CN1819151A - 用于制造cmos图像传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其中垫钝化膜被厚地形成，并在形成微透镜以前将其去除，从而防止微透镜缺陷的发生并获得白均匀性，由此改善图像传感器的质量和产出。所述方法包括：在具有有源区和垫区的半导体基片的垫区上形成金属垫；在包括所述金属垫的半导体基片的整个表面上形成绝缘膜；通过蚀刻与所述金属垫对应的所述绝缘膜的部分形成开口以暴露该金属垫；在包括所述开口的绝缘膜上形成垫钝化膜；在与所述有源区对应的垫钝化膜的部分上形成滤色器层；去除与所述垫区对应的垫钝化膜的部分；以及在去除与所述垫区对应的垫钝化膜的部分后在所述滤色器层上形成微透镜。

Description

用于制造CMOS图像传感器的方法
本申请主张2004年12月30日提交的韩国专利申请No.P2004-117959的权益，就像在这里完全描述一样，为所有用途，将其以引用的方式结合到本申请中。
技术领域
本发明涉及一种用于制造补偿金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法，并更具体地，涉及用于制造CMOS图像传感器的方法，其中，厚地形成垫钝化膜，并在形成微透镜以前去除所述垫钝化膜，因而防止微透镜缺陷的发生并获得白均匀性，从而改善图像传感器的质量和产出。
背景技术
通常，图像传感器是将光学信号转换为电信号的半导体器件。图像传感器可分类为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。CCD在MOS电容中存储电荷载体，并将电荷载体传输到MOS电容。MOS电容相互近似。CMOS图像传感器运用转换模式，其通过使用将控制电路和信号处理电路用作外围电路的CMOS技术形成与单位像素数相应的MOS晶体管而使用MOS晶体管顺序探测单位像素输出。
将目标数据转换到电信号的CMOS图像传感器包括具有光电二极管的信号处理芯片。每个信号处理芯片包括放大器，模拟到数字转换器(A/D转换器)，内置电压发生器，计时发生器，和数字逻辑。在此情况中，以空间，功率消耗和成本的眼光，其很经济。CCD制造需要技术制程步骤。然而，CMOS图像传感器可通过简单的比CCD制程便宜的硅晶片蚀刻制程以大规模生产来制造。而且，CMOS图像传感器在其排列密度上具有优势。
为加强CMOS图像传感器的光敏感度，出现了提高图像传感器整个面积中由光电二极管占据的面积的填充系数的努力。然而，因为由用于信号处理的逻辑电路导致的有限的面积，此种努力存在限制。因而，需要改变到非光电二极管区域的入射光的路径以将入射光聚到光电二极管。为将入射光聚到光电二极管，通常使用微透镜。
CMOS图像传感器被广泛应用于不同的应用领域，如数字相机，移动通信终端，视频电话，和计算机摄像头。CMOS图像传感器完全通过形成金属垫和器件隔离膜的制程后的形成滤色器层和微透镜的制程制造。这些制程对图像传感器的产出和特性是必需的。
在图像传感器的金属垫被露开后，通过光制程形成滤色器层和平坦化层。此时，如果不执行用于保护金属垫的制程，打开的金属垫可能与显影剂反应。其结果，显影剂中的氟离子可能腐蚀金属垫并导致金属污染，以致在探测测试期间妨碍软探测。如果通过硬探测执行探测测试，可能产生很多金属颗粒。因而，因功能失败恶化了晶片级产出，并且因线接合缺陷也恶化了封装级产出。
为使金属垫免受光制程，已经开发了多种制程。其中一个制程是在形成滤色器层之前，在露开的金属垫上薄地沉积了等离子体增强(PE)原硅酸四乙酯(TEOS)的状态中，分别形成滤色器层和微透镜以后，去除PE TEOS膜的制程。在此情况中，将PE TEOS膜用作垫钝化膜。将PE TEOS膜用于在蚀刻该PE TEOS膜时，将给予微透镜的物理等离子体破坏最小化，从而将微透镜的缺陷最小化。
更具体的，由于优选的，在露开金属垫后不执行光制程，在与最近一个光制程对应的微透镜制程以后，去除金属垫上的PE TEOS膜。然而，去除PE TEOS膜时，微透镜可能畸变，或图像均匀性可能恶化。随着PE TEOS膜变厚，这些缺点变严重。与此对比，如果PE TEOS膜过薄，厚度均匀性恶化，导致在图像传感器光学测试期间负面影响白均匀性。所述白均匀性以中央像素块和边缘像素块间的差表示图像级。
以下，将参照附图说明一种相关技术的用于制造CMOS图像传感器的方法。
图1到图4是说明一种相关技术的用于制造CMOS图像传感器的方法，尤其一种通过传统制程形成金属垫以后的制程的剖视图。
参照图1，在层间绝缘膜(未示出)上形成金属垫10。在包括该金属垫10的所述层间绝缘膜上沉积用作器件钝化膜的氧化物膜12。然后，通过化学机械抛光(CMP)制程平坦化该氧化物膜12。在所述氧化物膜12上沉积用作器件钝化膜的氮化物膜14。在该氮化物膜14上涂覆光刻胶膜(未示出)，并然后通过曝光和显影制程对其图案化以形成露开所述金属垫10的光刻胶图案(未示出)。将该光刻胶图案用作掩模蚀刻所述氧化物膜12和氮化物膜14以暴露所述金属垫10。
如图2所示，在半导体基片的整个表面上沉积用作垫钝化膜16的PE TEOS膜以便防止所述露开的金属垫10在形成红、绿和蓝的颜色过滤阵列的制程、平坦化制程和形成微透镜的制程的期间被污染。此时，所述垫钝化膜16不超过500，并执行热固化制程以去除金属垫上的氟离子。
如图3所示，在所述垫钝化膜16上形成红、绿和蓝颜色过滤阵列层18，并且在包括所述颜色过滤阵列层18的垫钝化膜16上形成平坦化层20。在该平坦化层20上形成微透镜22。在该微透镜22形成时，执行热回流制程，如漂白。
如图4所示，通过等离子体干蚀刻制程去除垫区上的所述垫钝化膜16。然后，形成比通过无等离子体干蚀刻制程形成的结构相对更为不良的微透镜22。
在如以上制造的相关技术的CMOS图像传感器中，在形成所述器件钝化膜12和14的制程之后形成的所述垫钝化膜16薄，从而导致器件的均匀性退化，并负面影响图像传感器的白均匀性。在形成微透镜的制程之后的垫钝化膜16的蚀刻制程导致在微透镜22中产生缺陷，如透镜阴影(lens shading)。并且，白均匀性退化导致图像传感器产出和质量的恶化。
白均匀性通过比较中央像素块和边缘像素块之间的颜色信号中的最小值与最大值而获得。由于白均匀性受微透镜22或微透镜以下的层的变化的影响，如果颜色过滤阵列层以下的垫钝化膜16相对地具有不良的均匀性，则其特性可能退化。具体的，在微透镜22形成以后，去除垫钝化膜16时，因为微透镜22具有缺陷导致白均匀性失败率上升。因为此原因，图像传感器的产出和其质量可能同时恶化。
用于制造上述CMOS图像传感器的相关技术的方法具有以下问题。
形成器件钝化膜的制程之后形成的垫钝化膜薄，从而导致器件均匀性退化并负面地影响图像传感器的白均匀性。并且，由于在微透镜形成后蚀刻垫钝化膜，则在微透镜内产生诸如透镜阴影的缺陷，并且白均匀性退化。
发明内容
相应的，本发明针对CMOS图像传感器的方法，其充分避免了相关技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其中垫钝化膜被厚地形成，并在形成微透镜以前去除所述垫钝化膜，因而防止微透镜缺陷的发生并获得白均匀性，从而改善图像传感器的质量和产出。
本发明此外的优点和特征将在以下说明中部分阐明，并且，对于本领域普通技术人员，其一部分可在仔细阅读本说明后明显得出，或可通过实践本发明而了解。本发明的目的和其他优点将通过在本书面说明及相应权利要求以及附图中具体指出的结构实现和获得。
为实现这些及其他优点并且根据本发明的用途，如所体现的和广泛描述的，根据本发明的一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：在具有有源区和垫区的半导体基片的垫区上形成金属垫；在包括所述金属垫的半导体基片的整个表面上形成绝缘膜；通过蚀刻与所述金属垫对应的所述绝缘膜的部分形成开口以暴露该金属垫；在包括所述开口的绝缘膜上形成垫钝化膜；在与所述有源区对应的垫钝化膜的部分上形成滤色器层；去除与所述垫区对应的垫钝化膜的部分；以及在去除与所述垫区对应的垫钝化膜的部分后在所述滤色器层上形成微透镜。
所述方法还包括在所述滤色器层和微透镜之间形成平坦化层。
所述垫钝化膜以800到1200的厚度形成。
所述绝缘膜包括氧化物膜和在该氧化物膜上的氮化物膜。
还应理解，以上总体说明和以下详细说明均为示范性和解释性内容，意在提供如权利要求的本发明的进一步的解释。
附图说明
所包括的为进一步理解本发明而提供的附图与本说明相结合并构成其一部分，附图结合本说明服务于解释本发明的实施例以及本发明的原理。在附图中：
图1到图4是说明一种相关技术的用于制造CMOS图像传感器的方法的剖视图；以及
图5到图9是说明一种根据本发明优选实施例用于制造CMOS图像传感器的方法的剖视图。
具体实施方式
现将对本说明优选实施例进行详细介绍，其实例在附图中说明。可能时，同一参考号将贯穿附图使用以指代同一或相似部分。
图5到图9是说明一种根据本发明优选实施例用于制造CMOS图像传感器的方法的剖视图。
首先，将简要介绍形成金属垫的制程。在半导体基片上生长第一外延层，并在所述第一外延层中形成红光电二极管。然后，在包括所述红光电二极管的半导体基片上生长第二外延层，并在该第二外延层中形成绿光电二极管。在包括所述绿光电二极管的第二外延层上生长第三外延层，并在该第三外延层中形成蓝光电二极管。并且，在所述第三外延层中形成沟槽以将场相互绝缘。以绝缘材料填充该沟槽以形成浅沟槽隔离(STI)。在所述第三外延层上沉积第一层间绝缘膜，并在该第一层间绝缘膜上形成第一金属层。然后图案化该第一金属层以形成第一金属线。将形成所述第一层间绝缘膜和该第一金属线的制程重复若干次以沉积所需数目的金属线。在最后沉积的第一层间绝缘膜上沉积第二层间绝缘膜，并在该第二层间绝缘膜上形成最终金属层。然后图案化该最终金属层以形成最终金属线和金属垫。
如图5所示，在包括金属垫100的第二层间绝缘膜(未示出)上沉积用作器件钝化膜的氧化物膜102。然后，通过化学机械抛光(CMP)制程平坦化该氧化物膜102。在该氧化物膜102上沉积用作器件钝化膜的氮化物膜104。将未掺杂的石英玻璃高密度等离子体(USG HDP)用作氧化物膜102，并将PECVD SiN用作氮化物膜104。
随后，在该氮化物膜104上涂覆光刻胶膜(未示出)，并然后通过曝光和显影制程图案化所述光刻胶膜以形成露开用于金属垫100的区的光刻胶图案(未示出)。将该光刻胶图案用作掩模来蚀刻所述氧化物膜102和氮化物膜104以暴露金属垫100。
如图6所示，沉积用作垫钝化膜的PE TEOS膜106以便防止露开的金属垫100在形成红、绿和蓝的颜色过滤阵列的制程、平坦化制程和形成微透镜的制程期间被污染。此时，该PE TEOS膜106具有800到1200的沉积厚度(与相关技术的PE TEOS膜的2倍相当)。通过此沉积厚度，器件的均匀性改善了。并且，执行热固化制程以去除金属垫100上的氟离子。
如图7所示，在所述PE TEOS膜106上形成红、绿和蓝的颜色过滤阵列层108，并且在包括该颜色过滤阵列层108的所述垫钝化物膜106上形成平坦化层200。在此情况中，将用作该平坦化层200的光刻胶膜以与相关技术的厚度相比增加0.1μm到0.2μm的厚度而涂覆。
如图8所示，没有平坦化层的区，即垫区上的PE TEOS膜106通过等离子体干蚀刻制程去除。在去除该PE TEOS膜106时，可能略微破坏平坦化层120。然而，因为平坦化层形成得厚，平坦化层的破坏比微透镜的破坏更小。因而，在微透镜形成以前去除所述PE TEOS膜106。并且，如果微透镜200在暴露金属垫100的状态下形成，则与在形成微透镜后蚀刻PE TEOS膜的情况相比，图像传感器的图像特性恶化得很小。
如图9所示，在平坦化层200上形成微透镜202。此时，当去除垫钝化膜106时，在金属垫100被暴露的状态下，形成微透镜202。在此情况下，因为没有成功地进行暴露，因此金属垫未被污染。
如上所述，根据本发明的用于制造所述CMOS图像传感器的方法具有以下优点。
因为垫钝化膜被厚且均匀地形成，其可能改善白均匀性并防止图像传感器的产出的恶化。并且，因为在微透镜形成以前蚀刻垫钝化膜，其可能防止微透镜遭到破坏，从而改进包括白均匀性的图像质量，并且还防止图像传感器的产出的恶化。
对于本领域的技术人员，显然可在本发明中作出不同的修改和变化而不离开本发明的精神和范围。因而，本发明应覆盖所述修改和变化，只要其来自所附权利要求及其等价例的范围内。

Claims (10)

1.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
在具有有源区和垫区的半导体基片的垫区上形成金属垫；
在包括所述金属垫的半导体基片的整个表面上形成绝缘膜；
通过蚀刻与所述金属垫对应的所述绝缘膜的部分形成开口以暴露该金属垫；
在包括所述开口的绝缘膜上形成垫钝化膜；
在与所述有源区对应的垫钝化膜的部分上形成滤色器层；
去除与所述垫区对应的垫钝化膜的部分；以及
在去除与所述垫区对应的垫钝化膜的部分后在所述滤色器层上形成微透镜。
2.如权利要求1所述方法，还包括在所述滤色器层和微透镜之间形成平坦化层。
3.如权利要求1所述方法，其中将所述平坦化层用作掩模去除所述垫钝化膜。
4.如权利要求1所述方法，其中所述垫钝化膜以800到1200的厚度形成。
5.如权利要求1所述方法，其中形成绝缘膜的步骤包括：
在包括所述金属垫的半导体基片的整个表面上形成氧化物膜；以及
在该氧化物膜上形成氮化物膜。
6.如权利要求1所述方法，还包括在形成所述垫钝化膜后，执行热固化制程。
7.如权利要求1所述方法，其中垫钝化膜通过等离子体干蚀刻制程去除。
8.如权利要求1所述方法，其中垫钝化膜包括PE TEOS膜。
9.如权利要求5所述方法，其中氧化物膜包括USG HDP膜。
10.如权利要求5所述方法，其中氮化物膜包括PECVD SiN膜。
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