第一层间电介质上形成第一蚀刻终止层；在所述蚀刻终止层上形成第二层间电介质；形成穿过所述第二层间电介质且连接到所述金属接触的第一互连；在所述第二层间电介质上形成第二蚀刻终止层；在所述第二蚀刻终止层上形成第三层间电介质、第三蚀刻终止层、以及第四层间电介质；形成穿过所述第三层间电介质的第二互连，形成第四蚀刻终止层；在所述第四蚀刻终止层上顺序沉积第五层间电介质、第五蚀刻终止层和第六层间电介质；形成穿过所述第五层间电介质的第三互连，形成第六蚀刻终止层；在所述第六蚀刻终止层上顺序沉积第七层间电介质、第七蚀刻终止层和第八层间电介质；形成穿过所述第七层间电介质的第四互连；通过蚀刻层间电介质层和蚀刻终止层在所述有源像素区域中形成凹陷区域从而暴露所述第四蚀刻终止层；通过选择性蚀刻所述光转换元件之上的所述层间电介质层和所述蚀刻终止层形成与所述光转换元件对应的开口；在所述开口中沉积透明填充材料；形成滤色器；在所述滤色器上形成平坦层；以及在所述平坦层上形成多个透镜。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第五层间电介质是其相邻层间电介质的约1.5倍至3倍厚。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述第一层间电介质由透明材料制成。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述填充材料比所述层间电介质具有更高的折射率。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述填充材料由树脂和可流动氧化物中的一种制成。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述第一平坦层为约0.2μm至约0.6μm厚。
16.如权利要求10所述的方法，其中除了所述第一层间电介质之外所述层间电介质层具有基本相同的厚度。
17.如权利要求10所述的方法，还包括在所述填充材料与所述滤色器之间形成平坦层。
18.如权利要求10所述的方法，其中所述互连由铜制成。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述互连被阻挡金属层围绕。
20.如权利要求10所述的方法，其中所述填充材料接触所述光转换元件。
21.如权利要求10所述的方法，其中所述衬底由硅或SOI制成。
22.如权利要求10所述的方法，其中所述形成所述凹陷区域的步骤包括形成倾斜壁。
23.一种图像传感器器件，包括衬底，其具有有源像素区域和外围电路区域；多个光转换元件，其设置在所述有源像素区域中，每个光转换元件配置为通过透镜和形成在多个层间电介质层之间的开口接收光，所述多个层间电介质层在所述衬底上形成于彼此之上；以及多个互连，其电连接到设置在所述有源像素区域内的所述光转换元件，其中所述透镜与所述光转换元件之间的距离短于所述衬底与所述外围电路区域中层间电介质的顶层之间的距离。
24.如权利要求23所述的器件，其中所述互连由铜制成。
25.如权利要求24所述的器件，其中所述互连中的每个被阻挡金属层围绕。
26.如权利要求23所述的器件，还包括设置在所述透镜与所述光转换元件之间的滤色器。
27.如权利要求23所述的器件，其中在所述透镜与所述光转换元件之间存在至少四层层间电介质且至所述图像传感器器件的顶部存在至少额外的三层层间电介质。
28.如权利要求23所述的器件，其中所述开口被填充以光透明材料。
29.如权利要求28所述的器件，其中所述开口中的所述光透明材料直接接触所述光转换元件。
30.如权利要求23所述的器件，其中所述层间电介质中的至少一层比层间电介质的其它层厚。
31.一种图像传感器器件，包括有源像素区域，其具有设置在衬底中的多个光转换元件；第一层间电介质，其形成在所述衬底上；第一金属接触，其穿过所述第一层间电介质形成；第一蚀刻终止层，其形成在所述第一层间电介质上；第二层间电介质，其形成在所述第一蚀刻终止层上；第一互连，其穿过所述第二层间电介质形成且电连接到所述金属接触；第二蚀刻终止层，其形成在所述第二层间电介质上；第三层间电介质、第三蚀刻终止层、以及第四层间电介质，其形成在所述第二蚀刻终止层之上；第二互连，其穿过所述第三层间电介质形成；第四蚀刻终止层，其形成在所述第四层间电介质上；外围电路区域，其与所述有源像素区域相邻地设置，所述外围电路区域包括至少两层额外的层间电介质，所述层间电介质置于两蚀刻终止层之间；多个开口，其在所述光转换元件之上，所述开口被填充以光透明材料；多个滤色器，其设置在所述开口之上。平坦层，其形成在所述滤色器上；以及多个透镜，其形成在所述平坦层上。
32.如权利要求31所述的器件，其中所述互连由铜制成。
33.如权利要求32所述的器件，其中所述互连中的每个被阻挡金属层围绕。
34.如权利要求31所述的器件，其中所述开口中的所述光透明材料直接接触所述光转换元件。
35.如权利要求31所述的器件，其中所述层间电介质层中的至少一层厚于层间电介质的其它层。
36.如权利要求31所述的器件，还包括形成在所述填充材料与所述滤色器之间的平坦层。
37.如权利要求31所述的器件，其中所述层间电介质层中的至少一层由透明材料制成。
38.如权利要求31所述的器件，其中所述光透明材料具有比所述层间电介质的折射率高的折射率。
39.如权利要求31所述的器件，其中所述外围电路区域中的第一额外层间电介质比其相邻的层间电介质具有更大的厚度。
全文摘要
本发明涉及具有改善的灵敏度的图像传感器及其制造方法。该图像传感器包括衬底，其具有有源像素区域，外围电路区域围绕所述有源像素区域；多个光转换元件，其设置在所述有源像素区域中，每个光转换元件配置为通过透镜和形成在多个层间电介质层之间的开口接收光，所述多个层间电介质层在所述衬底上形成于彼此之上；以及多个互连，其电连接到设置在所述有源像素区域内的所述光转换元件，其中所述透镜与所述光转换元件之间的距离短于所述衬底与所述外围电路区域中的顶层间电介质之间的距离。
文档编号H01L21/768GK1828868SQ200610007030
公开日2006年9月6日 申请日期2006年2月14日 优先权日2005年2月14日
发明者吴泰锡, 李德珉, 李准泽 申请人:三星电子株式会社