CN1941328A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了CMOS图像传感器及其制造方法。该方法包括：在具有光电二极管区和器件隔离区的半导体衬底上形成器件隔离层；在具有器件隔离层的半导体衬底的光电二极管区上形成光电二极管；在半导体衬底的整个表面上依次形成自对准多晶硅化物金属层和屏蔽金属层；通过选择性地去除金属层和不与半导体衬底反应的屏蔽金属层，在光电二极管之间形成挡光层，以阻挡光入射到相邻的光电二极管；以及在具有挡光层的半导体衬底的整个表面上形成电介质层。
Description
技术领域
本发明涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，更具体地，涉及用于通过阻止光入射到相邻像素来防止干扰的CMOS图像传感器。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器通常分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。
根据晶体管的数量，将CMOS图像传感器分为3T型、4T型和5T型。3T型图像传感器包括单个光电二极管和三个晶体管，4T型CMOS图像传感器包括单个光电二极管和四个晶体管。
下文中，将参照3T CMOS图像传感器的等效电路图及其布局来对其进行说明。
图1是根据相关技术的3T CMOS图像传感器的等效电路图。
如图1所示，根据相关技术的典型的3T CMOS图像传感器的单元像素包括一个光电二极管(PD)和三个NMOS晶体管T1、T2和T3。
光电二极管包括阴极，其连接至第一NMOS晶体管T1漏极和第二NMOS晶体管T2的栅极。
第一NMOS晶体管T1和第二NMOS晶体管T2的源极连接至提供参考电压的电源线，且第一NMOS晶体管T1的栅极连接至提供复位信号的复位线。
另外，第三NMOS晶体管T3的源极连接至第二NMOS晶体管T2的漏极，且第三NMOS晶体管T3的漏极通过信号线连接至读出电路(未示出)。第三NMOS晶体管T3的栅极连接至提供选择信号SLCT的列选择线。
这里，第一NMOS晶体管T1是用于将从光电二极管(PD)充入的光电荷清零的复位晶体管Rx，第二NMOS晶体管T2是起源跟随缓冲放大器作用的源跟随晶体管DX。第三NMOS晶体管T3是通过作用为开关来寻址的选择晶体管Sx。
同时，包括光电二极管PD的复位晶体管Rx的预定部分是非自对准多晶硅化物区，而其他部分是自对准多晶硅化物区。
图2是根据相关技术的CMOS图像传感器的平面图，图3是图2的图像传感器沿线IV-IV′的剖视图。
如图2和图3所示，多个光电二极管83以预定距离相互分开形成在半导体衬底81上，并且被器件隔离层82分隔。
另外，电介质层84形成在具有光电二极管83的半导体衬底81的整个表面上。此处，在形成自对准多晶硅化物层之后，在半导体衬底81的整个表面上形成电介质层84。这里，标号A表示光电二极管的边界。
然而，根据相关技术的CMOS图像传感器具有下列问题。
就是说，当光通过光电二极管之间的电介质层泄漏到相邻的光电二极管时，会产生干扰。该干扰会降低图像传感器的特性。
这里，干扰是由光入射到非期望的像素引起数据错误的现象。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能够充分地解决由于相关技术的局限和缺陷所造成的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种用于通过阻止光入射到相邻的像素来防止干扰的CMOS图像传感器。
本发明的其他优点、目的和特征将作为说明书的一部分随后阐述，在本领域技术人员分析以下内容的基础上变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为实现这些目的和其他优点以及根据本文中所体现和主要说明的本发明的目，提供了一种制造CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的方法，其包括以下步骤：在具有光电二极管区和器件隔离区的半导体衬底上形成器件隔离层；在具有器件隔离层的半导体衬底的光电二极管区形成光电二极管；在半导体衬底的整个表面上依次形成自对准多晶硅化物金属(salicide metal)层和屏蔽金属层；通过选择性地去除金属层和不与半导体衬底反应的屏蔽金属层，在光电二极管之间形成挡光层以阻止光入射到相邻的光电二极管；以及在具有挡光层的半导体衬底的整个表面上形成电介质层。
根据本发明的另一个方面，提供了一种CMOS(互补金属氧化氧化物半导体)图像传感器，包括：半导体衬底，其包括光电二极管区和器件隔离区；器件隔离层，形成在半导体衬底的器件隔离区上；光电二极管，形成在半导体衬底的每个光电二极管区上；挡光层，形成在器件隔离层上；电介质层，形成在包括挡光层的半导体衬底的整个表面上。
应该理解，本发明的先前的概述和随后的详述都是示例性的和说明性的，目的在于提供对所要求的本发明的进一步说明。
附图说明
附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入并且构成说明书的一部分。所示实施例与说明书一起用于说明本发明的原理。附图中：
图1是根据相关技术的3T CMOS图像传感器的等效电路图；
图2是根据相关技术的CMOS图像传感器的平面图；
图3是图2的CMOS图像传感器沿线IV-IV′的剖视图；
图4是根据本发明一个实施例的CMOS图像传感器的平面图；
图5是图4的CMOS图像传感器沿线V-V′的剖视图；以及
图6A至6D是CMOS图像传感器的剖视图，用于说明根据本发明的一个实施例的CMOS图像传感器制造方法。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的优选实施例，附图中示出了这些实施例的实例。附图中尽可能地用相同的标号表示相同或类似的部件。
图4是根据本发明一个实施例的CMOS图像传感器的平面图，以及图5是沿线V-V′的图4的CMOS图像传感器剖视图。
如图4和图5所示，根据本实施例的CMOS图像传感器包括：多个光电二极管104，以预定距离彼此分开形成在半导体衬底101上；器件隔离层102，形成在半导体衬底101上各光电二极管104之间；挡光层108，用于屏蔽光入射到相邻的光电二极管104；以及电介质层109，形成在半导体衬底101的整个表面上。
这里，挡光层108由金属层105形成。金属层105由Ti、Ta、Ni、和Co中的一种制成。屏蔽金属层106形成在金属层105上，厚度大约为200到2000。
挡光层108形成在除半导体衬底101的有源区以外的器件隔离层102上，以阻挡光通过器件隔离层102入射到相邻的光电二极管104。
挡光层108形成在相应像素中的器件隔离层102上，以阻挡光通过器件隔离层102入射到相邻的光电二极管104。
图6A至6D是CMOS图像传感器的剖视图，用于说明根据本发明一个实施例的CMOS图像传感器制造方法。
就是说，当在形成晶体管之后进行自对准多晶硅化物处理时，利用自对准多晶硅化物层形成挡光层以阻挡光入射到相邻像素。
如图6A所示，在半导体衬底101上形成器件隔离层102，以以使器件分隔。
虽然附图中未示出，但可以如下形成器件隔离层102。
首先，在半导体衬底上依次形成衬垫(pad)氧化层、衬垫氮化层和四乙基原硅酸盐(TEOS)氧化层。在TEOS氧化层上形成光刻胶层。
之后，通过利用限定有源区和器件隔离区的掩模对光刻胶进行曝光和显影，来使光刻胶层形成图样。
然后，利用形成图样的光刻胶层作为掩模，选择性地去除衬垫氧化层、衬垫氮化层和TEOS氧化层的器件隔离区。
随后，利用形成图样的衬垫氧化层、衬垫氮化层和TEOS氧化层作为掩模，通过蚀刻半导体衬底的器件隔离区至预定深度以形成沟槽。然后，去除光刻胶层。
去除光刻胶层之后，在形成在半导体衬底101上的沟槽的整个表面上形成薄牺牲氧化物层，并形成O3 TEOS层以填充沟槽。这里，牺牲氧化物层还形成在沟槽的内壁上。O3 TEOS层是在高于约1000℃的温度下形成的。
接下来，为了留出沟槽区，通过在半导体衬底101上进行化学机械抛光(CMP)来去除O3 TEOS层。即，在沟槽内部形成器件隔离层102。之后，去除衬垫氧化层、衬垫氮化层和TEOS氧化层。
如图6B所示，在半导体衬底101的整个表面上形成第一光刻胶层103，并通过曝光和显影使第一光刻胶层103选择性地形成图样以限定光电二极管区。
然后，利用图样化的第一光刻胶层103作为掩模，通过在半导体衬底101的光电二极管区注入低浓度杂质离子形成光电二极管104。
如图6C所示，通过去除第一光刻胶层103、在半导体衬底101的整个表面上沉积自对准多晶硅化物金属层105、并进行第一退火处理，从而在半导体衬底101的自对准多晶硅化物区上形成自对准多晶硅化物层(未示出)。
这里，金属层105由通过反应以进行自对准多晶硅化处理的材料与例如Ti、Ta、Ni、和Co制成。然后，在金属层105上形成屏蔽金属层106。这里，屏蔽金属层106可以由TiN和TaN中的一种制成。
另外，屏蔽金属层106形成大约200到2000的厚度。
然后，在具有不与半导体衬底101反应的金属层105的半导体衬底101的整个表面上形成第二光刻胶层107。之后，使第二光刻胶层107选择性地形成图样，以在光电二极管104之间的器件隔离层102上留下第二光刻胶层107。
利用形成图样的第二光刻胶层107作为掩膜，通过选择性地去除金属层105和屏蔽金属层106形成挡光层108。挡光层108阻挡入射到预定像素的光泄漏到相邻的光电二极管104。
如图6D所示，通过在半导体衬底101上去除第二光刻胶层107并进行第二退火处理，使自对准多晶硅化物层稳定。
然后，在具有挡光层108的半导体衬底101的整个表面上形成电介质层109。
如上所述，根据本发明的制造CMOS图像传感器的方法具有如下优点。
由通过自对准多晶硅化物处理留下的光电二极管之间的金属材料，阻挡入射到预定像素的光泄漏到相邻的光电二极管，而抑制了干扰。因此，改善了CMOS图像传感器的特性。
显然，对于本领域的技术人员来说，可以对本发明做各种改变和变化。因此，本发明旨在覆盖在所附权利要求及其等同物范围内对本发明所做的改变和变化。
Claims (13)
1.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤：
在具有光电二极管区和器件隔离区的半导体衬底上形成器件隔离层；
在具有所述器件隔离层的所述半导体衬底的所述光电二极管区上形成光电二极管；
在所述半导体衬底的整个表面上依次形成自对准多晶硅化物金属层和屏蔽金属层；
通过选择性地去除所述金属层和不与所述半导体衬底反应的所述屏蔽金属层，在所述光电二极管之间形成挡光层，以阻挡光入射到相邻的光电二极管；以及
在具有所述挡光层的所述半导体衬底的整个表面上形成电介质层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属层由Ti、Ta、Ni、和Co中的一种制成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述屏蔽金属层由厚度约为200到2000的TiN或TaN形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述挡光层形成在除有源区以外的所述器件隔离区上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述挡光层形成在像素中的所述器件隔离层上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述挡光层形成在相邻的光电二极管之间的器件隔离层上。
7.一种CMOS图像传感器，包括：
半导体衬底，其包括光电二极管区和器件隔离区；
器件隔离层，形成在所述半导体衬底的所述器件隔离区上；
光电二极管，形成在所述半导体衬底的每个所述光电二极管区上；
挡光层，形成在所述器件隔离层上；以及
电介质层，形成在包括所述挡光层的所述半导体衬底的整个表面上。
8.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其中，所述挡光层包括自对准多晶硅化物金属层和形成在所述金属层上的屏蔽金属层。
9.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器，其中，所述金属层由Ti、Ta、Ni、和Co中的一种制成。
10.根据权利要求8所述的方法CMOS图像传感器，其中，所述屏蔽金属层由厚度约为200到2000的TiN或TaN形成。
11.根据权利要求8所述的方法CMOS图像传感器，其中，所述挡光层形成在除有源区以外的器件隔离区上。
12.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器，其中，所述挡光层形成在像素中的器件隔离层上。
13.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器，其中，所述挡光层形成在相邻的光电二极管之间的器件隔离层上。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090429 Termination date: 20130926 |