TW200540918A - Color image sensor device and fabrication method thereof - Google Patents
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Description
200540918 五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] 本發明係有關於一種彩色影像感測裝置的製造方法， 特別是有關一種保護接觸墊及避免彩色濾光膜不均的彩色 影像感測裝置的製造方法。 [先前技術]
彩色影像感測裝置晶片通常包括感測晝素陣列於晶片 之主要區域，複數個接觸墊於該晶片之週邊區域上。就傳 統衣程而a ，先於晶圓廠内完成感測畫素陣列及接觸墊部 分之前段製程，再進行彩色濾光膜的製作。第丨圖係顯示 傳統之彩色影像感測裝置晶片i通常包括感測晝素陣列丄2 於晶片1之主要區域，複數個接觸墊i 3於該晶片丨之週邊區 域上。在完成前段製程之前，會在感測畫素陣列及接觸墊 形成一保護層，並於接觸墊丨3處形成開口供後續電性連接 ^測δ式用。然而’上述開口會造成保護層之斷差，致使後 繽製程中，彩色濾光層塗佈不均，發生旋佈後留下之條狀 缺陷15，稱彩色條紋（yell〇w strip)。甚至，在顯影紅 00、綠（G)、藍（B)各顏色之彩色濾光層的過程中，具強 鹼性之顯影液會使得裸露的接觸墊表面氧化或腐蝕，造成 後續製程的問題。
、美國專利第6, 344, 3 69號Huang等人提供一種彩色影像 感測裝f的的製造方法，能保護接觸墊於顯影過程中受到 顯影液壞。第2A-2E圖係顯示美國專利第6, 344, 369號所揭 示沿第1圖之V-V’觀看之製程剖面圖。 請參閱第2 A圖，提供一半導體基底丨〇，具有感測畫素
200540918 五、發明說明（2) 一 " ' — 陣列（未圖不）及接觸墊丨3於其上。一保護層2〇形成於半導 體基底1 0上，覆蓋感測晝素陣列及接觸墊丨3。 請參閱第2B圖’形成第一平坦層3 0於保護層20上。第 一平坦層3 0係光阻材料，在經過平坦化製程後，具有平坦 之表面。 請參閱第2C圖，依序形成紅4〇R、綠4〇6、藍4〇b彩色 濾光層於第一平坦層3 〇上，對應該感測畫素陣列區域。紅 40R、綠4 0G、藍40B彩色濾光層，係藉由重複施以旋佈、 曝先及顯影步驟而形成。 請參閱第2D圖，形成第二平坦層50於第一平坦層3〇 上，覆蓋紅40R、綠40G、藍40B彩色濾光層。接著，施以 曝光及顯影製程，形成一第一開口 6 Oa於第一及第二平坦 層30、50中，並露出保護層20的表面。 清參閱第2E圖’以第一及第二平坦層3Q、5〇為罩幕， 施以乾蝕刻製程，形成第二開口 60b於保護層2〇中，並露 出接觸墊13的表面。 雖然美國專利第6, 3 44, 3 69號能避免接觸塾表面氧化 或腐蝕。然而，在製程中，第一平坦層3 〇在形成彩色淚光 層的過程中，已經過數度的曝光及顯影和洪烤穿』程，廣無 法再以顯影步驟形成第〆開口 60a於第一及第二"平1旦層〜” 30、50中，因此第2D圖所示的步驟有實施上的困難一/ 發明内容： ' 有鑑於此，本發明的目的在於提供一種彩色影像感測 裝置及其製造方法，玎避免接觸墊表面腐蝕與光^塗&不
200540918 五、發明說明（3)
均的問題，且無需將第一平坦層曝光顯影形成開口。 為達成上述目的，於本發明之較佳實施例中，提供一 種彩色影像感測元件的製造方法，包括下列步驟：提供一 基板，包括一感測晝素陣列於基板之主要區域，一接觸塾 於基板之週邊區域上；形成一保護層於基底上，覆蓋感測 畫素陣列與接觸墊；形成一第一平坦層於保護層上；形成 一彩色 形成一 成一第 平坦層 墊的位 平坦層 開口乾 與保護 為 種彩色 列於基 護層， 一平坦 平坦層 於第一 第二平 接觸墊 層中， >慮光層 第二平 三平坦 中，顯 置；定 ，第二 蝕刻第 層中， 達成上 影像感 板之主 設置於 層，設 上，對 平坦層 坦層上 的位置 位於相 於第一平坦 坦層於第一 層於第二平 露出第二平 義一第二開 開口位於相 一平坦層， 層上， 平坦層 坦層上 坦層， 口於第 對應接 以形成 墊。 上 顯露出接觸 述目的，於本發明 測元件，包 覆蓋彩色濾光層；形 ，定義一第一開口於第三 第一開口位於相對應接觸 二平坦層中，顯露出第一 觸塾的位置；以及沿第一 一第三開口於第一平坦層 之較佳 基底， 要區域，一接觸塾於基板 蓋感測晝素陣 彩色濾、 基底上，覆 置於保護層 應感測畫素 上，覆蓋彩 括：一 上； 貫施例中，提供一 包括一感測晝素陣 之週邊區域；一保 列與接觸墊；一第 光層，設置於第一 陣列區 色濾光 ’第三平坦層具有 ;一第二開口 ，以 對應接觸墊的位置 域；一第二平坦層，設置 層；一第三平坦層設置於 一第一開口，位於相對應 顯影步驟形成於第二平坦 ;以及一第三開口，以乾
200540918 五、發明說明（4) 形成於第—平坦層與保護層巾，位於相對應接觸 明。以下配合圖式以及較佳實施例，以更詳細地說明本發 實施方式： 第3人圖，提供一基底100，例如半導體基底， /、有感測旦素陣列（未圖示）及接觸墊11 3於其上。感測書 素陣列可包括例如互補式金氧半影像感測器（CMOS \mag^ sensor)。接觸塾113的材質可包括銘_銅_石夕或紹-銅合 金，以物理氣相沉積法（PVD)形成，厚度範圍大抿介於 500 0- 1 0 0 0 0 ^(A) 0 盍感測旦素陣列及接觸墊113。保護層12〇的材質可 ^括乳f或氮化石夕’以化學氣相沉積法（CVD)、或電漿 :助化學氣相沉積法(PECVD)形成’厚度介’ 6 0 0 0-8 0 0 0埃（A)。 圓八低；丨於 :參閱第3B圖’形成第一平坦層13〇於保護層12〇上。 ::千坦層130的材質可為高透光度的光 亞=或負光阻’其透光度大抵大於或等於9丄= =曰13G具有能抵抗曝光及顯影過程巾顯 力。在經過平坦化製程後，具有平坦的表面。 勺此 :原：L閱Π L依序形成含藍140β、紅i4〇R、綠i4〇g 一原色之杉色濾先層於第一平坦層丨3〇上，對應圭 陣列區域。彩色濾光層的形成步驟 。:成、：厂 (B)彩色層140B於第一平挺声13〇上，祐形成藍色 卞坦層w υ上，％ u曝光及顯影製 0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第9頁 200540918 五、發明說明（5) 私’以形成圖案化藍色濾光元件1 4 〇 B於感測晝素陣列上。 接者，形成一紅色彩色層140R於第一平坦層丨3◦上，並施 以曝光及顯影製程’以形成圖案化紅色濾光元件Η 〇尺於感 測晝素陣列上。接著，形成一綠色彩色層丨4〇G於第一平坦 層1 30上，並施以曝光及顯影製程，以形成圖案化綠色濾 光元件1 4 0 G於感測畫素陣列上。上述各個彩色濾光層 1 4 0 B、1 4 0 R、1 4 0 G的材質係高解析度的光阻材料，其圖案 之解析度可達<2. 0 // m。 請參閱第3D圖，形成第二平坦層150於第一平坦層130 上’覆蓋彩色濾光層140R、140G、140B。第二平坦層15〇 的材貝可為南透光度的光阻材料，例如聚亞胺或負光 阻，其透光度大抵大於或等於95%。第二平坦層15〇的材質 可與第一平坦層1 3 0的材質相同。接著，施以曝光及顯影 製程，形成一第一開口160a於第二平坦層15〇中，並露出 第一平坦層1 3 0的表面。 接著，形成第三平坦層170於第二平坦層15〇上，並填 入第一開口160a開口中。第三平坦層170的材質可為高透 光度的光阻材料，例如聚亞醯胺或負光阻，其透光度大抵 大於或等於95%。第三平坦層17〇的材質可與第一及第二平 坦層1 3 0、1 5 0的材質相同。接著，施以曝光及顯影製程， 形成一第二開口16013於第三平坦層17〇中，並移除第二開 口 160a開口中的並第三平坦層17〇，露出第_平坦層的 表面。 請參閱第3E圖，以第二及第三平坦層15〇、ι7〇為罩
0532 - A40254TWF(η 1); p t. ap285; J AMNGWO. 第10頁 200540918 五、發明說明（6) 幕，施以乾蝕刻製程，形成第三開口丨6 〇 c於第一平坦層 130及保護層120中，並露出接觸墊113的表面。上述乾蝕 刻製程可包括反應性離子餘刻（r I E)製程，以C &、c η f3或 其他反應性氣體钱刻第一平坦層1 3 〇及保護層1 2 〇。根據本 發明之較佳實施方式，接觸墊開口於彩色濾光層之後形 成’因此可避免接觸墊表面腐蝕並且可克服習知技術光阻 塗佈不均的問題。 請參閱第3F圖’形成微透鏡元件18〇於第三平坦層ι7〇 上對應對應該感測晝素陣列及彩色濾光層區域。 有鑑於此’根據本發明實施例所揭露之樣態，本發明 亦提供一種彩色影像感測元件，如第3F圖所示。彩色影像 感測元件包括一基底100，包括一感測畫素陣列於基板1〇〇 之主要區域，一接觸墊113於基板之週邊區域。一保護層 1 2 0，設置於基底1 〇 〇上，覆蓋該感測晝素陣列與接觸墊 113。一第一平坦層130，設置於該保護層120上。一彩色 濾光層140R、140G、140β，設置於該第一平坦層13〇上， 對應该感測晝素陣列區域。一第二平坦層1 5 〇，設置於續 第一平坦層130上，覆蓋該彩色濾光層14〇R、14〇G、、口 1 4 Ο B。開口 1 6 0 a ’以顯影步驟形成於第二平坦層1 〇中， 位於相對應該接觸墊113的位置，以及開口16〇c，以乾蝕 刻步驟形成於第一平坦層丨3 〇與保護層丨2 〇中，位於相對應 該接觸墊11 3的位置。根據本發明之較佳實施方式，影像 感測元件更包括一第三平坦層丨7 〇設置於第二平坦層丨5 〇 上’具有一開口 1 6 Ob，位於相對應該接觸墊丨丨3的位置之
200540918 五、發明說明（7) 微透鏡陣列1 8 0於第二平坦層1 5 0上，對應該感測晝素卩車列 區域。
[本案特徵及效果J 本發明之特徵與效果在於接觸墊開口於形成彩色濾光 層之後的步驟形成，因此可避免接觸墊表面於顯影過移 中 的 ’把性顯影液腐蝕並且可克服習知技術光阻塗佈不均 問題。並藉由施以乾蝕刻製程，形成第三開口於第一平 坦層/及保護層中，並露出接觸墊的表面。第一平坦層在形 成彩色濾光層的過程中，已經過數度的曝光及顯影^ y 因此必須以乾蝕刻製程形成開口。 &王， 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，铁 限定本發明，任何孰習Η馆从γ + ; “、、A 1非用以 妯4 Μ ®^ “、、^此項技藝者’在不脫離本發明夕κ :和，，當可作更動與潤飾，因此本發明^之精 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。X月之保濩範園
200540918 圖式簡單說明 第1圖係顯示傳統之彩色影像感測裝置晶片通常包括 感測晝素陣列於晶片之主要區域，複數個接觸墊於該晶片 之週邊區域上； 第2A-2E圖係顯示習知技術沿第1圖之V-V’觀看之製程 剖面圖；以及 第3 A-3F圖係顯示根據本發明實施例之彩色影像感測 元件的製程剖面圖。 [符號說明]
習知部分（第1、2A-2E圖） 1〜彩色影像感測裝置晶片； 10〜半導體基底； 1 2〜感測畫素陣列； 1 3〜接觸墊； 1 5 〜彩色條紋（y e 1 1 〇 w s ΐ r i p ); 2 0〜保護層； 30〜第一平坦層； 40R、40G、40B〜彩色濾光層； 5 0〜第二平坦層；
60a〜第一開口； 6Ob〜第二開口。 本案部分（第3A-3F圖） 1 0 0〜基底；
0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第13頁 200540918 圖式簡單說明 113〜接觸墊； 1 2 0〜保護層； 1 3 0〜第一平坦層； 140R、1 40G、140B〜彩色濾光層； 1 5 0〜第二平坦層； 160a〜第一開口； 160b〜第二開口； 160c〜第三開口； 1 7 0〜第三平坦層； 1 8 0〜微透鏡陣列。
0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第14頁
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- 200540918 六、申請專利範圍 1 · 一種彩色影像感測元件的製造方法，包括下列步 驟： 提供一基板，包括一感測畫素陣列於該基板之主要區 域，一接觸墊於該基板之週邊區域上； 形成一保護層於該基底上’覆蓋該感測晝素陣列與該 接觸墊； 形成一第一平坦層於該保護層上； 形成彩色濾光層於該第一平坦層上，對應該感測畫 素陣列區域；形成一第二平坦層於該第一平坦層上，覆蓋該彩色濾 光層； 定義一第一開口於該第二平垣層中，顯露出該第一平 坦層，該第一開口位於相對應該接觸墊的位置^及 開口乾蝕刻該第一平坦層，以形成一第二開 Γί:層與該保護層中，顯露出該接ί墊。 2·如申言月專利範圍第j項所述蜀墊 製造方法，1中嗜侔1猛—仏〆之形色〜像感測元件的 hi 化@或氮化石夕。製造方法，其中該第—平坦層包括：(色：像感測元件的, 度大於或等於95 %。 问透、又光阻，其透光 4_如申請專利範圍第i項所述 製造方法，其中形成該奢_ :貞夯 杉色〜像感測兀件的 〜T该杉色濾先層的步驟包括： 形成一弟一衫色層於該第—平垣戶上· 施以曝光及顯影製程，以形二二楚 一 战圖案化弟—彩色濾光兀200540918六、申請專利範圍 件於該感測晝素陣列上； 形成一第二彩色層於該第/乎坦層上； 施以曝光及顯影製程，以形成圖案化第二彩色濾光一 件於該感測晝素陣列上； ％ 形成一第三彩色層於該第/苹坦層上； 施以曝光及顯影製程，以形成圖案化第三彩色濾、光一 件於該感測畫素陣列上。 & 5.如申請專利範圍第丨項所述之彩色影像感測元件 製造方法，其中該第二平坦層#由光阻材料所構成。、 6 ·如申請專利範圍第1項所述之彩色影像感測元件的 製造方法，其中定義該第一開口的步驟係以一顯影步驟带 成。 > 7 ·如申請專利範圍第1項所述之彩色影像感測元件的 製造方法，更包括形成一微透鏡陣列於該第二平坦層上 對應該感測晝素陣列區域。 8 · —種彩色影像感測元件的製造方法，包括下列步 提供一基板，包括一感測畫素陣列於該基板之主要區 域，一接觸墊於該基板之週邊區域上； 形成一保護層於該基底上，覆蓋該感測畫素陣列與該 接觸塾； 形成一第一平坦層於該保護層上； 、 形成一彩色濾光層於該第一平坦層上，對應該感測晝 素陣列區域；200540918 六、申請專利範圍 形成一第二平坦層於該第一平坦層上，覆蓋該彩色濾 光層； 形成一第三平坦層於第二平坦層上； 定義一第一開口於該第三平坦層中’顯露出該第二平 坦層，該第一開口位於相對應該接觸墊的位置； 定義一第二開口於該第二平坦層中，顯露出該第一平 坦層，該第二開口位於相對應該接觸墊的位置；以及 沿該第一開口乾蝕刻該第一平坦層，以形成一第三開 口於該第一平坦層與該保護層中，顯露出該接觸墊。 9 · 一種彩色影像感測元件，包括： 一基底，包括一感測畫素陣列於該基板之主要區域， 一接觸墊於該基板之週邊區域； 一保護層，設置於該基底上，覆蓋該感測晝素陣列與 該接觸墊； 一第一平坦層，設置於該保護層上； 一彩色濾光層，設置於該第一平坦層上，對應該感測 畫素陣列區域； 一第二平坦層，設置於該第一平坦層上，覆蓋該彩色 濾光層； 一第二平坦層設置於該第二平坦層上，該第三平坦層 具有一第一開口，位於相對應該接觸墊的位置； 一第二開口 ’以顯影步驟形成於第二乎坦層中，位於 相對應該接觸墊的位置；以及 一第三開口，以乾蝕刻步驟形成於該第一平坦層與該0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第17頁 觸墊的位置。 項所述之彩色影像感測元件， 氮化；5夕。 項所述之影像感測元件，其中 光阻，其透光度大抵大於或等 項所述之彩色影像感測元件， 、綠、藍三原色之彩色濾光元 項所述之彩色影像感測元件， 材料所構成。 項所述之彩色影像感測元件， 二平垣層上，對應該感測畫素 200540918 六、申請專利範圍 保護層中，位於相對應該接 ίο·如申請專利範圍第9 其中該保護層包括氧化石夕或 11 ·如申凊專利範圍第9 該第一平坦層包括高透光度 於 9 5 %。 & 1 2 .如申清專利範圍第9 其中該彩色渡光層包括含紅 件。 1 3 ·如申請專利範圍第9 其中該弟一平坦層係由光阻 1 4 .如申睛專利範圍第9 更包括一微透鏡陣列於該第 陣列區域。0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGW0.ptd 第18頁
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