CN100343945C - 制造适合于图象传感器的半导体装置的方法 - Google Patents
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Abstract
在制造适合于图象传感器的半导体装置的方法中，在一衬底上形成一下部绝缘层之后在该下部绝缘层上形成一结合区。接着，在该衬底上形成一上部绝缘层以覆盖该结合区。该上部绝缘层被有选择地去除以露出该结合区的顶部部分。随后，在该衬底上形成一保护层。在该保护层上形成若干滤色元件之后，形成一平面层以覆盖这些滤色元件。最后，在平面层形成上若干微透镜。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造半导体装置的方法，更具体地，涉及制造适合于具有微透镜的图象传感器的半导体装置的方法。
背景技术
近来，大部分通信设备被要求不仅处理声音信号，而且处理图象信号，为此，通常采用彩色图象传感器。
彩色图象传感器通常包括很多像素，每个像素具有一个金属模、若干滤色元件和微透镜。该金属模有单元电极(cell electrode)和结合区。在覆盖于单元电极上的介质层上形成有滤色元件。微透镜位于滤色元件上且用作将入射光聚焦在滤色元件上。
由于适合于图象传感器的半导体装置通常定价高，因此迄今为止在某种程度上忽视了其生产合格率。但是，近来半导体装置的过度供给降低了图象传感器的高附加值的优势，因此生产合格率成为需要被认真考虑的重要因素。每个微透镜是否具有理想的曲率半径是达到图象传感器的高生产合格率的一个主要因素。
图1A到1I是说明用于制造适合于图象传感器的半导体装置的传统方法的顺序的截面图。
在图1A中，下部的绝缘层4形成在衬底2上，在衬底上排列有诸如电荷耦合装置(CCD)或光电二极管的光电转换元件(未示出)和逻辑电路(未示出)。在图1B中，在金属材料形成于下部绝缘层4上之后，使用光刻术对其进行处理，使得在其上形成包括结合区6的金属模。这里，下部绝缘层4的一些部分通过金属模被选择性地暴露。
在图1C中，一平面型上部绝缘层8例如通过沉淀被形成在结合区6和衬底2上。在图1D中，在该上部绝缘层8上涂覆第一感光材料，接着有选择地去除该感光材料，以便在其上形成至少一个滤色元件10。重复另一个第一感光材料的涂覆和去除，直到在其上形成多个滤色元件10，例如三个和四个不同类型的滤色元件为止。如果存在三种类型的滤色元件，则它们可以分别代表红、绿、蓝。
在图1E中，在上部绝缘层8上涂覆第二感光材料，接着有选择地去除该第二感光材料，以便形成平面层12以覆盖滤色元件10。在图1F中，在衬底2上涂覆第三感光材料，接着对其进行有选择的去除，使得保留在平面层12上的该第三感光材料仅用以覆盖该滤色元件10。随后对第三感光材料进行热处理以形成微透镜14，每个微透镜都需要具有相等的曲率半径。每个微透镜14对应于滤色元件10中的一个。
在图1G中，在形成微透镜14的衬底2上形成一薄氧化层16。随后，如图1H所示，使用光刻术对其进行处理，使得氧化层16和上部绝缘层8的一部分被去除，露出结合区6的相应部分。光刻术是把掩模上的几何形状的图案转移到称为光刻胶的感光材料薄层上的方法。通常，光刻术包括涂覆、曝光、显影、烘烤和蚀刻这些步骤。
上部绝缘层8在形成微透镜14或滤色元件10的过程中保护结合区6。如果结合区6在上述处理中被曝光，则其可能被降级。结合区6的降级会造成由于引线结合不良导致的产量损失，或会因为图象传感器的寿命期间发生的引线结合故障导致缺乏可靠性。
在光刻术处理期间有选择地去除上部绝缘层8时，应当保护诸如微透镜14、平面层12、和滤色元件10的感光元件并且为此而使用氧化层16。但是形成氧化层16的处理产生了滤色元件10或微透镜14可能被变形从而降低生产合格率的缺点。图1I示出了在形成氧化层16的处理中被变形的微透镜14。
由感光材料制成的滤色元件10和微透镜14通常在高于大约200℃的温度下变形。因此，为了防止其变形，氧化层16应当在低于大约200℃的温度下形成。但是在这样相对低的温度下，氧化层16的厚度趋于变得不规则并且很难最小化在形成氧化层16的过程中产生的微粒的数量。这些缺点造成制造适合于图象传感器的半导体装置的传统方法产量低。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种制造适合于图象传感器的半导体装置的方法，该方法在制造过程中可避免结合区的降级和微透镜的变形。
根据本发明的优选实施例，提供了一种制造适合于图象传感器的半导体装置的方法，该方法包括以下步骤：在衬底上形成一下部绝缘层；在该下部绝缘层上形成一结合区；在该下部绝缘层上形成一上部绝缘层以覆盖该结合区；有选择地去除该上部绝缘层以暴露该结合区的顶部部分；在该上部绝缘层上形成一保护层以保护该结合区的暴露部分；在该保护层上形成多个滤色元件；形成一平面层以覆盖该滤色元件；以及在该平面层上形成多个微透镜。
根据本发明的另一个优选实施例，提供一种制造适合于图象传感器的半导体装置的方法，该方法包括以下步骤：在一衬底上形成一下部绝缘层；在该下部绝缘层上形成一结合区；在该下部绝缘层上形成上部绝缘层以覆盖该结合区；有选择地去除该上部绝缘层以降低其在结合区上的厚度；在该上部绝缘层上形成多个滤色元件；形成一平面层以覆盖这些滤色元件；有选择地去除该厚度被较小的上部绝缘层以暴露结合区；以及在平面层上形成多个微透镜。
根据本发明的另一个优选实施例，提供一种制造适合于图象传感器的半导体装置的方法，该方法包括以下步骤：在衬底上形成一下部绝缘层；在该下部绝缘层上形成结合区；在该下部绝缘层上形成一上部绝缘层以覆盖结合区；有选择地去除该上部绝缘层以暴露结合区的顶部部分；氧化该结合区的暴露部分以在其上形成一金属氧化层；在该上部绝缘层上形成多个滤色元件；形成一平面层以覆盖滤色元件；以及在该平面层上形成多个微透镜。
附图说明
以下结合附图对优选实施例的描述会使本发明的上述和其他目的及特征变得很显然，其中：
图1A到1I是说明制造适合于图象传感器的半导体装置的传统方法的顺序的截面图；
图2A到2H提供了说明根据本发明优选实施例的制造适合于图象传感器的半导体装置的有创造性的方法的顺序的截面图。
具体实施方式
以下将参考图2A到2H详细描述根据本发明优选实施例的制造适合于图象传感器的半导体装置的方法。在图中相同的附图标记表示相同的部分。
在本发明的该优选实施例中，在结合区被暴露后，形成一保护层以保护该结合区，并且随后按顺序在该保护层上形成滤色元件、平面层和微透镜。因而，微透镜和滤色元件不会在形成保护层的过程中受到影响，从而能够达到高的生产合格率。
在图2A中，通过沉淀在衬底102上形成一下部绝缘层104。该衬底102具有一诸如电荷耦合装置(CCD)或光电二极管的光电转换元件(未示出)和逻辑电路(未示出)。在图2B中，在该下部绝缘层104上形成一金属材料，接着使用光刻术对其进行处理，使得在其上形成包括一结合区106的金属模。这里，下部绝缘层104的一些部分被有选择性地通过金属模曝光。
在图2C中，通过沉淀在下部绝缘层104上形成一上部绝缘层108被，接着其被平面化以覆盖结合区106。在图2D中，在对该上部绝缘层108进行光刻处理以暴露或曝光该结合区106的顶部部分后，在该上部绝缘层108上形成一薄保护层110以保护其被暴露或曝光的部分。该保护层110最好由氧化物、氮化物或氧化物一氮化物(氮氧化合物)组成且最好具有100到1000的厚度。
光刻术是把掩模上的几何形状的图案转移到称为光刻胶的感光材料薄层上的方法。通常，光刻术包括涂覆、曝光、显影、烘烤和蚀刻这些步骤。也就是说，光刻术包括以下步骤：在上部绝缘层108上涂覆感光材料；用一光掩模使该感光材料曝光；显影该感光材料；烘烤该感光材料；并将烘烤过的感光材料用作蚀刻掩模来对该上部绝缘层108进行蚀刻。
在图2E中，第一感光材料被涂覆在保护层110上，且随后被有选择地去除，使得在其上形成至少一个滤色元件112。重复另一个第一感光材料的涂覆和有选择地去除，直到在其上形成多个滤色元件112，例如三个和四个不同的滤色器为止。如果存在三个滤色器，则它们可分别代表红、绿、蓝。这里，第一感光材料最好是负性胶类型。
在图2F中，第二感光材料被涂覆在保护层110上且接着被选择性地去除，使得形成一平面层114以覆盖滤色元件112。第二感光材料最好是正性胶类型。在图2G中，使用光刻术对保护层110进行处理，使得在结合区106及其外围上保护层110除了在平面层114下面的部分均被去除。
在图2H中，第三感光材料被涂覆在衬底102上，并随后被有选择地去除，使得保留在平面层114上的第三感光材料仅覆盖滤色元件112。接着，对第三感光材料进行热处理以形成微透镜116，每个微透镜具有相等的曲率半径。第三感光材料最好是正性胶类型。
因为在包括滤色元件112、平面层114和微透镜116的感光材料之前形成保护层110，所以保护层110能够在足够高的温度下形成而不会影响到这些感光材料。另外，因为保护层110只是在滤色元件112被完成以后才被去除，所以在形成滤色元件112的处理期间结合区106能够受到保护。因此，根据该优选实施例的方法的生产合格率与传统方法的生产合格率相比得到了有效的改善。
对本发明的优选实施例的第一种修改，在微透镜完成后保护层可以被有选择地去除。该第一修改基本上与本发明的该优选实施例具有相同的效果。
对第二种修改，保护层可以继续保留在结合区上而不被去除。在这种情况下，增强的探测力使得有可能对半导体设备使用探测试验，并且增强的结合力和温度可为其提供安全的引线连接。
对第三种修改，仅仅氧化结合区可排除形成保护层的步骤。如果结合区在1-10％氧含量的条件下在200到450℃被氧化，则可在结合区上形成30到120厚的金属氧化层。结合区上的金属氧化层的确能够代替保护层。
对第四种修改，可降低该上部绝缘层在该结合区上的厚度而不将其完全去除，使得制造过程能够被简化。上部绝缘层厚度降低的部分可被完全去除，以在完成微透镜之前或之后暴露该结合区。或者，该上部绝缘层可以继续保留在其上而不被去除。
尽管本发明已关于优选实施例对本发明进行了说明，但是本领域技术人员将能够理解，在不脱离由随后的权利要求确定的本发明的宗旨和范围的条件下可以作出各种变化和修改。
Claims (5)
1、一种制造适合于图象传感器的半导体装置的方法，该方法包括以下步骤：
在一衬底上形成一下部绝缘层；
在该下部绝缘层上形成一结合区；
在该下部绝缘层上形成一上部绝缘层以覆盖该结合区；
有选择地去除该上部绝缘层以降低其在结合区上的厚度；
在该上部绝缘层上形成多个滤色元件；
形成一平面层以覆盖这些滤色元件；
有选择地去除该厚度减小了的上部绝缘层以暴露结合区；以及
在该平面层上形成多个微透镜。
2、一种制造适合于图象传感器的半导体装置的方法，该方法包括以下步骤：
在一衬底上形成一下部绝缘层；
在该下部绝缘层上形成一结合区；
在该下部绝缘层上形成一上部绝缘层以覆盖该结合区；
有选择地去除该上部绝缘层以降低其在结合区上的厚度；
在该上部绝缘层上形成多个滤色元件；
形成一平面层以覆盖这些滤色元件；
在该平面层上形成多个微透镜；以及
有选择地去除该厚度减小了的上部绝缘层。
3、制造适合于图象传感器的半导体装置的方法，该方法包括以下步骤：
在一衬底上形成一下部绝缘层；
在该下部绝缘层上形成一结合区；
在该下部绝缘层上形成一上部绝缘层以覆盖该结合区；
有选择地去除该上部绝缘层以暴露该结合区的顶部部分；
氧化该结合区的暴露部分以在其上形成一金属氧化层；
在该上部绝缘层上形成多个滤色元件；
形成一平面层以覆盖这些滤色元件；以及
在该平面层上形成多个微透镜。
4、根据权利要求3的方法，其中该金属氧化层是在含氧量为1-10％的条件下在200到450℃的温度下形成。
5、根据权利要求4的方法，其中该金属氧化层的厚度为30到120。
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