专利名称：Cmos图像传感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的制造方法。
背景技术：
通常，图像传感器是用于将光学图像转换为电信号的半导体器件。在图像传感器中，CMOS图像传感器是采用开关模式的器件，其通过使用作为外围器件的控制电路和信号处理电路的CMOS技术提供对应于像素数量的光电二极管，由此依次检测输出。
已经作了各种研究和调查以制造具有改善的感光性的各种图像传感器。
例如，CMOS图像传感器包括像素阵列单元，包括读出光的光电二极管；和CMOS逻辑电路，用于将感测的光处理成电信号，以制成数据。为了改善感光性，在图像传感器区域的整个区域中必须增加光电二极管所占的区域，或者必须使用集光技术以通过减小光路径以及在光电二极管的上部形成微透镜来在光电二极管区域中收集更多的光。
CMOS图像传感器根据晶体管的数量分为3T型CMOS图像传感器、4T型CMOS图像传感器和5T型CMOS图像传感器。3T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和3个晶体管。4T型CMOS图像传感器包括4个晶体管。以下将描述3T型CMOS图像传感器的像素单元的等效电路和布局。
图1是根据现有技术的3T型CMOS图像传感器的等效电路图，图2是示出根据现有技术的3T型CMOS图像传感器的像素单元的布局图。
如图1所示，传统3T型CMOS图像传感器的像素单元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PD的阴极连接至第一nMOS晶体管T的漏极和第二nMOS晶体管T2的栅极。
另外，第一nMOS晶体管T1的源极和第二nMOS晶体管T2的源极均连接至馈送参考电压VR的电源线，第一nMOS晶体管T1的栅极连接至馈送复位信号RST的复位线。
另外，第三nMOS晶体管T3的源极连接至第二nMOS晶体管的漏极。第三nMOS晶体管T3的漏极通过信号线连接至读出电路。第三nMOS晶体管T3的栅极连接至被提供选择信号SLCT的列选择线。
因此，第一nMOS晶体管T1称为复位晶体管Rx，第二nMOS晶体管T2称为驱动晶体管Dx，第三nMOS晶体管T3称为选择晶体管Sx。
如图2所示，有源区10被限定在3T CMOS图像传感器的像素单元中，从而在有源区10的较宽部分中形成一个光电二极管20，而且与有源区10的其余部分相交叠地排列三个晶体管的栅极120、130和140。
第一栅极120包括在复位晶体管Rx中，第二栅极130包括在驱动晶体管Dx中，第三栅极140包括在选择晶体管Sx中。
将掺杂剂注入到每一晶体管的除了栅电极120、130和140的下部之外的有源区10中，从而形成每一晶体管的源极和漏极区。
因此，将电源电压Vdd施加到复位晶体管Rx和驱动晶体管Dx之间的源极/漏极区，在选择晶体管Sx的一侧形成的源极/漏极区连接至读出电路。
尽管图中未示出，但是栅极120、130和140均连接至信号线，并且每一信号线在一端均包括焊盘，从而通过焊盘连接至外部驱动电路。
以下，将参照附图描述传统CMOS图像传感器的制造方法。
图3A至图3B以剖视图示出传统CMOS图像传感器的制造方法。
如图3A所示，将氧化物层沉积在被划分为像素阵列单元P和逻辑电路单元L的半导体衬底上，以形成层间介电层61。然后，执行化学机械抛光(CMP)工艺，以对层间介电层61的表面进行平坦化。
此时，在半导体衬底上配置各种互连51和52、晶体管和光电二极管。
然后，通过溅射方法在层间介电层61上沉积金属材料，并通过光刻处理对沉积的金属材料进行图案化，以形成用于供电的金属互连53。
金属互连53被限制在逻辑电路单元L中。由于金属互连53是接收来自外部驱动电路的信号的电源线，所以金属互连53较厚。
例如，在层间介电层之间配置的金属互连51和52具有大约1500至4000的厚度，但是限制在逻辑电路单元中的用于供电的金属互连53具有大约3000至5000的厚度。
然后，如图3B所示，在包括金属互连53的衬底的整个表面上沉积第一氧化物层62。此时，为了去除像素阵列单元和逻辑电路单元之间的阶梯差，形成较厚的第一氧化物层62。
随后，通过CMP工艺对第一氧化物层62进行抛光。此时，为了防止金属互连53被抛光，在与金属互连相距3000至5000的位置停止CMP工艺。因此，在层间介电层61上形成的第一氧化物层62具有大约8000至14000的厚度。
最后，在第一氧化物层62上依次沉积氮化物层63和第二氧化物层64，从而形成?；げ?。另外，对金属互连53上形成的?；げ憬惺纯?，以形成用于曝露金属互连53的通孔72。金属互连53通过通孔72电连接至外部驱动电路。
以彼此电连接的多层的形式制备CMOS图像传感器的金属互连。在3重金属结构的情况下，在像素阵列单元中形成两个金属互连，在逻辑电路单元中形成三个金属互连。另外，在4重金属结构的情况下，在像素阵列单元中形成三个金属互连，在逻辑电路单元中形成四个金属互连。以此方式，逻辑电路单元比像素阵列单元多一个金属互连。
然而，由于逻辑电路具有多一个的金属互连，所以在像素阵列单元和逻辑电路单元之间会出现阶梯差。特别地，由于最上层金属互连用于供电，所以将最上层金属互连形成为较厚，以降低电阻，因此像素阵列单元和逻辑电路单元之间的阶梯差进一步增加。
像素阵列单元和逻辑电路单元之间的这种阶梯差使得难以相对于?；げ阒葱蠧MP工艺。另外，即使执行了CMP工艺，也不容易实现表面一致性。
同时，形成较厚的?；げ阋宰钚』捎糜诠┑绲慕鹗艋チ贾碌慕滋莶?。然而，在这种情况下，从像素单元至微透镜之间的垂直高度增加，从而CMOS图像传感器的敏感性降低，以及光学串扰(cross-talk)增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器的制造方法，其可以通过镶嵌工艺形成逻辑电路单元的最上层金属互连以及在最上层金属互连上形成具有最小厚度的?；げ?，以明显减小光接收单元中的微透镜的垂直高度，从而改善CMOS图像传感器的敏感性，并减少光学串扰。
为实现上述目的，根据本发明的一个方案，提供一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括以下步骤制备被划分为像素阵列单元和逻辑电路单元的半导体衬底；在所述半导体衬底上形成下层互连；在包括所述下层互连的半导体衬底的整个表面上形成层间介电层；通过选择性去除所述逻辑电路单元的层间介电层而形成第一通孔；通过将金属掩埋到所述第一通孔中而形成上层互连，然后对掩埋在所述第一通孔中的金属表面进行平坦化；在包括所述上层互连的半导体衬底的整个表面上形成?；げ?；和通过选择性去除在所述上层互连上形成的?；げ愣纬傻诙?。
根据所述的方法，其中通过单镶嵌工艺形成所述第一通孔。
根据所述的方法，其中通过双镶嵌工艺形成所述第一通孔。
根据所述的方法，其中所述第一通孔具有在3000至5000范围内的深度。
根据权所述的方法，其中所述?；げ憔哂性?000至8000范围内的厚度。
根据所述的方法，其中通过叠置第一氧化物层、氮化物层和第二氧化物层而形成所述?；げ?。
根据所述的方法，其中所述上层互连通过所述第二通孔连接至外部驱动电路。
根据所述的方法，还包括以下步骤在所述半导体衬底上形成光电二极管。
根据所述的方法，还包括以下步骤在所述像素阵列单元的?；げ闵闲纬晌⑼妇?。
根据所述的方法，其中所述下层互连具有多层结构。
根据所述的方法，其中所述上层互连通过接触塞电连接至所述下层互连。
根据所述的方法，其中所述金属包括钨。
根据所述的方法，其中通过化学机械抛光工艺来实现在所述第一通孔中掩埋金属并对所述金属表面进行平坦化的步骤。
根据所述的方法，其中所述上层互连具有大约5000至9000的厚度。
为实现上述目的，根据本发明的另一方案，提供一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括以下步骤制备被划分为像素阵列单元和逻辑电路单元的半导体衬底；在所述半导体衬底上形成具有1500至4000的厚度的下层互连；在包括所述下层互连的半导体衬底的整个表面上形成层间介电层；通过选择性去除所述逻辑电路单元的层间介电层而形成第一通孔；通过将金属掩埋到所述第一通孔中而形成用于供电的上层互连，然后对掩埋在所述第一通孔中的金属表面进行平坦化；在包括所述上层互连的半导体衬底的整个表面上形成?；げ?；和通过选择性去除在所述上层互连上形成的?；げ愣纬傻诙?。
根据所述的方法，其中所述?；げ憔哂性?000至8000范围内的厚度。
图1是根据现有技术的3T CMOS图像传感器的等效电路图；图2是示出根据现有技术的3T CMOS图像传感器的像素单元的布局图；图3A至图3B以剖视图示出根据现有技术的CMOS图像传感器的制造方法；和图4A至图4D以剖视图示出根据本发明的CMOS图像传感器的制造过程。
具体实施例方式
以下，将参照附图描述根据本发明的CMOS图像传感器的制造方法。
图4A至图4D以剖视图示出根据本发明的CMOS图像传感器的制造过程。
如图4A所示，在被划分为像素阵列单元P和逻辑电路单元L的半导体衬底上沉积氧化物层，以形成层间介电层261。然后，对层间介电层261执行化学机械抛光(CMP)工艺，以对层间介电层261的表面进行平坦化。
此时，形成下层互连251和252作为半导体衬底上的多重结构，并且下层互连251和252通过接触塞彼此电连接。特别地，尽管附图中未示出，但是在像素阵列单元P中形成R、G和B光电二极管，以感测R、G和B信号。
然后，通过单镶嵌工艺选择性去除层间介电层261，从而形成第一通孔271。由于通过在第一通孔中掩埋金属而形成上层互连，所以去除层间介电层，从而使第一通孔具有大约3000至5000的深度。此时，可以以沟槽的形式制备第一通孔271。
另外，可采用双镶嵌工艺通过光刻处理来同时形成沟槽和通孔。即，在形成通孔之后，选择性去除与通孔邻近的区域，以形成沟槽；或者，在形成沟槽之后，形成宽度小于沟槽宽度的通孔，以形成具有双层图案的上层互连。
接下来，如图4B所示，将金属274充分掩埋到第一通孔中。所述金属包括铜、铝等。优选地，在通孔中掩埋适合于镶嵌工艺的钨W。
接下来，如图4C所示，通过CMP工艺对处理后的结构的整个表面进行平坦化，以在通孔271中形成上层互连253。此时，层间介电层261的表面用作终点。尽管图中未示出，但是上层互连253通过接触塞电连接至下层互连251和252。
上层互连253被限制在逻辑电路单元中，并且其厚度大于下层互连的厚度，以降低电阻。
即，当互连具有3重金属结构时，在像素阵列单元中形成两个金属互连，在逻辑电路单元中形成三个金属互连。此时，最下层金属互连251具有大约1500至2500的厚度，中间层金属互连252具有大约2500至4000的厚度，限制在逻辑电路单元中的最上层金属互连具有大约5000至9000的厚度。
以此方式，由于上层互连通过镶嵌工艺掩埋在层间介电层中，所以可以解决由于上层互连而导致的在像素阵列单元和逻辑电路单元之间出现的阶梯差的问题。
之后，在上层互连253的整个表面上形成第一氧化物层262。此时，能够将第一氧化物层262的厚度降低预定厚度，以减少阶梯差。
然后，在第一氧化物层262上进一步形成氮化物层263和第二氧化物层264。上述第一氧化物层、氮化物层和第二氧化物层组成具有大约7000厚度的?；げ?65。
传统?；げ憔哂写笤?4000至17000的厚度，以降低阶梯差，然而，根据本发明，因为能够降低?；げ愕暮穸?，所以?；げ憔哂写笤?000至8000的厚度。因此，根据本发明的?；げ愕暮穸认嘤τ诖潮；げ愫穸鹊囊话?。
之后，在像素阵列单元的?；げ?65上进一步形成微透镜。由于如上所述可以降低?；げ愕暮穸?，所以可以明显减小在光接收单元中的微透镜的垂直高度，从而改善图像传感器的敏感性。
最后，如图4D所示，对上层互连253上形成的?；げ?65进行蚀刻，以形成暴露用于供电的金属互连的第二通孔272。金属互连通过第二通孔电连接至外部驱动电路，从而获得CMOS图像传感器。
根据本发明的CMOS图像传感器的制造方法具有以下优点。
首先，由于通过镶嵌工艺在层间介电层上形成最上层金属互连，所以能够减少?；げ愕暮穸?。
另外，由于将?；げ阈纬晌哂凶钚『穸?，所以可以明显减小光接收单元中的微透镜的垂直高度，从而改善图像传感器的敏感性，并减少光学串扰。
对于所属领域技术人员将是清楚的是，可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明旨在覆盖了落入所附权利要求及其等效范围内的本发明的改变和修改。
权利要求
1.一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括以下步骤制备被划分为像素阵列单元和逻辑电路单元的半导体衬底；在所述半导体衬底上形成下层互连；在包括所述下层互连的半导体衬底的整个表面上形成层间介电层；通过选择性去除所述逻辑电路单元的层间介电层而形成第一通孔；通过将金属掩埋到所述第一通孔中而形成上层互连，然后对掩埋在所述第一通孔中的金属表面进行平坦化；在包括所述上层互连的半导体衬底的整个表面上形成?；げ?；和通过选择性去除在所述上层互连上形成的?；げ愣纬傻诙?。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过单镶嵌工艺形成所述第一通孔。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过双镶嵌工艺形成所述第一通孔。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一通孔具有在3000至5000范围内的深度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述?；げ憔哂性?000至8000范围内的厚度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过叠置第一氧化物层、氮化物层和第二氧化物层而形成所述?；げ?。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述上层互连通过所述第二通孔连接至外部驱动电路。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在所述半导体衬底上形成光电二极管。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在所述像素阵列单元的?；げ闵闲纬晌⑼妇?。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述下层互连具有多层结构。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述上层互连通过接触塞电连接至所述下层互连。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属包括钨。
13.根据权利要求1所述的方法，其中通过化学机械抛光工艺来实现在所述第一通孔中掩埋金属并对所述金属表面进行平坦化的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述上层互连具有大约5000至9000的厚度。
15.一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括以下步骤制备被划分为像素阵列单元和逻辑电路单元的半导体衬底；在所述半导体衬底上形成具有1500至4000的厚度的下层互连；在包括所述下层互连的半导体衬底的整个表面上形成层间介电层；通过选择性去除所述逻辑电路单元的层间介电层而形成第一通孔；通过将金属掩埋到所述第一通孔中而形成用于供电的上层互连，然后对掩埋在所述第一通孔中的金属表面进行平坦化；在包括所述上层互连的半导体衬底的整个表面上形成?；げ?；和通过选择性去除在所述上层互连上形成的?；げ愣纬傻诙?。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述?；げ憔哂性?000至8000范围内的厚度。
全文摘要
本发明公开一种CMOS图像传感器的制造方法。该方法包括以下步骤制备被划分为像素阵列单元和逻辑电路单元的半导体衬底；在所述半导体衬底上形成下层互连；在包括所述下层互连的半导体衬底的整个表面上形成层间介电层；通过选择性去除所述逻辑电路单元的层间介电层而形成第一通孔；通过将金属掩埋到所述第一通孔中而形成上层互连，然后对掩埋在所述第一通孔中的金属表面进行平坦化；在包括所述上层互连的半导体衬底的整个表面上形成?；げ?；和通过选择性去除在所述上层互连上形成的?；げ愣纬傻诙?。
文档编号H04N5/374GK1992220SQ20061017019
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月25日 优先权日2005年12月28日
发明者金载熙 申请人:东部电子股份有限公司