TWI352425B - Image sensor device - Google Patents
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Description
1352425 九、發明說明· 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體裝置，且特別是關於一種 影像感測裝置。 【先前技術】 影像感測裝置包括由複數個如感光二極體 (photosensitive diodes)或光二極體（photodiodes)組成之像 素陣列（pixel array)、重置電晶體（reset transistor)、源極 隨耦電晶體（source follower transistors)、固定層光二極體 (pinned layer photodiodes)以及 / 或轉移電晶體（transfer transistors)等用以記錄二極體上之光強度之元件。上述像 素於感應光線後產生電荷，且感應越多光線則產生越多 電荷。此些電荷可接著為另一電路所應用，因而生成適 用於如數位照相機之特定應用之顏色與亮度。一般而 言，像素陣列的種類可為電柄合裝置（charge-coupled device, CCD)，或為互補型金氧半導體（complimentary metal oxide semiconductor，CMOS)影像感測裝置。 像素通常基於紅、藍、綠之三原色而接收光線。利 用此三原色可額外辨識出其他色彩且可創造出不同顏色 組合與強度（例如紅與綠重疊可形成黃色）。然而，可察覺 到的是，像素對於藍色光之敏感度普遍地較對於紅光與 綠光之敏感度來的差。 以上問題於深次微米技術（deep sub-micron 0503-A31929TWF/Shawn Chang 5 丄妁2425 ，hnol:gy)中更為惡化。舉例來說於深次微米技術中通 常應賴切錢氧化㈣層作為—無邊界⑽停止層 之用。然而，如此之膜層由於其於不同膜層間之折射率 有戶斤不$ ϋ而將形成破壞性干涉。如此之折射率上差 異將於如此之堆疊膜層中嚴重地劣化感應器之感光能 力，特別是對於藍光之感測能力。 因此’便需要一種對於包括藍光之所有色彩具有較 φ 佳之感測能力之感應器裝置與製造方法。 【發明内容】 有鑑=此，本發明提供了一種影像感測裝置，包括： 一半導體基板；複數個像素單元，位於該半導體基 板上；以及一蝕刻停止層，位於該些像素單元上，1中 該勉刻停止層於介於4__5_埃之量測波長下且有 於1.5-1.85之一折射率。 八有7丨 _ 依據另一實施例，本發明提供了一種影像感測裝 置，包括： 半導體基板，複數個像素單元，位於該半導體基 板上，以及一蝕刻停止層，位於該些像素元 該姓刻停止層於介於4__5_埃之量測波長下具^少 於〇. 1之一消光係數。 於部分實施例中，上述蝕刻停止層具有介於少於 1000埃或少於600埃之厚度。於部分實施例中上述韻 刻停止層包括氫或碳。舉例來說，上述蝕刻停止層包括 0503-Α31929Τ WF/Shawn Chang 6 1352425 氧化石夕、氮化石夕以及氮氧化硬。 於σ卩刀實〜射，上述影像❹彳裝置包括複數個彩 色遽光片’例如為紅色、綠色以及藍色之彩色遽光片。 於其他實施例中’上述影像感測裝置更包括設置於此些 彩色濾光片上之複數個微透鏡。 =據再-實施例，本發明提供了—種影像感測裝 置’包括： 一半導體基板；複數個像素單元，位於該半導體基 板上，-_停止層’位於該些像素單元上，其中該钱 刻停止層具有少於600埃之一厚 〜y子度，以及一層間介電層， 位於該姓刻停止層上。該㈣停止層包括氧切 矽以及氮氧化矽。 於部分實施例中， 射率，而於部分實施例 之消光係數。 上述蝕刻停止層具有少於2之折 中，上述蝕刻停止層具有少於〇 • 於j刀實粑例中’上述蝕刻停止層包括矽含量少於 -般之氮化⑨材料之—氮切材料。而於 ' 中’上述㈣停止層包括石夕含量少於一般之氮氧;= 料之一氮氧化矽材料。 材 為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優 更明顯易懂’下文特舉一較佳實施例，並配 ’’ 作詳細說明如下： 口7^ ’ 【實施方式】 0503-A31929TWF/Shawn Chang cc 丄妁2425 本發明之實施例將配合第1圖至第5圖作一詳細敘 述如下。 明參照第1圖’首先顯示了包括由複數個像素1〇〇 所組成之一陣列之一影像感測裝置50。於本實施例中， 像素1 〇〇例如為感光二極體(ph〇t〇sensitive di〇des)或光二 ，體(photodiodes)，藉以記錄入射至二極體之光線強度或 二又亦可採用包括重置電晶體、源極隨轉電晶體、固 定層光二極體以及轉移電晶體之其他類型之像素。常見 之感測裝置種類包括電執合裝置（CCD)或互補型金氧半 導體電晶體(CMOS)影像感測器。則象素1〇〇組成之陣列 附近則通常形成有額外電路與輸出/輸入訊號，藉以提供 像素之操作環㈣像素相關之外料歡肖。 ，、 請：照第2a圖，顯示了像素1〇〇之一實施 =，在此像素ΠΚ)係為一光二極體。而光二極體1〇〇 係形成於矽材質之一基板^ 拟士仏甘& 极102上。在此，基板102包括 匕成於，、内之一 P型摻雜井區1〇4以及 1〇6。熟悉此技藝者當能知悉，光二極體#採用== 之半導體材料、不同材料之組合（例 不 同之摻雜情形(例如位於一 N型接雜區内之一缘:)二 區），係利用兩種相對之摻雜種類而形成。 井 在此光—極體_顯示為鄰近於—電晶體 。而電晶體|置11G包括―__⑴ 1 停止層U4所覆蓋刻停止| ιΐ4可為一氮化 虱氧化矽層以及多種不同 1 · 曰' /、他1知材料膜層。蝕刻停 0503-A31929TWF/Shawn Chang 1352425 係延仲且覆蓋光二極趙⑽’其將於下文申進 於蝕刻停止層上為形成有一層間介電層122。雖然上 述膜層係綠示且描述為相互鄰近之型態，然而其間亦可 為存在有-或多個内連膜層而為一或多個膜層/結構。此 外’層間介電^ 122可由多種不同之其他非導 構成。 吓 φ 層間介電層122可藉由如化學氣相沉積、物理氣相 沉積以及原子層沉積、旋轉塗佈以及或其他之適當方式 所形成。層間介電層122可為包括一平坦層 '彩色濾光 片層以及/或一間隔物層之一多膜層結構。彩色濾光^層 可包括複數個不同色彩之濾光膜層（例如為紅 '藍、綠等 色杉）’且將之設置於入射光可直接入射於其上並通過之 位置。於一實施例中，上述不同色彩之透光膜層可包括 聚合材料（例如負型阻劑之丙烯酸基聚合物）或者樹脂。而 φ 彩色濾光膜層可包括含彩色顏料之丙烯酸基聚合物材質 之負型光阻。而間隔物膜層則形成並鄰近於上方之微鏡 片陣列與下方之光感應器120。 设置於層間介電層122上則為一或多個微透鏡126。 於一實施例中，此些微透鏡12ό組成了一微透鏡陣列， 分別有設置於對應之光二極體100上之各別微透鏡。形 成微透鏡之方法與系統之範例則可參考申請序號為 11/064,452之美國專利申請案，在此以提及方式將之併入 本文之中。 0503-A31929TWF/Shawn Chang 1352425 於部分實施例中，可更於層間介電層122内形成一 接觸孔，藉以更露出基底與光二極體〗〇〇。 y •於本料射，和介㈣⑵之㈣钟咖“ mdex，RI)約為M6。一般而言，蝕刻停止層ιΐ4之折射 率約為2.10。如此’由一虛線方格124所定義出之一區 域則對於光⑽成了破壞性干涉，㈣是對於藍光之: 線。如下文所描述，本實施例則藉由調整钱刻停正層ιΐ4 之折射率而降低如此之破壞性干涉。 請參照f 2b圖，則顯示了於另一實施例中，相似於 第 '圖中一之光二極體之一像素1〇〇，兩者間之差異僅在 於此日寸光一極體係形成於一淺溝槽隔離區⑽之下。於 本實施例中’料槽隔離區m係由電漿加強型化學氣 相沉積或低壓化學氣相沉積而成之氧切所構成，盆且 ^約為L46之折射率，其近似於層間介電層122之折射 率。 請參照苐3圖，顯示了私旦/你 頌不了於影像感測裝置50上製作蝕 ^亭止層114(第1圖）上之一反應腔體200,在此影像 感測裝置係形成於一晶81 202上。而晶圓202係位於- 晶座（ChUCk)204之上且位於反應腔體200之-内部。反岸 腔體適用於電|加強型化學氣相沉積，亦適用於I 他沉積製程、膜層形成與製程調整等r序、 、/、 在二製程腔體包括一或多；材料入口训、 难/強、一閱件212、222以控制供應至一電 黎加強型化學_積製程之材料流量。藉由控制所供 0503-A31929TWF/Shawn Chang 10 1352425
應材料及其對應之流速’例如控制矽曱烷、氧化亞氮 (N2〇)、氨氣、氮氣等供應材料與其流速，藉以控制所形 成蝕刻停止層114之成分與厚度。此外，可採用一射頻 功率（radio freqUenCy)電源供應器23〇以控制此電漿加強 型化學氣相沉積製程。於一實施例中，蝕刻停止層【Μ 為一氮化矽層，其具有較傳統氮化矽材質之化學計量大 體為少之矽含量。而於另一實施例中，蝕刻停止層HA 鲁可為一氮氧化矽層，其具有較傳統氮氧化矽材質之化與 計量大體為少之石夕含量。 予 於本實施例中，較佳地將蝕刻停止層114之折射率 降低至2.10之下，以較接近淺溝槽隔離區13〇之折射率 (、力為1.46)與接近層間介電層122之折射率（約為^6)。 此外，較佳地將_停止層114於藍光波長下（約45〇•綱 奈米）之消光係數降低至〇.丨之下。
制，刻分止層U4之厚度可藉由更改用以形成膜層之 衣程中之料特定參數而達成。財發明之錢加強型 1匕：氣Γ冗積製程為範例，可藉由調整石夕甲院與氨氣之 jun不同厚度之_停止層ιΐ4。熟悉此技藝者當 =理解的是，可藉由調整氣體種類、氣體流速、射頻功 腔體壓力等製程參數而形成所期望之經降低折 二St數之蝕刻停止層114。於本實施例中係以矽 靶例’亦可採用其他材料而不以上述材 料加以限定。 w 第4a圖之圖表顯示 了不同材料之蝕刻停止層〗〗4之
0503-A31929TWF/Shawn Chang 1352425 折射率表現^其形成過料至少改變了 個 製程參數，在此_停止層之㈣主要為 •Α(刪_Α)、氮氧切,__Β)、ι切邻 氮化石夕.iN-Β)以及電衆加強型化學氣相沉積 化物㈣调等材料，纟顯示了習知之氣氧切材二 (Si〇N_baSeline)之表現作為對照。S 4a目顯示了上述材 料於介於300·議|米下之不同波長光線之折射率= 現。弟4b圖之圖表則顯示了上述不同材料之钱刻停止層 114之>肖光係數表現。第4b圖則顯示了上述材料於介^ 300-800奈米下之不同波長光線之消光係數表現，並顯示 了習知之氮氧切材料（Si_aseline)之表現作為對昭。 請參照第5圖，圖表則圖示了於不同厚度之钱 刻1止層U4情形下對於藍光折射率的改善情形。值得 /主思的疋，.厚度約為4〇〇埃之氮氧化矽（Si〇N)材質之蝕 f停止層114,其對於光二極體1〇〇之藍光感測度之改善 置可達25%’此時光二極體對於綠光之感測度亦維持於 相同程度而對於紅光之感測度則顯現出適當之改善程 度。為達到如圖表所示之厚度，則降低⑦甲统之流逮並 增加氮氧化物之流速至特定之一傳統速率。 值得注意的是，當氮化石夕（SiN)材質之钱刻停止層 ^具有約為500埃之-厚度時，光二極體對於藍光感測 ，之改善程度可達25%，此時光二極體對於綠光之感測 持於相同程度而對於紅光之感測度則顯現出適當之 改善。為了達到如圖表所示之特定厚度，可藉由降低石夕 〇5〇3-A3J929TWF/ShawnCh, ang 12 1352425 f烧之流速而增加氨氣之流速至衫之-傳統速率。如 ::斤述？::理解的是流量係相關於如儀器種類等不同 以、“丨前、十、戸疮—t改便〉-速以及其他製程參數 ▲ 1子又°如第5圖所示，縱使此些範例中之钱 刻停止層之厚度於_埃時亦顯示了肢之改善程度。 光感測度的改善情形亦反映於在於V/lux-s感測度之 表現上。圖表-顯示了本發明之㈣停止I ιΐ4與一習 知膜層之光感測度之改善程度。因此，藉由降低蝕刻停 止層114之厚度至低於刚埃之程度，較佳地介於 400-500埃’可進而感光二極體⑽（見第ι圖）之藍光感 測度改善而對於綠光感測度或者紅光感測度而盔太大之 不良影響。
0503-A31929TWF/Shawn Chang 13 1352425 【圖式簡單說明】 —第1圖為一上視圖’顯示了依據本發明之一或多個 貫施例之—影像感測裝置，其包括複數個像素； 第2a'2b圖為一系列剖面圖式，顯示了適用於第1 圖中之影像感測裝置中像素之側^見情形； 、 圖為—剖面圖’顯示了用於製造第1圖之影像 感測裝置之一製程腔體； 第4a圖顯示了一像素之折射率（她⑽^ ^㈣與 入射光之波長（wavelength)間之比較情形； 第4b圖顯示了-像素之消光係數(extinction coefficient)與入射光之波長間之比較情形；以及
第5圖顯示了依據本發明之較佳實施例之不同 停止層厚度下對於藍光之折射率的改善情形。 N 【主要元件符號說明】 50〜影像感測裝置； 102〜基板； 106〜N型摻雜井區； 112〜閘極堆疊； 122〜層間介電層； 12 4〜破壞性干涉之區域 126〜微透鏡； 100〜像素； HM〜p型摻雜井區； 110〜電晶體裝置； 〜蝕刻停止層； 130〜淺漠槽隔離區； 200〜反應腔體； 0503-A31929TWF/Shawn Chang 14 1352425 202〜晶圓； 204〜晶座； 210、220〜材料入口； 212、222〜閥件； 230〜射頻功率電源供應器。 0503-A31929TWF/Shawn Chang 15
Claims (1)
- I3S2i25 ---- 修jL日期：98.7 1 价9 I ‘ 第9:> 130595號申請專利範圍修正本 十、申請專利範®: 1. 一種影像感測裝置，包括： 一半導體基板； 複數個像素單元，位於該半導體基板上；以及 ▲ -蝕刻停止層’位於該些像素單元上’其中該蝕刻 停止層於介於4000_5000埃之量測波長下具有少於〇〗之 一消光係數與介於1.5-1.85之一折射率。_ 2.如申凊專利範圍第〗項所述之影像感測裝置，其 中該蝕刻停止層具有少於1000埃之厚度。 3.如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其 中該蝕刻停止層具有少於600埃之厚度。 4·如申請專利範圍第丨項所述之影像感測裝置，其 中該钱刻停止層包括氫與碳。 5·如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其 中該蝕刻停止層包括氧化矽、氮化矽或氮氧化矽。 6.如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其 中該蝕刻停止層係由電漿加強型化學氣相沉積程序所形 成。 / 7. 如申請專利範圍第i項所述之影像感測裝置，其 中該些像素單元為光二極體。 〃 8. 如申請專利範圍第丨項所述之影像感測裝置，其 中該些像素單元分別包括重置電晶體、源極隨耦電晶 體、固定層光二極體與轉移電晶體。 9·—種影像.感測裝置，包括： ， 〇5〇3-A31929TWFl/Peggy 1352425 修正日期：98.7.1- 第95130595號申請專利範圍修正本 一半導體基板； 複數個像素單元，位於該半導體基板上；以及 一蝕刻停止層，位於該些像素單元上，其中該蝕刻 停止層於介於4000_5000埃之量測波長下具有少於〇」之 一消光係數。 10. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測裝置，其 中該蝕刻停止層具有少於1000埃之厚度。 11. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測裝置，其 中該蝕刻停止層具有少於6〇〇埃之厚度。 、 12·如申請專利範圍第9項所述之影像感測裝置，其 中該ϋ刻停止層包括氫與碳。 13. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測裝置，其 中該姓刻停止層包括氧化石夕、氮化梦或氮氧化石夕。’、 14. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測裝置，1 中該蝕刻停止層係由電漿加強型化學氣相沉積程序所开; 成。 〜 15. 如申請專利範圍第9項所述之影像 中該些像素單元為光二極體。 』裝置’其 16. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測裝置，1 中該些像素單元分別包括重置電晶體、源極 ： 體、固定層光二極體以及轉移電晶體。 曰曰 17. —種影像感測裝置，包括： 一半導體基板； 複數個像素單元，位於該半導體基板上； eggy 05O3-A31929TWF1/P, 17 1352^25 •第95130595號申請專利範圍修正本 修正日期.17」 一蝕刻停止層，位於該些像素單元上，其中該蝕刻 停止層具有少於0.1之一消光係數與少於600埃之一厚 度；以及 一層間介電層，位於該蝕刻停止層上。 18. 如申请專利範圍第17項所述之影像感測裝置， 其中該蝕刻停止層具有少於2之折射率。 19. 如申請專利範圍第17項所述之影像感測裝置， 其中該蝕刻停止層具有少於15_185之折射率。 20. 如申請專利範圍第17項所述之影像感測裝置， 其中該㈣停止層包括氮切材料，職化⑧材科中之 發含里少於一般之氮化石夕材料。 21. 如申叫專利範圍第丨7項所述之影像感測裝置， ，、中該射i卜止層包括氮氧化⑦材料，該氮氧化咬材料 中之矽含量少於一般之氮氧化矽材料。 0503-A31929TWFl/peggy 18
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