专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种制造CMOS图像传感器的方法。
背景技术：
图像传感器指的是将光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器分为电荷 耦合器件(Charge Coupled Device, CCD)图像传感器和互补金属氧化硅(Complementary Metal-Oxide-Silicon, CMOS)图像传感器。 图像传感器包括像素区和逻辑区，其中，像素区包括用来检测光的光电二极管，而 逻辑区用来将检测的光处理为电信号以获取光学数据。即，图像传感器可以指一种器件，该 器件接收入射到像素区的光并且使用各个像素的光电二极管和至少一个晶体管来捕获图 像。 图1是具有4-TR结构的普通图像传感器的单元像素的布图(layout)100。参照图 1，普通图像传感器的单元像素包括光电二极管区110、传输晶体管(transfer transistor, Tx)115、浮置扩散区(floating diffusion region) 120、复位晶体管125、驱动晶体管130、 选择晶体管140以及多个金属接触件117、 124、 127、 132、 142和150。这里，多个金属接触件 117、 124、 127、 132、 142和150被连接到有源区或晶体管的栅电极。 在共有的像素区和逻辑区中同时执行金属接触件刻蚀工艺(制造图像传感器的 工艺中的一种)。在金属接触件刻蚀工艺中，形成接触件以降低由于刻蚀对图像的损伤是重 要的。 这里，需要防止由于金属接触件刻蚀工艺导致的对图像传感器的像素区的硅表面
的损伤，这种损伤对暗电流特性(dark currentproperty)敏感。当增大刻蚀深度以保证刻
蚀余量从而在逻辑区中形成接触孔时，像素区中的接触孔的刻蚀深度增加，从而，光电二极
管，特别是，浮置扩散区受到损伤，因此漏电流增大且暗电流特性恶化。 另一方面，当减小逻辑区中的接触孔的刻蚀余量以防止由于刻蚀对像素区的损伤
时，就不能很好地形成由很多电路构成的逻辑区中的接触件。
发明内容
因此，本发明针对一种制造CMOS图像传感器的方法。 本发明的一个目的在于提供一种制造图像传感器的方法，该方法防止了由用来形
成接触孔的刻蚀工艺而引起的对像素区的损伤，从而改善暗电流特性并确保了产量。 为了实现该目的和其他优点以及根据本发明的目的，如在本文中所体现和概括描
述的，一种制造图像传感器的方法包括制备衬底，其中，在该衬底上限定了像素区和逻辑
区，该像素和该逻辑区分别设置有晶体管，这些晶体管包含形成在像素区和逻辑区中的栅极；在衬底的整个表面上形成覆盖栅极的第一层间介电膜；通过选择性地刻蚀形成在像素 区中的第一层间介电膜，来形成暴露像素区中的衬底的一个区域和部分栅极的第一接触 孔；通过用金属材料填充第一接触孔，形成第一接触件；在第一层间介电膜的整个表面上 形成第二层间介电膜；同时形成第二接触孔和第三接触孔，其中，第二接触孔穿透像素区中 的第二层间介电膜以暴露第一接触件，第三接触孔穿透逻辑区中的第二层间介电膜和第一 层间介电膜以暴露逻辑区中的部分栅极和衬底的一个区域；以及通过用金属材料填充第二 接触孔和第三接触孔来形成第二接触件。 在本发明的另一方面，一种制造图像传感器半导体器件的方法包括制备衬底，其 中，在所述衬底上限定了像素区和逻辑区，该像素区和逻辑区分别设置有晶体管，这些晶体 管包含形成在像素区和逻辑区中的栅极；在衬底的整个表面上形成暴露在像素区中的栅极 的上表面的第一介电膜；通过选择性地刻蚀像素区中的第一介电膜，来形成暴露像素区中 的衬底的一个区域的第一接触孔；通过用金属材料填充第一接触孔形成第一接触件；在第 一介电膜的整个表面上形成第二介电膜；通过选择性地刻蚀第二介电膜，同时形成暴露像 素区中的第一接触件和部分栅极以及暴露逻辑区中的部分栅极和部分衬底的第二接触孔； 以及通过用金属材料填充第二接触孔形成第二接触件。 可以理解的是，本发明的上述总体描述和以下的具体描述都是示例性的和说明性 的，并且旨在提供对所要求的本发明的进一步解释。
附图被包括用来提供对本发明的进一步理解，并结合于此而构成本申请的一部
分。本发明的示例性实施例连同描述都用来解释本发明的原理。在附图中 图1是具有4-TR结构的普通图像传感器的单元像素的布图； 图2A至2F是示出了根据本发明的一个实施例的制造图像传感器的方法的纵截面
图； 图3A至3E是示出了根据本发明的另一实施例的制造图像传感器的方法的纵截面 图；以及 图4是示出了通过根据本发明的实施例的方法形成的单元像素的接触件的布图。
具体实施例方式
在下文中，通过附图和实施例的描述将会清楚地理解本发明的技术问题和技术特 点(technical concerns matter and features)。以下将描述本发明的优选实施例。
图2A至2F是示出了根据本发明的一个实施例的制造图像传感器的方法的纵截面 图。 首先，如图2A所示，制备衬底(例如，硅衬底)310，在该衬底上限定了像素区C和 逻辑区D。检测光的单元像素形成在像素区C中的衬底上，而逻辑电路形成在逻辑区D中， 其中，逻辑电路包括至少一个晶体管，这个/些晶体管用来将由像素区C检测的光处理为电 信号以获取光学数据。 在像素区C和逻辑区D的每一个中的衬底上形成至少一个晶体管。图2A仅示出 了在像素区C中形成的至少一个晶体管的栅极315和在逻辑区D中形成的至少一个晶体管的栅极317。 其后，如图2B所示，在设置有栅极315和317的像素区C和逻辑区D中的衬底 310的整个表面上形成第一层间介电膜320。第一层间介电膜320可以由硼磷硅酸盐玻 璃(Boro-Phospho SilicateGlass， BPSG)或正硅酸乙酉旨(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate， TE0S)制成。可以通过沉积以具有足以覆盖栅极315和317的最小厚度来形成第一层间介 电膜320。 其后，如图2C所示，通过选择性地刻蚀形成在像素区C中的第一层间介电膜320， 来形成暴露衬底310的一个区域和部分栅极315的接触孔332和334。这里，在接触孔332 和334中，暴露衬底310的所述区域的接触孔被称为第一接触孔332，暴露部分栅极315的 接触孔被称为第二接触孔334。 例如，通过在第一层间介电膜320上实施光刻工艺(photolithography process) 来形成第一光刻胶图样(未示出)。第一光刻胶图样覆盖形成在逻辑区D中的第一层间介 电膜320，而暴露相应于衬底310的所述区域以及部分栅极315的第一层间介电膜320。
其后，通过使用第一光刻胶图样作为刻蚀掩膜刻蚀第一层间介电膜320来形成接 触孔332和334。形成接触孔332和334之后，去除第一光刻胶图样。 其后，如图2D所示，通过用金属材料填充接触孔332和334，在像素区C中形 成金属接触件342和344。例如，通过在设置有接触孔332和334的第一层间介电膜 320的整个表面上沉积金属材料以填充接触孔332和334以及然后执行化学机械抛光 (ChemicalMechanical Polishing,CMP)工艺，来形成金属接触件342和344。这里，金属材 料可以是钨、铜或铝。在第一接触孔332内形成的接触件被称为第一接触件342，而在第二 接触孔334内形成的接触件被称为第二接触件344。 其后，如图2E所示，在设置有金属接触件342和344的第一层间介电膜320的整 个表面上，即，在像素区C和逻辑区D中的第一层间介电膜320的整个表面上形成第二层间 介电膜350。第二层间介电膜350可以由BPSG或TE0S制成。 其后，同时形成接触孔352和354以及接触孔356和358，其中，穿过在像素区C中 的第二层间介电膜350来形成接触孔352和354以暴露接触件342和344，穿过在逻辑区D 中的第二层间介电膜350和第一层间介电膜320来形成接触孔356和358以暴露部分栅极 317和衬底310的一个区域。 例如，通过在第二层间介电膜350上实施光刻工艺形成第二光刻胶图样(未示 出)。第二光刻胶图样暴露与形成在像素区C中的接触件342和344对应的第二层间介电 膜350的区域以及与在逻辑区中的部分栅极317和衬底310的一个区域对应的第二层间介 电膜350的其他区域。 其后，使用第二光刻胶图样作为刻蚀掩膜同时刻蚀像素区C和逻辑区D中的第二 层间介电膜350和第一层间介电膜320。 在像素区C中，接触孔并不是形成在单层的厚的层间介电膜内，而是分别形成在 多个薄的层间介电膜内。因此，像素区C中的刻蚀深度可以是很小的，从而可以降低由于刻 蚀而导致的对像素区C的损伤。 此外，在用来在逻辑区D中形成接触孔的刻蚀过程中，形成在像素区C中的接触件 342和344作为阻塞阻挡物(blocking barrier)，从而防止了对像素区C的硅(例如，光电二极管区)的损伤。 例如，在完成第二层间介电膜350的刻蚀后，继续刻蚀逻辑区D中的第一层间介电 膜320，但由于高的刻蚀选择性，在像素区C中的第一层间介电膜320几乎没有被刻蚀。
因此，虽然充分刻蚀了逻辑区D中的第一层间介电膜320，但通过接触件342和 344的阻挡效应防止了刻蚀导致的对像素区C的损伤。 其后，如图2F所示，通过用金属材料分别填充在像素区C和逻辑区D中形成的接 触孔352、354、356和358来形成第二接触件362、364、366和368。金属材料可以是钨、铜或铝。 例如，通过在像素区C和逻辑区D中的第二层间介电膜350的整个表面上沉积金 属材料以填充接触孔352、354、356和358以及然后通过CMP工艺实施平坦化，来形成第二 接触件362、364、366和368。 其后，在第二接触件362、364、366和368的上表面上形成金属线372、374、376和 378。 图3A至3E是示出了根据本发明的另一实施例的制造图像传感器的方法的纵截面 图。 首先，如图3A所述，在每个像素区C和逻辑区D中的衬底上形成至少一个晶体管， 图3A仅示出了形成在像素区C中的至少一个晶体管的栅极315和形成在逻辑区D中的至 少一个晶体管的栅极317。 其后，如图3B所示，在设置有栅极315和317的像素区C和逻辑区D中的衬 底310的整个表面上形成暴露像素区中的栅极315的上表面的第一介电膜410。第一介 电膜410可以由硼磷硅酸盐玻璃(Boro-Phospho Silicate Glass, BPSG)或正硅酸乙酯 (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate， TE0S)制成。 例如，在设置有栅极315和317的像素区C和逻辑区D中的衬底310的整个表面 上沉积BPSG或TE0S，并执行CMP工艺直到暴露像素区中的栅极315的上表面。
其后，如图3B所示，通过选择性地刻蚀形成在像素区C中的第一介电膜410来形 成暴露衬底310的一个区域的接触孔412。 其后，如图3C所示，通过用金属材料(例如钨、铜或铝)填充接触孔412来形成金 属接触件420。 其后，如图3D所示，在设置有金属接触件420的第一介电膜410的整个表面上形 成第二介电膜430。然后，通过选择性地刻蚀第二介电膜430，同时形成暴露像素区C中的 接触件420和部分栅极315以及暴露逻辑区D中的部分栅极317和衬底310的一个区域的 接触孔442 、444、446和448。 如上所述，在用来在逻辑区D中形成接触孔的刻蚀过程中，形成在像素区C中的接 触件420作为阻塞阻挡物，从而防止了对像素区C的硅(例如，光电二极管区)的损伤。
例如，完成第二介电膜430的刻蚀之后，继续刻蚀逻辑区D中的第一介电膜410。 然而。由于接触件420和栅极315的高的刻蚀选择性，像素区C中的第一介电膜410几乎 没有被刻蚀。 因此，虽然逻辑区D中的第一介电膜410被充分刻蚀，但是通过接触件410和栅极 315的阻挡效应防止了由于刻蚀导致的对像素区C的损伤。
然后，如图3E所示，通过用金属材料填充接触孔442、444、446和448形成接触件 452、454、456和458。然后，在第二介电膜430上形成金属线462、464、466和468，以分别连 接到接触件452、454、456和458。 图4示出了通过根据本发明的实施例的方法形成的单元像素的接触件。参照图4， 像素区中的所有接触件510、520、530、540、550和560可以具有如图2F所示的接触件342 和362的堆叠结构或接触件344和364的堆叠结构，或如图3E所示的接触件420和452的 堆叠结构或接触件454的结构。 然而，本发明的实施例并不限于此，像素区中的接触件510、520、530、540、550和 560中的至少一个可以具有与图2F或3E的接触件相同的结构。此外，图4的驱动晶体管 130可以具有对接接触结构(butting contact structure)，在这种结构中，栅极直接连接 到浮置扩散区120。 在根据本发明的一个实施例的制造图像传感器的方法中，独立执行像素区中的接 触孔形成和逻辑区中的接触孔形成，因此防止了由于刻蚀工艺而导致的对像素区的损伤， 从而提高了暗电流特性并确保了产量。 在不脱离本发明的精神和范围内可以作各种修改及变形，这对于本领域的技术人 员而言是显而易见的。因此，本发明意在涵盖在所附权利要求及其等同替换的范围内的对 本发明的修改和变形。
权利要求
一种制造图像传感器的方法，包括制备衬底，在所述衬底上限定了像素区和逻辑区，所述像素区和所述逻辑区分别设置有晶体管，所述晶体管包括形成在像素区和所述逻辑区中的栅极；在所述衬底的整个表面上形成覆盖所述栅极的第一层间介电膜；通过选择性地刻蚀所述像素区中的所述第一层间介电膜，来形成暴露所述像素区中的所述衬底的一个区域和部分所述栅极的第一接触孔；通过用金属材料填充所述第一接触孔形成第一接触件；在所述第一介电膜的整个表面上形成第二层间介电膜；同时形成第二接触孔和第三接触孔，其中，所述第二接触孔穿透所述像素区中的所述第二层间介电膜以暴露所述第一接触件，所述第三接触孔穿透所述逻辑区中的所述第二层间介电膜和所述第一层间介电膜以暴露所述逻辑区中的部分所述栅极和所述衬底的一个区域；以及通过用金属材料填充所述第二接触孔和所述第三接触孔形成第二接触件。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一接触孔的所述形成包括 通过在所述第一层间介电膜上执行光刻工艺形成第一光刻胶图样，所述第一光刻胶图样覆盖形成在逻辑区中的所述第一层间介电膜，而暴露与所述像素区中的所述衬底的所述 区域相对应的所述第一层间介电膜的一个区域和所述像素区中的部分所述栅极；以及通过使用所述第一光刻胶图样作为刻蚀掩膜刻蚀所述第一层间介电膜形成所述第一 接触孔，以及然后去除所述第一光刻胶图样。
3. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述第一层间介电膜由硼磷硅酸盐玻璃(BPSG) 或正硅酸乙酯(TE0S)制成。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二接触孔和所述第三接触孔的所述同时 形成包括形成第二光刻胶图样，所述第二光刻胶图样暴露对应所述第一接触件的第二层间介电 膜的区域以及对应所述逻辑区中的部分所述栅极和所述逻辑区中的所述衬底的所述区域 的所述第二层间介电膜的其它区域；使用所述第二光刻胶图样作为刻蚀掩膜，同时刻蚀所述像素区和所述逻辑区中的所述 第二层间介电膜和所述第一层间介电膜；以及去除所述第二光刻胶图样。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二层间介电膜由BPSG或TEOS制成。
6. —种制造图像传感器的方法包括制备衬底，在所述衬底上限定了像素区和逻辑区，所述像素区和所述逻辑区分别设置 有晶体管，所述晶体管包括形成在所述像素区和所述逻辑区中的栅极；在所述衬底的整个表面上形成暴露所述像素区的所述栅极的上表面的第一介电膜；通过选择性地刻蚀所述像素区中的所述第一介电膜，形成暴露所述像素区中的所述衬 底的一个区域的第一接触孔；通过用金属材料填充所述第一接触孔形成所述第一接触件；在所述第一介电膜的整个表面上形成第二介电膜；通过选择性地刻蚀所述第二介电膜，同时形成暴露像素区中的所述第一接触件和部分所述栅极以及暴露所述逻辑区中部分所述栅极和部分所述衬底的第二接触孔；以及 通过用金属材料填充所述第二接触孔形成第二接触件。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一介电膜的形成包括 在设置有所述栅极的所述像素区和所述逻辑区中的所述衬底的所述整个表面上沉积介电材料；执行所述介电材料的平坦化直到暴露所述像素区中的所述栅极的所述上表面。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一介电膜和第二介电膜由BPSG或TE0S制成。
9. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述金属材料由钨、铜和铝组成的组中选择的一 种制成。
全文摘要
本发明披露了一种制造图像传感器的方法。该方法包括制备衬底，在该衬底上限定了像素区和逻辑区，该像素区和该逻辑区设分别置有晶体管，这些晶体管包括形成在像素区和逻辑区中的栅极；在衬底的整个表面上形成覆盖栅极的第一层间介电膜；通过选择性地刻蚀形成在像素区中的第一层间介电膜，形成暴露像素区中的衬底的一个区域和部分栅极的第一接触孔；通过用金属材料填充第一接触孔形成第一接触件；在第一层间介电膜的整个表面上形成第二层间介电膜；同时形成第二接触孔和第三接触孔，第二接触孔穿透像素区中的第二层间介电膜以暴露第一接触件，第三接触孔穿透逻辑区中的第二层间介电膜和第一层间介电膜以暴露逻辑区中的部分栅极和衬底的一个区域；以及通过用金属材料填充第二接触孔和第三接触孔形成第二接触件。
文档编号H01L21/768GK101728326SQ20091020712
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者张勋 申请人:东部高科股份有限公司