專利名稱：互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為關(guān)于影像感應(yīng)器，特別是一種具有一光遮蔽物的CMOS影像感應(yīng)器，其中該光遮蔽物包括一電性導(dǎo)通材料。
背景技術(shù)：
互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)影像感應(yīng)器因為其本身的優(yōu)點(diǎn)，使得其較電耦合裝置(CCD)更被廣泛使用。事實(shí)上，CMOS影像感應(yīng)器只需較低的電壓與較少的功率消耗，可有更多的方式接觸到影像數(shù)據(jù)，可以制造相容的CMOS制程以及可以整合在單晶片相機(jī)中。
一般來說，CMOS感應(yīng)器利用光感應(yīng)(light-sensitive)CMOS電路將光能轉(zhuǎn)換成電能。光感應(yīng)CMOS電路一般包括形成于一硅基板上的一光二極管(photo-diode)。當(dāng)該光二極管曝露在光源下時，該光二極管內(nèi)產(chǎn)生一電荷。該光二極管一般耦接一MOS開關(guān)晶體管，用以對該光二極管的電荷取樣。色彩便可通過內(nèi)建于該光感應(yīng)CMOS電路的濾波器(filter)決定。
一CMOS影像感應(yīng)器通常包括一CMOS影像像素陣列，每一個像素包括多個晶體管(開關(guān)晶體管與重置晶體管)，多個電容以及一影像感應(yīng)元件(photo-sensitive element)(如一光二極管)。每一個像素更包括一彩色濾波器，用以決定該影像感應(yīng)元件接收到的光的顏色。一孔徑(aperture)形成于該影像感應(yīng)元件上，用以在其他電路被光封鎖住時，暴露該影像感應(yīng)元件于光源下。
CMOS影像感應(yīng)器的效能，靈敏度以及解析度可能會因為孔徑在接收光的角度的偏移而發(fā)生的干擾而降低，導(dǎo)因于其他元件接收到光源而產(chǎn)生的電流。此外接收到光的量度也可能被錯誤的放大，可能導(dǎo)致過度曝光(washed-out)或模糊不清的影像產(chǎn)生。除此之外，CMOS影像感應(yīng)器透過孔徑接收光時若產(chǎn)生偏移的角度，可能使得鄰近的多個像素產(chǎn)生電流，因而產(chǎn)生錯誤。而在上述情形下，CMOS影像感應(yīng)器內(nèi)的彩色濾光器(color filter)便可能因為每一像素其鄰近像素所接收到的錯誤電流而導(dǎo)致其對每一像素接收的光源產(chǎn)生色彩判斷上的錯誤。
為避免因現(xiàn)有技術(shù)可能產(chǎn)生的錯誤發(fā)生，對影像感應(yīng)器來說；具備一光遮蔽物來避免或減少干擾的需求是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種CMOS影像感應(yīng)器，可避免或減少因光源產(chǎn)生的電流干擾。
本發(fā)明的目的為提供一種CMOS影像感應(yīng)器的形成方法，該CMOS影像感應(yīng)器可避免或減少因光源產(chǎn)生的電流干擾。
本發(fā)明提供一種CMOS影像感應(yīng)器，包括一影像感光元件(photo-sensitive element)，位于一基底內(nèi)；一個或多個介電層，形成于該基底之上；以及一電性導(dǎo)通材料形成于該等介電層之內(nèi)，該電性導(dǎo)通材料布局于該影像感光元件與一相鄰電路之間，該電性導(dǎo)通材料至少形成一插塞(plug)，穿透過該等介電層。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，該相鄰電路包括一相鄰光學(xué)感測元件與一MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng))晶體管。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，該電性導(dǎo)通材料包括一金屬、一金屬合金或一金屬化合物。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，該電性導(dǎo)通材料包括一個或多個層。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，一第一層包括一鈦氮化合物與一第二層包括鎢。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，該電性導(dǎo)通材料包括一鈦氮化合物層。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，更包括一彩色濾光器，布局于該影像感光元件之上。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，該電性導(dǎo)通材料的寬度為0.1um(微米)到0.5um。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，該電性導(dǎo)通材料的高度大于0.3um。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，該電性導(dǎo)通材料環(huán)繞該影像感光元件形成。
本發(fā)明還提供一種形成一CMOS影像感應(yīng)器的方法，包括形成一影像感光元件于一基底內(nèi)；形成多個介電層覆蓋于該基底上；形成一開孔(opening)，穿透該等介電層，該開孔被布局在該影像感光元件與一相鄰電路之間；以及將一電性導(dǎo)通材料填滿該開孔。
本發(fā)明更提供一種CMOS影像感應(yīng)器，包括一感光二極管與一固定層，位于一基底內(nèi)；一個或多個介電層，形成于該基底上；一光遮蔽物，包括一金屬層，形成于該等介電層內(nèi)，該光遮蔽物被配置覆蓋在一點(diǎn)，該點(diǎn)位于該感光二極管與一相鄰MOS電路之間，該光遮蔽物包括形成一插塞(plug)，穿透該等介電層，該相鄰MOS電路包括一開關(guān)晶體管與一重置晶體管。
本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，可避免或減少因光源產(chǎn)生的電流干擾。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一光遮蔽物110環(huán)繞一影像感應(yīng)元件112的平面示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一第一實(shí)施例的光遮蔽物的截面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一第二實(shí)施例的光遮蔽物的截面圖。
具體實(shí)施例方式
請參考圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一光遮蔽物110環(huán)繞一影像感應(yīng)元件112的平面示意圖。在圖1中，光遮蔽物110以一正方形形成的方式僅是本發(fā)明的一實(shí)施例說明，并非用以限制該光遮蔽物110的結(jié)構(gòu)。光遮蔽物110的結(jié)構(gòu)可能有其他不同的形狀，用以保護(hù)相鄰的影像感應(yīng)元件(圖上并未繪出)或其他電路(圖上并未繪出)避免干擾的發(fā)生。舉例來說，光遮蔽物110的形狀可能是橢圓形、圓形、三角形、八角型或是其他形狀。更進(jìn)一步來說，光遮蔽物110可能不是完全的環(huán)繞著影像感應(yīng)元件112而形成，換句話說，光遮蔽物110可能是環(huán)繞著影像感應(yīng)元件112但不連續(xù)的形成。
影像感應(yīng)元件112可能是任何的元件，只要該元件能將光能轉(zhuǎn)換成電能。舉例來說，該影像感應(yīng)元件112可能是將一離子摻雜物摻雜至一基底的方式所形成，例如一PN型光二極管、一PNP型光二極管、一NPN型光二極管或是其他影像感應(yīng)元件。在本發(fā)明中，一較佳實(shí)施例為使用一PNP型光二極管，例如該影像感應(yīng)元件112可能包括一P型固定層形成于一N型區(qū)域上，其中該N型區(qū)域形成于一P型半導(dǎo)體基底上。
如圖1中的箭頭方向所示，在該光遮蔽物110外的光線會被反射，因此避免或減少在光遮蔽物110外的光線落在該影像感應(yīng)元件112上。這表示當(dāng)光以一非垂直的角度到達(dá)光遮蔽物110的表面時會被反射掉，這也有助于避免影像感應(yīng)元件112因為接收光產(chǎn)生的干擾而影響到鄰近的影像感應(yīng)元件。進(jìn)一步來說，被影像感應(yīng)元件112偵測到的光盡量被避免影響到鄰近的影像感應(yīng)元件。
在下文更詳細(xì)的討論中，光遮蔽物110被設(shè)置在一個或多個金屬層之上，用以完整覆蓋影像感應(yīng)元件112，該影像感應(yīng)元件112通常被形成于一基底之內(nèi)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，光遮蔽物110包括一穿透一個或多個層間介電層(inter-metal dielectriclayer)的通道。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，光遮蔽物110包括透過該通道內(nèi)接的多條金屬導(dǎo)線。在上述兩個實(shí)施例中，光遮蔽物110的材料可能為金屬、金屬合金(metal alloy)、金屬化合物(metal compound)或其他類似的物質(zhì)?？梢园l(fā)現(xiàn)到這些材料都有一高反射指數(shù)，用以避免或減少可能穿透該光遮蔽物110而到達(dá)鄰近的影像感應(yīng)元件或電路的光的量。利用上述材料亦可使光遮蔽物110利用一般制程的步驟或增加少數(shù)的額外步驟即可制造。更進(jìn)一步來說，可通過定義一般制程中的多個光罩(masks)和圖案(patterns)來形成光遮蔽物110。
必須注意到，在一較佳實(shí)施例中，如圖1所示的影像感應(yīng)元件112只包含了單一元件(如光二極管)。其他的電路(如開關(guān)晶體管、重置晶體管等等)較佳為布局于該光遮蔽物110的外圍，以避免其他電路被曝露在光源下或受到光源影響。然而其他電路亦可被布局于該光遮蔽物110的內(nèi)圍。
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中第一實(shí)施例的光遮蔽物的一截面示意圖，其中該截面是由圖1中A-A直線所截取的平面。如圖2所示，該影像感應(yīng)元件112被形成于一基底210之內(nèi)。該基底210的材料可能為硅、鍺、硅鍺化合物、階梯式硅鍺化合物(gradedsilicon germanium)、半導(dǎo)體絕緣體(semiconductor-on-insulator)、碳(carbon)、石英(quartz)、藍(lán)寶石(sapphire)、玻璃或其他相似材料，且該基底210可能為多層結(jié)構(gòu)，如局限形變層(Strained Layer)。在一實(shí)施例中，該影像感應(yīng)元件112為一PNP光二極管，該基底210可能為一P型基底(或是包含一P型阱)。
一層間介電層(interlayer dielectric layer，ILD)212被形成于該基底210之上。該ILD層212可以由任何現(xiàn)有的技術(shù)來形成，該ILD層212的材料可能為低介電系數(shù)材料(loW-K dielectricmaterial)如二氧化硅、磷硅玻璃(phosphosilicate glass，PSG)、硼磷硅玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、氟硅玻璃(fluorinated silicate glass，F(xiàn)SG)或其他類似材料。在一實(shí)施例中，該ILD層212包括一氧化層，以使用四乙基硅酸鹽和氧為先驅(qū)物質(zhì)的化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition)制程所形成。該ILD層212的厚度約2500埃()到10000埃。本實(shí)施例僅以上述材料及制程為例說明，并非用以限制本發(fā)明。
一個或多個介電絕緣層(inter-metal dielectric layer)214被形成于該ILD層212之上。該介電絕緣層214可以由任何現(xiàn)有的技術(shù)來形成，該介電絕緣層214可能為低介電系數(shù)材料，如氟硅玻璃、碳摻雜氟硅玻璃(carbon-doped fluorinated silicateglass)、碳摻雜硅氧化合物(carbon-doped silicon oxide)(例如應(yīng)用材料公司(Applied Materials of Santa Clara)所生產(chǎn)的黑鉆石(B1ack DiamondTM))或是其他類似材料。一般來說，該介電絕緣層214會根據(jù)導(dǎo)線(圖上并無繪出)的數(shù)量來允許一個或多個層形成，以允許多種電子元件之間的連接。在一較佳實(shí)施例中，該介電絕緣層214是利用高密度等離子(high-densityplasma，HDP)氧化物或等離子增強(qiáng)式(plasma-enhanced，PE)氧化物以現(xiàn)有技術(shù)形成。該介電絕緣層214的厚度約2000埃到8000埃。本實(shí)施例僅以上述材料及制程為例說明，并非用以限制本發(fā)明。
一鈍化層(passivation layer)216可能被形成于該介電絕緣層214之上。該鈍化層216被形成用以覆蓋和保護(hù)最上層金屬層(該金屬線圖上未繪出)。該鈍化層216的形成方式相近于該介電絕緣層214，利用高密度等離子氧化物、等離子增強(qiáng)式氧化物、等離子增強(qiáng)式氮化物或是上述物質(zhì)的復(fù)合物，以現(xiàn)有技術(shù)形成。該鈍化層216的厚度約在2000埃到10000埃之間。
接著，形成該光遮蔽物110。該光遮蔽物110較佳包括一連續(xù)阻障(barrier)，穿透一個或多個鈍化層216與介電絕緣層214所形成，且較佳的形成材料為具有良好反射屬性的材料。圖2所示的實(shí)施例，一開口(opening)以一干蝕刻制程在該鈍化層216與介電絕緣層214內(nèi)形成，其中該開口的深度由該制程的處理時間所決定。該開口的較佳深度為0.1um到0.5um，其中最佳深度為0.2um。在另一實(shí)施例中，該開口以一干蝕刻制程在該ILD層212、該鈍化層216與介電絕緣層214內(nèi)形成，其中該ILD層212是部分或全部分離。
必須注意到，一蝕刻停止層可能會也可能不會布局于該ILD層212、該鈍化層216與介電絕緣層214之間。在一較佳實(shí)施例中，上述該層之間并無布局該蝕刻停止層。在本實(shí)施例中，該開口可能會在一個步驟內(nèi)被蝕刻。如果在一實(shí)施例中利用了該蝕刻停止層，則該開口的蝕刻步驟就可能包括了多個蝕刻步驟，以穿透該等介電層與該蝕刻停止層。
一旦該開口形成后，該開口會被填滿一電性導(dǎo)通材料或光阻障材料218。為符合該光阻障材料218的反射特性，其較佳材料為一金屬、金屬合金、金屬化合物或其他類似材料。該電性導(dǎo)通材料較佳的寬度約為0.1um到0.5um，且該電性導(dǎo)通材料的高度大于等于0.3um。在一實(shí)施例中，該開口被以化學(xué)氣相沉積(CVD)方式填滿TiN。而其他材料如鎢(W)、耐火金屬(refractory metal)或其他金屬復(fù)合物(combinations)都可能被用來填滿該開口。
必須注意到被沉積在表面上多出來的材料會以另一制程來移除掉，例如化學(xué)氣相沉積和等離子蝕刻。舉例來說，沉積在該影像感應(yīng)元件112的光阻障材料218應(yīng)該被移除，以允許光能到達(dá)該影像感應(yīng)元件112。此外光阻障材料218可能還是被沉積在該鈍化層216的表面而不沉積在該影像感應(yīng)元件112的表面上，因此可以減少或避免影像感應(yīng)元件112因為接收光產(chǎn)生的干擾而影響到鄰近的影像感應(yīng)元件。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中光遮蔽物的第二實(shí)施例的截面圖，其中該截面是由圖1中A-A直線所截取的平面。本實(shí)施例的內(nèi)容相近于圖2所舉的實(shí)施例，其中相同的元件保留其原先的編號，此外該光遮蔽物110包含了一多層結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，在圖3中的該光遮蔽物110包含一第一層310與一第二層312。在一些用以形成這種形式的結(jié)構(gòu)的相關(guān)制程中，是與用以形成該CMOS影像感應(yīng)器的制程是較一致且相容的。舉例來說，多個通道(vias)與多個內(nèi)接點(diǎn)(interconnects)被形成再覆蓋一阻障/附著層(如該第一層310所示)的一導(dǎo)通層(如該第二層132)之內(nèi)是很常見的制程。通過上述一般的制程和結(jié)構(gòu)，對形成該光遮蔽物110的制程來說只需增加少數(shù)或無需增加其他制程步驟。
在一實(shí)施例中，該第一層310包含一個或多個鈦、鈦氮化合物、鉭、鉭氮化合物層或其他相類似的材料層，以化學(xué)氣相沉積法沉積約100埃到1000埃的厚度。該第二層312可能以不透光或具反射的材料形成，例如金屬、金屬合金、金屬化合物或其他相似的材料如鎢或鋁。在另一實(shí)施例中，該第二層312是以鎢形成，該第二層312可以以化學(xué)氣相沉積或其他現(xiàn)有技術(shù)所形成。
請參考圖2的敘述，形成于該鈍化層216上的該第一層310與第二層312的多余材料會被以一個或多個的蝕刻制程來去除。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號的簡單說明如下110光遮蔽物112影像感應(yīng)元件210基底212層間介電層214介電絕緣層216鈍化層218光阻障材料310第一層312第二層
權(quán)利要求
1.一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，所述互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器包括一影像感光元件，位于一基底內(nèi)；一個或多個介電層，形成于該基底之上；以及一電性導(dǎo)通材料形成于該介電層之內(nèi)，該電性導(dǎo)通材料布局于該影像感光元件與一相鄰電路之間，該電性導(dǎo)通材料至少形成一插塞，穿透過該介電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于該相鄰電路包括一相鄰光學(xué)感測元件與一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于該電性導(dǎo)通材料包括一金屬、一金屬合金或一金屬化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于該電性導(dǎo)通材料包括一個或多個層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于一第一層包括一鈦氮化合物與一第二層包括鎢。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于該電性導(dǎo)通材料包括一鈦氮化合物層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于更包括一彩色濾光器，布局于該影像感光元件之上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于該電性導(dǎo)通材料的寬度為0.1um到0.5um。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于該電性導(dǎo)通材料的高度大于0.3um。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，其特征在于該電性導(dǎo)通材料環(huán)繞該影像感光元件形成。
11.一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，所述互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器包括一感光二極管與一固定層，位于一基底內(nèi)；一個或多個介電層，形成于該基底上；一光遮蔽物，包括一金屬層，形成于該介電層內(nèi)，該光遮蔽物被配置覆蓋在一點(diǎn)，該點(diǎn)位于該感光二極管與一相鄰金屬氧化物半導(dǎo)體電路之間，該光遮蔽物包括形成一插塞，穿透該介電層該相鄰金屬氧化物半導(dǎo)體電路包括一開關(guān)晶體管與一重置晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器。光遮蔽物包括形成在一影像感光元件與一相鄰電路之間的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以一種光阻礙材料，如金屬、金屬合金、金屬化合物或其他類似材料所形成，形成在多個介電層內(nèi)，并覆蓋在該影像感應(yīng)元件上。本發(fā)明所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體影像感應(yīng)器，可避免或減少因光源產(chǎn)生的電流干擾。
文檔編號H01L27/146GK1825605SQ200510102450
公開日2006年8月30日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者王文德, 楊敦年, 伍壽國, 喻中一 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司