CN1822348A - 制造cmos图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种制造图像传感器的方法，通过该方法，图像传感器的特性和产量是以防止金属垫与碱性显影溶液接触的方式来增强。本发明包括步骤：在分成有源区和垫区的半导体衬底之上依次堆叠金属层和氮化物层，通过选择性地图案化氮化物层和金属层在垫区上形成金属垫，在包括金属垫的半导体衬底之上形成保护层，通过选择性地去除保护层直至氮化物层的表面被暴露，在金属垫之上形成垫开口，在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层，在滤色器层之上形成微透镜，以及选择性地去除经由垫开口而暴露的氮化物层。
Description
本申请要求了于2005年2月17日提交的韩国专利申请号10-2005-0013155的权益，这里通过参照将其引入，如同在此完全阐述过一样。
技术领域
本发明涉及CMOS图像传感器，尤其涉及制造CMOS图像传感器的方法。尽管本发明适用于宽范围的应用，但是它特别适用于增强图像传感器的特性和产量。
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。并且，图像传感器主要被分类为电荷耦合器件(CCD)和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。
然而，上面配置的CCD具有复杂的驱动系统，需要相当多的功率消耗，并且需要多步骤光工艺。因此，不利的是，制造上面配置的CCD的工艺是复杂的。而且，CCD难以在CCD芯片上集成控制电路、信号处理电路、模拟/数字(A/D)转换器等等。因此，难以减小上面配置的CCD的尺寸。为了克服CCD的不足，注意到将CMOS图像传感器作为下一代图像传感器。
在CMOS图像传感器中，共计为单元像素数目的MOS晶体管是通过使用控制电路、信号处理电路等等作为外围电路的CMOS技术在半导体衬底上形成。因此，CMOS图像传感器采用经由MOS晶体管依次检测单元像素的输出的切换系统。
使用CMOS制造技术，CMOS图像传感器的优势在于低功率消耗、由于光工艺步骤少因而制造工艺简单等等。由于控制电路、信号处理电路、模拟/数字(A/D)转换器等可集成在CMOS图像传感器芯片上，所以促进了CMOS图像传感器尺寸的减小。
因此，CMOS图像传感器被广泛用于多个应用领域例如数字静态相机、数字摄像机等等中。
下面参考图1和图2，详细说明一般的CMOS图像传感器。图1是包括三个晶体管的3T型CMOS图像传感器的单元像素等效电路图，图2是图1中所示CMOS图像传感器的单元像素布局。
参考图1，一般3T型CMOS图像传感器的单元像素包括一个光电二极管PD和三个NMOS晶体管T1至T3。光电二极管PD的阴极被连接到第一NMOS晶体管T1的漏极以及第二NMOS晶体管T2的栅极。
第一和第二NMOS晶体管T1和T2的源极被连接到供应参考电压VR的电源线，第一NMOS晶体管T1的栅极被连接到供应复位信号RST的复位线。
第三NMOS晶体管T3的漏极被连接到第二NMOS晶体管T2的漏极。第三NMOS晶体管T3的源极经由信号线连接到读电路(图中未示出)。而且，第三NMOS晶体管T3的栅极被连接到供应选择信号SLCT的行选择线。
因此，第一至第三NMOS晶体管T1至T3被分别称为复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx。
参考图2，在一般3T型CMOS图像传感器的单元像素中限定有源区10。在有源区10的宽阔区域上形成一个光电二极管20，三个栅电极120、130和140与有源区10的剩余部分重叠。
也就是，栅电极120构成复位晶体管Dx。栅电极130构成驱动晶体管Dx。以及栅电极140构成选择晶体管Sx。
除了与相应的晶体管重叠的部分以外，每个晶体管的有源区10被掺有杂质离子以变成每个晶体管的源/漏区域。
因此，电源电压Vdd被施加到复位和驱动晶体管Rx和Dx之间的源/漏区域，选择晶体管Sx的源/漏区域被连接到读电路(图中未示出)。
而且，上述栅电极被分别连接到信号线(图中未示出)。而且，垫被提供到每个信号线以连接到外部驱动电路。
下面参考图3A至3E，详细说明在CMOS图像传感器中形成垫等的工艺。
参考图3A，绝缘层101(例如氧化物层)比如栅绝缘层、绝缘中间层等等在半导体衬底100上形成。每个信号线的金属垫102在绝缘层101上形成。
在这样做时，利用栅电极120、130和140的相同材料，金属垫102能够在图2中所述的栅电极120、130和140的相同层上形成。替代地，金属垫102能够经由分离的接触由与栅电极120、130和140不同的材料形成。
为了在下面的步骤中提高由铝形成的金属垫102的腐蚀电阻，使用紫外臭氧(UV-ozone)或合成溶液，在金属垫102的表面上执行表面处理。
随后，保护层103在包括金属垫102的绝缘层101上形成。在此情况下，保护层103由氧化物层、氮化物层等等形成。
参考图3B，光阻剂(photoresist)104被涂覆在保护层103上。光阻剂104通过曝光和显影来图案化，以暴露金属垫102之上的保护层103的一部分。
保护层103的暴露部分使用图案化的光阻剂104作为蚀刻掩模来选择性地蚀刻，以在金属垫102上形成垫开口105。
参考图3C，图案化的光阻剂被去除。第一平坦化层106通过在包括垫开口105的半导体衬底100之上沉积氮化硅层或氧氮化硅(silicon oxide nitride)层来形成。第一平坦化层106通过光刻工艺来选择性地蚀刻以仅保留在有源区上。
滤色器层107分别对应于光电二极管区(图中未示出)在第一平坦化层106上形成。在此情况下，每个滤色器层通过涂覆相应的色阻剂(color resist)以及通过使用分离掩模进行光工艺来形成。
参考图3D，第二平坦化层108在包括滤色器层107的半导体衬底100之上形成。第二平坦化层108通过光刻工艺来选择性地蚀刻，以仅保留在有源区上。
参考图3E，半球状微透镜109在第二平坦化层108上形成，以对应于每个滤色器层107。
在通过在上面制造的CMOS图像传感器的金属垫102上进行探头测试来检查接触电阻之后，如果通过探头测试，则金属垫被电连接到外部驱动电路。
然而，在相关技术的CMOS图像传感器中，在形成金属垫上的垫开口完成之后，第一平坦化层、滤色器层、第二平坦化层和微透镜被依次形成。在这样做时，随着每个工艺被执行，同时金属垫被暴露。金属垫与基于TMAH的碱性显影溶液反应，以形成具有相当的厚度的氧化物层。因此，物理上脆弱的金属垫可能被在进行探头测试时施加的物理力剥落。
由于金属垫的金属粒子被沉积在光接收区上以反射光，所以CMOS图像传感器的性能和产量被降低。
发明内容
因此，本发明是针对于制造CMOS图像传感器的方法，其充分地消除了由于现有技术的局限和缺陷造成的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种制造CMOS图像传感器的方法，通过该方法，图像传感器的特性和产量是以防止金属垫与碱性显影溶液接触的方式来增强的。
本发明的另外优势、目的和特征将部分地在下面的描述中阐明，部分地通过研究下面内容对于本领域的技术人员变得明显，或可以从本发明的实践中被获知。本发明的目的及其他优点可通过在书面的说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现按照本发明的这些目的和其它优点，如这里具体化和广义描述的，根据本发明的一种制造CMOS图像传感器的方法包括步骤：在分成有源区和垫区的半导体衬底之上依次堆叠金属层和氮化物层；通过选择性地图案化氮化物层和金属层，在垫区上形成金属垫；在包括金属垫的半导体衬底之上形成保护层；通过选择性地去除保护层直至氮化物层的表面被暴露，在金属垫之上形成垫开口；在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层；在滤色器层之上形成微透镜；以及选择性地去除经由垫开口而暴露的氮化物层。
优选地，在垫开口形成步骤中，氮化物层的表面被用作为利用氮化物层与保护层之间蚀刻选择性的蚀刻停止层。
优选地，经由垫开口而暴露的氮化物层通过毯式(blanket)蚀刻来去除。
优选地，氮化物层以100～1 000的厚度形成。
优选地，金属垫由铝形成。
优选地，该方法进一步包括在半导体衬底之上形成金属层之前在半导体衬底上形成绝缘层的步骤。
优选地，该方法进一步包括在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层之前在半导体衬底的有源区之上形成第一平坦化层的步骤。
优选地，该方法进一步包括在滤色器层之上形成微透镜之前在滤色器层上形成第二平坦化层的步骤。
在本发明的另一方面中，一种制造CMOS图像传感器的方法包括步骤：在分成有源区和垫区的半导体衬底之上依次堆叠金属层和氮化物层；通过选择性地图案化氮化物层和金属层，在垫区上形成金属垫；在包括金属垫的半导体衬底之上形成保护层；通过选择性地去除保护层直至氮化物层的表面被暴露，在金属垫之上形成垫开口；在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层；选择性地去除经由垫开口而暴露的氮化物层；以及在滤色器层之上形成微透镜。
优选地，在垫开口形成步骤中，氮化物层的表面被用作为利用氮化物层与保护层之间蚀刻选择性的蚀刻停止层。
优选地，经由垫开口而暴露的氮化物层通过毯式蚀刻来去除。
优选地，氮化物层以100～1,000的厚度形成。
优选地，金属垫由铝形成。
优选地，该方法进一步包括在半导体衬底之上形成金属层之前在半导体衬底上形成绝缘层的步骤。
优选地，该方法进一步包括在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层之前在半导体衬底的有源区之上形成第一平坦化层的步骤。
优选地，该方法进一步包括在滤色器层之上形成微透镜之前在滤色器层上形成第二平坦化层的步骤。
应当理解，本发明的前面一般性描述和下面详细描述是示范性和说明性的，旨在于提供所请求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
附图图示了本发明的实施例，与说明书一起用于解释本发明的原理，这些附图被囊括用以提供本发明的进一步理解以及并入和构成本申请的一部分。在附图中：
图1是包括三个晶体管的3T型CMOS图像传感器的单元像素的等效电路图；
图2是图1中所示CMOS图像传感器的单元像素布局；
图3A至3E是用于说明根据相关技术制造CMOS图像传感器的方法的截面图；以及
图4A至4F是用于说明根据本发明一个实施例制造CMOS图像传感器的方法的截面图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的示范性实施例，其实例在附图中被图示。如有可能，相似的参考标记在整个附图中被用于指代相同或相似部分。
图4A至4F是用于说明根据本发明制造CMOS图像传感器的方法的截面图。
参考图4A，绝缘层201(例如氧化物层)比如栅电极层、绝缘中间等在分成有源区和垫区的半导体衬底201上形成。
用于金属垫的金属层202a在绝缘层201上沉积。氮化物层203在金属层202a上形成。优选地，氮化物层203以100-1000的厚度形成。如果氮化物层203过薄地形成，则在形成垫开口的情况下，氮化物层203可能由于蚀刻选择比的限制而去除。如果氮化物层203过厚地形成，则需要过量蚀刻以影响微透镜的形状。
在这样做时，金属层202a可由图2中所述的栅电极120、130和140的相同材料形成。替代地，金属层202a可经由分离接触由不同于栅电极120、130和140的材料形成。优选地，金属层202a由金属材料比如铝、铜等形成。
为了便于说明，在下面的描述中以铝为例。
参考图4B，氮化物层203和金属层202a通过光刻工艺来选择性地图案化，以在半导体衬底200的垫区上形成金属垫202。在此情况下，氮化物层203保留在金属垫202上。
参考图4C，保护层204在包括金属垫202的半导体衬底200之上形成。优选地，保护层204由氧化物层、氮化物层等等形成。
光阻剂层205被涂覆在保护层204上，然后通过曝光和显影来图案化，以暴露金属垫202之上的保护层204的一部分。
垫开口206通过使用图案化的光阻剂层205作为掩模来选择性地蚀刻保护层204而在金属垫202之上形成。优选地，在使用氮化物层203与保护层204之间的蚀刻选择性来开放金属垫202时，氮化物层203起到蚀刻停止层的作用。因此，氮化物层203保留在金属垫202上而不开放金属垫202。换而言之，垫开口206被形成以开放氮化物层203的表面。
参考图4D，图案化的光阻剂层205被去除。
第一平坦化层207通过在包括垫开口106的半导体衬底200之上沉积氮化硅层或氧氮化硅层来形成。
然后，第一平坦化层207通过光刻工艺来选择性地蚀刻，以仅保留在半导体衬底200的有源区上。
随后，滤色器层208分别对应于光电二极管区(图中未示出)在第一平坦化层207上形成。
在此情况下，每个滤色器层208通过涂覆相应的色(R，G，B)阻剂以及通过进行使用分离掩模的光工艺来形成。
参考图4E，第二平坦化层209在包括滤色器层208的半导体衬底200之上形成。第二平坦化层209通过光刻工艺来选择性地蚀刻，以仅保留在半导体衬底200的有源区上。
微透镜抗蚀剂层被涂覆在第二平坦化层209上。微透镜图案通过在微透镜抗蚀剂层上进行曝光和显影来形成。以预定温度在微透镜图案上进执行回流，以在第二平坦化层209上形成半球状微透镜210，以对应于每个滤色器层208。
参考图4F，经由垫开口206而暴露的氮化物层203通过毯式蚀刻来选择性地蚀刻掉，以暴露金属垫202。
在通过在上面制造的CMOS图像传感器的金属垫202上进行探头测试来检查接触电阻之后，如果通过探头测试，则金属垫202被电连接到外部驱动电路。
在本发明的上述实施例中，在微透镜210已被形成之后，氮化物层230经由垫开口206来去除。替代地，在第二平坦化层209已被形成之后，氮化物层230可在形成微透镜210之前经由垫开口206通过毯式蚀刻来去除。
因此，本发明提供下面的效果或优点。
首先，氮化物层被预先沉积在用于金属垫的金属层上。而且，用于形成垫开口的蚀刻是使用氮化物层与氧化物层之间的蚀刻选择性来停止。因此，金属垫未被开放。所以，在进行滤色器工艺、平坦化工艺或微透镜工艺时，可防止金属与碱性显影溶液接触。因此，本发明可增强图像传感器的性能和产量。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的主旨或范围的情况下，可在本发明中做出各种改型和变形。由此，只要这些改型和变形落入所附权利要求及其等效的范围之内就被本发明所涵盖。
Claims (16)
1.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括步骤：
在分成有源区和垫区的半导体衬底之上依次堆叠金属层和氮化物层；
通过选择性地图案化氮化物层和金属层，在垫区上形成金属垫；
在包括金属垫的半导体衬底之上形成保护层；
通过选择性地去除保护层直至氮化物层的表面被暴露，在金属垫之上形成垫开口；
在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层；
在滤色器层之上形成微透镜；以及
选择性地去除经由垫开口而暴露的氮化物层。
2.权利要求1的方法，其中在垫开口形成步骤中，氮化物层的表面被用作为利用氮化物层与保护层之间蚀刻选择性的蚀刻停止层。
3.权利要求1的方法，其中经由垫开口而暴露的氮化物层通过毯式蚀刻来去除。
4.权利要求1的方法，其中氮化物层以100～1000的厚度形成。
5.权利要求1的方法，其中金属垫由铝形成。
6.权利要求1的方法，进一步包括在半导体衬底之上形成金属层之前在半导体衬底上形成绝缘层的步骤。
7.权利要求1的方法，进一步包括在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层之前在半导体衬底的有源区之上形成第一平坦化层的步骤。
8.权利要求1的方法，进一步包括在滤色器层之上形成微透镜之前在滤色器层上形成第二平坦化层的步骤。
9.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括步骤：
在分成有源区和垫区的半导体衬底之上依次堆叠金属层和氮化物层；
通过选择性地图案化氮化物层和金属层，在垫区上形成金属垫；
在包括金属垫的半导体衬底之上形成保护层；
通过选择性地去除保护层直至氮化物层的表面被暴露，在金属垫之上形成垫开口；
在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层；
选择性地去除经由垫开口而暴露的氮化物层；以及
在滤色器层之上形成微透镜。
10.权利要求9的方法，其中在垫开口形成步骤中，氮化物层的表面被用作为利用氮化物层与保护层之间蚀刻选择性的蚀刻停止层。
11.权利要求9的方法，其中经由垫开口而暴露的氮化物层通过毯式蚀刻来去除。
12.权利要求9的方法，其中氮化物层以100～1000的厚度形成。
13.权利要求9的方法，其中金属垫由铝形成。
14.权利要求9的方法，进一步包括在半导体衬底之上形成金属层之前在半导体衬底上形成绝缘层的步骤。
15.权利要求9的方法，进一步包括在半导体衬底的有源区之上形成滤色器层之前在半导体衬底的有源区之上形成第一平坦化层的步骤。
16.权利要求9的方法，进一步包括在滤色器层之上形成微透镜之前在滤色器层上形成第二平坦化层的步骤。
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