TWI234186B - Color image sensor device and fabrication method thereof - Google Patents

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Description

1234186 五、發明說明（” " [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f有關一種保護接觸墊及避免彩色濾光膜不均的彩色 影像感則裴置的製造方法。 [先前技術] 并〉色影像感測裝置晶片通常包括感測畫素陣列於晶片 5區域，複數個接觸墊於該晶片之週邊區域上。就傳 二紅而3 ，先於晶圓廠内完成感測晝素陣列及接觸墊部 前，製程，再進行彩色濾光膜的製作。第1圖係顯示 %、θ ^ 色影像感測裝置晶片1通常包括感測畫素陣列12 ^ θ曰=之/要區域，複數個接觸墊13於該晶片i之週邊區 二士一 5 成$段製程之前，會在感測畫素陣列及接觸塾 ^ π 遵層，並於接觸墊1 3處形成開口供後續電性連接 浐^。然而、，上述開口會造成保護層之斷差，致使後 12^ ，彩色濾光層塗佈不均，發生旋佈後留下之條狀 (R^绛’rr稱彩色條紋（yeU〇W Strip)。甚至’在顯影紅 二、之各顏色之彩色溏光層的過程中，具強 # # $;〜攻S吏知裸露的接觸墊表面氧化或腐蝕，造成 後續製程的問題。 咸測；Ξ:矛:f 6,344,3 69號Huang等人提供-種彩色影像 ^史、衣造方法，能保護接觸墊於顯影過程中受到 二=二展闻。第2A—2E圖係顯示美國專利第6,344,369號所揭 不沿圖之V-V，觀看之製程剖面圖。 清參閱第2A圖，提供一半導體基底1〇，具有感測畫素
第6頁 1234186 五、發明說明（2) 陣列（未圖示）及接觸墊13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1 3。 請參閱第2B圖，形成第一平坦層30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40R、綠40G、藍40B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 4 0R、綠4 0G、藍40B彩色濾光層，係藉由重複施以旋佈、 曝光及顯影步驟而形成。 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4 0R、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 60a於第一及第二平坦 層30、50中，並露出保護層20的表面。 請參閱第2E圖，以第一及第二平坦層3〇、5〇為罩幕， 施以乾蝕刻製程，形成第二開口6〇b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, 344, 369號能避免接觸墊表面氧化 或腐蝕。然而，在製程中，第一平坦層30在形成彩色濾光 層的過程中，已經過數度的曝光及顯影和烘烤製程，^無 法再以顯影步驟形成第一開口 6 〇 a於第一及第二平相層心 3〇、50中，因此第2D圖所示的步驟有實施上的困 ^曰 發明内容： 、° 裝 有鑑於此，本發明的目的在於提供一種彩色 置及其製造方法，可避免接觸墊表面腐蝕與光阪塗二不
0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd
1234186
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，一接觸墊 於基板之週邊區域上；形成一保護層於基底上，覆蓋感測 畫，陣列與接觸墊；形成一第一平坦層於保護層上；形成 一彩色渡光層於第一平坦層上，對應感測畫素陣列區域； 形成:第二平坦層於第一平坦層上，覆蓋彩色濾光層；形 成一第二平坦層於第二平坦層上；定義一第一開口於第三 平坦層中，顯露出第二平坦層，第一開口位於相對應接觸 塾的位置；定義一第二開口於第二平坦層中，顯露出第— 平坦層’第一開口位於相對應接觸墊的位置；以及沿第一 開口乾蝕刻第一平坦層，以形成一第三開口於第一平坦層 與保護層中，顯露出接觸墊。
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’包括：一基底，包括一感測畫素陣 列於基板之主要區域，一接觸墊於基板之週邊區域；一保 屢層，ό又置於基底上，覆蓋感測畫素陣列與接觸塾；一第 一平坦層，設置於保護層上；一彩色濾光層，設置於第一 平坦層上，對應感測晝素陣列區域；一第二平坦層，設置 於第一平坦層上，覆蓋彩色濾、光層；一第三平坦層設置於 第二平坦層上，第三平坦層具有一第一開口，位於相對應 接觸塾的位置；一第二開口，以顯影步驟形成於第二平坦 層中’位於相對應接觸塾的位置；以及一第三開口，以乾
0532-A40254TWF(η1)；p t.ap285;J AMNGWO.p t d 第8頁 m4i狀
墊的位置。 +坦層與保護層[位於相對應接觸 五、發明說明（4) 以下配合圖式以及較佳實施例，以更詳細地說明本發 明。 實施方式： 閱第3A圖，提供一基底1〇〇，例如半導體基底， ς 3測晝素陣列（未圖示）及接觸墊丨丨3於其上。感測晝 列可包括例如互補式金氧半影像感測器（cm〇S image sensor)。接觸墊113的材質可包括紹_銅_石夕或銘—銅合 氣相沉積法（PVD)形成，厚度範圍大抵介於 p w β埃（A)。一保護層12 〇形成於半導體基底1 〇 〇 ^择覆盍感測畫素陣列及接觸墊113。保護層12〇的材質可 匕石夕，以化學氣相沉積法（CVD)、或電漿 補助化予氣相儿積法（ρ Ε ρ V . 圆-8 000埃（A) )形成，厚度範圍大抵介於 筮一：Γ，第3B圖’形成第一平坦層130於保護層1 20上。 亞醯脖：：IT的材質可為高透光度的光阻材料，例如聚 扭厗1 qn\:阻’其透光度大抵大於或等於95%。第-平 =層13〇具有能抵抗曝光及顯影過程中顯影液侵姓的能 力。在經過平坦化製程後，具有平坦的表面。 ，參閱第3C圖’依序形成含藍UGB、紅】機綠i4〇g 一原色之衫色濾光層於第一平坦層丨3〇上，對應感 陣列區域。彩色濾光層的形成步驟，例如首先：色、 (B)彩色層14〇B於第一平坦層㈣上，施以曝光及顯；製 0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第9頁 1234186 五、發明說明（5) 程，以形成圖案化藍色濾光元件1 4 Ο B於感測晝素陣列上。 接著，形成一紅色彩色層140R於第一平坦層130上，並施 以曝光及顯影製程，以形成圖案化紅色濾光元件1 4 0R於感 測畫素陣列上。接著，形成一綠色彩色層1 4 0 G於第一平坦 層1 3 0上，並施以曝光及顯影製程，以形成圖案化綠色濾 光元件140G於感測晝素陣列上。上述各個彩色濾光層 140B、140R、140G的材質係高解析度的光阻材料，其圖案 之解析度可達<2.0 /zm。 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150 的材質可為高透光度的光阻材料，例如聚亞酿胺或負光 阻，其透光度大抵大於或等於95 %。第二平坦層15〇的材質 可與弟一平坦層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150中，並露出 第一平坦層130的表面。 接著，形成第三平坦層170於第二平坦層15〇上，並填 入苐一開口 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9 5%。第三平坦層170的材質可與第一及$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 160b於第三平坦層1 70中，並移除第"一開 口160a開口中的並第三平坦層17〇，露出第一平坦層13(^的 表面。 5月參閱苐3E圖，以第二及第三平坦層15〇、為罩
0532-A40254TWF(nl)；pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第 10 頁 1234186 五、發明說明（6) 一 幕，施以乾蝕刻製程，形成第三開口 1 60c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 刻製私可包括反應性離子蝕刻（R〗E )製程，以CF4、c HF3或 其他反應性氣體蝕刻第一平坦層丨3 〇及保護層丨2 〇。根據本 發明之杈佳貫施方式，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1 〇 〇，包括一感測畫素陣列於基板丨〇 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 ’没置於基底1 〇 〇上，覆蓋該感測畫素陣列與接觸塾 113。一第一平坦層130，設置於該保護層12〇上。一彩色 濾光層140R、140G、140B，設置於該第一平坦層13〇上， 對應該感測畫素陣列區域。一第二平坦層1 5 〇，設置於該 第一平坦層130上，覆蓋該彩色濾光層140R、140G、 1 4 0 B。開口 1 6 0 a，以顯影步驟形成於第二平坦層} 5 〇中， 位於相對應該接觸墊丨丨3的位置，以及開口丨6〇c，以乾# 刻步驟形成於第一平坦層1 3 0與保護層1 2 0中，位於相對應 该接觸塾1 1 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1 7 0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11 3的位置之
0532.A40254TWF(nl)；pt.ap285;JAMNGW0.ptd 第 11 頁 田 效果在 因此可 蝕並且 乾蝕刻 露出接 中，已 程形成 較佳實 習此項 更動與 範圍所 平坦層1 5 0上，對應該感测畫素陣列 於接觸 避免接 可克服 製程， 觸墊的 經過數 開口。 施例揭 技藝者 潤飾， 界定者 五、發明說明（7) 微透鏡陣列1 8 〇於第 區域。 [本案特徵及效果] 本發明之特徵與 層之後的步驟形成， 中’遭驗性顯影液腐 的問題。並藉由施以 坦層及保護層中，並 成彩色濾光層的過程 因此必須以乾蝕刻製 雖然本發明已以 限定本發明，任何熟 神和範圍内，當可作 視後附之申請專利 墊開口於形成彩色濾光 觸墊表面於顯影過程 習知技術光阻塗佈不均 形成第三開口於第一平 表面。第一平坦層在形 度的曝光及顯影製程， 露如上，然其並非用以 ，在不脫離本發明之精 因此本發明之保護範圍 為準。 第12頁 0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 1234186 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2Λ-2Ε：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3A-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〜感測晝素陣列； 1 3〜接觸墊； 15〜彩色條紋（yellow strip); 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） 100〜基底；
0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第13頁 1234186 圖式簡單說明 11 3〜接觸墊； 1 2 0〜保護層； 1 3 0〜第一平坦層； 140R、140G、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； 170〜第三平坦層； 1 8 0〜微透鏡陣列。
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Claims (1)

1234186 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，包括一感測晝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； 形成一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坦層中，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；以及 沿該第一開口乾蝕刻該第一平坦層，以形成一第二開 口於該第一平坦層與該保護層中，顯露出該接觸墊。 2. 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，其中該保護層包括氧化矽或氮化矽。 3. 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，其中該第一平坦層包括高透光度光阻，其透光 度大於或等於95%。 4. 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，其中形成該彩色濾光層的步驟包括： 形成一第一彩色層於該第一平坦層上； 施以曝光及顯影製程，以形成圖案化第一彩色濾光元
0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第15頁 1234186 -------------------------- 六、申請專祕目 〜〜1^ 件於該感測畫素陣列上； 形成一第二彩色層於該第一平坦層上； 施以曝光及顯影製程，以形成圖案化第二彩色淚光一 件於該感測畫素陣列上； 1 元 形成一第三彩色層於該第一平坦層上； 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。 〜 元 5·如申請專利範圍第1項所述之彩色影像感测元件的 製造方法’其中該第二平坦層係由光阻材料所構成。、 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 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 驟： 提供一基板，包括一感測晝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 接觸墊； 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；
0532-A40254TWF(nl)；pt.ap285;JAMNGW0.ptd 第16頁 1234186 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#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，覆蓋該感測畫素陣列與 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； 一第三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平坦層中，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 1234186 六、申請專利範圍 保護層中，位於相對應該接觸墊的位置。 I 0.如申請專利範圍第9項所述之彩色影像感測元件， 其中該保護層包括氧化矽或氮化矽。 II .如申請專利範圍第9項所述之影像感測元件，其中 該第一平坦層包括高透光度光阻，其透光度大抵大於或等 於95%。 1 2.如申請專利範圍第9項所述之彩色影像感測元件， 其中該彩色濾光層包括含紅、綠、藍三原色之彩色濾光元 件。 1 3.如申請專利範圍第9項所述之彩色影像感測元件， 其中該第二平坦層係由光阻材料所構成。 1 4.如申請專利範圍第9項所述之彩色影像感測元件， 更包括一微透鏡陣列於該第三平坦層上，對應該感測晝素 陣列區域。
0532-A40254TWF(nl);pt.ap285;JAMNGWO.ptd 第 18 頁
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