TW409420B - The image sensor structure and the manufacture method thereof - Google Patents

Description

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I 4tv\ I'.doc/OOS 五、發明説明（丨） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明是有關於一種影像感測器（image sensor)的結構 及其製造方法，且特別是有關於一種提高藍光在影像感測 器（image sensor)穿透率之影像感測器的結構及其製造方 法。 目前使用之影像感測器大多爲電荷耦合元件（Charge Coupled Device ; CCD)。電荷耦合元件已發展多年，技術 成熟且功能極佳。金氧半導體影像感測器相對於電荷耦合 元件發展時間較短，解析度和品質上不如電荷耦合元件， 但金氧半導體影像感測器具有其它優點，例如利用金氧半 導體製程技術可以降低生產成本。 雖然，以金氧半導體做爲影像感測器的技術尙未成 熟1 一切都還處於製作的硏發階段，但因爲金氧半導體與 電荷耦合元件比較，金氧半導體較易於與後段影像處理等 其它晶片整合，使積集度大幅提升，不但降低成本，也可 縮小外型尺寸 '大幅降低耗電量，並可提升產品附加價 値，因此金氧半導體很可能取代電荷耦合元件，成爲影像 感測器的技術主流。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而在以金氧半導體作爲影像感測器的技術中，較難克 服的問題更包括不同波長的光線在透過保護半導體結構 的保護層（passivation)時，光線是否具有足夠的穿透率入射 到半導體基底的高電場空乏區，而使空乏區因光能的激發 產生電子-電洞對，進而使本質空乏區間發生電流。 請參照第1圖，在一半導體基底1〇〇上已形成有CMOS 感測器（未繪出），而之上形成有金屬銲墊（bonding pad) 102 以將半導體基底100上的元件接出。接著，在銲墊102上 3 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（2i〇X297公釐> 4Q9420 A7 x B7 五、發明説明（>) ^^^1 ^^^1 ^^^1 —^ϋ ► 士n^^ii (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 形成保護層104,用以保護底下的元件不受損害’而保護 層一般由磷矽玻璃（PSG)和氮化矽（SiNx)組成’厚度分別爲 5000埃與7〇00埃。而由於半導體基底丨〇0上的元件’再 加上銲墊1〇4存在的緣故，使得保護層〗〇4在形成之後具 有起伏的表面，因此往往在保護層104上再形成一平坦層 106，例如爲聚亞胺(polyimide)或壓克力材質之材料’厚度 約爲16000埃，藉以平坦化保護層1〇4的表面°之後’再 於平坦層106表面形成濾光層108,當光線透過濾光層108 時則入射到半導.體基底100。 在入射的光線中，由於藍光的波長較短，約爲460nm 左右’因此當光線通過藍色濾光層108，而穿過保護層1〇4 中的氮化矽層時，藍光的穿透率僅約爲70%，如第2圖所 示’圖中之曲線200爲光線在透過藍色濾光層對氮化矽之 穿透率，而光線在穿透平坦層104的穿透率約爲95%，故 導致此二罾的總穿透率僅約爲66.5%。因此由於藍光對於 氮化矽層的穿透率不佳，將使得半導體基底1〇〇無法接受 到足夠的光，而無法激發足夠的電子，致使顔色變黃。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印®ί 此外，在蝕刻平坦層106與保護層1〇4以暴露出銲墊 102時，由於平坦層1〇6本身爲聚合物材質，因此在蝕刻 時容易產生高分子（polymer)，而當咼分子覆蓋在預触刻的 材料上時，蝕刻速率將明顯地減慢，再加上平坦層106厚 達16000埃，因此至少需花費6分鐘才能完成一片晶片的 貪虫刻製程，而其中餓刻1 5片晶片後即需反應室做一次 預防維護（preventive maintenance, PM)’ 以維持蝕刻反應室 的潔淨度。w此蝕刻時間過長，預防維護週期太短，再加 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M洗格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 409420 at 4 4 1 ι) l w 1 . d o c / 0 0 S By 五、發明説明（）） 上蝕刻平坦層106的蝕刻劑價錢昂貴，使得此習知製程在 生產線上進行量產的競爭力薄弱。 因此，本發明就是在提供一種影像感測器的結構及其 製造方法，用以改善藍光在影像感測器的穿透率。 本發明提供之影像感測器的結構及其製造方法，得以 縮短蝕刻時間，延長預防維護週期，因此製造成本可以降 低，而適合應用在生產線的量產製作。 本發明所提供之影像感測器之結構包括具有一銲墊之 一半導體基底；.一氧化物層，位在半導體基底上而覆蓋銲 墊；一旋塗式玻璃層（Spin On glass, SOG)，位在氧化物層 之上；一砂氧氮化物層（silicon-oxy-nitride，SiO、Ny)，位在 旋塗式玻璃層之上；以及一濾光層，形成在矽氧氮化物之 上c 本發明所提供之影像感測器之製造方法係在至少具有 一銲墊的一半導體基底上形成一氧化物層，接著，在氧化 物層上形成一旋塗式玻璃層，藉以平坦化半導體基底之拓 樸（topography)，之後，再於旋塗式玻璃層上形成一砂氧氮 化物層，續再於矽氧氮化物上形成一濾光層。 本發明係利用穿透率較高的矽氧氮化物層與旋塗式玻 璃層取代習知保護層中之氮化矽層與平坦層，不僅可改善 影像感測器之穿透率，達到平坦化的效果，縮短蝕刻時 間，更使預防維護週期延長，使得本發明之影像感測器結 構與製造方法可實際應用在生產線的製造上。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 409420 a7 4 4 1 ι \\ i . ti i> c / 0 t) S gy 五、發明説明（Φ) 細說明如下： 圖式之簡單說明： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第1圖係顯示一種習知影像感測器之結構； 第2圖係顯示光線在經過藍色濾光層對氮化矽層的穿 透率； 第3圖係顯示根據本發明較佳實施例之影像感測器之 結構； 第4圖係顯示光線在經過藍色濾光層對旋塗式玻璃層 的穿透率； 第5圖係顯示光線對矽氧氮化物層的穿透率；以及 第6圖係顯示光線在經過藍色濾光層對矽氧氮化物層 的穿透率。 其中，各圖標號之簡單說明如下： 100 :半導體基底 1 0 2 .鲜·塾 104 :保護層 106 :平坦層 108 :濾光層 實施例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請參照第3圖，爲根據本發明一較佳實施例之影像感 測器之剖面結構。在一半導體基底300上形成以半導體元 件所構成的感測器（未繪出），例如爲互補式金氧半導體。 接著，在半導體基底300上形成銲墊302，銲墊302係作 爲將半導體基底300上的元件接出之用。接著，在銲墊302 上方形成一氧化物層304,例如以化學氣相沉積法（CVD) 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2 i 0 X 297公釐） 409420 A7 4 4 1 9 ΐ u I . d c / Ο Ο N g ~j 五、發明説明U ) 形成多矽氧化矽層（silicon rich oxide, SRO)或是磷矽玻璃 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 等，作爲銲墊302之保護層之一，用以防止後續製程對底 下元件機械性的損害，並防止水氣或鹼性離子的進入，同 時可增加半導體基底300與銲墊302和後續形成的材料之 間的附著力。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著，在氧化物層304上塗覆一旋塗式玻璃層306。 旋塗式玻璃層304例如爲矽酸鹽（silicate)與矽氧烷 (siloxane)，再搭配以適當的溶劑，而以旋塗式塗蓋（spin coating)進行晶片的塗抹，由於進行旋塗式玻璃層306的塗 佈時，旋塗式玻璃層3 0 6處於流動性極佳的液態，所以利 用此法所覆蓋的二氧化矽，在氧化物層304表面將呈現較 佳的平坦性。而爲使旋塗式玻璃層306的厚度和均勻度達 到所需，通常分爲兩次塗覆步驟，而每次塗覆的厚度約爲 2 000埃左右。接著，在兩次塗覆的步驟後，再對旋塗式玻 璃層306進行回飩刻（etch back)的步驟，而可以得到一表 面平坦的旋塗式玻璃層306。而旋塗式玻璃層306在此除 了扮演平坦化材料的角色外，當光線經由藍色濾光層再透 過旋塗式玻璃層306時，對於藍光具有高達86%的穿透 率，如第4圖之曲線400所示，其較藍光對於氮化矽層200 的穿透率提高近20%，再加上旋塗式玻璃層306亦具有抗 反射（anti-reflection)的功用，且不會造成後續蝕刻製程的 困難，W此取代習知之平坦層1〇6(第1圖）成爲本實施例較 佳的平坦化材料。 仍如第3圖所示，接著，在旋塗式玻璃層308上形成 一氧化物層308，用以提升旋塗式玻璃層306和後續材料 7 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） 44409420 A7 B7 經濟部智慧財產局員X消費合作社印製 五、發明説明（d) 間的附著力3氧化物層3〇1例如以電漿化學氣相沉積法 (plasma enhanced CVD，PECVD)，以砂酸四乙醋（tetra_ ethyl-ortho-silicate，TEOS)爲氣體來源，沉積一層 te〇S 氧化物層；之後’在氧化物層308上形成-矽氧氮化物層 3 10,厚度約爲7〇〇〇埃左右，例如以化學氣相沉積法形成， 反應物包括SiH4、N20與N2等，矽氧氮化物層310在此 作爲保護層之一’其對於光線的穿透率高達100%，如第5 圖所示之曲線500，而穿過藍色濾光層之藍光穿透率亦在 84%左右’請參照第6圖曲線600，因此其亦較習知氮化 矽（第6圖曲線200)之藍光穿透率高出許多。此外本發明之 矽氧氮化物層3 1 0會釋放氧氣，因此有助於製程上的一些 淸洗步驟。其中氧化物層308的存在與否視需要而決定。 接著，再於矽氧氮化物層310上形成濾光層312，例 如爲藍色濾光層，而當光線在通過藍色濾光層時僅有藍光 通過，而入射到半導體基底300，如第3圖所示。 在上述取代習知氮化矽與平坦層的結構中，由於旋塗 式玻璃層306的藍光穿透率較習知氮化矽爲高，而矽氧氮 化物層3 10光線穿透率較習知平坦層爲高，因此由矽氧氮 化物層310與旋塗式玻璃層306組成之穿透率約爲86%， 較習知提高許多，故以本發明之結構形成的影像感測器可 增進藍光之穿透率，因此有足夠的光線可到達半導體基底 3 0 0 ’而可引發電流，使正確的訊號得以輸出，顏色能保 持。 而由於矽氧氮化物層310、旋塗式玻璃層306的厚度 較習知之氮化矽層與平坦層爲薄，且沒有聚亞胺在蝕刻時 m· SI —^ϋ I —^ϋ· If 、\5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（2丨〇X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 409420 -ί4 I 9lu i'.d〇L/0()S 五、發明説明（〇 ) 產生高分子的問題，因此飩刻時間縮短至每片晶圓只需2 分鐘，即可完成暴露出銲墊302的步驟，因此預防維護的 週期亦得以延長許多。 由此可知，本發明以旋塗式玻璃層與矽氧氮化物取代 .習知之平坦層與氮化矽層，藉以改善藍光穿透率，而可增 進藍光在影像感測器的穿透率約20%。另外，亦可縮短蝕 刻時間，增長預防維護的週期，使得製程操作時間縮短， 成本降低，因此本發明極適合在線上的量產上。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填{馬本頁) 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 409420 44 i ^iw 1' d oc/OOS ABCD 申請專利範圍 1. 一種影像感測器的結構，其包括： 一半導體基底，該半導體基底至少具有一銲墊； --氧化物層，位於該半導體基底上，覆蓋該銲墊； 一旋塗式玻璃層，位於該氧化物層上，用以平坦化該 氧化物層； 一矽氧氮化物層，位於該旋塗式玻璃層之上；以及 一濾光層，位於該矽氧氮化物層上。 2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器的結構， 在該旋塗式玻璃與該矽氧氮化物層間更包括一 TEOS/氧化 物層。 3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器的_^ \ ···- \ 其中該氧化物層包括一多矽氧化矽 ^ ^ 德 ，乂 咚如申請專利範圍第1項所述之影像感測器的# t其中該濾光層係包括一藍光濾光層 ^ L如申請專利範圍第4項所述之影像感測器的$ 其中光線通過該藍光濾光層對於該旋塗式玻璃隱之~ 穿透率約爲86%。 A論、

   裝 I" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 、如申請專利範圍第1項所述之影像感測器的 中該矽氧氮化物之一厚度約爲7000埃左右。 ' 二二 一種影像感測器的製造方法，其包括： 提供一半導體基底，該半導體基底至少具有一銲墊且 該銲墊上覆蓋一層氧化物層； 在該氧化物層上形成一旋塗式玻璃層； 在該旋塗式玻璃層上形成一矽氧氮化物層；以及 在該砂氧氮化物層上形成一濾光層。 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 409420 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器的製造方 法，其中該氧化物層包括一多矽氧化矽層。 9. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器的製造方 法，其中在形成該旋塗式玻璃層後，更包括在該旋塗式玻 璃層上形成一 TEOS氧化物的步驟。 10. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測器的製造方 法，其中該TEOS氧化物包括以電漿化學氣相沉積法形 成。 π.如申請專利範圍第7項所述之影像感測器的製造方 法，其中該濾光層係包括一藍光濾光層。 I2.如申請專利範圍第11項所述之影像感測器的製造 方法，其中光線通過該藍光濾光層對於該旋塗式玻璃層之 一藍光穿透率約爲86%。 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器的製造方 法，其中在形成該旋塗式玻璃層後更包括一回蝕刻的步 驟。 14.如申請專利範圍第7項所述之影像感測器的製造方 法，其中該矽氧氮化物之一厚度約爲7000埃左右。 ---------衣------訂----- — ^ - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標车局貝工消费合作社印裝 張 紙 本 JA 率 標 家 讀