專利名稱：圖像感測元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像感測元件(image sensor)及其制作方法。
背景技術(shù)：
互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)圖像感測元件是現(xiàn)今一種普遍的固態(tài)圖像感測元件，且CMOS圖像傳感器已有逐漸取代電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)的趨勢。這是因為CMOS圖像感測元件是以傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝制作，因此具有制作成本較低以及元件尺寸較小的優(yōu)點(diǎn)，此外，CMOS圖像感測元件還具有高量子效率(quantum efficiency)以及低噪聲(read-out noise)等優(yōu)勢，因此已廣泛應(yīng)用在個人電腦相機(jī)(PC camera)以及數(shù)字相機(jī)(digital camera)等電子產(chǎn)品上。
典型的CMOS圖像感測元件包括一個光電二極管，用來感測光照的強(qiáng)度，以及三個或者四個金屬氧化物半導(dǎo)體(metal-oxide semiconductor，MOS)晶體管，分別具有重置(reset)、放大(amplification)以及選擇(select)等功用。
請參考圖1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)圖像感測元件的工藝示意圖。圖像感測元件100設(shè)置在一半導(dǎo)體基底102上，圖像感測元件100又區(qū)分為非感光區(qū)A、感光區(qū)B，且感光區(qū)B具有光電二極管(photo diode)104在半導(dǎo)體基底102中，非感光區(qū)A具有淺溝隔離(shallow trench isolation，STI)103位于半導(dǎo)體基底102中。半導(dǎo)體基底102上方又具有柵電極(gate electrode)106、108，其中，柵電極108介于非感光區(qū)A、感光區(qū)B之間?，F(xiàn)有圖像感測元件100的工藝是先于半導(dǎo)體基底102中形成所需的淺溝隔離103、光電二極管104以及柵電極106、108，接著，對半導(dǎo)體基底102進(jìn)行一化學(xué)氣相沉積工藝(chemical vapor deposition，CVD)，形成一遮蔽層(未顯示)覆蓋于柵電極106、108和半導(dǎo)體基底102上方。然后，對遮蔽層進(jìn)行一各向異性蝕刻工藝(anisotropic etch)，以于柵電極106、108周圍分別形成一間隙壁(spacer)110。接著，進(jìn)行一離子注入工藝(ion implantation)，以于柵電極106、108側(cè)邊形成摻雜區(qū)漏極/源極(source/drain)116、118、120。
隨后形成一圖案化的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層112，覆蓋在感光區(qū)B和鄰近感光區(qū)B的部分柵電極108上方。然后，進(jìn)行一自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝(self-alignment silicide，salicide)，以于柵電極106上方、未被自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層112覆蓋的柵電極108上方以及漏極/源極上方形成金屬硅化物122、124、126、128。
爾后，形成一層抗反射層(anti-reflection，AR)114位于半導(dǎo)體基底102上方，接著，再進(jìn)行內(nèi)層介電層(inter-layer-dielectrics，ILD)的沉積和形成接觸孔(contact hole)的光刻、蝕刻等工藝，以逐步完成電連接CMOS圖像感測元件的其他連接電路。在此現(xiàn)有技術(shù)中，由于形成間隙壁110的蝕刻工藝常會發(fā)生離子轟擊(ion-bombardment)、電荷囤積損害(charge-up damage)、等離子體蝕刻損害(plasma etching damage)等情況，進(jìn)而破壞感光區(qū)B的結(jié)構(gòu)，所以，常導(dǎo)致圖像感測元件容易產(chǎn)生噪聲(noise)。而且，抗反射層114是位于自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層112上，而自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層112的材料又并非是抗反射材料，所以，使得抗反射層114的抗反射效果亦不佳。
請參考圖2，圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一圖像感測元件的工藝示意圖。圖像感測元件200位于一半導(dǎo)體基底202中，圖像感測元件200又區(qū)分為非感光區(qū)C、感光區(qū)D，且感光區(qū)D具有光電二極管204在半導(dǎo)體基底202中，非感光區(qū)C具有淺溝隔離203位于半導(dǎo)體基底202中。其中，半導(dǎo)體基底202上方又具有柵電極206、208，且柵電極208介于非感光區(qū)C、感光區(qū)D之間?，F(xiàn)有圖像感測元件200的工藝是先于半導(dǎo)體基底202中形成所需的淺溝隔離203、光電二極管204以及柵電極206、208，隨后，進(jìn)行一化學(xué)氣相沉積工藝，于柵電極206、208和半導(dǎo)體基底202上方覆蓋一層遮蔽層(未顯示)。接著利用一掩模(未顯示)對此遮蔽層進(jìn)行一蝕刻工藝，以于柵電極206、208周圍形成間隙壁210，并且于感光區(qū)D和柵電極208鄰近感光區(qū)D的一側(cè)形成一保護(hù)層212。接著，再進(jìn)行一離子注入工藝，以于柵電極206、208側(cè)邊形成摻雜區(qū)漏極/源極216、218、220。
然后，于保護(hù)層212上形成一圖案化的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層214，覆蓋在感光區(qū)D和鄰近感光區(qū)D的部分柵電極208上方。之后，進(jìn)行一自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝，以于柵電極206上方、未被自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層214覆蓋的柵電極208上方以及漏極/源極上方形成金屬硅化物222、224、226、228。最后再于半導(dǎo)體基底202上沉積一抗反射層216，作為之后接觸窗工藝的抗反射層使用。雖然圖2所揭露的現(xiàn)有技術(shù)，是利用保護(hù)層212跨在部分的柵電極208上方的布局方式，用以避免感光區(qū)D受到形成間隙壁210的蝕刻工藝的等離子體破壞，但是，卻使得感光區(qū)D上依序堆疊著保護(hù)層212、自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層214以及抗反射層216，感光區(qū)D上方過厚的堆疊物嚴(yán)重影響了后續(xù)工藝和產(chǎn)品效能。
由于上述現(xiàn)有技術(shù)皆有缺陷，所以如何研發(fā)出能解決上述問題的圖像感測元件結(jié)構(gòu)與工藝，是該領(lǐng)域的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種圖像感測元件以解決上述問題。
本發(fā)明的一優(yōu)選實施例提供一種圖像感測元件，包括半導(dǎo)體基底、感光區(qū)位于半導(dǎo)體基底中、柵電極位于該感光區(qū)的一側(cè)的半導(dǎo)體基底上、圖案化介電層覆蓋該柵電極以及該感光區(qū)，并暴露部分該柵電極，以及間隙壁，位于圖案化介電層上并圍繞柵電極。
本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例提供一種圖像感測元件制作方法，包括提供半導(dǎo)體基底，于半導(dǎo)體基底中形成感光區(qū)，于感光區(qū)的一側(cè)的半導(dǎo)體基底上形成柵電極。另外，于半導(dǎo)體基底上形成介電層，并覆蓋于柵電極以及感光區(qū)表面，且于柵電極周圍的介電層上形成間隙壁，以及，進(jìn)行離子注入工藝，以于柵電極相對于該感光區(qū)的另一側(cè)的該半導(dǎo)體基底中形成摻雜區(qū)。
本發(fā)明的第一抗反射層可作為制作間隙壁的蝕刻工藝的蝕刻停止層，并保護(hù)感光區(qū)內(nèi)的光電二極管，使其不被間隙壁的蝕刻工藝所破壞，又是自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層，且可避免污染物傷害圖像感測元件的制作。另外，第二抗反射層可作為接觸孔工藝中的蝕刻停止層。且第一、第二抗反射層對于形成接觸孔的光刻工藝，有良好的降低曝光光線反射的抗反射效果。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)圖像感測元件的工藝示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一圖像感測元件的工藝示意圖；圖3至圖5是本發(fā)明圖像感測元件的工藝示意圖。
主要元件符號說明100、200、300圖像感測元件102、202、302半導(dǎo)體基底103、203、303淺溝隔離104、204、304光電二極管106、108、206、208、306、308柵電極110、210、314間隙壁112、214、404自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層114、216、312、502抗反射層116、118、120、216、218、220、316、318、320漏極/源極122、124、126、128、222、224、226、228、322、324、326、328金屬硅化物212保護(hù)層310緩沖層402間隙壁A、C、E非感光區(qū)B、D、F感光區(qū)具體實施方式
請參考圖3至圖5，圖3至圖5是本發(fā)明圖像感測元件的工藝示意圖。在此優(yōu)選實施例中，是以本發(fā)明應(yīng)用于一互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像感測元件作為說明。如圖3所示，圖像感測元件300位于一半導(dǎo)體基底302中，而圖像感測元件300又區(qū)分為非感光區(qū)E、感光區(qū)F，而感光區(qū)F具有一光電二極管304在半導(dǎo)體基底302中，非感光區(qū)E具有一淺溝隔離303在半導(dǎo)體基底302中，其中，柵電極308位于感光區(qū)F的一側(cè)。
本發(fā)明圖像感測元件300的工藝是先于半導(dǎo)體基底302中形成所需的淺溝隔離303、光電二極管304以及柵電極306、308，接著，進(jìn)行一化學(xué)氣相沉積工藝，于半導(dǎo)體基底302以及柵電極306、308上方覆蓋一層緩沖層310。接著，再進(jìn)行一沉積工藝，于緩沖層310上方形成一層介電材料的抗反射層312。然后，進(jìn)行另一沉積工藝，于抗反射層312上方形成一遮蔽層(未顯示)，再進(jìn)行一各向異性蝕刻，去除覆蓋在抗反射層312上的部分遮蔽層，以于柵電極306、308兩側(cè)形成間隙壁314。其中，抗反射層312可用來作為形成間隙壁314蝕刻工藝的蝕刻停止層(etching stop layer)，而且，由于遮蔽層被蝕刻時，感光區(qū)F覆蓋著抗反射層312，所以，藉由抗反射層312的保護(hù)，本發(fā)明可有效避免感光區(qū)F被間隙壁蝕刻工藝破壞。接著，進(jìn)行一離子注入步驟，于柵電極306、308側(cè)邊形成摻雜區(qū)漏極/源極316、318、320。
請參閱圖4，利用一黃光工藝，于半導(dǎo)體基底302上形成一圖案化光致抗蝕劑層(未顯示)，用來當(dāng)作自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的掩模，接著進(jìn)行一蝕刻工藝，并同時以自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層的掩模和間隙壁314作為蝕刻掩模，來對部分的抗反射層312和緩沖層310進(jìn)行蝕刻，以形成所需的自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層404和間隙壁402。其中，自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層404包括緩沖層310和抗反射層312，且自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層404有部分位于非感光區(qū)E的柵電極308上。另外，位于柵電極306、308周圍的間隙壁402是由緩沖層310、抗反射層312和間隙壁314所構(gòu)成。
接著，進(jìn)行一自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝，以于柵電極306上方、未被自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層404覆蓋的柵電極308上方以及漏極/源極316、318、320上方形成金屬硅化物322、324、326、328。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝會產(chǎn)生一些污染源(contamination)，例如鈉離子等，而且這些污染源會影響圖像感測元件300的工藝，但是，由于本發(fā)明在進(jìn)行自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝時，已形成有自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層404覆蓋于感光區(qū)F表面，所以可有效防止這些污染源影響圖像感測元件300的制作。
請參閱圖5，進(jìn)行一化學(xué)氣相沉積工藝，于半導(dǎo)體基底302上方，覆蓋一層介電材料的抗反射層502。之后，再形成一層氧化硅層作為內(nèi)層介電層在半導(dǎo)體基底302上方，并進(jìn)行后續(xù)制作接觸孔等的工藝，以逐步完成電連接CMOS圖像感測元件的其他連接電路。其中，抗反射層312、502對于接觸孔的光刻工藝有降低曝光光線反射的抗反射的效果，而且抗反射層502可作為接觸孔工藝中的蝕刻停止層。
上述工藝中所提及的抗反射層312、502，除了可采用氮化硅(siliconnitride)為材料外，另外，可選擇任何反射系數(shù)介于氧化硅(silicon oxide)的反射系數(shù)和硅(silicon)的反射系數(shù)之間的介電材料，例如氮氧化硅(siliconoxy-nitride)、氧化鈰(cerium oxide)、氧化鈦(titanium oxide)、氧化鉭(tantalumoxide)、氧化鋯(zirconium oxide)、富硅氧化硅(Silicon rich oxide)的其中之一或者其組合等作為材料。
所以，綜合以上所述，本發(fā)明的抗反射層312可作為制作間隙壁314的蝕刻工藝的蝕刻停止層，并保護(hù)感光區(qū)F內(nèi)的光電二極管304，使其不被間隙壁314的蝕刻工藝所破壞。而且，抗反射層312又可作為自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層404。再者，針對形成自對準(zhǔn)金屬硅化物的工藝，抗反射層312也可避免污染物傷害圖像感測元件300的制作。另外，抗反射層502可作為接觸孔工藝中的蝕刻停止層。而且，抗反射層312、502的反射系數(shù)都介于氧化硅(silicon oxide)的反射系數(shù)和硅(silicon)的反射系數(shù)之間，所以，抗反射層312、502對于形成接觸孔的光刻工藝，有良好的降低曝光光線反射的抗反射的效果。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種圖像感測元件，包括半導(dǎo)體基底；感光區(qū)，位于該半導(dǎo)體基底中；柵電極，位于該感光區(qū)的一側(cè)的該半導(dǎo)體基底上；圖案化介電層，覆蓋該柵電極以及該感光區(qū)，并暴露部分該柵電極；以及間隙壁，位于該圖案化介電層上并圍繞該柵電極。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該圖案化介電層包括第一抗反射層和緩沖層。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像感測元件，其中該圖案化介電層是自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像感測元件，其中該圖像感測元件還包括第二抗反射層于該圖案化介電層、該柵電極和該半導(dǎo)體基底上方。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像感測元件，其中該第一、二抗反射層的反射系數(shù)介于氧化硅的反射系數(shù)和硅的反射系數(shù)之間。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像感測元件，其中該第一、二抗反射層的材料選自于氮化硅、氮氧化硅、氧化鈰、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋯、富硅氧化硅其中之一以及其組合。
7.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該圖像感測元件是互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像感測元件。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該感光區(qū)包括光電二極管。
9.一種圖像感測元件制作方法，包括提供半導(dǎo)體基底；于該半導(dǎo)體基底中形成感光區(qū)；于該感光區(qū)的一側(cè)的該半導(dǎo)體基底上形成柵電極；于該半導(dǎo)體基底上形成介電層，并覆蓋于該柵電極以及該感光區(qū)表面；于該柵電極周圍的該介電層上形成間隙壁；以及進(jìn)行漏極/源極離子注入工藝，以于該柵電極相對于該感光區(qū)的另一側(cè)的該半導(dǎo)體基底中形成摻雜區(qū)。
10.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其中該介電層包括第一抗反射層和緩沖層。
11.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其中形成該間隙壁的步驟還包括于該第一抗反射層之上形成遮蔽層；以及去除部分該遮蔽層，以形成該間隙壁位于該柵電極周圍。
12.如權(quán)利要求11所述的制作方法，其中該摻雜區(qū)形成后，還包括下列步驟對該介電層進(jìn)行蝕刻工藝，以形成自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層，位于該柵電極上方和該感光區(qū)上方；進(jìn)行自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝，于未被該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層覆蓋的該柵電極上方，以及該摻雜區(qū)上方形成多個金屬硅化物；形成第二抗反射層于該柵電極、該自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層和該半導(dǎo)體基底上；于該第二抗反射層上形成內(nèi)層介電層；以及于該內(nèi)層介電層內(nèi)進(jìn)行接觸孔蝕刻工藝，以形成多個接觸孔。
13.如權(quán)利要求12所述的制作方法，其中該第二抗反射層是接觸孔蝕刻停止層。
14.如權(quán)利要求13所述的制作方法，其中該第一、二抗反射層的反射系數(shù)介于氧化硅的反射系數(shù)和硅的反射系數(shù)之間。
15.如權(quán)利要求14所述的制作方法，其中該第一、二抗反射層的材料選自于氮化硅、氮氧化硅、氧化鈰、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋯、富硅氧化硅其中之一以及其組合。
16.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其中該圖像感測元件是互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像感測元件。
17.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其中該感光區(qū)形成光電二極管。
18.一種圖像感測元件制作方法，包括提供半導(dǎo)體基底；于該半導(dǎo)體基底中形成感光區(qū)；于該感光區(qū)的一側(cè)的該半導(dǎo)體基底上形成柵電極；于該半導(dǎo)體基底上形成第一抗反射層，并覆蓋于該柵電極以及該感光區(qū)表面；于該柵電極周圍的該第一抗反射層上形成間隙壁；進(jìn)行漏極/源極離子注入工藝，以于該柵電極相對于該感光區(qū)的另一側(cè)的該半導(dǎo)體基底中形成摻雜區(qū)；對該第一抗反射層進(jìn)行蝕刻工藝，以形成阻擋層位于部分該柵電極上方和該感光區(qū)上方；進(jìn)行自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝，以于未覆蓋有該阻擋層的部分該柵電極以及該摻雜區(qū)表面分別形成金屬硅化物；以及于該半導(dǎo)體基底上形成第二抗反射層，并覆蓋于該金屬硅化物、該間隙壁以及該阻擋層表面。
19.如權(quán)利要求18所述的制作方法，其中該第一抗反射層和該半導(dǎo)體基板之間還包括緩沖層。
20.如權(quán)利要求18所述的制作方法，其中該阻擋層是自對準(zhǔn)金屬硅化物阻擋層。
21.如權(quán)利要求18所述的制作方法，其中形成該第二抗反射層后，還包括下列步驟于該第二抗反射層上形成內(nèi)層介電層；以及于該內(nèi)層介電層內(nèi)進(jìn)行接觸孔蝕刻工藝，以形成多個接觸孔。
22.如權(quán)利要求21所述的制作方法，其中該第一、二抗反射層的反射系數(shù)介于氧化硅的反射系數(shù)和硅的反射系數(shù)之間。
23.如權(quán)利要求22所述的制作方法，其中該第一、二抗反射層的材料選自于氮化硅、氮氧化硅、氧化鈰、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋯、富硅氧化硅其中之一以及其組合。
24.如權(quán)利要求18所述的制作方法，其中該圖像感測元件是互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像感測元件。
25.如權(quán)利要求18所述的制作方法，其中該感光區(qū)形成有光電二極管。
全文摘要
一種圖像感測元件，包括半導(dǎo)體基底、感光區(qū)位于半導(dǎo)體基底中、柵電極位于該感光區(qū)的一側(cè)的半導(dǎo)體基底上、圖案化介電層覆蓋該柵電極以及該感光區(qū)，并暴露部分該柵電極，以及間隙壁，位于圖案化介電層上并圍繞柵電極。
文檔編號H01L21/70GK101064327SQ200610077350
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者施俊吉 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司