TW501228B - Method of preventing CMOS sensors from occurring leakage current - Google Patents

Description

501228 五、發明說明（1) 發明之領域 本發明係關於一種製作互補式金屬氧化半導體 (complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)感 測器的方法，特別是指一種避免互補式金屬氧化半導體感 測器發生漏電流（1 e a k a g e c u r r e n t )的方法。 背景說明 電荷偶合裝置（charge-coupled device, CCD)是一種 用來將光轉換為電子訊號的光學電子元件，CCD的應用很 廣’包括顯示器（monitor)、錄音設備（transcription machine)以及照相機（camera)等等。雖然[CD的功能廣 泛’但是在應用上仍受限於其較高之價位以及體積大小的 問題。為了克服CCD的缺點並降低元件成本及尺寸，一種 CMOS感測器（sensor)於是被發展出來。由於CM〇s感測器是 以傳統的半導體製程製作，因此可以大幅減少所需成本及 元件尺寸。而CMOS感測器的應用範圍包括個人電腦相機 (PC camera)以及數位相機（digital camera)等等。 請參閱圖一至圖三，圖一至圖三為習知製作⑽⑽感測 器的方法示意圖。如圖一所示，半導體晶片1〇包含有一基 底12 ’而基底12内包含有複數個肌3感測器，並且各M0S感 測器包含有至少一金屬氧化半導體（M〇s)電晶體（未顯示） 及一電連接於M0S電晶體的光感測區丨4。半導體晶片1 〇另 匕δ有衩數個淺溝隔離（shallow trench isolation,

第5頁 501228 五、發明說明（2) ST I ) 1 6分別設置基底1 2表面，用以隔絕各M〇s感測器及光 感測區1 4，以避免光感測區1 4與其他元件相接觸而發生短 路。其中M0S電晶體是由一 N型金屬氧化半導體（nm〇s)電晶 體以及一P型金屬氧化半導體（PM0S)電晶體所組成之⑶^^ 電晶體。此外’淺溝隔離1 6亦可由場氧化層（f丨e 1 d oxide, FOX)取代之。 如圖一所示，首先依序於半導體晶片10表面形成一絕 緣層1 8及一保遵層2 0。其中絕緣層1 8係由一旋塗式玻璃層 (spin-on glass，S0G)及一多矽矽氧層（si ! ic〇n_rich oxide，SR0)上下堆疊所構成，而保護層22則是由氮氧化 矽（silicon-oxy-nitride，SiON)所構成。接著，於絕緣 層1 8及保護層2 0内形成複數個通達至各淺溝隔離1 6的淺 溝’並填充金屬於各淺溝内，再經過一化學機械研磨 (CMP)製程以形成複數個金屬層22，用以防止各m〇S感測器 發生跨越干擾（cross talk)現象，而金屬層22亦可由一光 吸收層或一光反射層取代。此外，在形成前述之淺溝時， 也同時形成複數個開口（open ing)24於絕緣層1 8及保護層 20之内’用以作為後續製程的連接墊（c〇nnecting 。 接著，如圖二所示，於各光感測區丨4上方形成複數個 濾光層（color filter)26，其中濾光層26又可細分為紅色 濾光層（未顯示）、藍色濾光層（未顯示）及綠色濾光層（未 顯示）。如圖二所示，一平坦層（planar layer)28形成於

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滤光層2 6、金屬層2 2及保護層2 0上，並填滿 再進行一微影製程與一蝕刻製程以去除部份担2 4。接著 次裸露出開口 24。最後利用塗佈、曝光與顯影^ = 28而再 成一聚合物層30於平坦層28上方。並如圖三二八製程，形 一回火（anneal)製程以將各聚合物層3〇形成相再利用 感測區14的聚光鏡（u-lens) 32。 、應於各光 然而，習知製作CMOS感測器的方法有許多缺零 例如，當產品在製作濾光層26的過程中發峰|扭，存在。 ^ y 王差錯時，#雪 進仃一重作製程（rework)來補救，其通常是先利用主 洗製程加上溶劑清洗製程以將濾光層2 6完全清除，然月 重新製作濾、光層26於保護層20之上。由於作為連接墊用途 的開口 2 4在製作濾光層2 6之前便已經形成，因此，當利用 電漿清洗以清除濾光層2 6時，將會使開口 2 4内之金屬產生 金屬充電（metal charging)的情形，而導致漏電流 (leakage current)增加。此外，當產品在製作聚光鏡 的過程中出現差錯時，重作製程也是先將聚光鏡32去除， 然後再重新製作聚光鏡32。然而在去除聚光鏡32的過程 中，平坦層2 8及濾、光層2 6也同時會被破壞，因此，重作製 程則必須在從濾光層2 6開始做起，此將增加製程所需之週 期（cycle time)及成本。 發明概述 因此，本發明的主要目的係提供一種避免互補式金屬

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氧化半導體感測器發生漏電流的方法，以解決上述之 題0 在本發明之較佳實施例中，首先於一半導體晶片之基 底上製作複數個M0S感測器，並且每一個M0S感測器間皆彼 -此相隔絕。接著形成一絕緣層於該半導體晶片上，並覆蓋 · 各该M0S感測器。然後形成複數個濾光層於該絕緣層表 面’且每一該濾光層係約略位於各該M0.S感測器的正上 方。並形成一保護層於該半導體晶片上，並覆蓋各該濾光 層。然後再形成一平坦層於該保護層上。最後形成複數個 _ t光鏡於該平坦層表面，且每一該聚光鏡係約略位於各該 M0S感測器的正上方。 由於本發明之方法乃是在形成滤光層後，才沈積由氮 氧化石夕所組成的保護層，並於絕緣層與保護層内蝕刻出連 接塾之開口。因此可達到減少漏電流產生以及減少聚光鏡 的重作衣私所品的週期’並且增加滤光層與底層 (substrate)的附著力（adhesion)。 發明之詳細說明 · 請參閱圖四至圖六，圖四至圖六為本發明製作CMOS感 測器的方法示意圖。如圖四所示，半導體晶片4 〇包含有一 基底42，而基底42内包含有複數個仙3感測器，其中各M0S 感測器包含有金屬氧化半導體（M0S)電晶體（未顯示）及一

第8頁 501228 五、發明說明（5) 電連接於M0S電晶體的光感測區44。半導體晶片4〇另包含 有複數個淺溝隔離4 6分別設置基底4 2表面，用以隔絕各 MOS感測器，以避免光感測區44與其他元件相接觸而發生 短路。其中MOS電晶體係為一NM0S電晶體、pm〇S電晶體或 是由一NM0S電晶體以及一PMOS電晶體所組成iCM〇s電晶 體。此外，淺溝隔離4 6亦可由場氧化層取代之。

如圖四所示，首先形成一由多矽矽氧層與一旋塗式玻 璃層所構成之絕緣層4 8於半導體晶片4 〇表面，並於於絕緣 層4 8内形成複數個通達至各淺溝隔離4 6的淺溝，接著填充 金屬於各淺溝内，並利用一化學機械研磨製程以形成複數 個金屬層50，用以防止各MOS感測器發生跨越干擾現象。 其中多矽矽氧層係利用化學氣相沈vapor deposition，CVD)法形成，旋塗式玻璃層則是利用適當的 溶劑經由旋轉塗佈形成於多矽矽氧層上。此外，金屬層5〇 亦可由一光吸收層或一光反射層取代。 接著，如圖五所示，於各光感測區44上方形成複數個 濾光層52，其中濾光層52又可細分為紅色濾光層（未顯 示）、藍色濾光層（未顯示）及綠色濾光層（未顯示），濾光 層52主是要由含有光阻（photoresist)成分的材料所構 成，如壓克力（aery lie)等等。而在光阻内摻入紅色染 料、藍色染料及綠色染料則可形成紅色遽光層、藍色遽光 層及綠色濾光層。如圖五所示，形成一保護層54於金屬層

第 頁 501228 五、發明說明（6) 50、濾光層52及絕緣層48上，然後經由微影與蝕刻製程， 以形成複數個開口 5 6於絕緣層4 8及保護層5 4之内，用以作 為後續製程的連接墊。其中保護層5〇係由氮氧化矽 (si 1 icon-oxy-nitride，Si ON)所構成。 仍如圖五所示，一平坦層58形成於保護層54之上，並 填滿口 56，平坦層58是用來平坦化保護層54表面。然後利 用微影及蝕刻製程以去除部份平坦層58而再次裸露出開口 56。其中平坦層58可由硼磷矽玻璃（b〇r〇ph〇sph〇siicate

glass，BPSG)構成。接著，再經過塗佈、曝光與顯影製 程:以將一聚合物層6〇形成於平坦層58上方。最後如圖六 ，示，利用一回火製程將各聚合物層60形成相對應於各^ 感測區44的聚光鏡62。其中聚合物層60可由含有光阻成分 之材料構成。 另尤I攻刀 後，再沈 5 6於絕緣 之後，當 作製程來 不會造成 電流產生 遵層5 4隔 錯時，保 於習知 積由氮 層48與 產品 補救時 開口 5 6 之功效 絕，因 護層5 4 技術，本發明之 氧化矽所組成的 保護層5 4内。由 製作濾光層5 2的 ，用以清除濾光 内發生金屬充電 。再者，由於濾 此當產品在製作 可保護渡光層5 2 方法乃是 保護層54 於開口 5 6 過程中發 層52的電 情形，因 光層52與 聚光鏡32 免於在重 在形成濾 ’以及形 形成於濾 生差錯要 漿清洗製 此可達到 聚光鏡62 的過程中 作製程中 光層5 2 成開口 光層52 進行重 程，將 減少漏 間有保 出現差 受到破

501228 五、發明說明（7) 壞。因此，聚光鏡6 2的重作製程不必再從濾光層5 2開始做 起，此將減少聚光鏡62的重作製程所需的週期。此外，由 於濾光層5 2與旋塗式玻璃層的附著力優於濾光層5 2與保護 層54的附著力，因此將保護層54製作於濾光層52之後，可 增加濾光層5 2與底層的附著力。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申嘖 2範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利之涵

$ 11頁 501228 圖式簡單說明 圖示之簡單說明 圖一至圖三為習知製作CMOS感測器的方法示意圖。 圖四至圖六為本發明製作CMOS感測器的方法示意圖。 圖示之符號說明 10 半 導 體 晶片 12 基 底 14 光 感 測 區 16 淺 溝 隔 離 18 絕 緣 層 20 保 護 層 22 金 屬 層 24 開 α 26 濾 光 層 28 平 坦 層 30 聚 合 物 層 32 聚 光 鏡 40 半 導 體 晶片 42 基 底 44 光 感 測 (¾ 46 淺 溝 隔 離 48 絕 緣 層 50 金 屬 層 52 濾 光 層 54 保 護 層 56 開 α 58 平 坦 層 60 聚 合 物 層 62 聚 光 鏡

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Claims (1)

1. 501228 六、申請專利範圍 1· 一種避免金屬氧化半導體（metai—0Xide semiconductor，M0S)感測器（sensors)發生漏電流 (leakage current)的方法，該複數個M0S感測器係製作於 一半導體晶片之基底上，且每—M〇S感測器係彼此相隔 絕，該方法包含有下列步驟： 於該半導體晶片上形成一絕緣層，並覆蓋各該M〇s感測 3& · ， 於該絕緣層表面形成複數個濾光（c〇l〇r 層，且 每一該濾光層係約略位於各該M0S感測器的正上方； 於該半導體晶片上形成一保護層（passivati〇n layer)，並覆蓋各該濾光層； 於該保遵層上形成一平坦層（planar layer);以及 於該平坦層表面形成複數個聚光鏡（U-lens)，且每一該 聚光鏡係約略位於各該M0S感測器的正上方。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中該M0S電晶體感測器 係為一互補式金屬氧化半導體（complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)感測器 〇 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該絕緣層係由一旋 塗式玻璃（spin- on glass，S0G)以及一多石夕石夕氧物 (silicon rich oxide，SR0)上下堆疊所構成。 4·如申請專利範圍第1項之方法，其中各該CMOS感測器係

   501228 六、申請專利範圍 彼此相隔絕以一場氧化層（f i e 1 d ο X i d e，F 0 X )或一淺溝隔 離（shallow trench isolation ， STI )。 5·如申請專利範圍第i項之方法，其中該保護層係由氮氧 化矽（silicon oxygen nitride，siON)所構成。 6· —種避免重做製程（rework)造成CM0S感測器（CM〇s sensors)之漏電流（leakage current)增加的方法，該方 法包含有下列步驟： 提供一半導體基底，且該半導體基底包含有複數個彼此 相隔絕之CMOS感測器； 於該半導體晶片上形成一絕緣層，並覆蓋各該CMOS感測 器； 於該絕緣層表面形成複數個濾光（c〇l〇r filter)層，且 每一該濾光層係約略位於各該CMOS感測器的正上方； 於該半導體晶片上形成一保護層（passivation layer)，並覆蓋各該濾光層； 於該保護層上形成一平坦層（planar layer);以及 於該平坦層表面形成複數個聚光鏡（U-lens)，且每一該 聚光鏡係約略位於各該CMOS感測器的正上方； 其中該保護層係用來保護各該濾光層以及各該CMOS感測 器’以防止後續之任一重做製程（r e W 〇 r k )影響各該滤光層 以及各該CMOS感測器，進而避免該CMOS感測器之漏電流 (leakage current)增力口。

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   7·如申請專利範圍第6項之方法，其中該絕緣層係為一於 塗式玻璃（spin-on glass, S0G)以及一多石夕石夕氧物 疋 (silicon rich oxide, SR0)上下堆疊所構成。 8 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中各該CM〇s感測器係 彼此相隔絕以一場氧化層（f i e 1 d 〇 x j d e，f 0 X )或一袭溝隔 離（shallow trench isolation ， STI )。 9 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中該保護層係由氮氧 化石夕（silicon oxygerl nitride，SiON)所構成。

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