图像传感器及其制造方法

专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明总的来说涉及一种图像传感器，更具体地，涉及一种改 良的图像传感器及其制造方法。
背景技术：
图像传感器是用来将光学图像转换为电信号的半导体器件。图 像传感器可以分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或者CMOS 图像传感器。CMOS图像传感器通过在单位像素中形成光电二极管 和MOS晶体管来4吏用开关方式(switching mode )顺序才企测每个单 位像素(unitpixel)的电信号以实现图像。这样的CMOS图像传感 器具有一种结构，在该结构中用于接收和将光信号转换为电信号的 光电二极管区和用于处理该电信号的晶体管水平地布置在半导体 衬底上和/或上方。按照水平CMOS图像传感器，在衬底上和/或上 方水平地形成相互邻近的光电二极管和晶体管，从而要求用于形成 光电二极管的额外区域。

发明内容
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该图像传感 器及其制造方法可以提供晶体管电路与光电二极管的垂直集成。本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该图像传感
器及其制造方法4吏分辨率(resolution)和灵壽丈度(sensitivity)都最 大化。
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该图像传感 器及其制造方法通过晶体管电路与光电二极管的垂直集成可以获 得100%的填充系数(fill factor )。
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该图像传感 器及其制造方法通过垂直集成可以在相同的^象素尺寸下最大化灵 敏度。
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该图像传感 器对于各个单位像素都具有复杂的电路，但不降低灵敏度。
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，当实现光电 二极管的单位像素时，该图像传感器及其制造方法通过增加单位像 素中的光电二极管的表面区域来最大化光壽文度(light sensitivity )。
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，当采用垂直 型光电二极管时，该图像传感器及其制造方法提高了随后的工艺步 骤(process steps )。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器可以包括下 列中的至少一个包括像素区和外围电路区的半导体衬底；在像素 区和外围电路区上和/或上方布置的包括金属布线的层间绝缘膜；在 像素区的层间绝缘膜上和/或上方设置的光电二极管和上部电极; 在包括上部电极和外围电路区的层间绝缘膜的半导体衬底上和/或 上方设置的保护层，该保护层在与光电二极管的侧壁相对应的区域 中具有》皮a犬部分；通道孑L ( via hole )， it通il孑L ( via hole ) i殳置在保护层上和/或上方以便选择性地暴露上部电极以及外围电路区的
金属布线；以及在包括通道孔的保护层上和/或上方设置的上部布 线。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器可以包括下 列中的至少一个包括像素区和外围电路区的半导体衬底；在像素 区和外围电路区上方形成的包括下部金属布线的层间绝缘膜；下部 电极，形成在层间绝缘膜上方的像素区中并电连接至在像素区中形 成的下部金属布线；在层间绝^彖月莫和下部电才及上方的^f象素区中形成 的光电二极管；在光电二极管上方的像素区中形成的上部电极；在 包括上部电极和层间绝缘膜的半导体衬底上方的像素区和外围电 ^各区中形成的<呆护层，该^f呆护层在与光电二4及管的侧壁相对应的区 i或中具有》皮状部分；通道孔，该通道孔形成在4呆护层中以暴露上部 电极和外围电路区中的下部金属布线；以及在包括通道孔的保护层 上方形成的上部布线。
本发明实施例涉及 一 种制造图4象传感器的方法，该方法可以包 括下列步骤中的至少之一在半导体衬底上和/或上方形成像素区和 外围电路区；在像素区和外围电路区上和/或上方形成包括多个金属 布线的层间绝缘膜；在像素区的层间绝缘膜上和/或上方形成光电二 极管和上部电极；在包括上部电极和外围电路区的层间绝缘膜的半 导体4于底上和/或上方形成^f呆护层(protective layer)以4吏该4呆护层 在与光电二极管的侧壁相对应的区域中具有坡状部分；在保护层中 形成通道孔以便选择性地暴露上部电极和外围电路区的金属布线； 以及然后在包括通道孔的保护层上和/或上方形成上部布线。
本发明实施例涉及一种装置，该装置可以包括下列中的至少一 个具有像素区和外围电^各区的半导体衬底；在〗象素区和外围电^各 区中形成的层间绝缘膜；贯穿像素区和外围电路区中的层间绝缘膜 形成的下部金属布线；下部电才及，该下部电4及形成在层间绝缘膜上方的像素区中并电连接至下部金属布线；在层间绝缘膜和下部电极 上方的像素区中形成的光电二极管，该光电二极管包括在下部电极 上方形成的本4正层(intrinsic layer)以及在本4正层上方形成的导电 层(conducting layer);在光电二极管上方的像素区中形成的上部电 极；在上部电极上方的像素区中和在层间绝缘膜上方的外围电路区 中形成的保护层；在保护层中形成的第一通道孔，该第一通道孔暴 露部分上部电极；在保护层中形成的第二通道孔，该第二通道孔暴 露外围电路区中的下部金属布线；以及上部布线，该上部布线形成 在包括通道孔的保护层上方并电连接至上部电极和下部金属布线。
本发明实施例涉及 一 种制造图像传感器的方法，该方法可以包 括下列步骤中的至少之一设置具有像素区和外围电路区的半导体 衬底；在像素区和外围电路区中的半导体衬底上方形成层间绝缘 膜，该层间绝缘膜包括贯穿层间绝缘膜的多个下部金属布线；形成 下部电极，该下部电极形成在层间绝缘膜上方的像素区中并电连接 至在像素区中形成的下部金属布线；同时在层间绝缘膜上方的像素 区中形成上部电才及和在层间绝^彖月莫和下部电4及上方的<象素区中形 成光电二极管；在包括上部电极和外围电i 各区中的层间绝缘膜的半 导体衬底上方形成保护层，其中该保护层在与光电二极管的侧壁相 对应的区域中具有坡状部分；在保护层中形成通道孔以便暴露上部 电极和外围电路区中的金属布线；以及然后在包括通道孔的保护层 上方形成上部布线。


实例图1至图18示出根据本发明实施例的图像传感器及制造 图像传感器的过程。
具体实施例方式
如实例图1至图7所示， 一种根据本发明实施例的制造图像传 感器的方法可以包4舌在半导体4t底100上和/或上方形成第一层间 绝缘膜111和第二层间绝缘膜112，其中第一层间绝缘膜111和第 二层间绝缘膜112各自包括金属布线121和金属布线122。半导体 衬底100包括像素区A和外围电路区B。在像素区A中，晶体管电 3各可以形成在单位4象素中以 <更连接至随后形成的光电二极管并将 接收到的光电荷(optical charge)转换为电信号。例如，晶体管电 路可以是3Tr、 4Tr和5Tr中的任意一种。在外围电路区B中，晶体 管电3各可以;故形成用来顺序4全测〗象素区A中的每个单位l象素的电 信号以实现图像。在像素区A和外围电路区B上和/或上方可以形 成第一层间绝缘膜111、第二层间绝缘膜112、金属布线121和金属 布线122，以使它们连接至电源线或者信号线。第一层间绝缘膜lll 和第二层间绝血彖月莫112可以由多个层形成。
多个金属布线121和金属布线122可以-故形成穿透第一层间绝 缘膜111和第二层间绝缘膜112。形成于像素区A中的金属布线121 被形成用于每一个单位像素，以连接晶体管电路和光电二极管。形 成外围电路区B的金属布线122以使金属布线122连接至晶体管电 路。层间绝缘膜111和层间绝缘膜112可以由氧化膜或者氮化膜形 成。金属布线121和金属布线122可以由各种导电材料形成，其中 导电材料包括金属、金属合金或者硅化物，也就是铝、铜、钴或鵠。
在<象素区A的金属布线121上和/或上方形成下部电才及130。下 部电才及130可以由诸如Cr、 Ti、 TiW和Ta的金属形成。因此，下 部电极130可以电连接至金属布线121,该金属布线121被形成用 于每个单#^象素。当然，可以不形成下部电才及130。也可以在外围 电3各区B的金属布线122上形成下部电才及130。在包括下部电极130的层间绝缘膜111上和/或上方形成光电二 -fe管层140 。光电二才及管层140还形成在外围电if各区B的第二层 间绝乡彖膜112上和/或上方以接收来自外部的入射光，将该入射光转 换为电信号并存储该电信号。为了这个目的，可以使用IP二极管。 IP 二极管由一种结构形成，在该结构中金属、本征非晶硅层(intrinsic amorphous silicon layer )和P型非晶硅层被联结在一起。IP 二极管 是具有一种结构的光二极管(optical diode),在该结构中，为纯半 导体(pure semiconductor )的本征非晶硅层被联结在P型硅层和金 属之间。在P型硅层和金属之间形成的整个本征非晶硅层成为损耗 区(depletion region),其有矛J于电荷(electrical charge)的产生和 存储。根据本发明实施例，IP二极管被用作光电二极管，而该二极 管的结构可以是P-I-N结构、N-I-P结构或I-P结构。才艮据本发明实 施例，本征非晶硅层将被称为本征层，而P型非晶硅层将被称为导 电型导电层。参照实例图1和图2，将更详细地描述光电二极管140 的形成。
如实例图1所示，在包括下部电极130的层间绝缘膜111和层 间绝缘膜112上和/或上方形成包括本征层I和导电型导电层P的光 电二极管层140。例如，在包括下部电极130的层间绝缘膜111和 层间绝乡彖膜112上和/或上方形成本征层I 。才艮据本发明实施例，本 征层I可以用作I-P 二极管的本征层。本征层I可以由本征非晶硅 组成，并通过化学气相沉积(CVD)、 PECVD或者类似工艺形成。 例如，可以^吏用石圭烷气(silanegas) ( SiH4 )或类似物通过PEVCD 以一定的厚度来由非晶硅形成本征层I ,其中上述一定的厚度在比 导电型导电层P的厚度大大约10倍至1000倍之间的范围内。存在 厚度差异是因为本征层I的厚度越大，PIN二极管的损耗区就越大， ,人而〗吏其有利于存^f诸和产生大量的光电荷。此外，可以在形成本4正 层I之前形成n型导电型导电层。然后，在包括本征层I的半导体衬底100上和/或上方形成导电
型导电层p。 4艮据本发明实施例，导电型导电层p可以用作I-p 二 极管的p层。意味着，导电型导电层p可以是p型导电型导电层， 但是不限于此。例如，可以使用p掺杂非晶硅来形成导电型导电层
P，但是不限于此。导电型导电层P可以通过化学气相沉积(CVD)、 PECVD或类似工艺来形成。例如，可以 <吏用气体混合物通过PEVCD 来由P掺杂非晶硅形成导电型导电层P,其中气体混合物为诸如BH3 和B2H6中的至少一种与硅烷气(SiHU)的混合。
然后在由本征层I和导电型导电层P组成的光电二极管层140 上和/或上方形成上部电才及层150。上部电才及层150可以由具有突出 的光传l命性(light transmission )和高导电性的透明电才及形成。例如， 上部电才及层150可以由铟锡氧4b物(indium tin oxide ) (ITO )、 4鬲4易 氧化物(cadmium tin oxide ) ( CTO )和氧化锌(Zn。2 )中的任意一 种形成。然后在上部电才及层150上和/或上方形成相应于<象素区A 的光刻月交图样500。
如实例图2所示，然后使用光刻胶图样500作为刻蚀掩膜来刻 蚀光电二极管层140和上部电极层150，从而仅在像素区A中同时 形成光电二极管140和上部电极151，而暴露外围电路区B中的金 属布线122和层间绝缘膜112。如上提到的，像素区A和光电二极 管140形成垂直集成，从而使光电二极管140的填充系数达到100% 的级另'J。由于光电二才及管140和上部电才及151形成在l象素区A中的 层间绝纟彖力莫111上和/或上方，所以在上部电才及151的最上表面与外 围电3各区B中的层间绝》彖膜112的最上表面之间产生梯状部分 (stepped portion ) D。 jt匕夕卜，上部电才及151和光电二才及管140的侧 壁可以与外围电3各区B中的层间绝纟彖膜112的最上表面形成直角或 者锐角。根据本发明实施例，与光电二极管140的侧壁和层间绝缘 月莫112的最上表面4妄触的拐角区(corner region )形成梯状部分。当 产生了梯状部分，则在通过随后的工艺形成上部布线180时，4艮难在该梯状部分中沉积金属材料。尤其是，在形成过程中上部布线180 可能发生中断(interruption )。根据本发明实施例，为了避免这种情 况，在光电二才及管140和上部电才及151的侧壁上形成隔离寸牛 (spacer )。
如实例图3所示，在包括光电二才及管140和上部电才及151的层 间绝缘膜111和层间绝缘膜112上和/或上方形成绝缘层160。绝缘 层160可以由氧化月莫、氮化月莫和氮化物氧4匕物月莫(nitride oxide film ) 中的4壬意一种来形成。通过PVD工艺，绝乡彖层160可以在大约50°C 至250°C之间范围内的温度下由低温氧化膜形成。因为绝》彖层160 形成在包括上部电极151的整个层间绝缘膜112上和/或上方，所以 该绝纟彖层160以均匀的厚度形成在上部电才及151和光电二才及管140 的侧壁上和/或上方。因此，绝*彖层160可以具有与上部电才及151和 外围电3各区B的层间绝纟彖膜112成比例的4弟状部分。
如示例图4所示，通过在绝纟彖层160的整个表面上实施刻蚀工 艺，在光电二才及管140和上部电极151的侧壁上形成隔离件161。 例如，通过^f吏用CxFy气体的等离子刻蚀(plasma etching )可以形成 隔离件161。由于通过在绝缘层160的整个表面上实施刻蚀工艺来 形成隔离件161，所以该隔离件161朝着上部电才及151和光电二才及 管140的下部的方向可以具有更宽的区i^，以1更形成具有i皮状 (sloped shape )。因此，隔离件1"的》皮状侧壁表面I63可以与外 围电路区B中的层间绝缘膜112的最上表面形成具有钝角。隔离件 161只在光电二极管140和上部电极151的侧壁上形成，以便暴露 外围电路区B中的金属布线122和层间绝^彖膜112。
如实例图5所示，在包4舌光电二才及管140、上部电才及151和隔 离件161的层间绝缘膜111和层间绝缘膜112上和/或上方形成保护 层170。保护层170可以由与隔离件161相同的材料来形成。例如， 通过PVD工艺，保护层170可以在大约50°C至250。C之间范围内的温度下由低温氧化膜形成。可以形成保护层170以使其在包括上 部电极151和隔离件161的层间绝缘膜111和层间绝缘膜112上和/ 或上方具有均匀的厚度。保护层170可以^皮形成具有在〗象素区A中 形成的第一部分，在外围电路区B中形成的第二部分和将第一和第 二部分相互连4妄的第三部分。因为保护层170的第一部分形成在上 部电4及151上和/或上方，所以4呆护层170的第一部分的最上表面所 在的平面位于保护层170的第二部分的最上表面所在的平面之上。 此外，由于在隔离件161上和/或上方形成的保护层170的第三部分 沿着隔离件161的i皮状侧壁表面163形成，所以该第三部分形成为 i皮状部分173。 ^呆护层170的;皮状部分173可以:故形成具有比隔离 件161的i皮状侧壁表面163小的i皮度。
如实例图6所示，在保护层170中形成用于暴露上部电极151 和金属布线122的第一通道孔171和第二通道孔172。第一通道孔 171选4奪性地暴露上部电极151的表面，而第二通道孔172暴露外 围电路区B的金属布线122。在保护层170上和/或上方形成光刻胶 图样之后，可以通过刻蚀工艺来选"t奪性地形成第一通道孔171和第 二通道孑L 172。
如实例图7所示，然后在包括第一通道孔171和第二通道孔172 的{呆护层170上和/或上方形成上部布线180，该上部布线180通过 第一通道孔171和第二通道孔172电连4妄至上部电才及151和外围电 路区B的金属布线122。通过在金属材料上实施溅射(sputtering ) 或者CVD工艺，可以在保护层170上和/上方以均匀的厚度沉积上 部布线180。还可以在与光电二才及管140和外围电3各区B中的层间
上部布线180。意p未着，在隔离件161的》皮状侧壁表面163上和/或 上方形成的保护层170的;皮状部分173与层间绝纟彖膜112的最上表 面形成4屯角，/人而〗呆i正^艮宽的空间(间隔，space )。因此，可以形成上部布线180以4吏其沿着第一通道孔171、》皮状部分173和第二 通道孔172相继地连4妄至保护层170。此夕卜，上部布线180可以暴 露像素区A中的保护层170的第一部分的一部分，而覆盖外围电路 区B中的保护层170的第二部分。在i象素区A中的保护层170的第 一部分上和/或上方形成至少一个滤色器(color filter)和至少一个 微透镜。
因此，如实例图7所示，根据本发明的实施例的图像传感器可 以包括具有^象素区A和外围电^各区B的半导体衬底100。在像素区 A中，形成包括光电二极管的单位像素。在外围电路区B中，形成 外围区的信号处理电路。在半导体衬底100上和/或上方布置包括金 属布线121和金属布线122的层间绝缘膜111和层间绝缚』莫112。 层间绝缘膜111形成在^f象素区A上和/或上方，而层间绝纟彖膜112 形成在外围电i 各区B上和/上方。
形成用于每个单位^象素的金属布线121以侵/使该金属布线121 连接至像素区A的电路。金属布线122可以连接至外围电路区B 的信号处理电路。在像素区A的层间绝缘膜111上和/或上方设置下 部电极130,以使该下部电极130分别连接至像素区A的金属布线 121。在包括下部电极130的像素区A的层间绝缘膜111上和/或上 方i殳置光电二极管140和上部电极151。光电二才及管140包括本征 层I和导电型导电层P。可以只在光电二才及管140的上部表面上和/ 或上方形成上部电4及151。光电二才及管140和上部电才及151的侧壁 具有相对于外围电路区B的层间绝缘膜112的表面的高梯状部分 (high stepped portion )。光电二极管140和上部电极151的侧壁可 以垂直于外围电^各区B的层间绝^J莫112的最上表面。
在光电二才及管140和上部电才及151侧壁上和/或上方i殳置隔离4牛 161。隔离件161可以由^f氐温氧化膜形成。隔离件161具有;皮状侧 壁表面163,该坡状侧壁表面163的厚度朝着光电二极管140的下部的方向逐渐增加。因此，由于隔离件161，光电二才及管140的侧 壁可以具有相只于于外围电^各区B的层间绝纟彖力莫112的表面的i皮爿犬形 状。意味着，隔离件161的侧壁和层间绝缘膜112的最上表面形成 钝角，从而保证4艮宽的空间。
在包括上部电极151、光电二极管140、隔离件161和层间绝 缘膜112的半导体衬底100的像素区A和外围电路区B上和/或上 方形成保护层170。保护层170可以由低温氧化膜形成。形成保护 层170以覆盖所有上部电极151、光电二才及管140、隔离件161和 层间绝缘膜112。相应于隔离件161的保护层170的最上表面形成 具有与隔离件161的Jt皮状侧壁163相乂于应的i皮习犬部分173。因此， 在与光电二极管140的侧壁相对应的梯状部分中形成的保护层170 与层间绝缘膜112的最上表面形成钝角，从而保证很宽的空间。在 保护层170中形成第一通道孔171和第二通道孔172，该第一通道 孔171和第二通道孔172用来选择性地暴露上部电极151和外围电 ^各区B的金属布线122。
在包括第一通道孔171和第二通道孔172的保护层170上和/ 上方i殳置上部布线180。上部布线180相继地形成在保护层170的 表面上和/上方。从而，上部布线180通过第一通道孔171连接至上 部电极151且通过第二通道孔172连接至外围电路区B的金属布线 122。由于保护层170的i皮状部分173,与光电二才及管140的侧壁和 层间绝纟彖膜112的表面的梯状部分相对应的上部布线180可以无中 断;也相继形成。
根据本发明实施例，可以获得晶体管电路和光电二极管的垂直 集成，从而通过在半导体4于底上和/或上方形成IP结构的光电二招^ 管来佳)真充系lt达到100%。此外，可以通过在光电二才及管上和/或 上方形成由低温氧化膜形成的保护层来保护光电二极管的表面。此 外，通过防止在形成上部布线的过程中出现中断，可以最大化器件的可靠性，其中，上部布线通过隔离件来形成，该隔离件具有在光 电二才及管和上部电4及的侧壁上和/或上方形成的Jt皮状侧壁。
实例图8至图14示出根据本发明实施例的图像传感器及制造
图像传感器的方法。在解释图像传感器及制造图像传感器的方法的
过程中，相同参考标号和术语用于与实例图1至图7中示出和描述 的部件相同的部件。
如实例图8所示，在具有〗象素区A和外围电^各区B的半导体 衬底100上和/或上方布置包括金属布线121和金属布线122的层间 绝缘膜111和层间绝缘膜112。在像素区A中的层间绝缘膜111上 和/或上方形成下部电纟及130，并4吏该下部电一及130分别电连4妄至金 属布线121。然后在包括下部电极130的层间绝缘膜111上和/或上 方形成光电二极管层140和上部电极层150。形成层间绝缘膜111、 层间绝缘膜112、金属布线121、金属布线122、下部电才及130、光 电二极管层140和上部电极层150的过程与实例图1至图7所示出 和描述的过程一致，因此，这里将省略其描述。
在4象素区A中的上部电才及层150上和/或上方形成光刻月交图样 500。光刻月交图样500可以覆盖在4象素区A中的那部分上部电才及层 150,且暴露在外围电路区B中的那部分上部电极层150。可以通 过与实例图1至图7所示和所描述的过程相同的过程来形成光刻胶 图样500。
如实例图9所示，通过使用光刻胶图样500作为刻蚀掩膜在上 部电极层150和光电二极管层140上实施第一刻蚀工艺来在光刻胶 图才羊500的侧壁上形成隔离件510。可以通过4吏用CxFy气体来实施 第一刻蚀工艺。在第一刻蚀工艺中，上部电极层150和光电二极管 层140应该相对于光刻月交图样500维持高选择比率(high selection ratio )。例如，上部电极层150与光刻胶图样500可以具有1: 10的选择比率。然后，上部电极层150和光电二极管层140没有被刻 蚀，但是在光刻胶图样500的侧壁上和/或上方沉积了产生自CxFy 气体的石友聚合物(carbon polymer )。从而，在光刻月交图样500的侧 壁上和/或上方形成基于聚合物(polymer-based)的隔离件510。形 成隔离件510以1更该隔离件的表面区域从其上部至其下部逐渐增 加。
如实例图10所示，使用光刻胶图样500和隔离件510作为刻 蚀掩膜来在上部电极层150和光电二极管层140上实施第二刻蚀工 艺。可以在第一刻蚀工艺之后，4妾着完成第二刻蚀工艺。意p未着， 可以在原地(insitu)实施第一刻蚀工艺和第二刻蚀工艺。可以使用 HBr和Cl2气体来实施第二刻蚀工艺。
如实例图11所示，作为第二刻蚀工艺的结果，在像素区A中 形成了光电二极管241和上部电极251,在外围电路区B中暴露了 层间绝缘膜112和金属布线122。因为在第二刻蚀工艺中光刻胶图 样500和隔离件510被用作刻蚀掩膜，所以光电二极管层140的侧 壁可以:帔刻蚀为具有与隔离件510相同的形状。因此，光电二极管 241的侧壁可以具有Jt皮状表面243,该i皮状表面243与层间绝^彖月莫 112的最上表面形成钝角。
如实例图12所示，然后在包括上部电才及251和光电二才及管241 的层间绝缘膜111和层间绝纟彖膜112上和/或上方形成保护层270。 保护层270可以由氧化膜、氮化膜和氮化物氧化物膜中的任意一种 形成。通过PVD工艺，保护层270可以在大约50。C至250。C之间 范围内的温度下由低温氧化膜形成。在包括上部电极251的层间绝 缘膜112的整个部分上和/或上方均匀地形成保护层270。保护层270 可以具有与光电二才及管241的》皮状侧壁243相对应的i皮状部分273。 坡状部分273可以具有比光电二极管241的坡状侧壁表面243緩的 坡度。如实例图13所示，在^f呆护层270上和/或上方形成光刻胶图才羊 之后，通过实施刻蚀工艺，在保护层270上和/或上方形成暴露上部 电才及251和*属布纟戋122的第一通道孑L 271和第二通道孑L 272。第 一通道孔271选择性地暴露上部电极251的表面，而第二通道孔272 暴露外围电路区B的金属布线122。
如实例图14所示，然后在包括第一通道孔271和第二通道孔 272的^f呆护层270上和/或上方形成上部布线280。通过第一通道孔 271和第二通道孑L 272,上吾卩布纟戋280电连4妄至上部电才及251和夕卜 围电路区B的金属布线122。通过在金属材料上实施溅射或者CVD 工艺，可以在4呆护层270上和/或上方以均匀的厚度沉积上部布线 280。因为上部布线280形成在具有Jt皮状部分273的保护层270上 和/或上方，所以上部布线280可以以均匀的厚度形成。光电二才及管 241的i皮4犬侧壁表面243与外围电^各区B的层间绝纟彖力莫112的最上 表面形成钝角。由于在包括光电二极管241和层间绝缘膜112的整 个半导体坤于底100上和/或上方形成〗呆护层270，所以可以减纟爰光电 二极管241和层间绝缘膜112的梯状部分。此外，由于光电二极管 241的坡状侧壁表面243,保护层270的坡状部分273与层间绝缘 膜112的最上表面形成钝角。因此，通过保护层270的坡状部分273 来保证很宽的空间是可能的，依次地，可以形成上部布线280以使 其沿着包括第一通道孔271和第二通道孔272的保护层270的表面 连接。此外，上部布线280可以暴露像素区A中的保护层270的第 一部分，而覆盖外围电路区B中的其他部分。在像素区A的保护层 270上和/或上方，可以形成至少一个滤色器和至少一个相应的孩丈透 镜。
因此，如实例图14所示，根据本发明实施例的图像传感器可 以包括层间绝缘膜111和层间绝缘膜112，该层间绝缘膜111和层 间绝纟彖"莫112包括在具有l象素区A和外围电^各区B的半导体衬底
20100上和/或上方形成的金属布线121和金属布线122。形成用于每 个单位j象素的金属布线121以〗吏该金属布线121连4妄至^象素区A的 电路。金属布线122可以连接至外围电路区B的信号处理电路。在 孑象素区A的层间绝缘膜111上和/或上方i殳置下部电才及130，该下部 电极130分别电连接至像素区A的金属布线121。在包括下部电极 130的像素区A的层间绝缘膜111上和/或上方设置具有坡状侧壁表 面243的光电二4及管241和上部电才及251。光电二才及管241包括本 征层I和导电型导电层P。坡状侧壁表面243与外围电^各区B的层 间绝缘膜112的最上表面形成钝角。因此，在光电二极管241的坡 状侧壁表面243和层间绝缘膜112的最上表面的梯状部分中保证了 很宽的空间。
在包4舌上部电才及251、光电二才及管241和层间绝》彖膜112的半 导体衬底100上和/或上方形成保护层270。保护层270包括与光电 二才及管241的i皮状侧壁表面243相对应的;皮状部分273。在梯状部 分中形成的保护层270的坡状部分273与层间绝缘膜112的最上表 面形成钝角，从而保证很宽的空间，其中保护层270的坡状部分273 与光电二极管241的坡状侧壁表面243相对应。在保护层270上和 /或上方形成第一通道孔271和第二通道孔272,该第一通道孔271 和第二通道孔272用于选择性地暴露上部电极251和外围电路区B 的金属布线122。在包括第一通道孔271和第二通道孔272的保护 层270上和/或上方布置上部布线280。上部布线280通过第一通道 孑L271电连4姿至上部电才及251并且通过第二通道孔272电连接至外 围电路区B的金属布线122。在保护层270的坡状部分273上和/ 或上方形成的部分上部布线280允许无中断地形成上部布线280。
实例图15至图18示出了根据本发明实施例的图像传感器及其 制造图像传感器的方法。在解释图像传感器及制造图像传感器的方法的过程中，相同的参考标号和术语用于表示与实例图1至图7中 所示出和描述的部件相同的部件。
如实例图15所示，在具有^f象素区A和外围电^^区B的半导体 衬底100上和/或上方布置包括金属布线121和金属布线122的层间 绝缘膜111和层间绝缘膜112。在相应于像素区A的层间绝缘膜111 上和/或上方形成下部电才及130，以〗吏该下部电4及130 ^别电连^妄至 金属布线121。在相应于^f象素区A的层间绝《彖月莫111上/或上方形成 光电二才及管140和上部电才及151。可以暴露外围电^各区B的层间绝 缘膜112和金属布线122。由于在像素区A的层间绝缘膜111上和/ 或上方形成光电二极管140和上部电才及151，所以包括光电二极管 140和上部电极151的组合厚度的梯状部分具有第一高度Dl,该第 一高度D1在上部电才及151和外围电路区B的层间绝纟U莫112之间 产生。然后在上部电极151、光电二极管140和层间绝缘膜112上 和/或上方形成保护膜375。保护膜375可以由氧化膜、氮化膜和氮 化物氧化物膜中的任意一种形成。通过PVD工艺，保护膜375可 以在大约50°C至250°C之间范围内的温度下由^[氐温fU匕膜形成。 在外围电路区B中形成的部分保护膜375可以具有第二高度D2， 该第二高度D2大于光电二才及管140和上部电才及151的梯状部分的 第一高度D1。因此J呆护力莫375^皮形成用来覆盖所有上部电才及151、 光电二才及管140和层间绝纟彖月莫112。
接下来，在保护膜375上实施湿法刻蚀工艺。可以使用诸如 HF或BOE的化学溶液来湿法刻蚀保护力莫375。通过调整注入的化 学溶液剂量和刻蚀时间，可以实施刻蚀工艺直到^f呆护"莫375具有在 大约IOA至1000A之间范围内的残留厚度。然后，可以使用该湿 法刻蚀方法来各向同性(isotropically )地刻蚀4呆护月莫375。
如实例图16所示，湿法刻蚀工艺在光电二极管140、上部电极 151 、层间绝缘膜111和层间绝缘膜112上和/或上方形成保护层370。保护层370被形成用来覆盖所有的上部电极151、光电二极管140、 层间绝纟彖膜111和层间绝缘膜112。由于通过湿法刻蚀来各向同性 地刻蚀保护膜375,所以与光电二极管的侧壁相对应的保护层370 的侧壁可以具有坡状侧壁部分373。保护层370的i皮状侧壁部分373 可以被形成以使坡状侧壁部分373与外围电路区B的层间绝缘膜 112的最上表面呈钝角。
如实例图17所示，在^f呆护层370上和/或上方形成用于暴露上 部电极151和金属布线122的第一通道孔371和第二通道孔372。 第一通道孔371选择性地暴露上部电极151的表面，而第二通道孔 372暴露外围电路区B的金属布线122。在保护层370上和/或上方 形成光刻月交图样之后，通过刻蚀工艺可以形成第一通道孔371和第 二通道孑L 372。
如示例图18所示，然后在包括第一通道孔371和第二通道孔 372的4呆护层370上和/或上方形成上部布线380，并且通过第一通 道孔371和第二通道孔372，该上部布线380电连接至上部电极151 和外围电3各区B的金属布线122。通过在金属材料上实施溅射或者 CVD工艺，可以在^f呆护层370上和/或上方以均匀的厚度沉积上部 布线380。因为在具有坡状部分373的保护层370的表面上和/或上 方形成上部布线380，所以上部布线380可以相继;l也形成。与光电 二极管140的侧壁相对应的保护层370具有坡状侧壁部分373，并 因此与外围电路区B的层间绝缘膜112的最上表面形成钝角，从而 保证^艮宽的空间。形成上部布线380以使其沿着包括第 一通道孔371 和第二通道孔372的保护层370的表面相继地连接。上部布线380 可以暴露像素区A中的保护层370的表面的一部分。因此，在像素 区A的〗呆护层370上和/或上方，可以形成至少一个滤色器和至少 一个相应的孩i透4竟。因此，如实例图18所示，4艮据本发明实施例的图像传感器可 以包括层间绝缘膜111和层间绝缘膜112，该层间绝缘膜111和层 间绝乡彖月莫112包括在具有^f象素区A和外围电3各区B的半导体邱于底 100上和/或上方布置的金属布线121和金属布线122。形成用于每 个单位像素的金属布线121以〗吏金属布线121连4妄至^f象素区A的电 路，并且可以电连接至外围电路区B的信号处理电路。在像素区A 的层间绝缘膜111上和/或上方设置下部电极130，该下部电极130 分别电连接至像素区A的金属布线121。在包括下部电极130的像 素区A的层间绝缘膜111上和/或上方设置光电二极管140和上部电 极151。光电二极管140包括本征层I和导电型导电层P。可以只 在光电二4及管140上和/或上方形成上部电才及151。 乂人而，光电二^L 管140和上部电4及151的侧壁具有梯状部分，该梯状部分垂直于外 围电路区B的层间绝缘力莫112的最上表面。
在包括上部电极151、光电二极管140和层间绝缘膜112的半 导体衬底100上和/或上方形成保护层370。形成保护层370以覆盖 所有的上部电才及151、光电二4及管140和层间绝纟彖力莫112。形成与 光电二极管140和上部电极151相对应的保护层370以使保护层370 具有相应于梯状部分的坡状侧壁部分373,这种坡状侧壁部分373 以钝角形成，从而保证很宽的空间。在保护层370上/或上方形成第 一通道孔371和第二通道孔372,该第一通道孔371和第二通道孔 372用于选4奪性地暴露上部电才及151和外围电i 各区B的金属布线 122。在包括第一通道孔371和第二通道孔372的保护层370上和/ 或上方设置上部布线380。在保护层370的表面上和/或上方可以相 继地形成上部布线380,并且该上部布线380通过第一通道孔371 连接至上部电极151并通过第二通道孔372连接至外围电路区B的 金属布线122。由于在保护层370上/或上方形成坡状侧壁部分373, 所以与光电二4及管140的侧壁和层间绝纟彖力莫112的最上表面的梯状 部分相对应的上部布线380可以无中断地相继形成。尽管本文中描述了多个实施例，但是应该理解，本领域技术人 员可以想到多种其他^奮改和实施例，他们都将落入本/^开的原则的 精神和范围内。更特别地，在本7>开、附图、以及所附权利要求的
种修改和改变。除了组成部分和/或排列方面的修改和改变以外，可 选的使用对本领域技术人员来说也是显而易见的选择。
权利要求
1. 一种图像传感器，包括半导体衬底，包括像素区和外围电路区；包括下部金属布线的层间绝缘膜，形成在所述像素区和所述外围电路区上方；下部电极，形成于所述层间绝缘膜上方的像素区中且电连接至在所述像素区中形成的所述下部金属布线；光电二极管，形成于所述层间绝缘膜和所述下部电极上方的所述像素区中；上部电极，形成于所述光电二极管上方的所述像素区中；保护层，形成于包括所述上部电极和所述层间绝缘膜的所述半导体衬底上方的所述像素区和所述外围电路区中，所述保护层在与所述光电二极管的所述侧壁相对应的区域中具有坡状部分；通道孔，形成于所述保护层中以暴露所述上部电极和在所述外围电路区中的所述下部金属布线；以及上部布线，形成于包括所述通道孔的所述保护层上方。
2. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述光电二极管的 所述侧壁具有i皮状表面。
3. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，隔离件形成在所述 光电二才及管的所述侧壁上。
4. 根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述保护层和所述 隔离件由相同的材料形成。
5. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述保护层的所述 》皮状部分与所述外围电i 各区中的所述层间绝纟彖膜的所述最上 表面呈钝角。
6. —种制造图像传感器的方法，包括设置具有像素区和外围电路区的半导体衬底；在所述<象素区和所述外围电^各区中的半导体4于底上方， 形成包括多个下部金属布线的层间绝缘膜，所述多个金属布线 穿透所述层间绝缘膜；形成下部电才及，所述下部电才及形成在所述层间绝纟彖力莫上 方的所述像素区中并且所述下部电极电连接至在所述〗象素区 中形成的所述下部金属布线；同时在所述层间绝缘膜上方的所述〗象素区中形成上部电 极以及在所述层间绝缘膜和所述下部电极上方的所述像素区 中形成光电二极管；在包括所述上部电4及和所述外围电i 各区中的所述层间绝 缘膜的所述半导体衬底上方形成保护层，其中，所述保护层在 与所述光电二才及管的侧壁相对应的区i或中具有i皮一犬部分；在所述保护层中形成通道孔以暴露所述上部电极和所述 外围电路区中的所述金属布线；以及然后在包括所述通道孔的所述保护层上方形成上部布线。
7. 根据权利要求6所述方法，其中，形成保护层包括在所述光电二 4及管的所述侧壁上形成隔离件；以及然后 在包括所述隔离件的所述层间绝缘膜上方形成所述保护层。
8. 根据权利要求7所述方法，其中，所述隔离件由与所述保护层 相同的材-阡形成。
9. 根据权利要求6所述方法，其中，同时形成所述上部电极和所 述光电二极管包括在包括所述层间绝缘膜的所述半导体衬底上方形成光电 二极管层和上部电极层；在所述〗象素区中的所述上部电才及层上方形成光刻月交图样；在所述光刻胶图样的所述侧壁上形成隔离件；以及然后使用所述光刻胶图样和所述隔离件作为刻蚀掩膜来刻蚀 所述光电二才及管层和所述上部电4及层。
10，根据权利要求9所述方法，其中，形成隔离件包括使用CxFy气 体。
11. 根据权利要求9所述方法，其中，刻蚀所述光电二极管层和 所述上部电极层包括使用HBr和Cl2中的一种。
12. 根据权利要求6所述方法，其中，形成所述保护层包括在包括所述上部电极和所述外围电3各区中的所述层间绝 缘膜的所述半导体衬底上方形成保护膜；以及然后在所述保护膜上实施湿法刻蚀工艺。
13. 根据权利要求12所述方法，其中，在所述湿法刻蚀工艺中， <吏用BOE和HF化学溶液中的一种。
14. 一种装置，包括半导体衬底，具有像素区和外围电3各区； 层间绝缘膜，形成于所述像素区和所述外围电路区中；下部金属布线，所述下部金属布线;波形成贯穿所述像素区和所述外围电路区中的所述层间绝纟彖膜；下部电极，形成于所述层间绝乡彖膜上方的所述像素区中， 且电连4妄至所述下部金属布线；光电二才及管，形成于所述层间绝纟彖膜和所述下部电才及上 方的所述像素区中，所述光电二极管包括形成于所述下部电极 上方的本征层和形成于所述本征层上方的导电层；上部电极，形成于所述光电二极管上方的所述像素区中；保护层，形成于所述上部电极上方的所述像素区中和所 述层间绝缘膜上方的所述外围电路区中；第一通道孔，形成于所述^f呆护层中并暴露所述上部电极 的一部分；第二通道孔，形成于所述保护层中并暴露所述外围电路 区中的所述下部金属布线；以及上部布线，形成于包括所述通道孔的所述保护层上方， 且电连4矣至所述上部电一及和所述下部金属布线。
15. ^4居^L利要求14所述的装置，其中，所述外围电^^区中的所 述保护层的一部分在与所述光电二才及管的所述侧壁相对应的 区域中呈坡状。
16. 根据权利要求14所述的装置，其中，所述外围电路区中的所 述保护层在与所述光电二极管的所述侧壁相对应的区域中具 有坡状部分，所述坡状部分与所述层间绝缘膜的最上表面形成 钝角。
17. 冲艮据权利要求14所述的装置，进一步包括在所述光电二极管 的所述侧壁上的所述外围电路区中形成的隔离件，其中，所述 隔离件具有i皮状侧壁，所述i皮状侧壁相对于所述层间绝缘膜的 最上表面形成钝角。
18. 根据权利要求14所述的装置，其中，所述光电二极管具有坡 状部分，所述坡状部分相对于所述层间绝缘膜的最上表面形成 钝角。
19. 根据权利要求14所述的装置，其中，所述上部电极层由铟锡 氧化物(ITO)、镉锡氧化物(CTO)和氧化锌(Zn02)中的一 种组成。
20. 才艮据权利要求14所述的装置，其中，所述本征层包括本征非 晶硅层，而所述导电层包括P型非晶硅层，所述本征非晶硅层 以在比所述P型非晶硅层的厚度大大约10至1000倍之间范围 内的厚度形成。
全文摘要
一种图像传感器，包括包括像素区和外围电路区的半导体衬底；在像素区和外围电路上布置的包括金属布线的层间绝缘膜；以及在像素区的层间绝缘膜上设置的光电二极管和上部电极。此外，图像传感器包括在包括上部电极和外围电路区的层间绝缘膜的半导体衬底上设置的保护层，该保护层在与光电二极管的侧壁相对应的区域中具有坡状部分；通道孔，该通道孔设置在保护层上以便选择性地暴露上部电极和外围电路区中的金属布线；以及在包括通道孔的保护层上设置的上部布线。
文档编号H01L27/146GK101447495SQ20081017559
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年11月28日
发明者李康县 申请人:东部高科股份有限公司