[发明专利]互补式金属半导体影像传感器的结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种光二极管影像感测元件(Photodiode imagesensor device)的结构及其制造方法，且特别是有关于一种互补式金氧半导体影像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)的结构及其制造方法。

背景技术

光二极管影像传感器是目前常见的一种影像感测元件。典型的光二极管影像传感器，至少包括一个重置晶体管(Reset transistor)以及一个二极管所形成的光感测区。以N型掺杂区、P型基体所形成的二极管作为感光区域为例，光二极管影像传感器在操作时在重置晶体管的栅极施加一电压，使重置晶体管开启后，对N/P二极管接面电容充电。当充电到一高电位之后，关掉重置晶体管，使N/P二极管产生逆偏而形成空乏区。当光照射在此N/P二极管感光区时，产生的电子电洞对会被空乏区的电场分开，使电子往N型掺杂区移动，而使N型掺杂区的电位降低，至于电洞则会往P型基体流走。

电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)具有高动态范围、低的暗电流(Dark current)，并且其技术发展成熟，因此为现今最常使用的影像传感器。然而，电荷耦合元件也具有工艺特殊而导致价格昂贵、驱动电路须以高电压操作使得功率消耗(Power dissipation)很高，并且无法随机存取(Random access)等问题点存在。

而互补式金氧半导体影像传感器具有高量子效率(Quantumefficiency)、低读出噪声(Read noise)、高动态范围(Dynamic range)及随机存取的特性，并且百分之百与互补式金氧半导体工艺兼容，因此能够很容易的在同一芯片上与其它控制电路、模拟数字电路(A/Dconverter)、和数字信号处理电路整合在一起，达成所谓的System Ona Chip(SOC)的目标。因此互补式金氧半导体影像传感器工艺技术的演进将能够大幅降低影像传感器的成本、像素尺寸、以及消耗功率。也因此近年来在低价位领域的应用上，互补式金氧半导体影像传感器已成为电荷耦合元件的代替品。

公知互补式金氧半导体影像传感器的制造方法略述如下：

请参照图1A，首先，在基底100中形成场氧化层102，再于基底100上形成重置晶体管120的栅极氧化层104以及多晶硅栅极106。接着，以场氧化层102以及多晶硅栅极106作为植入罩幕，利用离子植入与热驱入工艺，在基底100中形成源/漏极区108及光二极管感测区110的掺杂区112。然后，于多晶硅栅极106以与栅极氧化层104的侧壁形成间隙壁114。其后，在光二极管感测区110上形成一层自对准绝缘层(Self Align Block，SAB)116，以形成光二极管互补式金氧半影像感测元件。

然而，此种以公知制造方法所得到的互补式金氧半导体影像传感器存在着下述的问题：

在上述形成光二极管互补式金氧半影像感测元件后，尚须进行形成内层介电层、金属导线等后段工艺(Backend process)，以作为元件的控制之用，其中例如是接触窗/介层窗开口的定义、金属导线的定义等，无可避免的会使用到等离子体蚀刻法。此等离子体蚀刻法具有相当大的能量而会造成相当大的压降(Voltage drop)，对于光二极管感测区的表面会造成破坏，特别是此等离子体造成的破坏在场氧化层周围的鸟嘴区更形严重，因而使得光二极管感测区更容易产生漏电流的现象。上述漏电流的问题将会使得互补式金氧半导体影像传感器产生相当大的暗电流，导致读出噪声的增加。

发明目的

本发明的目的是提出一种互补式金氧半导体影像传感器的结构及其制造方法，能够在进行后段工艺之前，在互补式金氧半导体影像传感器上形成保护层，以防止等离子体的破坏。

本发明的的另一目的是提出一种互补式金氧半导体影像传感器的结构及其制造方法，能够使互补式金氧半导体影像传感器中暗电流的问题减至最低。

本发明提出一种互补式金氧半导体影像传感器的结构，包括光二极管感测区、晶体管元件区、晶体管、自对准绝缘层以及保护层。其中，光二极管感测区与晶体管元件区设置于基底之中，且晶体管设置于晶体管元件区之上。自对准绝缘层设置于光二极管感测区之上，而保护层设置整个基底之上并覆盖自对准绝缘层。