CN1992311A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种CMOS图像传感器的制造方法，根据该方法，在半导体衬底上形成绝缘层；且在该绝缘层上形成金属焊盘；在包括该金属焊盘的绝缘层上形成第一覆盖层；选择性地去除该第一覆盖层以暴露出该金属焊盘的一部分；在暴露的该金属焊盘和该第一覆盖层上形成保护层；在该保护层上形成滤色镜阵列；以及在该滤色镜阵列和该保护层上形成第二覆盖层；选择性地去除该第二覆盖层以形成光电二极管区；在余留的第二覆盖层上进行等离子体处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造CMOS图像传感器的方法。
背景技术
目前，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器作为克服电荷耦合器(CCD)缺陷的新一代图像传感器已经成为众所关注的焦点。
该CMOS图像传感器采用了这样的转换法：利用CMOS技术形成与单位像素数量相同的MOS晶体管，并利用MOS晶体管顺序检测单位像素的输出。该CMOS技术利用将控制电路和信号处理电路用作外围线路的技术。
即：该CMOS图像传感器通过在单位像素中形成光电二极管和MOS晶体管并利用切换法顺序检测各单位像素的电信号来再现图像。
CMOS图像传感器采用CMOS制造技术，因此具有诸如功耗低，因光刻加工数量少而制造工艺简单等优点。
此外，由于CMOS图像传感器可以将控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换电路等集成到CMOS图像传感器的芯片上，因此易于使采用了CMOS图像传感器的产品小型化。因而，CMOS图像传感器广泛应用于诸如数字照相机、数字摄影机等各种产品。
图1a至1c是示出了根据现有技术的CMOS图像传感器的制造方法的剖视图。
参考图1a，在半导体衬底100上形成诸如栅绝缘层和层间绝缘层等绝缘层101(例如，氧化层)，以及在绝缘层101上形成各信号线的金属焊盘(metalpad)102。
接着，在包括该金属焊盘102的半导体衬底100的整个表面上形成第一覆盖层103，之后利用化学机械平坦化(CMP)工艺将第一覆盖层103的表面平坦化。
接着，在第一覆盖层103上涂布光致抗蚀剂图案，该光致抗蚀剂图案(未示出)露出第一覆盖层103的对应于金属焊盘102的一部分；然后，利用该抗蚀剂图案作为掩模选择性地蚀刻第一覆盖层103，以露出金属焊盘102的表面。
接着，在包括金属焊盘102的半导体衬底的整个表面上形成保护层104。保护层104由氧化层或氮化层形成。此外，保护层104形成厚度约为300-800。保护层104防止因后续光刻工艺中将金属焊盘102暴露于显影液中而导致的金属焊盘102的损坏。
接着，在对应于光电二极管的保护层104的部分上涂布滤色镜抗蚀剂层(未示出)。接着，反复进行曝光和显影，以依次形成红色滤色镜、绿色滤色镜、以及蓝色滤色镜。这些滤色镜构成滤色镜阵列105。
接着，在包括已曝光的滤色镜阵列105的半导体衬底100的整个表面上形成第二覆盖层106；然后，选择性地去除第二覆盖层106的除对应于光电二极管区的滤色镜阵列105的部分之外的部分。
参考图1b，采用反应离子蚀刻(RIE)方法蚀刻保护层104的一部分。即：除位于该滤色镜阵列105下方的保护层104的一部分外，选择性地去除保护层104的另一部分。
其中，第二覆盖层106被部分蚀刻而受损，因而在部分蚀刻的第二覆盖层106a上产生高度差。
参考图1c，在具有高度差的第二覆盖层106a上形成微透镜107，以与滤色镜阵列105相对应。
然而，第二覆盖层106的高度差改变了微透镜107的焦距且部分产生了微透镜107间的厚度偏差。此外，这影响了微透镜107的布局以及微透镜107间的间隙，并最终导致了CMOS图像传感器电特性的降低。
而且，由于金属焊盘102的表面暴露，在形成微透镜107的光刻工艺中，金属焊盘102暴露于显影液中而受到化学侵蚀，因而导致损坏，或在取样试验中，从受侵蚀的金属焊盘102上产生金属片。
在取样试验中，从金属焊盘102产生的金属片在锯切中会转移到微透镜107上，遮挡或反射射向光电二极管的光，这将产生像素干扰(noise of pixels)而导致缺陷。
发明内容
相应地，本发明致力于一种CMOS图像传感器的制造方法，其基本上避免了因现有技术的局限和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种CMOS图像传感器，其能够将金属焊盘的损害最小化，并且该CMOS图像传感器的覆盖层和形成于其上的微透镜之间具有良好的黏合性，还改善了微透镜之间的间隙一致性。
本发明的其他优点、目的和特征将在以下的说明中部分地阐明。对于本领域普通技术人员而言，通过阅读下文将能在某种程度上明晰或者从本发明的实践中将能了解本发明的其他优点、目的和特征。本发明的任务和其它优点可以通过所撰写的说明书、权利要求书以及附图中特别指出的结构实现和获得。
为了实现这些目的和其它优点，并且根据本发明的意图，如在此具体实施及广泛描述的，在此提供了一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括：在半导体衬底上形成绝缘层；在该绝缘层上形成金属焊盘；在包括该金属焊盘的绝缘层上形成第一覆盖层；选择性地去除该第一覆盖层以暴露出该金属焊盘的一部分；在该暴露的金属焊盘和第一覆盖层上形成保护层；在该保护层上形成滤色镜阵列；在该滤色镜阵列和该保护层上形成第二覆盖层；选择性地去除该第二覆盖层以形成光电二极管区；以及对余留的该第二覆盖层进行等离子体处理。
本发明的另一方面提供了一种CMOS图像传感器，其包括：绝缘层，其形成在半导体衬底上；金属焊盘，其形成在该绝缘层上；第一覆盖层，其形成在该绝缘层上以露出该金属焊盘的一部分；保护层，其形成在该第一覆盖层上；滤色镜阵列，其形成该保护层上；第二覆盖层，其形成在该滤色镜阵列上且具有等离子体处理的表面；以及微透镜，其形成在该第二覆盖层上。
应当理解的是，本发明的前述概括说明和以下具体说明都是示例和解释性的，旨在为本发明的权利要求书提供进一步解释。
附图说明
所包括的附图用于提供对本发明的进一步解释，其并入且构成本申请的一部分。附图示出了本发明的实施例，其与说明书一起用于解释本发明的原理。
其中：
图1a至图1c是示出了根据现有技术的制造CMOS图像传感器的方法的剖视图；以及
图2a至图2d是示出了根据本发明的实施例的CMOS图像传感器的剖视图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述根据本发明的CMOS图像传感器。
图2a至图2d是示出了根据本发明的实施例的CMOS图像传感器的剖视图。
参考图2a，在半导体衬底200上形成诸如氧化层和氮化层等绝缘层201，且在绝缘层201上形成各信号线的金属焊盘202。
金属焊盘202可以用与栅电极(未示出)相同的材料，形成于该栅电极所形成的相同的层上。或者，金属焊盘202也可用不同的材料形成在不同的层上并通过单独的接触部连接。金属焊盘202可以由铝(Al)形成。
在金属焊盘202的表面上进行紫外线/臭氧(UV/ozone)处理或合成溶液表面处理，以提高Al制金属焊盘202在后续工艺中的耐蚀性。
接着，在包括金属焊盘202的半导体衬底200上形成第一覆盖层203，之后，利用CMP工艺将第一覆盖层203的表面平坦化。
这是因为，如果底层具有高度差，在后续多次光刻工艺中，涂层厚度的不均匀可能导致涂层褪色。
在图像传感器中，抗蚀剂厚度的不均匀和褪色导致传输光不均匀，还导致光电二极管的操作不稳定，并最终导致采用了该图像传感器的产品可靠性的降低。
接着，涂布光致抗蚀剂图案(未示出)，以暴露出该第一覆盖层203与该金属焊盘202相对应的一部分；并且利用抗蚀剂图案作为掩模，选择性地蚀刻该光致抗蚀剂图案，以露出该金属焊盘202的一部分。
在包括金属焊盘202的半导体衬底200的整个表面上形成保护层204。保护层204由氧化层或氮化层形成。
保护层204形成为厚度约为300-800。保护层204防止后续光刻工艺中将金属焊盘202暴露于显影液中所导致的金属焊盘202的损坏。
接着，在对应于光电二极管的保护层204的部分上涂布滤色镜抗蚀剂层(未示出)，之后，反复进行曝光和显影以顺序形成红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜。
这些滤色镜构成滤色镜阵列205。
半导体衬底200的滤色镜阵列205的区域将作为光电二极管区域。
接着，在半导体衬底200的包括露出滤色镜阵列205的整个表面上形成第二覆盖层206，随后选择性地去除该第二覆盖层206的与光电二极管区域相对应的部分之外的部分。
参考图2b，对余留的第二覆盖层206进行等离子体表面处理。
可以采用化学下游蚀刻(chemical downstream etch；CDE)法进行等离子体表面处理。
在CDE方法中，形成在腔室外的等离子体蚀刻剂流入该腔室。另一方面，在RIE方法中，等离子体蚀刻剂形成并保留在腔室中。
由于等离子体形成在腔室外，因此CDE方法具有很少产生因离子或电子积聚所导致的等离子体损坏的优点。
根据本发明的实施例，在压力为50Pa、功率为700W的条件下，利用480sccm的O2和80sccm的N2进行等离子体表面处理。由于当将O2用作等离子体源时难以保持等离子体，因此可以添加少量的N2以获得稳定的等离子体。
同时，可以在25℃的室温条件下进行等离子体表面处理，以使由表面处理导致的灰化(ashing)最小化。
根据当前的工艺，由于第二覆盖层206完全未被蚀刻，因此没有产生高度差。因而，在微透镜形成工艺中，焦距和微透镜间的间隙可以保持恒定，因而能获得稳定的微透镜。
另外，即使在等离子体表面处理后，保护层204仍保持在金属焊盘202上，从而防止金属焊盘202在微透镜形成工艺中的化学损坏。
参考图2c，在对应于滤色镜阵列205的已进行等离子体表面处理的第二覆盖层206上形成抗蚀剂微透镜图案层(未示出)。接着，在光致抗蚀剂微透镜图案层上进行回流处理以形成多个微透镜207。
如上所述，由于第二覆盖层206几乎没有高度差，因此微透镜207和第二覆盖层206之间的黏合性优良。并且，多个微透镜207间的间隙一致性得到了极大地改善。
参考图2d，选择性地去除对应于金属焊盘202的保护层204，以露出金属焊盘202的表面。其中，用于等离子体表面处理的CDE方法用于选择性地去除保护层204。
根据本发明的实施例，在温度为25℃、压力为50Pa、功率为700W的条件下，利用480sccm的O2和350sccm的CF4作为等离子体源，选择性地去除保护层204。这样的蚀刻条件可以提供适宜的蚀刻速度并能改善微透镜间的间隙一致性。
根据本发明的实施例的CMOS图像传感器具有如下效果。
由于在形成于滤色镜阵列上的第二覆盖层上进行等离子体表面处理，因此能够获得第二覆盖层和形成于该第二覆盖层上的微透镜间的优良的黏附性。
并且，在第二覆盖层上进行等离子体表面处理并不伴随蚀刻，因此不会在第二覆盖层上产生高度差。因而，形成在第二覆盖层上的微透镜间的间隙一致性得以改善；器件的可靠性由此得到了极大地改善。
此外，在对第二覆盖层进行等离子体表面处理时，不去除金属焊盘上的保护层，因而防止了微透镜形成工艺中的金属焊盘的化学损坏。
对本领域的普通技术人员显而易见的是，可对本发明进行各种修改和变化。因而，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书及其等同范围内的对于本发明的修改和变化。
Claims (18)
1.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，其包括：
绝缘层，其形成在半导体衬底上；
金属焊盘，其形成在该绝缘层上；
第一覆盖层，其形成在该绝缘层上，以露出该金属焊盘的一部分；
保护层，其形成在该第一覆盖层上；
滤色镜阵列，其形成在该保护层上；
第二覆盖层，其形成在该滤色镜阵列上并具有等离子体处理的表面；以及
微透镜，其形成在该第二覆盖层上。
2.如权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中该金属焊盘由Al形成。
3.如权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中该保护层为氧化层或氮化层。
4.一种制造互补金属氧化物半导体图像传感器的方法，该方法包括以下步骤：
在半导体衬底上形成绝缘层；
在该绝缘层上形成金属焊盘；
在包括该金属焊盘的该绝缘层上形成第一覆盖层；
选择性地去除该第一覆盖层，以露出该金属焊盘的一部分；
在露出的该金属焊盘和该第一覆盖层上形成保护层；
在该保护层上形成滤色镜阵列；
在该滤色镜阵列和该保护层上形成第二覆盖层；
选择性地去除该第二覆盖层，以形成光电二极管区；以及
在余留的该第二覆盖层上进行等离子体处理。
5.如权利要求4所述的方法，其中，该等离子体处理为利用化学下游蚀刻方法的等离子体表面处理。
6.如权利要求5所述的方法，其中，利用化学下游蚀刻方法的等离子体表面处理利用O2和N2作为源来进行。
7.如权利要求6所述的方法，其中，采用480sccm的O2和80sccm的N2。
8.如权利要求5所述的方法，其中，利用化学下游蚀刻方法的等离子体表面处理在压力为50Pa且功率为700W的条件下进行。
9.如权利要求5所述的方法，其中，利用化学下游蚀刻方法的等离子体表面处理在25℃的室温下进行。
10.如权利要求4所述的方法，进一步包括：在经表面处理的第二覆盖层上形成微透镜。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括：在形成微透镜之后，选择性地蚀刻该保护层，以露出该金属焊盘的表面。
12.如权利要求11所述的方法，其中，选择性地蚀刻该保护层利用化学下游蚀刻方法进行。
13.如权利要求12所述的方法，其中，利用化学下游蚀刻方法的蚀刻以O2和CF4作为源进行。
14.如权利要求13所述的方法，其中，采用480sccm的O2和350sccm的CF4。
15.如权利要求12所述的方法，其中，利用化学下游蚀刻方法的蚀刻在压力为50Pa且功率为700W的条件下进行。
16.如权利要求12所述的方法，其中，利用化学下游蚀刻方法的蚀刻在25℃的室温下执行。
17.如权利要求4所述的方法，其中，该金属焊盘由Al形成。
18.如权利要求4所述的方法，其中，该保护层为氧化层或氮化层。
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