CN101471295A - Cmos图像传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防止金属焊盘被腐蚀的CMOS图像传感器的制造方法。该CMOS图像传感器的制造方法包括：在半导体衬底上顺序形成介电膜、具有开口的金属焊盘、和第一钝化膜，所述半导体衬底中定义有划道和像素区域；在该像素区域处的该第一钝化膜上形成滤色层；在包括金属焊盘的半导体衬底的整个表面上形成覆盖层，以减小划道和像素区域之间台阶差，在该像素区域处的该覆盖层上形成微透镜，形成光致抗蚀剂以暴露所述划道处的所述覆盖层，在半导体衬底的整个表面上执行蚀刻工艺以蚀刻该划道处的覆盖层，以及通过清洗工艺去除该光致抗蚀剂。本发明具有减小划道和像素区域之间的台阶差以保护金属焊盘的效果，从而保护金属焊盘使其不出现条纹或被腐蚀。
Description
本申请要求申请日为2007年12月28日的韩国专利申请No.10-2007-0140311的优先权，将其全文通过援引结合于此。
技术领域
本发明涉及一种互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器，并且更具体地，涉及一种能够防止金属焊盘受到腐蚀的CMOS图像传感器的制造方法。
背景技术
图像传感器是用于将光学图像转换为电信号的半导体器件。该图像传感器一般分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。
该CCD可包括按矩阵排列的多个光电二极管(PD)，每个光电二极管将光信号转换为电信号。在光电二极管的矩阵中，在各个垂直排列的相邻光电二极管之间设置多个垂直电荷耦合器件(VCCD)以在垂直方向传输由各个光电二极管产生的电荷，并且设置多个水平电荷耦合器件(HCCD)以在水平方向传输由该各个垂直电荷耦合器件传输的电荷。此外，设置读出放大器(sense amplifier)以将水平传输的电荷读出，从而输出电信号。
CCD的缺点包括：复杂的驱动方法、高电功率消耗、和需要多步骤光处理的复杂制造工艺。而且，该CCD还存在其它缺点：难以在一个CCD芯片上集成控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换电路(A/D转换器)等。这使得不能实现精密尺寸的产品。
近来，CMOS图像传感器已经更多地被认为是下一代图像传感器以解决CCD的问题。CMOS图像传感器是采用CMOS技术的器件。CMOS图像传感器采用控制电路、信号处理电路等作为外围电路，从而在半导体衬底上形成与单位像素相同数量的MOS晶体管。由MOS晶体管通过开关方法顺序检测各个单位像素的输出。即，该CMOS图像传感器由以下特征来表征：在单位像素中形成光电二极管和MOS晶体管，以通过开关方法顺序检测各单位像素的电信号，从而实现一个图像。
作为采用CMOS制造技术的结果，该CMOS图像传感器具有多个优点，例如，低功率消耗、和基于数量减少的光电工艺步骤的简化制造工艺。
示例图1A至图1C显示了CMOS图像传感器的制造方法，该CMOS图像传感器包括形成在半导体衬底10上和/或上方的介电膜11，例如栅介电膜或层间介电膜。在介电膜11上和/或上方形成用于每个信号线的金属焊盘12。在包括金属焊盘12的介电膜11的整个表面上和/或上方形成由氧化膜或氮化膜构成的钝化膜13。
如示例图1B所示，将光敏膜14涂敷在钝化膜13的顶部，并通过曝光和显影工艺将其图案化以暴露金属焊盘12的顶部。采用图案化的光敏膜14作为掩模选择性地蚀刻钝化膜13，以在该暴露的金属焊盘12处形成开口15。
如示例图1C所示，在半导体衬底10的整个表面上和/或上方沉积氮化硅膜或氧化硅膜以形成平坦化层16。通过照相蚀刻(photo and etching)工艺选择性蚀刻平坦化层16，使得平坦化层16仅保留在除金属焊盘之外的剩余区域。在与各个光电二极管区域相对应的平坦化层16上和/或上方形成滤色层17。通过采用各个彩色抗蚀剂(color resists)并用额外的掩模实施光刻来形成各滤色层。随后，在包括滤色层17的半导体衬底10的整个表面上和/或上方形成覆盖层18。通过照相蚀刻(photo and etching)工艺选择性蚀刻除金属焊盘12之外的剩余区域。然后将聚合物材料涂敷到覆盖层18的顶部以形成微透镜材料层。通过曝光和显影工艺将光敏膜14图案化以定义微透镜区域。随后，利用光敏膜14选择性图案化该微透镜材料层以形成对应于滤色层17的微透镜图案。通过回流工艺对该微透镜图案热处理，以形成具有预定曲率半径的半球形微透镜19。
但是，在前述的CMOS图像传感器的制造方法中，在形成微透镜之前，滤色层17和平坦化层16在划道(scribe lane)和像素区域之间形成了锐利的台阶。因此，所涂敷的光致抗蚀剂的膜厚不均匀。从而，该光致抗蚀剂的不均匀的厚度导致了微透镜19的厚度不均匀。对于旋转涂敷型抗蚀剂的应用，这种厚度的不均匀导致了条纹，该条纹是从晶圆中心向外而形成的放射状条纹。该条纹导致了缺陷，其中在CMOS图像传感器上对角形成明显的条纹。
而且，在前述CMOS图像传感器的制造方法中，将该金属焊盘开口用于连接外部电路，然后执行用于形成彩色滤色层和微透镜的工艺。所有工艺是采用强碱显影溶液的光刻工艺，导致了接地金属焊盘被腐蚀。
发明内容
本发明实施例涉及一种互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器，并且更具体地，涉及一种能够防止金属焊盘受到腐蚀的CMOS图像传感器的制造方法。
本发明实施例涉及一种CMOS图像传感器的制造方法，其包括以下至少一个步骤：在半导体衬底上和/或上方顺序形成介电膜、具有开口的金属焊盘、和第一钝化膜，所述半导体衬底中定义有划道(scribe lane)和像素区域；然后在该像素区域处的该第一钝化膜上和/或上方形成滤色层；然后，在包括金属焊盘的半导体衬底的整个表面上和/或上方形成覆盖层，以减少划道和像素区域之间台阶差(step difference)；然后在该像素区域处的该覆盖层上和/或上方形成微透镜；然后形成光致抗蚀剂以暴露划道处的覆盖层；然后，在半导体衬底的整个表面上执行蚀刻工艺以蚀刻该划道上的覆盖层；然后通过清洗工艺去除该光致抗蚀剂。
本发明实施例涉及还一种CMOS图像传感器的制造方法，其包括以下至少一个步骤：在半导体衬底上和/或上方顺序形成介电膜、具有开口的金属焊盘、和第一钝化膜，所述半导体衬底中定义有划道和像素区域；在该像素区域处的该第一钝化膜上和/或上方形成滤色层；然后，在包括金属焊盘的半导体衬底的整个表面上和/或上方形成覆盖层；然后通过曝光和显影去除划道处的覆盖层；然后用光致抗蚀剂图案填充覆盖层被蚀刻的区域，以减小划道和像素区域之间的台阶差；然后在该像素区域处的该覆盖层上和/或上方形成微透镜；然后通过清洗工艺移除该光致抗蚀剂图案。
本发明还提供一种CMOS图像传感器的制造方法，包括：在半导体衬底上顺序形成介电膜、金属焊盘和第一钝化膜，所述半导体衬底中定义有划道和像素区域；然后在所述第一钝化膜上形成对准键图案；然后在所述像素区域处的所述第一钝化膜上顺序形成滤色层、覆盖层和微透镜；然后在所述半导体衬底的整个表面上形成焊盘开口光致抗蚀剂图案；然后利用所述焊盘开口光致抗蚀剂图案作为掩模蚀刻所述第一钝化膜，以形成暴露所述金属焊盘的上表面的开口；然后去除所述焊盘开口光致抗蚀剂图案。
本发明还提供一种具有互连结构的CMOS图像传感器的制造方法，包括：在半导体衬底上形成第一覆盖层，所述半导体衬底中定义有划道和像素区域；然后固化所述划道处的所述第一覆盖层；然后通过将所述第一覆盖层显影，以使所述第一覆盖层仅填充划道区域，来减小所述划道和所述像素区域之间的台阶差；然后在所述像素区域处的所述第一钝化膜上形成滤色层；然后在所述像素区域处的所述滤色层上形成第二覆盖层；然后去除所述第一覆盖层。
本发明具有减小划道和像素区域之间的台阶差以保护金属焊盘的效果，从而保护金属焊盘使其不出现条纹或被腐蚀。
附图说明
示例图1A至图1C显示了CMOS图像传感器的制造方法。
示例图2A至图5D显示了根据多个实施例的CMOS图像传感器的制造方法。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的优选实施例，在附图中描述了它们的示例。在可能的情况下，在附图中使用相同的附图标记来指代同样的或相似的部分。
如示例图2A所示，根据本发明实施例制造的CMOS图像传感器可以包括介电膜201，例如形成在半导体衬底200上和/或上方的栅介电膜或层间介电膜。在介电膜201上和/或上方形成用于每个信号线的金属焊盘202。在包括金属焊盘202的介电膜201的整个表面上和/或上方形成由氧化膜和氮化膜的至少一种形成的第一钝化膜203。随后，将光敏膜施加到第一钝化膜203的上部并通过实施至金属焊盘202上表面的曝光和显影工艺将光敏膜图案化。用该图案化的光敏膜作为掩模来选择性地蚀刻第一钝化膜203以形成暴露金属焊盘202的上面的开口150。将热固性树脂涂敷到包括开口150的半导体衬底200的整个表面上，然后将其固化以形成在随后工艺中保护金属焊盘202的第二钝化膜206。第二钝化膜206的厚度优选为0.05μm至0.1μm。
如示例图2B所示，对应于各个光电二极管区域形成滤色层210。通过括滤色层210的半导体衬底200的整个表面上和/或上方形成平坦型覆盖层212。不选择性显影覆盖层212以打开划道，而是将其固化以在像素区域和划道之间形成缓和台阶，从而使像素区域和划道之间的台阶差最小化。将光敏膜施加到像素区域处的保护层212上部以形成微透镜材料层。通过平版印刷工艺(lithography process)选择性显影该用于微透镜的光敏膜以形成对应于滤色层210的微透镜图案。通过回流工艺热处理该微透镜图案以形成具有预定曲率半径的半球形微透镜214。在形成该微透镜的工艺期间，由于在划道和像素区域之间形成的台阶不是锐利的而是缓和的，从而不会出现条纹现象。
如示例图2C所示，形成光致抗蚀剂216图案以曝露划道处的覆盖层212。
如示例图2D所示，在半导体衬底200的整个表面执行O2灰化(ashing)工艺。因为光致抗蚀剂216图案、第二钝化膜206和覆盖层212没有选择性，因此将形成在划道上和/或上方的光致抗蚀剂216图案、第二钝化膜206和覆盖层212去除到几乎相同的厚度。
如示例图2E所示，用稀释剂(thinner)去除形成在半导体衬底200的最上部上和/或上方的光致抗蚀剂216。这使得滤色层210、覆盖层212和微透镜214保留在半导体衬底200上以实现CMOS图像传感器。在热处理之后，将第二钝化膜206、覆盖层212和微透镜214固化以呈现非常高的化学抗性，所述第二钝化膜206、覆盖层212和微透镜214是热固性的或负性抗蚀剂。另一方面，光致抗蚀剂216是正性抗蚀剂，因此易溶于溶剂中。因此，在O2灰化之后，能够使用稀释剂(例如PGMEA溶剂)去除光致抗蚀剂216，而不会损伤第二钝化膜206、覆盖层212和微透镜214。
结果，根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法能够减小划道和像素区域之间的台阶差以保护该金属焊盘，从而防止金属焊盘发生条纹和腐蚀。
示例图3A至图3D显示了根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法。该实施例的部件与示例图2A至图2E所示的相同，由同样的附图标记表示，并且不会给出重复说明。
如示例图3A所示，覆盖层212形成在包括滤色层210的半导体衬底200的整个表面上和/或上方，并通过光处理来选择性显影，从而使该覆盖层212仅保留在除金属焊盘202之外的剩余区域上。
如示例图3B所示，通过光处理，用与覆盖层210厚度相同的正性光致抗蚀剂图案211填充划道区域。通过正性光致抗蚀剂图案211减小划道和像素区域之间的台阶差。
如示例图3C所示，将光敏膜施加到覆盖层212的上面以形成微透镜材料层。在该光敏膜上执行光处理以形成对应于滤色层210的微透镜图案。通过回流工艺对该微透镜图案热处理以形成具有预定曲率半径的半球形微透镜214。在形成微透镜的工艺期间，由于形成在划道和像素区域之间的台阶不是锐利的而是缓和的，从而不会发生条纹现象。
如示例图3D所示，用稀释剂去除划道区域上的正性光致抗蚀剂图案211以实现CMOS图像传感器，该稀释剂例如为丙二醇甲醚醋酸酯(propyleneglycol mono ether acetate，PGMEA)。在热处理之后，为热固性或负性抗蚀剂的微透镜214已经被固化以呈现非常高的化学抗性。这使得微透镜214不被该稀释剂损坏，从而容易通过稀释剂去除为正性抗蚀剂的光致抗蚀剂216。
结果，根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法能够减小划道和像素区域之间的台阶差，以保护金属焊盘，从而防止该金属焊盘发生条纹和腐蚀。
示例图4A至图4D描述了根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法。第三实施例的与之前示例所示相同的部件由同样的附图标记表示，并且不会给出重复说明。
如示例图4A所示，在半导体衬底200上和/或上方形成介电膜201，例如栅介电膜或层间介电膜。在介电膜201上和/或上方形成用于每个信号线的金属焊盘202。在包括金属焊盘202的介电膜201的整个表面上和/或上方形成由氧化膜或氮化膜构成的第一钝化膜203。在第一钝化膜203上和/或上方形成用于滤色镜对准的对准键图案(align key pattern)190。
如示例图4B所示，对应于各个光电二极管区域形成滤色层210。通过涂敷各彩色抗蚀剂并利用额外的掩模执行光刻来形成滤色层210。在包括滤色层210的半导体衬底200的整个表面上和/或上方形成覆盖层212。不对覆盖层212通过光处理进行选择性显影，从而使覆盖层212仅保留在除金属焊盘之外的剩余区域上。在像素区域处的覆盖层212的上表面涂敷光敏膜以形成微透镜材料层。将该微透镜材料层显影以形成对应于滤色层210的微透镜图案。通过回流工艺对微透镜图案进行热处理以形成具有预定曲率半径的半球形微透镜214。
如示例图4C所示，形成焊盘开口光致抗蚀剂图案195以暴露金属焊盘开口区域。采用焊盘开口光致抗蚀剂图案195作为掩模，通过反应离子蚀刻(RIE)工艺对第一钝化膜203进行选择性蚀刻，以形成暴露该金属焊盘202的开口150。
如示例图4D所示，仅选择性去除焊盘开口光致抗蚀剂图案195。通过RIE工艺，该焊盘开口光致抗蚀剂图案195已经变为硬聚合物状态。然而，使焊盘开口光致抗蚀剂图案195的侧部相对于焊盘开口光致抗蚀剂图案195的上部保持相对柔软状态，其由该RIE工艺固化。结果，当采用稀释剂(例如PGMEA)去除焊盘开口光致抗蚀剂图案195时，通过发生在焊盘开口光致抗蚀剂图案195侧部的膨胀容易地去除上部聚合物。然而，该上部聚合物不溶于稀释剂中。因此，执行O2灰化工艺来去除上部聚合物，然后用该稀释剂完全去除该焊盘开口光致抗蚀剂图案195。
结果，根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法能够防止在最终工艺之后，某些不溶于该稀释剂的聚合物留在微透镜图案和金属焊盘上，从而也防止其留在像素区域上。这能够防止传感器的图像性能变坏。
示例图5A至5D描述了根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法。
如示例图5A所示，在以上述互连结构构造的CMOS图像传感器的半导体衬底200的整个表面上形成第一覆盖层212a，该第一覆盖层212a为平坦型负性光致抗蚀剂。将光致抗蚀剂薄薄地涂敷于像素区域，并且用该光致抗蚀剂填充形成在划道中的凹槽，这是因为该光致抗蚀剂是平坦型负性光致抗蚀剂。利用光掩模覆盖该像素区域，执行曝光工艺，以仅仅固化划道的第一覆盖层212a。采用平坦型光致抗蚀剂的原因是因为保形型光致抗蚀剂(conformal type photo resist)均匀地覆盖划道和像素区域，当该台阶超过1μm时，划道区域处的台阶差变得更大。
如示例图5B所示，通过显影工艺去除第一覆盖层212a，使得第一覆盖层212a仅填充划道区域，从而去除像素区域和划道区域之间的台阶差。
如示例图5C所示，在像素区域处的半导体衬底200上和/或上方形成滤色层210。在包括滤色层210而不包括形成第一覆盖层212a的区域的半导体衬底200的整个表面上和/或上方形成第二覆盖层212b。利用这样的光掩模来仅仅曝露像素区域：该光掩模的色调(tone)与用于仅仅曝露划道以去除具有第一覆盖层212a的划道区域处的台阶差的掩模的色调相反。考虑到在随后的O2灰化工艺期间将第二覆盖层212b灰化，以与大概的台阶差相对应的厚度形成第二覆盖层212b。
如示例图5D所示，通过O2灰化工艺去除划道处的第一覆盖层212a。
结果，在以上述互连结构构造的CMOS图像传感器中，根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法能够形成没有由涂覆缺陷引起的条纹的滤色层。
从上述说明书中明显看到，根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法具有减小划道和像素区域之间的台阶差以保护金属焊盘的效果，从而保护金属焊盘使其不出现条纹或被腐蚀。
虽然以上参考本发明的多个示例性实施例而对实施例进行了描述，但应理解的是，本领域人员可以导出落在此公开文件的原理的精神和范围内的许多其它改型和实施例。更具体地说，在此公开文件、附图以及所附权利要求书的范围内，能够对组件和/或附件组合排列中的排列进行各种变更与改型。除了组件和/或排列的变更与改型之外，本发明的其他应用对本领域技术人员而言也是显而易见的。
Claims (19)
1.一种CMOS图像传感器的制造方法，包括：
在半导体衬底上顺序形成介电膜、具有暴露的上表面的金属焊盘、和第一钝化膜，所述半导体衬底中定义有划道和像素区域；然后
在所述像素区域处的所述第一钝化膜上形成滤色层；然后
通过在包括所述金属焊盘的所述半导体衬底的整个表面上形成覆盖层，来减小所述划道和所述像素区域之间的台阶差；然后
在所述像素区域处的所述覆盖层上形成微透镜；然后
形成光致抗蚀剂以暴露所述划道处的所述覆盖层；然后
在所述半导体衬底的整个表面上执行蚀刻工艺，以蚀刻所述划道处的覆盖层；然后
去除所述光致抗蚀剂。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在包括所述金属焊盘和所述第一钝化膜的半导体衬底的整个表面上形成并固化热固性树脂，以形成第二钝化膜。
3.如权利要求2所述的方法，其中，形成所述滤色层包括在所述像素区域处的所述第二钝化膜上形成所述滤色层。
4.如权利要求1所述的方法，其中，形成所述覆盖层包括以平坦型结构形成所述覆盖层。
5.如权利要求1所述的方法，其中，通过执行O2灰化工艺来蚀刻所述覆盖层。
6.如权利要求1所述的方法，其中，在所述半导体衬底的整个表面上执行所述蚀刻工艺包括：将所述光致抗蚀剂和所述第一钝化膜蚀刻至与所述覆盖层相同的厚度。
7.如权利要求3所述的方法，其中在所述半导体衬底的整个表面上执行所述蚀刻工艺包括：将所述光致抗蚀剂、所述第二钝化膜以及所述覆盖层蚀刻到相同的厚度。
8.一种CMOS图像传感器的制造方法，包括：
在半导体衬底上顺序形成介电膜、具有暴露的表面的金属焊盘、和第一钝化膜，所述半导体衬底中定义有划道和像素区域；然后
在所述第一像素处的所述第一钝化膜上形成滤色层；然后
在包括所述金属焊盘的所述半导体衬底的整个表面上形成覆盖层；然后
去除所述覆盖层位于所述划道处的部分；然后
通过以光致抗蚀剂图案填充去除了所述覆盖层的所述部分的区域，来减小所述划道和所述像素区域之间的台阶差；然后
在所述像素区域处的覆盖层上形成微透镜；然后
利用清洗工艺去除所述光致抗蚀剂图案。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
在包括所述金属焊盘和所述第一钝化膜的半导体衬底的整个表面上形成并固化热固性树脂，以形成第二钝化膜。
10.如权利要求9所述的方法，其中，形成所述滤色层包括在所述像素区域处的所述第二钝化膜上形成所述滤色层。
11.如权利要求8所述的方法，其中利用稀释剂执行所述清洗工艺。
12.如权利要求8所述的方法，其中减小所述划道和所述像素区域之间的台阶差包括：以正性光致抗蚀剂图案将去除了所述覆盖层的所述部分的区域填充到与所述覆盖层相同的厚度。
13.如权利要求11所述的方法，其中通过曝光和显影工艺去除所述划道处的所述覆盖层。
14.一种CMOS图像传感器的制造方法，包括：
在半导体衬底上顺序形成介电膜、金属焊盘和第一钝化膜，所述半导体衬底中定义有划道和像素区域；然后
在所述第一钝化膜上形成对准键图案；然后
在所述像素区域处的所述第一钝化膜上顺序形成滤色层、覆盖层和微透镜；然后
在所述半导体衬底的整个表面上形成焊盘开口光致抗蚀剂图案；然后
利用所述焊盘开口光致抗蚀剂图案作为掩模蚀刻所述第一钝化膜，以形成暴露所述金属焊盘的上表面的开口；然后
去除所述焊盘开口光致抗蚀剂图案。
15.如权利要求14所述的方法，其中蚀刻所述第一钝化膜包括通过反应离子蚀刻工艺蚀刻所述第一钝化膜。
16.如权利要求15所述的方法，其中去除所述焊盘开口光致抗蚀剂图案包括：
在所述焊盘开口光致抗蚀剂图案的上部区域执行O2灰化工艺；然后
用稀释剂去除所述焊盘开口光致抗蚀剂图案。
17.一种具有互连结构的CMOS图像传感器的制造方法，包括：
在半导体衬底上形成第一覆盖层，所述半导体衬底中定义有划道和像素区域；然后
固化所述划道处的所述第一覆盖层；然后
通过将所述第一覆盖层显影，以使所述第一覆盖层仅填充划道区域，来减小所述划道和所述像素区域之间的台阶差；然后
在所述像素区域处的所述第一钝化膜上形成滤色层；然后
在所述像素区域处的所述滤色层上形成第二覆盖层；然后
去除所述第一覆盖层。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述第二覆盖层形成为与所述划道处的台阶差的厚度相同。
19.如权利要求17所述的方法，其中通过O2灰化工艺去除所述第一覆盖层。
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