TW201027741A - Method for fabricating CMOS image sensor - Google Patents

Description

201027741 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種 CMOS ( complementary metal oxide Silicon ’互補金氧矽）影像感測器之製造方法，特別是一種CMOS 影像感測器之製造方法，其可減少暗電流。 【先前技術】 一般而言’影像感測器是為用以將光學影像轉換成電訊號的 半導體裝置。在影像感測上’有電荷柄合裝置（charge coupled device ’ CCD)和CMOS影像感測器。 CCD具有矩陣排列的光二極體（photodiode，PD)，且各光 二極體用以將光學影像轉換成電信號。CCD提供有多個垂直式

CCD (vertical charge coupled device，VCCD)、一水平式 CCD

(horizontal charge coupled device’HCCD)和一感測放大器 eVCCD 形成在矩陣排列的光二極體D之間，藉以以垂直方向傳送產生在 PD的電荷。HCCD以水平方向傳送來自VCCD的電荷，並且感測

放大器感測在水平方向上傳送的電荷以產生電信號。然而，CCD 不僅具有複雜的驅動系統及大功率消耗，而且還具有複雜的製程 且需要多道微影步驟。由於控制電路、信號處理電路、類比/數位 轉換電路等難以整合在單一 CCD晶片，因此CCD難以製作在較 小的產品上。 近年來，為了克服CCD的缺點，CMOS感測器被注意以作為 下一代影像感測器。CMOS影像感測器係為利用切換系統的裝 置。於切換系統上，透過利用CMOS技術將與單元像素同樣數量 201027741 的MOS電晶體形成在半導體基板上，以連續地侧來自單元像素 輸出。於此，控制電路、信號處理電路等等是用以作為周邊電路。 也就是說，藉由在一單元晝素内形成光二極體和M〇s電晶 體’ CMOS影像感測器透過切換系統連續地摘測來自各單元畫素 的電信號，以產生一影像。由於CM〇s影像感測器使用CM〇s製 造技術’因此CMOS影像感測器具有相對低功率消耗及製程簡單 (步驟相對少）。並且’由於控制電路、信號處理電路和類比/數 ©位轉換電路可整合成一 CMOS影像感測晶片，因此CMOS影像感 測器於製造上較為簡單。於是，CM〇s影像感測器廣泛地被使用 在各種領域，例如·數位相機（digital still camera)、數位視頻攝 影機（digital video camera)等等。 一般而言’ CMOS影像感測器提供有裝置隔離膜、光二極體、 多個内層絕緣膜和金屬線以及微透鏡。裝置隔離膜形成在半導體 基板上，以定義出一主動區域。光二極體形成在半導體基板的主 動區域的一表面上。内層絕緣膜和金屬線未在半導體基板的整個 ® 表面上。微透鏡用以聚焦穿過彩色濾光片的光線。 【發明内容】 鑒於以上的問題，本發明提出一種CMOS影像感測器之製造 方法。 本發明的一目的在於提供一種CMOS影像感測器之製造方 法，其可減少暗電流。 有關本發明的特徵、目的與附加優點部分將描述後續說明 中’部分將對於在此領域中之熟習技藝者在審視下文之下而顯而 201027741 易見之或可從本發明的實施中習得。本發明的目的和其他優點可 以結構實現或達成，特別是配合圖示指出於下文和專利申請範圍 中。 為了達到此些目的和其他優點及依照本發明的效用，其係用 以示範與廣泛地描述於其中，一種CMOS影像感測器之製造方法 包括下述步驟。以固定間隔形成多個光二極體在半導體基板上、 形成内層絕緣膜在具有光二極體的半導體基板的整個表面上、形 成硬光罩在内層絕緣膜的整個表面上、形成光阻圖案在硬光罩上 以露出相對於光阻區域的硬光罩膜區域、藉由先以光阻圖案做為❹ 侧光罩的第-侧硬光罩膜以及藉由以被蚀刻後的硬光罩作為 蝕刻光罩的第二姓刻選擇性蝕刻内層絕緣膜。 以上之關於本發明之内容說明及以下之實施方式之說明係用 以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請 範圍更進一步之解釋。 【實施方式】 以下將詳細敘述本發明的實施例，並且在圖式中說明其範❹ 例。只要有可能，在圖式中將使用相同標號標示相同或相似的部 份。以至少-實施例敘述顯示在圖式中且參考圖式所敘述的本發 明的系統和運作。然而，於此所做的描述並非用以限制本發明的 技術觀點及必要系統和運作。 雖然被選擇使縣本發_字盡可能係為當前較廣泛使用的 通用字，仍可能有-些是發明人在特定實例上選擇的字。在此些 實例上’由於字的意義詳細說明在相關的部份，因此不應該以字 6 201027741 的單純名稱而應以字的意義來了解本發明β 「第1Α至1C圖」是顯示根據本發明優選實施例之CMOS影 像感測器之製造方法的截面圖。 「第1A至1C圖」只顯示相關於本發明之CM〇s影像感測器 的區域。由於其他區域大致上相同於一般CM〇S感測器，故於此 不再贅述。 參照「第1A至1C圖」’半導體基板1〇上定義有一主動區域 ^ 和一裝置絕緣區域。並且，裝置絕緣膜（圖式未顯示）形成在半 導體基板10的裝置絕緣區域，以定義出半導體基板10的主動區 域。裝置絕緣膜係透過STI (淺溝隔離，shallowTrenchIsolation) 或 LOCOS (區域氧化矽 ’ Local Oxidation Of Silicon)而形成。在 此例子中，p++型半導體基板1〇可取決於用以形成低濃度、第一 導電型材料層之磊晶步驟，例如：P型磊晶層（圖式未顯示並 且，半導體基板10可為單一結晶基板。，為了增加用以收集光電 荷的低電壓光二極體的性能並改善其感光度，磊晶層允許在光二 ® 極體上形成深且大的消耗區域。 將雜質離子少量地摻雜至裝置隔離膜之間的半導體基板1〇的 主動區域，以在半導體基板1(>的表面形成光二極體12。 接著，内層絕緣膜14形成在具有光二極體12和裝置絕緣膜 的半導體基板1G的整錄面上。在蘭子巾，内層絕緣膜14可 為氧化物膜’例如：USG(無摻雜矽玻璃，Und〇ped驗她以咖）。 雖然圖不中未顯示，但内層絕緣膜14可為多層結構。並且，内層 絕緣膜14具有以固定間隔形成的各種金屬線（圖式中未顯示）。 201027741 内層絕緣膜14亦可具有遮光層（圖式未顯示）形成於其中，以避 免光入射至光二極體以外的部份。 再來，沉積硬光罩膜16在内層絕緣膜14的整個表面上。較 佳地’硬光罩膜16可以PE-Nitride形成。 參照「第1B圖」’在硬光罩膜16上沉積光阻。並且，光阻經 過曝光及顯影以移除部份光阻，以形成露出相對於光二極體15的 區域之硬光罩膜16的部分的光阻圖案18。然後，利用光阻圖案 18以乾姓刻對曝露出的硬光罩進行钱刻。 參照「第1C圖」’將敍刻後的硬光罩膜π作為姓刻光罩，以 濕蝕刻選擇性蝕刻内層絕緣膜14,以形成溝狀洞2〇。在此例子中， 較佳地’可以DHF在水（H20)與氟化氫（HF)的比例為1到5 比1的範圍下選擇性執行濕餘刻。在此例子中，硬光罩膜16的厚 度可控制在其可依據内層絕緣膜14被移除的厚度。 此外，雖然圖式中未顯示，但可塗佈可染色的光阻在内層絕 緣膜14上，並經過曝光及顯影以在相對光二極體12的位置上以 固疋間隔形成彩色濾光層。此些彩色濾、光層可藉由波長帶來過滅 光。 此外，為了形成微透鏡，一層材料可塗佈在具有彩色濾光層 的半導體基板10的整個表面，並且經過曝光及顯影以圖案化此層 材料，藉以在彩色濾光層上形成微透鏡。 綜上所述，本發明之CMOS影像感測器之製造方法具有下列 優點。 在相關技術的CMOS影像感測器上’於形成内層絕緣膜後， 201027741 透過乾姓刻圖案化内層絕緣膜，以減少微透鏡和光二極體之間的 間隙。然而’利用電漿所執行的圖案化具有使形成的裝置因電漿 ί貝害導致暗電流增加的問題。 相較之下’由於本發明之CMOS影像感測器之製造方法利用 乾蝕刻和濕蝕刻執行製造程序，因此可控制電漿損害，並且還可 避免暗電流，及可減少微透鏡和光二極體之間的間隙，藉以改善 CMOS影像感測器的效能。 ❿ 軸本_赠狀實補娜如上，财麟㈣限定本 發明’任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内， 當可作些許之更動顏飾，因此本㈣之專鄉護_須視本說 明書所附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 「第1A至1C圖」是顯示根據本發明優選實施例之⑽s影 像感測器之製造方法的截面圖。 【主要元件符號說明】 10 半導體基板 12 光二極體 14 内層絕緣膜 16 硬光罩膜 18 光阻圖案 20 溝狀洞 9

Claims (1)

1. 201027741 七、申請專利範圍： 1. 一種互補金氧矽影像感測器之製造方法，包括： 以固定間隔形成複數個光二極體在一半導體基板上； 形成-内層絕緣層在具有該些光二極體_半導體基板 的整個表面上； A 形成-硬光罩膜在該内層絕緣層的整個表面上； 形成-光阻圖案在該硬光罩膜上，以露出相對於一光二極 體區域的一硬光罩膜區域； 以該光阻圖案作為钱刻光罩利用第一爛該硬光罩膜以 及 ' > 以姓刻後的該硬光罩膜作為_光罩_第二_選擇 性蝕刻該内層絕緣膜。 2. 如請求項1所述之互補金氧邦像感測器之製造方法，其中該 第一蚀刻係為乾姓刻。 Λ 3. 如請求項1所述之互補金氧鄉像感·之製造方法其中該 第-敍刻係為濕餘刻。 4. 如請求項3所述之互補金氧石夕影像感測器之製造方法，其中該 濕蝕刻係藉由利用DHF而執行。 ^ 5. 如請求項4所述之互補金氧鄉像細器之製造方法，其中該 DHF具有介於1至5比1的水（Η2〇)與氟化氫（HF)的比例。 如請求項1所述之互補金祕雜感測器之製造方法，其中該 硬光罩係以PE-Nitride形成。 如請求項1所述之互補錢郷像細^之製造方法，其中選 201027741 擇性蝕刻該内層絕緣膜的步驟包括：形成一溝狀洞在該内層絕 緣膜上。

   11