CN1992225A - 制造cmos图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造CMOS图像传感器的方法，其中在焊盘电极上还形成抗反射涂层，因而可避免焊盘电极被接续的光蚀刻处理的显影剂腐蚀，并且焊盘电极与外部驱动电路无缺陷地彼此连接。该方法包括步骤：设置分成像素阵列单元和逻辑电路单元的半导体衬底，在半导体衬底上形成互连，在包括所述互连的整个表面上形成层间绝缘层，将金属材料和抗反射涂层沉积在层间绝缘层上，并且将所述沉积的金属材料和抗反射涂层图案化以形成焊盘电极，在包括该焊盘电极的整个表面上形成保护层，选择性除去焊盘电极上的保护层形成通孔，在保护层上形成滤色层，形成覆盖滤色层的平坦化层，在平坦化层上形成与滤色层对应的多个微透镜，以及除去通过通孔露出的焊盘电极上的抗反射涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造CMOS图像传感器的方法。更具体地，本发明涉及一种制造CMOS图像传感器的方法，其中可防止焊盘电极(pad electrode)被光蚀刻过程的显影剂腐蚀，以便该焊盘电极和外部驱动电路无缺陷地彼此连接。
背景技术
一般地，图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的半导体器件。
在图像传感器中，CMOS图像传感器是这样一种装置：通过CMOS技术(其采用诸如控制电路和信号处理电路之类的外围设备)设置与像素数目对应的光电二极管，以将切换模式(switching mode)用于顺序探测(sequentiallydetect)输出。
已经研究制成各种具有改善的光敏性的图像传感器。
例如，CMOS图像传感器由像素阵列单元和CMOS逻辑电路组成，该像素阵列单元包括用于感应光的光电二极管，该CMOS逻辑电路用于将感应的光处理成电信号以使电信号变为数据。为了改善光敏性，或者必须增加光电二极管在全部图像传感器区域中所占的区域，或者必须采用集光(photo-gathering)技术以通过减少光路且在光电二极管的上部形成微透镜来收集光电二极管区域中的更多的光。
根据晶体管的数目，CMOS图像传感器分为3T型CMOS图像传感器、4T型CMOS图像传感器以及5T型图像传感器。3T型CMOS图像传感器由一个光电二极管和三个晶体管组成。4T型CMOS图像传感器包括四个晶体管。下面将描述3T型CMOS图像传感器的等效电路和单位像素的布图。
图1是普通3T型CMOS图像传感器的等效电路图，图2是示出普通3T型CMOS图像传感器的单位像素的布图。
如图1所示，普通3T型CMOS图像传感器的单位像素由一个光电二极管和3个nMOS晶体管T1、T2和T3构成。光电二极管PD的负极与第一nMOS晶体管T1的漏极和第二nMOS晶体管T2的栅极连接。
另外，第一nMOS晶体管T1的源极以及第二和T2的源极与提供参考电压VR的电源线连接，第一nMOS晶体管T1的栅极与提供复位信号RST的复位线(reset line)连接。
此外，第三nMOS晶体管T3的源极与第二nMOS晶体管的漏极连接。第三nMOS晶体管T3的漏极与读出电路(未示出)通过信号线连接。第三nMOS晶体管T3的栅极与提供有选择信号SLCT的列选线(column selection line)连接。
因此，第一nMOS晶体管T1称为复位晶体管(reset transistor)Rx，第二nMOS晶体管T2称为驱动晶体管Dx，而第三nMOS晶体管T3称为选择晶体管Sx。
如图2所示，在普通3T型CMOS图像传感器的单位像素中，有源区(activeregion)10定义为使得一个光电二极管20形成在有源区10的宽部，叠置的三个晶体管的栅电极120、130和140形成在有源区10的剩余部分。
也就是说，复位晶体管Rx由栅电极120形成，驱动晶体管Dx由栅电极130形成，选择晶体管Sx由栅电极140形成。
这里，在有源区10中除所述晶体管的栅电极120、130和140下部以外的部分，注入掺杂剂，以形成所述晶体管的源极区和漏极区。
因此，向复位晶体管Rx和驱动晶体管Dx之间的源/漏区域施加电源电压Vdd，且在选择晶体管Sx一侧形成的源极/漏极区与读出电路(未示出)连接。
尽管没有在该图中示出，栅电极120、130和140与信号线连接，每个信号线包括在一端与外部驱动电路连接的焊盘电极。
在下文中，将会参考附图说明常规CMOS图像传感器的制造方法。
图3A至图3C是示出制造常规CMOS图像传感器的制造方法的剖面图。
如图3A所示，将氧化物层沉积在分成像素阵列单元P和逻辑电路单元L的半导体衬底上(未示出)，以形成层间绝缘层61；进行化学机械抛光(CMP)处理，从而将层间绝缘层61表面平坦化(planarized)。
这时，在该半导体衬底上设置各种互连、晶体管和光电二极管。
然后，通过溅射的方法将诸如铝之类的金属材料沉积在层间绝缘层61上，并通过光蚀刻处理使所述沉积的金属材料图案化，以在逻辑电路L中形成焊盘电极53。
然后，将氧化物层沉积在包括焊盘电极53的整个表面上，并且通过CMP工艺将所述氧化物层的表面抛光以形成保护层65。
接着，通过光蚀刻处理选择性地蚀刻焊盘电极53上的保护层65，以形成将该焊盘电极53与外部驱动电路连接的通孔72。
然后，如图3B所示，将光致抗蚀剂涂布在包括保护层65的整个表面上，并采用掩模进行光蚀刻处理以选择性地除去部分光致抗蚀剂并在像素阵列单元P中形成具有任意图案的滤色层40。
然后，将光致抗蚀剂涂布在包括滤色层40的整个表面上，通过CMP工艺抛光光致抗蚀剂的表面；并采用掩模进行光蚀刻处理，以选择性地除去逻辑电路单元L中的光致抗蚀剂，从而形成覆盖所述滤色层的平坦化层(planarization layer)10。
然后，如图3C所示，将光致抗蚀剂涂布在平坦化层10上，通过CMP工艺抛光光致抗蚀剂的表面，并采用掩模进行光蚀刻处理以将光致抗蚀剂图案化成梯形。然后，进行回流处理(reflowing process)，以使光致抗蚀剂图案的边缘变圆，从而得到微透镜50。
然而，上述制造CMOS图像传感器的方法具有以下问题。
焊盘电极对外部开放以便焊盘电极与外部驱动电路连接。但是，由于滤色层的形成过程、平坦化层的形成过程和微透镜的形成过程都在焊盘电极开放之后进行，因此焊盘电极被光蚀刻处理中所使用的显影剂腐蚀。
图4A和图4B是示出焊盘电极被光蚀刻处理腐蚀的照片。如图4A所示，当焊盘电极53如标记A所示的严重腐蚀后，很难将该焊盘电极与外部驱动电路连接。
而且，滤色层的形成过程和微透镜的形成过程可以重新进行。由于焊盘电极可能被显影剂腐蚀，所以重新进行的次数是有限的。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的上述问题，因此本发明的一个目的是提供一种制造CMOS图像传感器的方法，其中在焊盘电极上还形成抗反射涂层，因而可避免焊盘电极被接续的光蚀刻处理的显影剂腐蚀，并且该焊盘电极与外部驱动电路无缺陷地彼此连接。
根据本发明的一个方案，一种制造CMOS图像传感器的方法包括以下步骤：设置分成像素阵列单元和逻辑电路单元的半导体衬底，在该半导体衬底上形成互连，在包括所述互连的整个表面上形成层间绝缘层，将金属材料和抗反射涂层沉积在该层间绝缘层上，并且将所述沉积的金属材料和抗反射涂层图案化以形成焊盘电极，在包括该焊盘电极的整个表面上形成保护层，选择性除去该焊盘电极上的保护层形成通孔，在该保护层上形成滤色层，形成覆盖所述滤色层的平坦化层，在该平坦化层上形成与所述滤色层对应的微透镜，除去通过该通孔暴露的该焊盘电极上的抗反射涂层。
这时，在通过光蚀刻处理进行图案化时，所述滤色层、该平坦化层和所述微透镜通过该抗反射涂层避免腐蚀该焊盘电极。
通过将反射层从该通孔处去除，该焊盘电极通过该通孔与外部驱动电路连接。
附图说明
图1是普通3T型CMOS图像传感器的等效电路图；
图2是示出普通3T型CMOS图像传感器的单位像素的布图；
图3A至图3C是示出制造常规CMOS图像传感器的制造方法的剖面图；
图4A和图4B是示出现有技术中所产生的问题的照片；以及
图5A至图5C是示出制造根据本发明CMOS图像传感器的制造方法的剖面图。
具体实施方式
在下文中，将会参考附图详细说明本发明CMOS图像传感器的制造方法。
图5A至图5C是示出制造本发明CMOS图像传感器的制造方法的剖面图。
如图5A所示，将氧化物层沉积在分为像素阵列单元P和逻辑电路单元L的半导体衬底上(未示出)，以形成层间绝缘层161；进行CMP处理，从而将层间绝缘层161的表面平面化。
这时，在该半导体衬底上设置具有多重结构并通过接触塞(contact plug)彼此电连接的互连、用于控制信号开/关的晶体管和用于传感红、绿、蓝信号的R-光电二极管、G-光电二极管及B-光电二极管。
然后，通过溅射的方法将诸如铝之类的金属材料沉积在层间绝缘层161上，通过物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法或原子层沉积(ALD)法将用于形成抗反射涂层154的氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)沉积在所述金属材料上，同时通过光蚀刻处理将所述氮化硅或氮氧化硅图案化，以在逻辑电路单元L中形成焊盘电极153和抗反射涂层154。
该焊盘电极153仅形成在逻辑电路L中。由于焊盘电极153是功率互连(power interconnection)，该功率互连接受来自外部驱动电路的信号，因此焊盘电极153的厚度大。例如，此时设置在所述层间绝缘层之间的该金属互连的厚度为1500-4000，形成在逻辑电路单元L中的焊盘电极153的厚度为3000-5000。
由于在接续的光蚀刻处理中所述抗反射涂层必须保护焊盘电极，所以所述抗反射涂层的厚度形成为50-1000。这时，当所述抗反射涂层太薄时，所述抗反射涂层不能起到蚀刻停止层(etch stop layer)的作用；当所述抗反射涂层太厚时，在所述接续处理时就很难除去所述抗反射涂层。因此，所述抗反射涂层必须具有合适的厚度。
在焊盘电极153下方可以进一步形成阻挡层(barrier layer)。TiN/Ti、Ta、TaN、WN、TaC、WC、TiSiN和TaSiN的层叠层可作为所述阻挡层。
将氧化物层沉积在包括焊盘电极153的整个表面上，并通过CMP工艺抛光所述氧化物层的表面以形成保护层165。此时，为了除去由于该焊盘电极153所引起的像素阵列单元P与逻辑电路单元L之间的阶差(step difference)，故形成厚的保护层165。为了防止焊盘电极153被抛光，在与焊盘电极153相隔3000-5000的位置处停止所述CMP处理。因此，在层间绝缘层161上形成的保护层165的厚度为8000-14000。
接着，通过光蚀刻处理选择性地蚀刻焊盘电极153上的保护层165，以形成用于将焊盘电极153连接于外部驱动电路的通孔172。这时，由于抗反射涂层154起到蚀刻停止层的作用，因此显影剂无法渗入焊盘电极153。
然后，如图5B所示，将光致抗蚀剂涂布在所述包括保护层165的整个表面上，并且采用掩模进行光蚀刻处理，以选择性地除去部分光致抗蚀剂，从而在像素阵列单元P中形成具有任意图案的滤色层(color filter layer)140。所述滤色层通过使光致抗蚀剂包含代表各种颜色的色素而形成。一般含有红、绿和蓝色的色素。因此，所述滤色层包括红色层、绿色层和蓝色层。
然后，将光致抗蚀剂涂布在所述包括滤色层140的整个表面上，通过CMP工艺将所述光致抗蚀剂的表面抛光，并采用掩模进行光蚀刻处理，以选择性地除去逻辑电路单元L中的光致抗蚀剂，从而形成覆盖所述滤色层的平坦化层110。这时，由于抗反射涂层154，显影剂无法渗入焊盘电极153。
在平坦化层110上形成对应滤色层140的多个微透镜150。
这时，为了将光聚焦在光电二极管上，所述微透镜150必须形成为凸透镜状。因此，通过进行光蚀刻处理将所述微透镜150图案化。
具体地，在平坦化层110上涂布上光致抗蚀剂(所述光致抗蚀剂为一种用于所述微透镜的材料)，并且利用散焦现像(defocus phenomenon)进行曝光以将所述光致抗蚀剂图案化成梯形。
然后，将梯形光致抗蚀剂图案加热到熔点以回流(reflow)。进行回流处理时，光致抗蚀剂图案变为圆形，从而完成所述微透镜150。
如上所述，在所述形成微透镜150的光蚀刻处理中，该焊盘电极153由所述抗反射涂层154保护。
最后，如图5C所示，通过反应离子蚀刻(RIE)法或化学干蚀刻法将通过通孔172暴露的抗反射涂层154蚀刻，使焊盘电极153暴露于外界。
然后，虽然未示出，但是外部驱动电路与该焊盘电极通过该通孔连接。这时，由于该焊盘电极没有被腐蚀，所以该焊盘电极与该外部驱动电路可以无缺陷地连接。
上述根据本发明的制造CMOS图像传感器的方法具有如下效果。
即，在该焊盘电极上还形成抗反射涂层，以避免该焊盘电极被用于形成滤色层、平坦化层和微透镜的接续的光蚀刻处理中的显影剂腐蚀。
即，根据本发明，可有效地解决CMOS图像传感器的焊盘电极腐蚀问题。
因此，可使该焊盘电极与该外部驱动电路无缺陷地彼此连接。
尽管参照某些优选实施例示出并描述了本发明，但是应该理解的是，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和权利要求书中的定义的范围内，可进行各种形式和细节上的变换。
Claims (9)
1.一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括以下步骤：
设置分成像素阵列单元和逻辑电路单元的半导体衬底；
在该半导体衬底上形成多个互连；
在包括所述互连的整个表面上形成层间绝缘层；
将金属材料和抗反射涂层沉积在该层间绝缘层上，并将所述沉积的金属材料和抗反射涂层图案化以形成焊盘电极；
在所述包括该焊盘电极的整个表面上形成保护层；
选择性地除去该焊盘电极上的保护层以形成通孔；
在该保护层上形成滤色层；
形成覆盖该滤色层的平坦化层；
在该平坦化层上形成与该滤色层相对应的多个微透镜；以及
除去通过该通孔暴露的该焊盘电极上的抗反射涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其中该滤色层、该平坦化层和所述微透镜仅形成在该像素阵列单元中。
3.如权利要求1所述的方法，其中该滤色层、该平坦化层和所述微透镜通过光蚀刻处理图案化。
4.如权利要求1所述的方法，其中该焊盘电极形成在该逻辑电路单元中。
5.如权利要求1所述的方法，其中该金属材料包括铝。
6.如权利要求1所述的方法，其中该抗反射涂层包括SiN或SiON。
7.如权利要求1所述的方法，其中该抗反射涂层的厚度为50-1000。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述除去通过该通孔暴露的该焊盘电极上的抗反射涂层的步骤是通过反应离子蚀刻法或化学干蚀刻法进行的。
9.如权利要求1所述的方法，其中通过将该抗反射涂层从该通孔处去除，该焊盘电极通过该通孔与外部驱动电路连接。
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