CN101308821A - 制造图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制造图像传感器的方法，该方法包括如下步骤：在滤色镜阵列上方形成微透镜阵列；在包括所述微透镜阵列的半导体衬底上方形成覆盖层；在所述覆盖层上方形成焊盘掩模；然后暴露层间介电层中的焊盘。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造图像传感器的方法。
背景技术
图像传感器是将光图像转换为电信号的半导体设备。图像传感器可以分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。
CIS可以在单位像素内包括多个光电二极管和MOS晶体管，以便以切换(switching)方式依次检测各单位像素的电信号，从而实现图像。
CIS可以进一步包括在滤色镜上和/或上方形成的微透镜以提高所述CIS的光敏感性。通过在光敏有机材料上依次执行曝光工艺、显影工艺和回流工艺，微透镜可以形成半圆/半球形状。
然而，由于光敏有机材料具有弱的物理特性，因此，在随后的如封装和凸点制作(bumping)等工艺中，微透镜由于受到物理碰撞(其可能导致出现裂纹)而容易损坏等。由于所述光敏有机材料具有相对强的粘性，所以当粒子被吸收时，会扩大微透镜的缺陷。为防止发生该现象，可以使用由具有高硬度的氧化物层或氮化物层组成的钝化层，或者由上述钝化层组成无机材料的微透镜。此外，由于所述CIS的上部由在250℃或更高温度下易损的光敏有机材料形成，所以可能出现由等离子体处理导致的界面缺陷(trap)。因此，对微透镜的这种损坏结果可能导致暗电流的产生。
发明内容
本发明的实施例涉及一种可以防止暗电流产生的图像传感器的制造方法。
本发明的实施例涉及一种制造图像传感器的方法，该方法可以包括下列步骤中的至少之一：在半导体衬底上方形成包括焊盘的层间介电层；直接在所述层间介电层上方形成滤色镜阵列；在所述滤色镜阵列上方形成微透镜阵列；在包括微透镜阵列的所述半导体衬底上方形成覆盖层；在所述覆盖层上方形成焊盘掩模；然后暴露所述焊盘。
本发明的实施例涉及一种制造图像传感器的方法，该方法可以包括下列步骤中的至少之一：在半导体衬底上方形成包括焊盘的层间介电层；在所述层间介电层上方形成钝化层；在所述钝化层上方形成滤色镜阵列；在所述滤色镜阵列上方形成平坦化层；在所述平坦化层上方形成微透镜阵列，所述微透镜阵列包括位于所述平坦化层上方的第一介电层以及在所述第一介电层上方形成的第二介电层；在包括微透镜阵列的所述半导体衬底上方形成有机层；在所述有机层上方形成焊盘掩模，所述焊盘掩模包括第一焊盘孔，所述第一焊盘孔用于暴露在空间上与所述焊盘相对应的有机层的上表面部分；通过使用所述焊盘掩模作为蚀刻掩模蚀刻所述有机层、第二介电层、第一介电层以及钝化层，暴露所述焊盘的顶表面；然后同时去除所述有机层和所述焊盘掩模。
本发明的实施例涉及一种制造图像传感器的方法，该方法可以包括下列步骤中的至少之一：在半导体衬底上方形成包括焊盘的层间介电层；在所述层间介电层上方形成钝化层；在所述钝化层上方形成滤色镜阵列；在所述滤色镜阵列上方形成平坦化层；在所述平坦化层上方形成包括多个接触微透镜的微透镜阵列，所述多个接触微透镜之间具有零间隙，所述微透镜阵列还包括位于所述平坦化层上方的第一介电层以及在所述第一介电层上方形成的第二介电层；在包括微透镜阵列的所述半导体衬底上方形成金属层；在所述金属层上方形成焊盘掩模，所述焊盘掩模包括第一焊盘孔，所述第一焊盘孔用于暴露在空间上与所述焊盘相对应的金属层的上表面部分；通过使用所述焊盘掩模作为蚀刻掩模蚀刻所述金属层、第二介电层、第一介电层以及钝化层，暴露所述焊盘的顶表面；去除所述焊盘掩模；然后去除所述金属层。
附图说明
图1-图6示出根据本发明实施例的制造图像传感器的方法。
具体实施方式
如图1所示，层间介电层20可以形成在半导体衬底10上和/或上方。可为每个单位像素在半导体衬底10上和/或上方形成包括光电二极管的光检测部和电路区域。包括光电二极管的光检测部可以包括定义有源区和场区的器件隔离层，其中所述有源区和场区形成在半导体衬底10上和/或上方。每个单位像素可以包括光电二极管和CMOS电路，该光电二极管用于接收光以产生光电荷(photo charge)，该CMOS电路电连接至光电二极管以将所产生的光电荷转换为电信号。
在包括器件隔离层和光电二极管的相关器件形成之后，可以在半导体衬底10上和/或上方形成层间介电层20。在层间介电层20中可以形成多条金属线，所述多条金属线电连接至光检测部。包括金属线的层间介电层20可以形成为具有多层结构(其由多层构成)。形成每条金属线，以免遮蔽或屏蔽入射到光电二极管上的光。
当金属线中的最后一条金属线形成时，焊盘21可以在层间介电层20中形成。钝化层30可以在包括焊盘21的层间介电层20上和/或上方形成，该钝化层用于保护器件以免受到不希望的潮气影响或划伤。例如，钝化层30可以形成具有叠置的多层介电结构，所述多层介电结构包括氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中的至少一层。如图1所示，钝化层30可以具有如下结构，该结构包括由厚度为1000-
的正硅酸乙酯(TEOS)层31构成的第一下层，以及由厚度为1000-的氮化物层32构成的第二上层。
通过随后的处理可以在钝化层30上和/或上方形成包括多个滤色镜的滤色镜40。滤色镜40还可以直接在包括焊盘21的层间介电层20上和/或上方形成，以获得厚度和总体尺寸减小的图像传感器。
然后可以执行暴露焊盘21的第一焊盘曝光工艺。在第一焊盘曝光工艺中，可以在钝化层30上和/或上方形成具有相应于焊盘区域的孔的光致抗蚀剂图案。此外，使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，蚀刻钝化层30来暴露焊盘21的顶表面。因此，在执行第一焊盘曝光工艺之后，形成微透镜阵列，然后可以执行第二焊盘曝光工艺。所述第一焊盘曝光工艺可以被省略。
然后，可以在钝化层30上和/或上方形成滤色镜40，滤色镜40可以包括多个滤色镜以实现彩色图像。这些滤色镜可以代表不同的颜色，如红、绿和蓝。可以作为滤色镜40的示例性材料包括染色的光致抗蚀剂。为了从入射光分离颜色，可以在每个单位像素上和/或上方形成滤色镜40，从而使得相邻的滤色镜40可以略微彼此重叠以具有高度差。为补偿该高度差，可以在滤色镜40上和/或上方形成平坦化层50。在随后工艺中待形成的微透镜阵列可以形成在平坦化的表面上和/或上方。因此，平坦化层50可以在滤色镜40上和/或上方形成，以消除由重叠的滤色镜40引起的高度差。当然，平坦化层50可以被省略。
然后，在滤色镜40或平坦化层50上和/或上方形成用于形成微透镜的第一介电层60。然后可以在第一介电层60上和/或上方形成用于每个单位像素的微透镜阵列掩模200。第一介电层60可以由氧化物层、氮化物层和氮氧化物层中的至少一层组成。例如，第一介电层60可以由诸如SiO2的氧化物层构成，其中可使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或等离子体增强CVD(PECVD)技术，在约50-250℃的温度范围下形成具有约2000-
厚度的上述氧化物层。
通过用光致抗蚀剂层涂敷第一介电层60，然后执行图案化工艺和回流工艺，可形成包括多个微透镜掩模的微透镜阵列掩模200，其中所述多个微透镜掩模形成为彼此分隔预定距离。然后微透镜阵列掩模200可以形成为具有半球形状。
如图2所示，可以在第一介电层60上和/或上方形成用于每个单位像素的籽晶微透镜阵列61。通过使用微透镜阵列掩模200作为蚀刻掩模在第一介电层60上执行蚀刻工艺，可以形成所述籽晶微透镜阵列61。可以执行第一介电层60的蚀刻，以便以1∶0.7-1.3的蚀刻比对形成微透镜阵列掩模200的光致抗蚀剂层和形成第一介电层60的氧化物层进行蚀刻。因此，可对形成籽晶微透镜阵列61的第一介电层60执行蚀刻，直到完全蚀刻掉由光致抗蚀剂材料构成的微透镜阵列掩模200。例如，通过提供蚀刻气体CxHyFz(x，y，z是零或自然数)以及惰性气体(例如，Ar、He、O2以及N2中的至少一种)，可在室中执行第一介电层60的蚀刻工艺。具体地，使用27MHz、大约600-1400W的源功率(source power)和施加在室中的2MHz、大约0-500W的偏置功率以及在室内注入蚀刻气体和惰性气体，可执行蚀刻工艺，所述蚀刻气体包括大约40-120sccm的CF4，所述惰性气体例如为大约2-20sccm的O2和大约200-900sccm的Ar中的至少一种。
第一介电层60可被蚀刻到约1000-
的厚度，以形成籽晶微透镜阵列61。籽晶微透镜阵列61可以形成为具有约1000-
的厚度。具体地，所述工艺可以被改进，以使得在所述蚀刻处理期间不向室施加偏置功率。这可以降低从室内产生的等离子体向半导体衬底10移动的离子的能量。从而能够减少对第一介电层60的蚀刻损伤。而且可以防止由于在等离子体处理期间在半导体衬底10的界面处产生的缺陷能级(traplevel)导致的暗电流。
如图2所示，通过上述的蚀刻处理，可以由相应滤色镜40上和/或上方的低温氧化物层形成具有半球形状的籽晶微透镜阵列61。可以形成籽晶微透镜阵列61，以使得各籽晶微透镜与相邻的籽晶微透镜分隔，从而防止融合现象(merging phenomenon)。
如图3所示，可以在包括籽晶微透镜阵列61的半导体衬底10上和/或上方形成第二介电层70，以形成微透镜阵列80。可以在包括籽晶微透镜阵列61的第一介电层60的顶表面上和/或上方以及相邻籽晶微透镜之间的间隙中沉积第二介电层70。因此，每一个籽晶微透镜都能直接接触相邻的籽晶微透镜。因此，包括籽晶微透镜阵列61和第二介电层70的微透镜阵列80可以形成为在相邻微透镜之间没有间隙的连续半球形状。第二介电层70可以由与第一介电层60相同的材料构成。例如，通过在约50-250℃的温度范围下沉积厚度约500-
的氧化物层，可以形成第二介电层70。
因为在籽晶微透镜阵列61上和/或上方以及在籽晶微透镜之间的间隙中沉积具有薄厚度的第二介电层70，所以可以形成微透镜80以使得相邻微透镜直接接触。因此，所述微透镜之间的间隙可以减小到零，由此提高所述图像传感器的图像质量。
如图4所示，可以在包括微透镜阵列80的半导体衬底10上和/或上方形成覆盖层90，用于防止由于在等离子体蚀刻处理期间产生的紫外线(UV)辐射导致在半导体衬底10与介电层之间产生的缺陷能级。
可以将覆盖层90沉积为具有约100-
的厚度，以覆盖在半导体衬底10上和/或上方形成的微透镜阵列80和层间介电层20。覆盖层90可以由有机的底部抗反射涂层(BARC)构成。当将覆盖层90形成为有机BARC层时，覆盖层90可以吸收在等离子体蚀刻处理期间产生的UV辐射，从而防止在半导体衬底10与介电层之间产生缺陷能级。
可选地，覆盖层90可以由金属层构成，其中通过沉积电导率约为10-6ohm/m或更高的金属材料来形成所述金属层。这种用于覆盖层90的金属材料包括Al、Ti、W和TiN中的至少之一，也即电导率约为10-6-10-3ohm/m的材料。当将覆盖层90形成为金属层时，覆盖层90可以反射在等离子体蚀刻处理期间产生的UV辐射，从而防止在半导体衬底10与所述介电层之间产生的缺陷能级。
如图5所示，然后可以在覆盖层90上和/或上方形成包括焊盘孔110的焊盘掩模100。通过用光致抗蚀剂涂敷覆盖层90并且图案化所述光致抗蚀剂，可以形成焊盘掩模100。可以通过焊盘孔110暴露在空间上与焊盘21对应的覆盖层90的上表面部分，而覆盖层90的其余部分可以被焊盘掩模100覆盖。
然后，使用焊盘掩模100作为蚀刻掩模来蚀刻部分覆盖层90、部分第二介电层70、部分第一介电层60以及部分钝化层30，以形成暴露焊盘21的顶表面的焊盘暴露孔23。焊盘暴露孔23可以通过干蚀刻工艺形成。例如，焊盘暴露孔23可以通过与用于形成籽晶微透镜阵列61的蚀刻工艺相同的蚀刻工艺形成。具体地，可以使用27MHz、大约600-1400W的源功率和2MHz、大约0-500W的偏置功率，以及在室内提供由CxHyFz(x，y，z是零或自然数)组成的蚀刻气体和由Ar、He、O2以及N2中至少一种组成的惰性气体，通过蚀刻工艺形成焊盘暴露孔23。因为在执行所述等离子体蚀刻处理时产生UV辐射，所以覆盖层90的使用防止了半导体衬底10对UV辐射的吸收。同时，当覆盖层90是有机BARC层时，覆盖层90吸收所述UV辐射，由此防止了暗电流的产生。可选地，当覆盖层90是金属层时，覆盖层90反射所述UV辐射，同样防止了暗电流的产生。
如图6所示，在暴露焊盘21的蚀刻处理之后，通过在约0-50℃的温度范围下执行灰化处理(ashing process)，可以去除焊盘掩模100。具体地，在0℃的温度下使用O2气体，可以去除焊盘掩模100。通过降低半导体衬底10所在的下电极的温度，可以执行上述处理。
如果覆盖层90是由例如BARC的有机层构成，由于覆盖层90和焊盘掩模100都是由有机材料形成，所以当去除焊盘掩模100时，可以同时去除覆盖层90。去除焊盘掩模100和覆盖层90通常需要200℃或更高的温度，在这样的温度下执行去除光致抗蚀剂层的工艺。根据本发明的实施例，不需要这么高的温度，所以能够防止微透镜阵列80的表面由于暴露于高温而受到损伤。
如果覆盖层90是由金属层构成，可以首先去除焊盘掩模100，随后执行覆盖层90的去除。使用包括属于卤族的元素(如F、Cl等)的蚀刻气体可以去除由金属材料形成的覆盖层90。
根据本发明的实施例，制造图像传感器的方法可以形成由无机材料制成的微透镜阵列，以防止由于随后的封装和凸点制作工艺对微透镜造成的损伤。该方法可以形成无间隙的微透镜，从而提高图像传感器的灵敏性。此外，该方法可以包括在微透镜阵列上和/或上方形成覆盖层，以防止由于后续工艺期间的等离子体导致的暗电流的产生，由此提高了图像传感器的整体质量。
本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“实施实例”等的任何提及表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同地方出现的这种术语不必须均指同一的实施例。此外，当结合任一实施例描述特定特征、结构或特性时，应认为结合其它实施例实现这种特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围内。
虽然参照多个示例性实施例描述了本发明的各实施例，应理解由本领域技术人员想到的各种其它变型和实施例均应落入本发明的原理的精神和范围内。更具体地，在说明书、附图和后附权利要求所公开的范围内能够进行主要组合排列的元部件和/或结构的各种改变和变化。除了元部件和/或结构的各种改变和变化之外，替代使用对本领域技术人员来说也是明显的。
Claims (20)
1.一种制造图像传感器的方法，其包括如下步骤：
在半导体衬底上方形成包括焊盘的层间介电层；
直接在所述层间介电层上方形成滤色镜阵列；
在所述滤色镜阵列上方形成微透镜阵列；
在包括所述微透镜阵列的所述半导体衬底上方形成覆盖层；
在所述覆盖层上方形成焊盘掩模；然后
暴露所述焊盘。
2.如权利要求1所述的方法，其中暴露所述焊盘的步骤包括使用所述焊盘掩模作为蚀刻掩模来执行等离子体蚀刻处理。
3.如权利要求1所述的方法，还包括，在暴露所述焊盘之后，同时去除所述焊盘掩模和所述覆盖层。
4.如权利要求3所述的方法，其中在大约0-50℃的温度下，使用O2气体去除所述焊盘掩模和所述覆盖层。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述覆盖层包括有机的底部抗反射涂层。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述覆盖层包括金属层。
7.如权利要求6所述的方法，还包括如下步骤：
在暴露所述焊盘之后去除所述焊盘掩模；然后
去除所述覆盖层。
8.如权利要求7所述的方法，其中使用包括卤族元素的蚀刻气体去除所述覆盖层。
9.如权利要求1所述的方法，其中形成所述微透镜阵列的步骤包括如下步骤：
在所述滤色镜阵列上方形成第一介电层；
在所述第一介电层上方形成微透镜阵列掩模；然后
利用所述微透镜掩模蚀刻所述第一介电层，以形成与相邻微透镜分隔的多个微透镜。
10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述微透镜上方和相邻微透镜之间的空间中沉积第二介电层。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述第一介电层和所述第二介电层中的每一个包括氧化物层、氮化物层以及氮氧化物层中的至少一种。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述覆盖层具有大约100-3000的厚度。
13.如权利要求1所述的方法，还包括在形成所述滤色镜阵列之后但在形成所述微透镜阵列之前形成平坦化层。
14.一种制造图像传感器的方法，包括如下步骤：
在半导体衬底上方形成包括焊盘的层间介电层；
在所述层间介电层上方形成钝化层；
在所述钝化层上方形成滤色镜阵列；
在所述滤色镜阵列上方形成平坦化层；
在所述平坦化层上方形成微透镜阵列，所述微透镜阵列包括位于所述平坦化层上方的第一介电层以及在所述第一介电层上方形成的第二介电层；
在包括所述微透镜阵列的所述半导体衬底上方形成有机层；
在所述有机层上方形成焊盘掩模，所述焊盘掩模包括第一焊盘孔，所述第一焊盘孔用于暴露在空间上与所述焊盘相对应的所述有机层的上表面部分；
通过使用所述焊盘掩模作为蚀刻掩模蚀刻所述有机层、所述第二介电层、所述第一介电层以及所述钝化层，暴露所述焊盘的顶表面；然后
同时去除所述有机层和所述焊盘掩模。
15.如权利要求14所述的方法，其中形成所述钝化层的步骤包括如下步骤：
在所述层间介电层上方沉积厚度为1000-5000
的正硅酸乙酯层；然后
在所述正硅酸乙酯层上方沉积厚度为1000-10000
的氮化物层。
16.如权利要求14所述的方法，其中形成所述微透镜阵列的步骤包括如下步骤：
在所述平坦化层和所述钝化层上方形成所述第一介电层；
在包括分隔形成的多个微透镜掩模的所述第一介电层上方形成微透镜阵列掩模；
使用所述微透镜阵列掩模作为蚀刻掩模，在所述第一介电层上执行蚀刻处理，形成籽晶微透镜阵列；然后
在包括所述籽晶微透镜阵列的所述第一介电层上方以及相邻籽晶微透镜之间的间隙中形成所述第二介电层。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述有机层包括具有大约100-3000
厚度的底部抗反射涂层。
18.如权利要求14所述的方法，其中在大约0-50℃的温度下使用O2气体去除所述有机层和所述焊盘掩模。
19.一种制造图像传感器的方法，包括如下步骤：
在半导体衬底上方形成包括焊盘的层间介电层；
在所述层间介电层上方形成钝化层；
在所述钝化层上方形成滤色镜阵列；
在所述滤色镜阵列上方形成平坦化层；
在所述平坦化层上方形成包括多个接触微透镜的微透镜阵列，所述多个接触微透镜之间具有零间隙，所述微透镜阵列还包括位于所述平坦化层上方的第一介电层以及在所述第一介电层上方形成的第二介电层；
在包括所述微透镜阵列的所述半导体衬底上方形成金属层；
在所述金属层上方形成焊盘掩模，所述焊盘掩模包括第一焊盘孔，所述第一焊盘孔用于暴露在空间上与所述焊盘相对应的所述金属层的上表面部分；
通过使用所述焊盘掩模作为蚀刻掩模蚀刻所述金属层、所述第二介电层、所述第一介电层以及所述钝化层，暴露所述焊盘的顶表面；
去除所述焊盘掩模；然后
去除所述金属层。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述金属层包括电导率约为10-6ohm/m或更高的材料，其中使用包括卤族元素的蚀刻气体去除所述金属层。
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