TWI453907B - 固態成像器件，其製造方法，以及電子裝置 - Google Patents

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Description

固態成像器件，其製造方法，以及電子裝置
本發明係關於固態成像器件、其製造方法及電子裝置。
一電子裝置(諸如一數位相機)包含一固態成像器件。該固態成像器件之實例包含一CMOS(互補金屬氧化物半導體)影像感測器及一CCD(電荷耦合器件)影像感測器。
在一固態成像器件中，具有呈一矩陣配置之複數個像素之一像素陣列區域設置在一半導體基板之一表面上。該複數個像素之每一者設置有一光電轉換器。舉例而言，該光電轉換器係一光電二極體。該光電二極體之一光接收表面接收經由與該成像器件分開設置之一光學系統入射在其上之光，且在一光電轉換過程中產生信號電荷。
在多種固態成像器件中，一CMOS影像感測器經組態使得每一像素包含複數個電晶體以及該光電轉換器。該複數個電晶體讀取由該光電轉換器產生之信號電荷且將該信號電荷以一電信號之形式輸出至一信號線。
一半導體器件(諸如一固態成像器件)設置有一襯墊電極，設置該襯墊電極以將該半導體器件電連接至一外部組件。舉例而言，該半導體器件經由該襯墊電極電連接至一板式基板、一半導體封裝、一半導體晶片或任何其他外部組件。
舉例而言，該襯墊電極由鋁(Al)製成。該襯墊電極或者由包含矽(Si)、銅(Cu)及其他元素之一鋁合金製成。
舉例而言，藉由使用一連接構件(諸如以金(Au)為主的導線接合及以錫(Sn)為主的回焊(舉例而言，參見日本專利第3,158,466號及第3,959,710號))，該半導體器件(諸如一固態成像器件)經由該襯墊電極電連接至一外部器件。
當污染物出現在該襯墊電極之表面上時，該半導體器件與一外部器件之間之電連接失效在一些情況中可發生。舉例而言，該電連接失效可造成該固態成像器件不正常操作而出現故障且最終停止操作。為避免此一情形，清洗該襯墊電極之該表面以移除任何污染物。
舉例而言，當藉由使用一以氟(F)為主的蝕刻氣體來乾式蝕刻設置在由鋁製成之該襯墊電極上之層時，該氟(F)在一些情況中會變成該襯墊電極上之一污染物。為移除留在該襯墊電極上之該氟(F)，已建議用一以胺為主的有機化學溶液(舉例而言，參見2006年ICSE2006前言「Investigation and Failure Analysis of「Flower-like」Defects on Microchip Aluminum Bondpads in Wafer Fabrication」第626頁至第629頁)清洗該襯墊電極之該表面。
此外，該襯墊電極之襯墊金屬可熔化且腐蝕，導致在一些情況中器件之故障。為避免此一情形，已建議經由該襯墊電極將該半導體器件電連接至一外部器件且接著形成覆蓋該半導體器件、該外部器件之一碳薄膜及使其等彼此連接之一配接線(舉例而言，參見JP-A-3-83365及JP-A-62-12163)。
圖17A、圖17B、圖18C及圖18D展示製造一固態成像器件之關鍵步驟。圖17A、圖17B、圖18C及圖18D依序展示暴露該固態成像器件之一襯墊電極111P之表面之步驟(a)、(b)、(c)及(d)。圖17A、圖17B、圖18C及圖18D係展示形成有該襯墊電極111P之該固態成像器件之一部分之橫截面圖。
如圖17A中展示，首先形成一抗蝕圖案RP。
如圖17A中展示，在形成該抗蝕圖案RP之前，舉例而言，利用鋁形成該襯墊電極111P。接著設置組件以覆蓋該襯墊電極111P。明確言之，一鈍化薄膜120、一平坦化薄膜130、一透鏡材料薄膜140及一抗反射薄膜150依序設置在該襯墊電極111P之上表面上。雖然圖中未展示，但藉由使用用於該固態成像器件中配置有有效像素之像素陣列區域中之每一有效像素之該透鏡材料薄膜140形成一晶載透鏡。藉由使用由(舉例而言)一樹脂或任何其他適宜有機材料製成之該透鏡材料薄膜140形成若干晶載透鏡(圖中未展示)。除了該等晶載透鏡之外，形成一彩色濾光片(圖中未展示)用於該像素陣列區域中之每一有效像素(參見圖9，稍後將描述)。
如上文描述形成用以覆蓋該襯墊電極111P之該等組件之後，該抗蝕圖案RP形成在該抗反射薄膜150之上表面上。
在此實例中，形成一光阻薄膜(圖中未展示)以覆蓋該抗反射薄膜150之上表面之後，圖案化該光阻薄膜(圖中未展示)以形成該抗蝕圖案RP。明確言之，藉由設置穿過該光阻薄膜之一開口KK1形成該抗蝕圖案RP，其設置方式使得該開口KK1暴露該襯墊電極111P之該上表面之一部分。
接著移除設置在該襯墊電極111P之該上表面上之該等組件直到暴露該襯墊電極111P之表面之部分，如圖17B中展示。
在此步驟中，該抗蝕圖案RP用作為一遮罩，且依序乾式蝕刻該抗反射薄膜150、該透鏡材料薄膜140、該平坦化薄膜130及該鈍化薄膜120。因此設置一開口KK2，且暴露該襯墊電極111P之表面之部分。
舉例而言，藉由使用一以氟(F)為主的蝕刻氣體(諸如CF4 、C2 F6 、C3 F8 、CHF3 及SF6 )來乾式蝕刻該等組件。
在此點上，乾式蝕刻會損壞該襯墊電極111P之該暴露表面，且形成一蝕刻損壞部分DM。
接著移除該抗蝕圖案RP，如圖18C中展示。
在此實例中，藉由執行灰化而自該抗反射薄膜150之該上表面移除該抗蝕圖案RP。
接著移除該蝕刻損壞部分DM，如圖18D中展示。
在此實例中，藉由執行清洗該襯墊電極111P之表面之一後期處理而移除該蝕刻損壞部分DM。舉例而言，藉由使用一以胺為主的有機化學溶液清洗該襯墊電極111P之該表面。
然而，在該固態成像器件中，上文描述的清洗在一些情況中腐蝕由一樹脂製成之晶載透鏡(圖中未展示)且降低透鏡效能。舉例而言，可減小該透鏡之高度且因此焦點移位，或可改變該透鏡之表面且因此減小入射光之量。
因此，在該固態成像器件中，擷取影像之品質在一些情況中可降低。
此外，當不正確執行上文描述的清洗時，一污染物可留在該蝕刻損壞部分DM上。
圖19A至圖19C展示由不正確清洗產生之該襯墊電極之表面。圖19A係藉由擷取該襯墊電極111P之該上表面之一影像而獲得之一照片，且圖19B及圖19C係藉由擷取形成在該襯墊電極111P上之污染物之影像而獲得之放大SEM顯微照片。
當該襯墊電極111P留在大氣中時，在該襯墊電極111P之上表面上會觀察到圓形污染物，如圖19A至圖19C中所展示。
當執行乾式蝕刻時(參見圖17B)，該以氟(F)為主的蝕刻氣體被轉換成電漿且形成離子或基團。所得活性氟(F)與形成該襯墊電極111P之鋁反應以產生鋁與氟之一化合物(AlFx )。據信該乾式蝕刻因此使活性氟(F)留在該襯墊電極111P上且AlFx 產生為一污染物。
特定言之，當藉由將SF6 或CHF3 用作為一蝕刻氣體來乾式蝕刻由純Al或一AlCu合金製成之該襯墊電極111P上之該等層時，在一些情況中可產生大量污染物。
圖20A至圖20C展示該襯墊電極之表面隨時間之變化。圖20A至圖20C係藉由在一光學顯微鏡下擷取該襯墊電極111P之上表面之影像而獲得之照片。圖20A展示緊接該襯墊電極形成之後之上表面。圖20B展示留在大氣中3天之上表面。圖20C展示留在大氣中6天之上表面。
如圖20A至圖20C中展示，該等污染物隨時間生長至更大尺寸。
圖21A至圖21C展示對一污染物所做的成份分析之結果。圖21A係展示一污染物之一橫截面之一SEM顯微照片，且圖21B及圖21C展示對該污染物所做的成份分析之結果。圖21B展示在一點A處所做的成份分析之一結果，該點A係該污染物之中心，如圖21A中展示。圖21C展示在一點B處所做的成份分析之一結果，該點B定位在該污染物之下部分中，如圖21A中展示。
該污染物不僅含有鋁(Al)而且含有氟(F)、氧(O)及碳(C)，如圖21B及圖21C中展示。從上文描述的結果，推測該污染物生長所根據之機制如下。
產生為由鋁(Al)製成之該襯墊電極111P上之一污染物之AlFx 與大氣中之濕氣反應，且產生氟化氫(HF)。熔化的鋁接著與該氟化氫(HF)反應，且新產生AlFx 。重複循環且該污染物生長至一更大尺寸。
即，推測當重複由以下化學式(1)及(2)表示之反應(當x=3)時，該污染物生長。
AlF3 +3H2 O→Al(OH)3 +3HF　(1)
Al+3F- →AlF3 +3e- 　(2)
當AlFx 出現作為該襯墊電極111P之該上表面上之一污染物時，該襯墊電極111P與組態為一連接構件(諸如導線接合)之一電供應金屬之間之接合明顯降低，有時導致非歐姆連接或開放連接。
因此，出現在該襯墊電極111P之該表面上之該污染物在一些情況中可造成該固態成像器件不正常操作，除非已適當執行清洗。
然而，因為清洗在製造過程中係必要的，所以有時難以有效製造該器件。
除了以上問題之外，在該固態成像器件中，入射光可被反射離開該襯墊電極111P，且可發生所謂一幻象現象之現象，有時導致擷取影像品質之降低。此外，電遷移及應力遷移現象可發生在該襯墊電極處，有時導致配接線可靠性之降低。此外，熱產生在一些情況中可降低該器件之可靠性。
如上文描述，有時難以改良該固態成像器件之可靠性及製造效率。
因此期望提供一種固態成像器件、其製造方法及允許改良該器件之可靠性及製造效率之電子裝置。
根據本發明之一實施例之用於製造一固態成像器件之一方法包含：在一基板之一像素陣列區域中形成接收入射光之像素；在定位在該基板之該像素陣列區域周圍之一周邊區域中形成襯墊電極；在包含電連接至一外部組件之一連接表面之該等襯墊電極之每一者之一上表面上形成一以碳為主的無機薄膜；形成覆蓋該等以碳為主的無機薄膜之上表面之一塗佈薄膜；及在該等襯墊電極之每一者之該連接表面上方形成一開口以暴露該連接表面。開口形成步驟包含：在該塗佈薄膜之一上表面上形成一抗蝕圖案，該抗蝕圖案具有對應於該等連接表面之開口且覆蓋除了該等連接表面之外的部分；藉由將該抗蝕圖案用作為一遮罩及將該以碳為主的無機薄膜用作為蝕刻止擋薄膜來蝕刻該塗佈薄膜以暴露對應於該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜之上表面之部分；及對該抗蝕圖案及對應於該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜之部分執行灰化以同時移除該抗蝕圖案及該等部分。
根據本發明之另一實施例之一固態成像器件包含：一基板，其具有設置在一像素陣列區域中之接收入射光之像素；襯墊電極，其等形成在定位在該基板之該像素陣列區域周圍之一周邊區域中；一以碳為主的無機薄膜，其形成在該等襯墊電極之每一者之一上表面上但除了電連接至一外部組件之一連接表面之外；及一塗佈薄膜，其覆蓋該等以碳為主的無機薄膜之上表面且具有形成在該等襯墊電極之該等連接表面上方之開口。
根據本發明之又一實施例之一電子裝置包含：一基板，其具有設置在一像素陣列區域中之接收入射光之像素；襯墊電極，其等形成在定位在該基板之該像素陣列區域周圍之一周邊區域中；一以碳為主的無機薄膜，其形成在該等襯墊電極之每一者之一上表面上但除了電連接至一外部組件之一連接表面之外；及一塗佈薄膜，其覆蓋該等以碳為主的無機薄膜之上表面且具有形成在該等襯墊電極之該等連接表面上方之開口。
在本發明之該等實施例中，一抗蝕圖案形成在一塗佈薄膜之上表面上使得該抗蝕圖案具有對應於該等襯墊電極之該等連接表面之開口且覆蓋除了該等連接表面之外的部分。該抗蝕圖案用作為一遮罩且該等以碳為主的無機薄膜用作為蝕刻止擋薄膜以蝕刻該塗佈薄膜使得暴露對應於該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜之該等上表面之該等部分。接著對該抗蝕圖案及對應於該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜之該等部分執行灰化以移除該抗蝕圖案及該等部分。如上文描述，在蝕刻過程中用該等以碳為主的無機薄膜覆蓋該等襯墊電極之待暴露之該等連接表面。因此該等襯墊電極之該等連接表面在該蝕刻過程中不受損壞。
本發明之該等實施例可提供一固態成像器件、其之製造方法及允許改良該器件之可靠性及製造效率之一電子裝置。
下文將參考圖式描述本發明之一實施例。
(A)裝置之組態 (A-1)　相機之關鍵部分之組態
圖1係展示根據本發明之一實施例之一相機40之組態之一圖。圖1圖形展示該相機40之整體組態。
該相機40係一電子裝置且包含一固態成像器件1、一光學系統42、一控制電路單元43及一信號處理電路單元44，如圖1中展示。
該固態成像器件1佈置在一基板501之上表面上，如圖1中展示。該固態成像器件1利用導線502電連接至該基板501。稍後將詳細描述之該固態成像器件1設置有襯墊電極(圖中未展示)，該等襯墊電極經由該等導線502電連接至設置在該基板501中之配接線(圖中未展示)。
一蓋罩503佈置在該固態成像器件1上方。該蓋罩503之上表面具有一開口，且該固態成像器件1接收透過該開口作為一主影像入射之入射光H。該光學系統42佈置在該固態成像器件1上方。透過該光學系統42入射之該入射光H由一成像表面PS接收且經歷光電轉換。因此在該光電轉換中產生信號電荷。基於自該控制電路單元43輸出之一控制信號驅動之該固態成像器件1讀取該信號電荷且輸出該信號電荷作為原始資料。
該光學系統42包含透鏡421a及421b及一IR截止濾波器423，如圖1中展示。在該光學系統42中，該等透鏡421a及421b佈置在一透鏡固持器422中。該IR截止濾波器423佈置在該透鏡固持器422之一下表面上。在該光學系統42中，該入射光H依序通過該等透鏡421a及421b及該IR截止濾波器423且到達該固態成像器件1之該成像表面PS。
該控制電路單元43輸出多個控制信號至該固態成像器件1及該信號處理電路單元44以控制其等之操作。
該信號處理電路單元44對自該固態成像器件1輸出之該原始資料執行信號處理以產生該主影像之一數位影像。
(A-2)　固態成像器件之關鍵部分之組態
將描述該固態成像器件1之一整體組態。
圖2展示根據本發明之實施例之該固態成像器件1之一整體組態。圖2係該固態成像器件1之一俯視圖。
該固態成像器件1包含一基板101，如圖2中展示。舉例而言，該基板101係由矽製成之一半導體基板，且一像素陣列區域PA及一周邊區域SA設置在該基板101之一表面上，如圖2中展示。
該像素陣列區域PA具有一矩形形狀且具有沿水平方向x及垂直方向y配置之複數個像素P，如圖2中展示。即，該等像素P呈一矩陣配置。稍後將詳細描述該等像素P。該像素陣列區域PA對應於圖1中展示之該成像表面PS。
該周邊區域SA定位在該像素陣列區域PA周圍，如圖2中展示。在該周邊區域SA中，設置複數個襯墊電極111P使得其等包圍該像素陣列區域PA。該等襯墊電極111P之每一者在除了電連接至一外部組件之一表面(圖2中之正方形部分)之外的一部分中設置有一層以碳為主的無機薄膜300。
雖然圖中未展示，但該周邊區域SA設置有周邊電路。
舉例而言，一垂直驅動電路、一行電路、一水平驅動電路、一外部輸出電路及一時序產生器設置為該等周邊電路。
明確言之，該垂直驅動電路以列為基礎選擇該像素陣列區域PA中之像素P且驅動所選像素P。該行電路以行為基礎對自像素P輸出的信號執行信號處理。該行電路包含一CDS(相關雙重取樣)電路(圖中未展示)且執行信號處理用於移除固定圖案雜訊。舉例而言，該水平驅動電路包含一移位暫存器且將保存在用於像素P之每一行之該行電路中之信號依序輸出至該外部輸出電路。該外部輸出電路對自該行電路輸出的該等信號執行信號處理且將經處理的信號輸出至一外部組件。舉例而言，該外部輸出電路包含一AGC(自動增益控制)電路及一ADC電路。該AGC電路放大該等信號之每一者，且接著該ADC電路將類比信號轉換成一數位信號且將該數位信號輸出至一外部組件。該時序產生器輸出多個時序信號至根據該等控制信號驅動且控制之上文描述的該等組件。
在本實施例中，該等周邊電路與該固態成像器件1整合但或者可形成在其他外部器件中。
(A-3)　固態成像器件之詳細組態
將詳細描述根據本發明之該固態成像器件1。
圖3至圖6展示根據本發明之該實施例之該固態成像器件1之關鍵部分。
圖3圖形展示設置有一像素P之該像素陣列區域PA之部分之上表面。圖4展示該像素P之一電路組態。圖5係圖形展示上文描述之該部分之一橫截面圖。明確言之，圖5係沿圖2及圖3中展示之線X1-X2截取之一橫截面圖。圖6係設置有一襯墊電極111P之該周邊區域SA之部分之一橫截面圖。明確言之，圖6係沿圖2中展示之線X1b-X2b截取之一橫截面圖。
在該像素陣列區域PA中，該等像素P之每一者包含一光電二極體21及一像素電晶體Tr，如圖3及圖4中展示。該像素電晶體Tr包含一傳送電晶體22、一放大電晶體23、一選擇電晶體24及一重設電晶體25，該像素電晶體Tr讀取來自該光電二極體21之信號電荷，且以一電信號之形式輸出該信號電荷。
在該等像素P之每一者中，該光電二極體21設置在該基板101中，如圖5中展示。雖然在圖5中未展示，但圖3及圖4中展示之該像素電晶體Tr設置在該基板101之前表面(圖5中之上表面)中。設置一多層配接線層111以覆蓋該像素電晶體Tr，如圖5中展示。此外，在該多層配接線層111上方設置一鈍化薄膜120、一平坦化薄膜130、一彩色濾光片CF、一晶載透鏡ML及一抗反射薄膜150。
在該等像素P之每一者中，該入射光H向下入射、通過上文描述的該等組件且由該光電二極體21之一光接收表面JS接收。
即，本實施例之該固態成像器件1係一「前表面照明」CMOS影像感測器且接收透過該基板101之前表面作為一主影像入射之該入射光H以擷取一彩色影像。
在該周邊區域SA中，形成該多層配接線層111之部分之最上層中之一配接線設置為該襯墊電極111P，如圖6中展示。以碳為主的無機薄膜300進一步設置在該周邊區域SA中。設置該鈍化薄膜120及該平坦化薄膜130使得其等經由該等以碳為主的無機薄膜300覆蓋該多層配接線層111，如在該像素陣列區域PA之情況中。沒有彩色濾光片CF或晶載透鏡ML(參見圖5)設置在該周邊區域SA中。形成該像素陣列區域中之該等晶載透鏡ML(參見圖5)之透鏡材料薄膜140設置在該周邊區域SA中之該平坦化薄膜130之上表面上。接著設置該抗反射薄膜150使得其覆蓋該透鏡材料薄膜140之上表面。
現在將詳細描述形成該固態成像器件1之該等組件。
(a)　光電二極體21
該光電二極體21佈置在對應於圖2中展示之該複數個像素P之複數個位置處。即，沿水平方向x及垂直於該水平方向x之垂直方向y橫跨該成像表面(xy平面)配置該等光電二極體21。
該等光電二極體21之每一者在相鄰於該光電二極體21之一部分中設置有對應像素電晶體Tr，如圖3中展示。
該等光電二極體21之每一者具有一接地陽極且經組態使得所累積信號電荷(此描述中之電子)被讀取且藉由該像素電晶體Tr以一電信號之形式輸出至一垂直信號線27，如圖4中展示。
該等光電二極體21之每一者接收作為一主影像入射之入射光H，執行光電轉換以產生信號電荷，且累積該信號電荷，如圖5中展示。
在此描述中，透過該基板101之前表面入射之該入射光H由該光電二極體21之該光接收表面JS接收，如圖5中展示。在該光電二極體21之該光接收表面JS上方設置該多層配接線層111、該鈍化薄膜120、該平坦化薄膜130、該彩色濾光片CF、該晶載透鏡ML及該抗反射薄膜150，如圖5中展示。因此該光電二極體21接收依序透過上文描述的該等組件入射之該入射光H且執行光電轉換。
該等光電二極體21之每一者設置在由(舉例而言)一單晶矽半導體材料製成之該基板101中，如圖5中展示。明確言之，該光電二極體21包含一n型電荷累積區域。形成一電洞累積區域(圖中未展示)使得在該n型電荷累積區域之上界面及下界面處將不產生暗電流。即，該光電二極體21具有稱為一HAD(電洞累積二極體)之結構。
雖然圖中未展示，但該基板101設置有使該複數個像素P彼此分開之一像素分離器(圖中未展示)，且該等光電二極體21佈置在由該像素分離器分開之區域中。
(b)　像素電晶體Tr
該像素電晶體Tr佈置在對應於圖2中展示之該複數個像素P之複數個位置處。
該等像素電晶體Tr之每一者包含該傳送電晶體22、該放大電晶體23、該選擇電晶體24及該重設電晶體25，該等像素電晶體Tr之每一者讀取來自該光電二極體21之信號電荷，且以一電信號之形式輸出該信號電荷，如圖3及圖4中展示。舉例而言，該像素電晶體Tr在該成像表面(xy平面)中定位在該光電二極體21下方，如圖3中展示。
形成該像素電晶體Tr之該等電晶體22至25佈置在該基板101之前表面中，但圖5中未展示。舉例而言，該等電晶體22至25之每一者係具有由(舉例而言)多晶矽製成之一閘極之一N通道MOS電晶體。利用該多層配接線層111覆蓋該等電晶體22至25。
(b-1)　傳送電晶體22
在該等像素電晶體Tr之每一者中，該傳送電晶體22將由該光電二極體21產生的信號電荷傳送至一浮動擴散節點FD，如圖3及圖4中展示。
明確言之，該傳送電晶體22佈置在該光電二極體21之陰極與該浮動擴散節點FD之間，如圖3及圖4中展示。一傳送線26電連接至該傳送電晶體22之該閘極。當一傳送信號TG透過該傳送線26發送至該傳送電晶體22之該閘極時，累積在該光電二極體21中之信號電荷被傳送至該浮動擴散節點FD。
(b-2)　放大電晶體23
在該等像素電晶體Tr之每一者中，該浮動擴散節點FD將電荷轉換成電壓，且該放大電晶體23放大所得電信號且輸出經放大信號，如圖3及圖4中展示。
明確言之，該放大電晶體23佈置在該選擇電晶體24與該重設電晶體25之間，如圖3中展示。在此描述中，該放大電晶體23之閘極電連接至該浮動擴散節點FD，如圖4中展示。該放大電晶體23之汲極電連接至一電源供應線Vdd，且該放大電晶體23之源極電連接至該選擇電晶體24。該放大電晶體23供應有來自一固定電流源I之固定電流且當該選擇電晶體24選擇為接通時操作為一源極隨耦器。因此當一選擇信號供應至該選擇電晶體24時，該放大電晶體23放大來自已將電荷轉換成電壓之該浮動擴散節點FD之電信號。
(b-3)　選擇電晶體24
在該等像素電晶體Tr之每一者中，該選擇電晶體24當接收選擇信號時將自該放大電晶體23輸出之該電信號輸出至該垂直信號線27，如圖3及圖4中展示。
明確言之，該選擇電晶體24經佈置相鄰於該放大電晶體23，如圖3中展示。一位址線28(透過其供應該選擇信號)連接至該選擇電晶體24之閘極，如圖4中展示。該選擇電晶體24在當該選擇信號供應至其時接通且將如上文描述由該放大電晶體23放大之該輸出信號輸出至該垂直信號線27。
(b-4)　重設電晶體25
在該等像素電晶體Tr之每一者中，該重設電晶體25重設該放大電晶體23之該閘極之電位，如圖3及圖4中展示。
明確言之，該重設電晶體25經佈置相鄰於該放大電晶體23，如圖3中展示。一重設線29(透過其供應一重設信號)電連接至該重設電晶體25之閘極，如圖4中展示。該重設電晶體25之汲極電連接至該電源供應線Vdd，且該重設電晶體25之源極電連接至該浮動擴散節點FD。當該重設信號透過該重設線29供應至該重設電晶體25之該閘極上，該重設電晶體25經由該浮動擴散節點FD將該放大電晶體23之該閘極之電位重設至電源供應電壓。
在上文描述中，該傳送線26、該位址線28及該重設線29經佈線連接使得其等連接至與沿水平方向x(列方向)配置之複數個像素P相關聯之該等電晶體22、24及25之閘極。與對應於一單一列之該等像素P相關聯之上文描述的該等電晶體22、23、24及25因此同時進行操作。
(c)　多層配接線層111(包含襯墊電極111P)
該多層配接線層111佈置在該基板101之前表面上，如圖5及圖6中展示。
該多層配接線層111包含配接線111h及一絕緣層111z。在該絕緣層111z中，形成該等配接線111h使得其等電連接至多個器件。
在此描述中，該等配接線111h形成且堆疊在該像素陣列區域PA中使得其等作用為該傳送線26、該位址線28、該垂直信號線27、該重設線29及圖4中展示之其他線。舉例而言，該等配接線111h沿該等像素P之間之邊界佈置且經由電洞(圖中未展示)適當電連接。
另一方面，在該周邊區域SA中，該等襯墊電極111P設置在該多層配接線層111上，如圖6中展示。該等襯墊電極111P如此形成使得其等電連接至該多層配接線層111之最上層中之配接線(圖中未展示)。該等襯墊電極111P如此設置在該周邊區域SA中使得其等包圍該像素陣列區域PA，如圖2中展示。
舉例而言，該等襯墊電極111P之每一者與該等配接線111h一樣由鋁(Al)製成。該襯墊電極111P不一定由鋁(Al)製成但或者可由含有(舉例而言)矽(Si)及銅(Cu)之一鋁合金製成。此外，鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鎢化鈦(TiW)、氮化鎢(WN)或任何其他難熔金屬可設置為該鋁或鋁合金部分上方及下方之一阻障金屬部分。
一開口KK設置在該等襯墊電極111P之每一者上方，如圖6中展示。形成該開口KK以暴露電連接至一外部組件之該襯墊電極111P之表面。即，一導線502電連接至該襯墊電極111P之暴露表面，如圖1中展示，藉此該固態成像器件1電連接至該基板501。
接著設置該以碳為主的無機薄膜300使得其覆蓋該襯墊電極111P之部分，如圖6中展示。
(d)　以碳為主的無機薄膜300
該以碳為主的無機薄膜300設置在該襯墊電極111P之表面上但僅在未設置有該開口KK之部分上，如圖6中展示。即，該開口KK在對應於電連接至一外部組件之該襯墊電極111P之該表面之該部分中形成穿過該以碳為主的無機薄膜300。
在本實施例中，該以碳為主的無機薄膜300阻止該入射光H被反射離開該襯墊電極111P之該表面。即，適當選擇該以碳為主的無機薄膜300之材料及厚度使得光學干涉提供一抗反射功能。
當乾式蝕刻設置在該以碳為主的無機薄膜300上之該等層時，稍後將詳細描述之該以碳為主的無機薄膜300亦用作為一蝕刻止擋薄膜。在此描述中，在使用一以氟(F)為主的氣體之一乾式蝕刻過程中，由不可能與活性氟(F)離子或基團反應之一材料製成之該以碳為主的無機薄膜300作用為一蝕刻止擋薄膜。
該以碳為主的無機薄膜300係由主要含有碳(明確言之，石墨、石墨烯、碳奈米管及類金剛石碳(非晶碳)之至少一者)之一無機材料製成。
圖7展示非晶碳薄膜之分類。
圖8A及圖8B圖形展示根據本發明之實施例製成該以碳為主的無機薄膜300之以碳為主的無機材料之結構。圖8A展示石墨之結構，且圖8B展示類金剛石碳之結構。在圖8A及圖8B中，白色圓圈代表碳(C)元素，且粗線代表碳元素之間之鍵。
石墨包含具有基於sp2 鍵接碳元素之一晶體結構之一層，如圖7及圖8A中展示。在石墨中，多次堆疊該層，且凡得瓦爾(Van der Waals)吸引力使該多層彼此鍵接，藉此實現導電。石墨烯不包含由sp2 鍵接碳元素形成之複數層但包含具有對應於僅一單一碳原子之一厚度之一sp2 鍵接單層。因此石墨烯係具有優良導電性之一二維材料。藉由捲動一石墨烯薄片或多個石墨烯薄片以形成一同軸管形材料而獲得一碳奈米管。
類金剛石碳(非晶碳)係非結晶碳(其不結晶)及含有sp3 鍵接碳元素之一部份與含有sp2 鍵接碳元素之一部分之一混合物，如圖7及圖8B中展示。
當該以碳為主的無機薄膜300由類金剛石碳製成時，sp3 鍵接碳-碳結構之比例可係所有碳-碳鍵接結構之至少5%。
在此描述中，特別適宜形成具有類金剛石碳之該以碳為主的無機薄膜300，其中sp3 鍵接碳-碳結構之比例係所有碳-碳鍵接結構之至少40%(sp3 鍵>sp2 鍵)。
對於此之原因係當sp3 鍵接結構之數目大於sp2 鍵接結構之數目時，所得材料具有高硬度、高透明性及低導電性。
此外，該以碳為主的無機薄膜300可由具有若干百分比(舉例而言，5%)或更低之氫(H)含量之一材料製成。
對於此之原因係主要含有碳及大量氫(H)元素之一材料係一有機材料，其在乾式蝕刻過程中反應且降低該材料之持久性，因此不適宜用作為一蝕刻止擋薄膜。
因此該以碳為主的無機薄膜300較佳由圖7中展示之a-C或ta-C製成。另一方面，形成具有圖7中展示之a-C:H或ta-C:H之該以碳為主的無機薄膜300不是較佳的。
此外，在圖7中展示之主要含有碳之材料中，玻璃狀碳係一塊狀材料，且岩石狀碳係藉由熱分解一有機材料而獲得之一碳前驅物且不是一薄膜形成材料。因此玻璃狀碳或岩石狀碳不用於形成該以碳為主的無機薄膜300。
(e)　鈍化薄膜120
該鈍化薄膜120設置在該像素陣列區域PA中之該多層配接線層111上，如圖5中展示。
在該周邊區域SA中，該鈍化薄膜120設置在該多層配接線層111上方，其等之間具有該以碳為主的無機薄膜300，如圖6中展示。在對應於電連接至一外部組件之該襯墊電極111P之表面之部分中穿過該鈍化薄膜120形成該開口KK。
舉例而言，該鈍化薄膜120由氮化矽(Six Ny )製成。該鈍化薄膜120可係由氮化矽(Six Ny )製成之一單層，或一層氧化矽(SiO2 )層可堆疊在其上用於應力鬆弛。
(f)　平坦化薄膜130
該平坦化薄膜130在該像素陣列區域PA及該周邊區域SA中設置在該多層配接線層111上方，其等之間具有該鈍化薄膜120，如圖5及圖6中展示。舉例而言，該平坦化薄膜130由一樹脂或任何其他適宜有機材料製成。
設置該平坦化薄膜130以平坦化該鈍化薄膜120之一不規則表面。
在該周邊區域SA中，與該鈍化薄膜120之情況一樣，在對應於電連接至一外部組件之該襯墊電極111P之表面之部分中穿過該平坦化薄膜130形成該開口KK，如圖6中展示。
(g)　彩色濾光片CF
該彩色濾光片CF在該像素陣列區域PA中設置在該多層配接線層111上方，其等之間具有該鈍化薄膜120及該平坦化薄膜130，如圖5中展示。當該彩色濾光片CF設置在由該平坦化薄膜130平坦化之表面上時，如此形成該彩色濾光片CF使得其精確面向該光電二極體21之該光接收表面JS。此外，該平坦化薄膜130確保該彩色濾光片CF之緊密接觸。
沒有彩色濾光片CF設置在該周邊區域SA中，如圖6中展示。
圖9展示根據本發明之實施例之該彩色濾光片CF。圖9係該彩色濾光片CF之一俯視圖。
提供至如圖9展示之該複數個像素P之每一者之該彩色濾光片CF著色該入射光H且朝向該光接收表面JS傳輸彩色光。
該彩色濾光片CF包含一紅色濾光片層CFR、一綠色濾光片層CFG及一藍色濾光片層CFB，如圖9中展示。
在該彩色濾光片CF中，該紅色濾光片層CFR具有橫跨對應於紅色之一波長帶(舉例而言，625奈米至740奈米)之高光學透射率，將該入射光H著色為紅色且朝向該光接收表面JS傳輸該彩色光。該綠色濾光片層CFG具有橫跨對應於綠色之一波長帶(舉例而言，500奈米至565奈米)之高光學透射率，將該入射光H著色為綠色且朝向該光接收表面JS傳輸該彩色光。該藍色濾光片層CFB具有橫跨對應於藍色之一波長帶(舉例而言，450奈米至485奈米)之高光學透射率，將該入射光H著色為藍色且朝向該光接收表面JS傳輸該彩色光。
該紅色濾光片層CFR、該綠色濾光片層CFG及該藍色濾光片層CFB經佈置彼此相鄰且對應於該複數個各自像素P。
在此描述中，以一拜耳佈局配置該紅色濾光片層CFR、該綠色濾光片層CFG及該藍色濾光片層CFB，如圖9中展示。即，以一棋盤式圖案對角配置該等綠色濾光片層CFG。接著相對於該等綠色濾光片層CFG對角配置該等紅色濾光片層CFR及該等藍色濾光片層CFB。
舉例而言，藉由(舉例而言)使用旋轉塗佈或任何其他塗佈方法施加含有一著色顏料及一光阻樹脂之一塗敷液體形成一塗佈薄膜且藉由使用微影術圖案化該塗佈薄膜而形成該等濾光片層CFR、CFG及CFB之每一者。
如上文描述，該彩色濾光片傳輸具有不同顏色之光通量，其傳輸方式使得沿水平方向x及垂直方向y配置之相鄰像素P接收不同顏色的光通量。
該彩色濾光片CF不一定係一RGB原色濾光片但或者可係由黃色濾光片層、品紅色濾光片層、青色濾光片層形成之一互補彩色濾光片。
(h)　晶載透鏡ML及透鏡材料層140
該等晶載透鏡ML在該像素陣列區域PA中設置在該多層配接線層111上方，其等之間具有該鈍化薄膜120、該平坦化薄膜130及該彩色濾光片CF，如圖5中展示。該等晶載透鏡ML經設置使得其等對應於該像素陣列區域PA中之該等像素P且藉由處理該透鏡材料薄膜140而形成。
該等晶載透鏡ML之每一者係中凸向上突出之一凸透鏡且使該入射光H聚焦在對應光電二極體21上。即，該等晶載透鏡ML之每一者如此形成使得中心處之厚度在垂直於該光接收表面JS之一方向z上大於邊緣處之厚度。
沒有晶載透鏡ML設置在該周邊區域SA中，且形成該像素陣列區域PA中之該等晶載透鏡ML之該透鏡材料薄膜140設置在該多層配接線層111上方，其等之間具有該鈍化薄膜120及該平坦化薄膜130，如圖6中展示。在對應於電連接至一外部組件之該襯墊電極111P之表面之部分中穿過該透鏡材料薄膜140形成該開口KK。
舉例而言，該等晶載透鏡ML及該透鏡材料薄膜140由一樹脂或任何其他適宜有機材料製成。
在上文描述中，該等晶載透鏡ML直接形成在該彩色濾光片CF上但其等不一定以此方式形成。當該彩色濾光片CF之形成產生大階梯時，提供另一平坦化薄膜(圖中未展示)以平坦化該等階梯，且該等晶載透鏡ML可形成在因此平坦化的表面上。此外，在上文描述中，該等晶載透鏡ML如此形成使得該等晶載透鏡ML之每一者之中心與對應光接收表面JS之中心重合，但該等晶載透鏡不一定以此方式形成。
(i)　抗反射薄膜150
在該像素陣列區域PA中，該抗反射薄膜150經設置使得其覆蓋該等晶載透鏡ML及該透鏡材料薄膜140之上表面，如圖5中展示。
在該周邊區域SA中，該抗反射薄膜150經設置使得其覆蓋該透鏡材料薄膜140之上表面，如圖6中展示。在對應於電連接至一外部組件之該襯墊電極111P之表面之部分中穿過該抗反射薄膜150形成該開口KK。
該抗反射薄膜150阻止該入射光H被反射離開該等晶載透鏡ML及該透鏡材料薄膜140之表面，如圖5及圖6中展示。即，適當選擇該抗反射薄膜150之材料及厚度使得光學干涉提供一抗反射功能。
一般而言，該抗反射薄膜150由具有比該等晶載透鏡ML之折射率更低之一折射率之一材料製成。舉例而言，該抗反射薄膜150由氧化矽(折射率n=1.4)製成。該抗反射薄膜150或者可藉由堆疊具有不同折射率之複數層而形成。可適當考慮期望效能、成本及其他因素形成該抗反射薄膜150。
(j)　其他
圖10A至圖10C係繪示根據本發明之實施例當自一像素P讀取一信號時供應至相關組件之脈衝信號之時序圖。圖10A展示輸入至該選擇電晶體24之閘極之選擇信號(SEL)。圖10B展示輸入至該重設電晶體25之閘極之重設信號(RST)。圖10C展示輸入至該傳送電晶體22之閘極之傳送信號(TG)(參見圖4)。
如圖10A至圖10C中展示，該選擇信號(SEL)首先在一第一時間點t1處自一低位準改變至一高位準使得接通該選擇電晶體24(參見圖4)。接著該重設信號(RST)在一第二時間點t2處自一低位準改變至一高位準使得接通該重設電晶體25(參見圖4)，該重設電晶體25重設該放大電晶體23(參見圖4)之閘極之電位。
接著該重設信號(RST)在一第三時間點t3處自該高位準改變至該低位準使得關斷該重設電晶體25。接著讀取對應於重設位準之一電壓作為一輸出信號，該輸出信號被發送至該行電路(圖中未展示)。
接著該傳送信號(TG)在一第四時間點t4處自一低位準改變至一高位準使得接通該傳送電晶體22，該傳送電晶體22允許該光電二極體21中累積的信號電荷被傳送至該放大電晶體23之閘極。
接著該傳送信號(TG)在一第五時間點t5處自該高位準改變至該低位準使得關斷該傳送電晶體22。接著讀取對應於根據所累積信號電荷量之一信號位準之一電壓作為一輸出信號，該輸出信號被傳送至該行電路(圖中未展示)。
在該行電路(圖中未展示)中，較早讀取之該重設位準及稍後讀取之該信號位準經歷一減法過程，且累積所得信號。以此方式，舉例而言，消除因與該等像素P之每一者相關聯之該等電晶體之每一者之Vth之改變引起之固定圖案雜訊。
如上文描述，同時驅動沿水平方向x呈每一列配置之該等像素P，這是因為與該等像素P相關聯之該等電晶體22、24及25之閘極以列為基礎連接。即，以一水平線(像素列)為基礎在垂直方向上依序選擇該等像素P。
接著多個時序信號控制與該等像素P之每一者相關聯之該等電晶體，藉此經由該垂直信號線27將來自該像素P之一輸出信號讀取至該行電路(圖中未展示)。以行為基礎執行此操作。接著累積在該行電路(圖中未展示)中之該等信號由該水平驅動電路(圖中未展示)依序選擇且被輸出至該外部輸出電路(圖中未展示)。
(B)　製造方法
下文將描述一種用於製造上文描述之該固態成像器件1之方法之關鍵步驟。
圖11A、圖11B、圖12C、圖12D及圖13E展示在根據本發明之實施例之用於製造該固態成像器件1之方法之步驟中形成之一關鍵部分。
圖11A、圖11B、圖12C、圖12D及圖13E依序展示暴露該固態成像器件1之一襯墊電極111P之表面之部分之步驟(a)、(b)、(c)、(d)及(e)。該等圖之每一者係展示形成有該襯墊電極111P之該固態成像器件1之該周邊區域SA之部分之一橫截面圖。即，該等圖之每一者係沿圖2中展示之線X1b-X2b截取之一橫截面圖，如圖6中展示。此外，該等圖之每一者選擇性展示形成有該襯墊電極111P之部分上方之一部分。
(a)　襯墊電極111P及其他組件之形成
首先形成該襯墊電極111P及其他組件，如圖11A中展示。
在以下描述中，該襯墊電極111P設置在該周邊區域SA中，如圖11A中展示。明確言之，在形成一金屬薄膜之後，圖案化該金屬薄膜以形成該襯墊電極111P。接著提供該以碳為主的無機薄膜300使得其覆蓋該等襯墊電極111P之每一者之上表面。接著該鈍化薄膜120、該平坦化薄膜130、該透鏡材料薄膜140及該抗反射薄膜150依序設置在該等襯墊電極111P之上表面上使得其等覆蓋該等襯墊電極111P。
舉例而言，在以下條件下形成上文描述之該等組件。
[襯墊電極111P]
-材料：鋁或鋁合金
-厚度：300奈米至1200奈米(取決於器件效能)
[以碳為主的無機薄膜300]
-材料：石墨、石墨烯、碳奈米管或類金剛石碳(非晶碳)
-厚度：10奈米至50奈米(或當使用石墨烯時對應於一單一碳元素之厚度)
[鈍化薄膜120]
-材料：氮化矽(Six Ny )或任何其他適宜材料
-厚度：200奈米至800奈米(取決於組合物)
[平坦化薄膜130]
-材料：丙烯酸樹脂或環氧樹脂
-厚度：50奈米至800奈米(取決於組合物、材料及形狀)
[透鏡材料薄膜140]
-材料：丙烯酸樹脂或環氧樹脂
-厚度：200奈米至2000奈米(取決於組合物及材料)
[抗反射薄膜150]
-材料：氧化矽(SiO2 )或任何其他適宜材料
-厚度：50奈米至250奈米(取決於組合物及材料)
雖然圖11A中未展示，但最上層中之該等配接線111h以及該襯墊電極111P形成在該像素陣列區域PA中，如圖5中展示。形成該鈍化薄膜120及該平坦化薄膜130之後，該彩色濾光片CF形成在該平坦化薄膜130之上表面上。接著形成該透鏡材料薄膜140使得其覆蓋該彩色濾光片CF，該透鏡材料薄膜140之部分經處理成為該等晶載透鏡ML。舉例而言，藉由使用一回焊方法、一回蝕方法、一壓印方法或任何其他適宜形成方法來形成該等晶載透鏡ML。此後，設置該抗反射薄膜150使得其覆蓋該等晶載透鏡ML及該透鏡材料薄膜140。
(b)　光阻薄膜PR之形成
接著形成該光阻薄膜PR，如圖11B中展示。
在此描述中，藉由使用旋轉塗佈來施加一光阻材料而形成一光阻薄膜PR，其施加方式使得其覆蓋該抗反射薄膜150之上表面，如圖11B中展示。
(c)　抗蝕圖案RP之形成
接著形成一抗蝕圖案RP，如圖12C中展示。
在此描述中，藉由圖案化該光阻薄膜PR(參見圖11B)而形成該抗蝕圖案RP。明確言之，藉由在暴露之該襯墊電極111P之每一者之上表面之該部分(參見圖6)上方設置一開口KK1而形成該抗蝕圖案RP。
舉例而言，形成該抗蝕圖案RP使得該開口KK1之側表面垂直於該成像表面(xy平面)，如圖12C中展示。或者可形成該抗蝕圖案RP使得該開口KK1之側表面相對於該成像表面(xy平面)傾斜或呈錐形。當蝕刻複數個薄膜時，該抗蝕圖案RP較佳具有錐形開口，這是因為其之所得形狀具有一相對小的側面蝕刻量。
(d)　設置在以碳為主的無機薄膜300之上表面上之組件之蝕刻
接著蝕刻設置在該等以碳為主的無機薄膜300之每一者之上表面上之組件直到暴露該以碳為主的無機薄膜300之表面之部分，如圖12D中展示。
在此描述中，該抗蝕圖案RP在一乾式蝕刻過程中用作為一遮罩以移除該抗反射薄膜150、該透鏡材料薄膜140、該平坦化薄膜130及該鈍化薄膜120使得暴露該以碳為主的無機薄膜300之表面之部分。
舉例而言，藉由使用一以氟(F)為主的蝕刻氣體(包含CF4 、C2 F6 、C3 F8 、CHF3 及SF6 之至少一者)來乾式蝕刻上文描述的該等組件。可利用氧氣(O)、氬(Ar)及適當引入之任何其他適宜氣體來執行乾式蝕刻。上文描述的該等氣體被轉換成電漿以形成與待蝕刻之該抗反射薄膜150及其他薄膜化學反應之活性離子或基團，藉此蝕刻該薄膜。
在如此執行的乾式蝕刻過程中，蝕刻該抗反射薄膜150、該透鏡材料薄膜140、該平坦化薄膜130及該鈍化薄膜120。即，移除對應於穿過該抗蝕圖案RP形成之該開口KK1(參見圖12C)之底部之該抗反射薄膜150、該透鏡材料薄膜140、該平坦化薄膜130及該鈍化薄膜120之部分，藉此穿過上文描述的該等組件形成一第二開口KK2。
舉例而言，在以下條件下藉由使用一ICP蝕刻器執行該乾式蝕刻。
-氣體壓力：0.3帕至2.0帕
-氣體流動速率：
O2 ：50 scc至500 scc
CHF3 ：0 scc至50 scc
CF4 ：30 scc至400 scc
Ar：0 scc至30 scc
-放電(電漿)功率：500瓦至2000瓦
-偏壓功率20瓦至500瓦
在該乾式蝕刻過程中以一極低速率蝕刻該鈍化薄膜120下方之該以碳為主的無機薄膜300。因此該以碳為主的無機薄膜300作用為一蝕刻止擋器，藉此該乾式蝕刻將不前進更遠。
在上文描述之該乾式蝕刻過程中，可全部一起或分開移除待蝕刻之該複數個薄膜。
為進一步增加上文描述之該乾式蝕刻過程中之蝕刻精度，可較佳藉由使用一端點偵測器(EPD)來偵測一端點。舉例而言，定位在該以碳為主的無機薄膜300上方使得其等被蝕刻之該等薄膜由無機氮化矽製成。因此，可能藉由監測自產生於待蝕刻之該等薄膜之一以矽為主的氣體發射個光來準確偵測一端點且終止該乾式蝕刻過程。
(e)　抗蝕圖案RP及以碳為主的無機薄膜300之部分之移除
接著移除該抗蝕圖案RP及該以碳為主的無機薄膜300之部分，如圖13E中展示。
在此描述中，藉由執行基於O2 電漿之灰化自該抗反射薄膜150之上表面移除該抗蝕圖案RP。該以碳為主的無機薄膜300之部分與該抗蝕圖案RP同時被移除。
明確言之，根據以下反應自該襯墊電極111P之表面之部分移除該以碳為主的無機薄膜300，藉此穿過該以碳為主的無機薄膜300形成該開口KK。
C+O*→CO　(3)
C+2O*→CO2 　(4)
因此，該襯墊電極111P暴露在已形成有該開口KK之部分中。
此後，該等導線502電連接至該等襯墊電極111P之暴露表面，如圖1中展示，藉此該固態成像器件1電連接至該基板501。
(C)概述
如上文描述，在本實施例中，接收入射光H之該等像素P形成在該基板101之該像素陣列區域PA中(像素形成步驟)。此外，該等襯墊電極111P形成在定位在該基板101之該像素陣列區域PA周圍之該周邊區域SA中(襯墊電極形成步驟)。在本實施例中，該等襯墊電極111P由鋁或一鋁合金製成。接著該以碳為主的無機薄膜300形成在包含電連接至一外部組件之連接表面之該等襯墊電極111P之每一者之上表面上(以碳為主的無機薄膜形成步驟)。在本實施例中，該以碳為主的無機薄膜300由石墨、石墨烯、碳奈米管及類金剛石碳(非晶碳)之至少一者製成。接著形成該鈍化薄膜120、該平坦化薄膜130、該透鏡材料薄膜140、該抗反射薄膜150及其他塗佈薄膜使得其等覆蓋該以碳為主的無機薄膜300之上表面(塗佈薄膜形成步驟)(參見圖11A)。此後，在該等襯墊電極111P之每一者之該連接表面上方形成該開口KK以暴露該連接表面(開口形成步驟)(參見圖11B至圖13E)。
在本實施例中，為形成該開口KK，首先形成該抗蝕圖案RP(抗蝕圖案形成步驟)。在本實施例中，該抗蝕圖案RP形成在該抗反射薄膜150之上表面上使得該抗蝕圖案RP具有對應於該等襯墊電極111P之該等連接表面之開口且覆蓋除了該等連接表面之外的部分(參見圖11B及圖12C)。接著該抗蝕圖案RP用作為一遮罩且該等以碳為主的無機薄膜300用作為蝕刻止擋薄膜以蝕刻該抗反射薄膜150及其他塗佈薄膜。因此暴露對應於該等襯墊電極111P之該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜300之該等上表面之部分(蝕刻步驟)(參見圖12D)。在本實施例中，藉由使用一以氟(F)為主的蝕刻氣體(包含CF4 、C2 F6 、C3 F8 、CHF3 及SF6 之至少一者)來執行蝕刻。接著對該抗蝕圖案RP及對應於該等襯墊電極111P之該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜300之該等部分執行灰化使得其等同時被移除(灰化步驟)(參見圖13E)。
如上文描述，在本實施例中，因為在該乾式蝕刻過程中用該等以碳為主的無機薄膜300覆蓋該等襯墊電極111P之待暴露之該等連接表面，所以該以氟(F)為主的蝕刻氣體不直接與待暴露之該等連接表面接觸。因此，在該等襯墊電極111P之該等連接表面上沒有鋁與氟(F)之化合物(AlFx )，藉此該等襯墊電極111P之該等連接表面不受污染。
在本實施例中，該等襯墊電極111P之每一者之連接表面因此充分地建立與組態為一連接構件(諸如導線結合)之一電供應金屬之歐姆接觸，藉此該固態成像器件正常進行操作。
此外，在本實施例中，不一定清洗該等襯墊電極111P之該等連接表面。除此之外，在本實施例中，可執行灰化以同時移除該抗蝕圖案及對應於該等襯墊電極111P之該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜300之該等部分。此外，在本實施例中，當執行乾式蝕刻時，藉由監測蝕刻該抗反射薄膜150及其他塗佈薄膜時產生之一氣體來偵測該乾式蝕刻過程中之一端點。因此在本實施例中可有效製造該器件。
此外，在本實施例中，該以碳為主的無機薄膜300形成在除了電連接至一外部組件之連接表面之外之該等襯墊電極111P之每一者之上表面上。設置該以碳為主的無機薄膜300以阻止該入射光H被反射離開該襯墊電極111P之表面。在本實施例中，因此可改良所擷取影像之品質。
將參考圖式描述以上有利效應。
圖14展示不具有設置在該等襯墊電極111P之每一者之表面上之以碳為主的無機薄膜300之一固態成像器件1J之一整體組態。圖14係一俯視圖，與圖2中一樣。
圖15A及圖15B圖形展示該入射光H入射在兩種類型的固態成像器件上之狀態。圖15A展示該入射光H入射在不具有設置在該等襯墊電極111P之每一者之表面上之以碳為主的無機薄膜300之該固態成像器件1J(圖14中展示)上之一狀態。相反，圖15B展示該入射光H入射在具有設置在該等襯墊電極111P之每一者之表面上之該以碳為主的無機薄膜300之該固態成像器件1(根據圖2中展示之本實施例)上之一狀態。
當沒有以碳為主的無機薄膜300覆蓋如圖14中展示之該等襯墊電極111P之每一者時，該入射光H被反射離開該等襯墊電極111P，如圖15A中展示。在此情況中，因此可發生稱為一幻象現象之現象，且所擷取影像之品質在一些情況中可降低。
相反，當該等以碳為主的無機薄膜300覆蓋根據本實施例之該固態成像器件1中之該等襯墊電極111P時，該入射光H將不被反射離開該等襯墊電極111P，如圖15B中展示。
在本實施例中，將不發生稱為一幻象現象之現象，藉此可改良所擷取影像之品質。
該以碳為主的無機薄膜300較佳由石墨或任何其他適宜導電材料製成。在此情況中，在該等襯墊電極111P中將不發生「電遷移現象」，藉此可改良配接線之可靠性。
將參考圖式描述以上有利效應。
圖16圖形展示電流流過根據本發明之該實施例中之一襯墊電極111P之一狀態。圖16係沿圖2中展示之線X1b-X2b截取之與圖6中一樣之一橫截面圖且展示在該固態成像器件1之該周邊區域SA中形成有該襯墊電極111P之部分。圖16選擇性展示圖6中形成有該襯墊電極111P之部分上方之一部分。
如圖16中展示，一導線502結合至已透過該開口KK暴露之該襯墊電極111P之表面，且透過該導線502供應之電流流過該襯墊電極111P。
在此情況中，其中形成該襯墊電極111P之鋁原子與電子碰撞且移動鋁原子造成斷開之「電遷移現象」在一些情況中可發生。該「電遷移現象」通常傾向於發生在一絕緣物件與該襯墊電極111P之間之界面處，這是因為此處之活化能低。然而，在本實施例中，該以碳為主的無機導電薄膜300設置在該襯墊電極111P與該絕緣鈍化薄膜120之間。因此，不僅電流擴展，而且該襯墊電極111P不與該絕緣鈍化薄膜120直接接觸。在本實施例中，因此將不發生「電遷移現象」，藉此可改良配接線之可靠性。
此外，在本實施例中，因為該以碳為主的無機薄膜300設置在該等襯墊電極111P之每一者之上表面上，所以將不發生「電遷移現象」，藉此可改良配接線之可靠性。
當一力作用在由鋁或任何其他金屬材料製成之該等襯墊電極111P之任一者上時，該襯墊電極111P由於一些情況(「電遷移現象」)中之剪應力可破裂。然而，在本實施例中，該以碳為主的無機薄膜300作用為該等襯墊電極111P之每一者之上表面上之一緩衝層，藉此沒有力直接作用在該襯墊電極111P上。在本實施例中，因此將不發生「電遷移現象」，藉此可改良配接線之可靠性。
除了上文之外，當該以碳為主的無機薄膜300由類金剛石碳或具有高導熱率之任何其他材料製成時，在該固態成像器件1中產生的熱有效傳送至該基板501(參見圖1及其他圖)。因此可改良配接線之可靠性。
在本實施例中，為自該等襯墊電極111P之每一者之表面之部分移除該以碳為主的無機薄膜300，實行一基於O2 電漿之蝕刻步驟。O2 電漿使一半導體晶圓之前表面親水。在以下後表面拋光步驟中，其中首先移除保護該晶圓之該前表面之一前表面保護帶，該晶圓之該親水前表面允許容易分開該前表面保護帶且大大減小產生於該前表面保護帶之殘留黏合劑之量。因為可大大減小殘留黏合劑之量，所以可改良器件之產出。
此外，當執行基於O2 電漿之灰化時，該等襯墊電極(由鋁或鋁合金製成)之每一者之表面被氧化。該氧化表面不允許進行鋁晶粒上之氧化但允許進行晶粒邊界處之氧化。該晶粒邊界處之氧化之進行加強該晶粒邊界。在以下晶片分裂步驟中，其中該晶圓沉浸在低電阻率純水中達一長時期，含有銅(Cu)、鈦(Ti)、銀(Ag)、矽(Si)及其他異質金屬之鋁合金由於一電池效應而腐蝕。即，任何基礎金屬熔化。舉例而言，當含有銅及鋁時，鋁熔化，這是因為鋁係一基礎金屬。在本實施例中，因為該基於O2 電漿之灰化步驟係最後的晶圓處理步驟，所以過量的且沿該晶粒邊界沈積之該等異質金屬之任一者或鋁與該等異質金屬之任一者之一合金形成一厚氧化物薄膜。即，因為該厚氧化物薄膜阻止該鋁合金與該純水接觸，所以不發生電池效應或腐蝕。因此，一導線以更為滿意的方式結合至該電極，藉此在本實施例中改良該導線之可靠性。
為實行本發明，不一定利用上文描述之該實施例，但可利用任何其他種類的變體。
舉例而言，一光導(圖中未展示)可設置在該等光電二極體21之每一者之該光接收表面JS與對應晶載透鏡ML之間。由該晶載透鏡ML聚焦之該入射光H透過該光導導向至該光接收表面JS。在此情況中，可形成由製成該光導之一材料製成之一薄膜，且當形成該等開口KK時，可乾式蝕刻該周邊區域SA中由製成該光導之材料製成之該薄膜。
此外，已參考由4個電晶體(傳送電晶體、放大電晶體、選擇電晶體及重設電晶體)形成像素電晶體之情況描述上文實施例，但不一定以此方式形成該像素電晶體。
此外，已參考該固態成像器件係一CMOS影像感測器之情況描述上文實施例，但該固態成像器件並不限於一CMOS影像感測器而可係一CCD影像感測器。
此外，已參考本發明應用於一相機之情況描述上文實施例。本發明亦可應用於其他裝置。舉例而言，本發明可應用於一掃描器、一影印機及包含一固態成像器件之其他電子裝置。
在上文描述的實施例中，該固態成像器件1對應於根據本發明之固態成像器件。此外，在上文描述的實施例中，該等像素P對應於根據本發明之像素。此外，在上文描述的實施例中，該基板101對應於根據本發明之基板。此外，在上文描述的實施例中，該像素陣列區域PA對應於根據本發明之像素陣列區域。此外，在上文描述的實施例中，該周邊區域SA對應於根據本發明之周邊區域。此外，在上文描述的實施例中，該等襯墊電極111P對應於根據本發明之襯墊電極。此外，在上文描述的實施例中，該等以碳為主的無機薄膜300對應於根據本發明之以碳為主的無機薄膜。此外，在上文描述的實施例中，該鈍化薄膜120、該平坦化薄膜130、該透鏡材料薄膜140及該抗反射薄膜150對應於根據本發明之該等塗佈薄膜。此外，在上文描述的實施例中，該抗蝕圖案RP對應於根據本發明之抗蝕圖案。此外，在上文描述的實施例中，該鈍化薄膜120對應於根據本發明之鈍化薄膜。此外，在上文描述的實施例中，該平坦化薄膜130對應於根據本發明之平坦化薄膜。此外，在上文描述的實施例中，該透鏡材料薄膜140對應於根據本發明之透鏡材料薄膜。此外，在上文描述的實施例中，該等晶載透鏡ML對應於根據本發明之晶載透鏡。此外，在上文描述的實施例中，該抗反射薄膜150對應於根據本發明之抗反射薄膜。此外，在上文描述的實施例中，該相機40對應於根據本發明之電子裝置。
本發明含有與2010年10月4日在日本專利局申請之日本優先專利申請案JP 2010-225090中揭示的主旨相關之主旨，該案之全文內容以引用方式併入本文中。
熟習此項技術者應瞭解取決於設計要求及其他因素可發生各種修改、組合、子組合及更改，只要其等在隨附申請專利範圍或其等之等效物之範圍內。
1．．．固態成像器件
1J．．．固態成像器件
21．．．光電二極體
22．．．傳送電晶體
23．．．放大電晶體
24．．．選擇電晶體
25．．．重設電晶體
26．．．傳送線
27．．．垂直信號線
28．．．位址線
29．．．重設線
40．．．相機
42．．．光學系統
43．．．控制電路單元
44．．．信號處理電路單元
101．．．基板
111．．．多層配接線層
111P．．．襯墊電極
111h．．．配接線
111z．．．絕緣層
120．．．鈍化薄膜
130．．．平坦化薄膜
140．．．透鏡材料薄膜
150．．．抗反射薄膜
300．．．以碳為主的無機導電薄膜
421a．．．透鏡
421b．．．透鏡
422．．．透鏡固持器
423．．．IR截止濾波器
501．．．基板
502．．．導線
503．．．蓋罩
CF．．．彩色濾光片
CFB．．．藍色濾光片層
CFG．．．綠色濾光片層
CFR．．．紅色濾光片層
DM．．．蝕刻損壞部分
EPD．．．端點偵測器
FD．．．浮動擴散節點
H．．．入射光
JS．．．光接收表面
KK．．．開口
KK1．．．開口
KK2．．．開口
ML．．．晶載透鏡
P．．．像素
PA．．．像素陣列區域
PR．．．光阻薄膜
PS．．．成像表面
RP．．．抗蝕圖案
RST．．．重設信號
SA．．．周邊區域
SEL．．．選擇信號
TG．．．傳送信號
Tr．．．像素電晶體
Vdd．．．電源供應線
圖1係展示根據本發明之一實施例之一相機之組態之一圖；
圖2展示根據本發明之實施例之一固態成像器件之一整體組態；
圖3展示根據本發明之實施例之固態成像器件之一關鍵部份；
圖4展示根據本發明之實施例之固態成像器件之一關鍵部分；
圖5展示根據本發明之實施例之固態成像器件之一關鍵部分；
圖6展示根據本發明之實施例之固態成像器件之一關鍵部分；
圖7展示非晶碳薄膜之分類；
圖8A及圖8B圖形展示根據本發明之實施例製成一以碳為主的無機薄膜之以碳為主的無機材料之結構；
圖9展示根據本發明之實施例之一彩色濾光片CF；
圖10A至圖10C係繪示根據本發明之實施例中當自一像素P讀取一信號時供應至相關組件之脈衝信號之時序圖；
圖11A及圖11B展示根據本發明之實施例之用於製造固態成像器件之一方法中之步驟中形成之一關鍵部分；
圖12C及圖12D展示根據本發明之實施例之用於製造固態成像器件之方法中之步驟中形成之關鍵部分；
圖13E展示根據本發明之實施例之用於製造固態成像器件之方法中之一步驟中形成之關鍵部分；
圖14展示不具有設置在每一襯墊電極之表面上之以碳為主的無機薄膜之一固態成像器件之一整體組態；
圖15A及圖15B圖形展示入射光H入射在兩種類型的固態成像器件上之狀態；
圖16圖形展示電流流過根據本發明之實施例中之一襯墊電極之一狀態；
圖17A及圖17B展示製造一固態成像器件之關鍵步驟；
圖18C及圖18D展示製造該固態成像器件之其他關鍵步驟；
圖19A至圖19C展示由不適當清洗引起之一襯墊電極之表面；
圖20A至圖20C展示該襯墊電極之表面隨時間之變化；及
圖21A至圖21C展示對一污染物之成份分析之結果。
(無元件符號說明)

Claims (9)

  1. 一種用於製造一固態成像器件之方法，該方法包括：在一基板之一像素陣列區域中形成接收入射光之像素；在定位在該基板之該像素陣列區域周圍之一周邊區域中形成襯墊電極；在包含電連接至一外部組件之一連接表面之該等襯墊電極之每一者之一上表面上形成一以碳為主的無機薄膜；形成覆蓋該等以碳為主的無機薄膜之上表面之一塗佈薄膜；及在該等襯墊電極之每一者之該連接表面上方形成一開口以暴露該連接表面，其中該開口形成包含：在該塗佈薄膜之一上表面上形成一抗蝕圖案，該抗蝕圖案具有對應於該等連接表面之開口且覆蓋除了該等連接表面之外的部分；藉由將該抗蝕圖案用作為一遮罩及將該等以碳為主的無機薄膜用作為蝕刻止擋薄膜來蝕刻該塗佈薄膜以暴露對應於該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜之該等上表面之部分；及對該抗蝕圖案及對應於該等連接表面之該等以碳為主的無機薄膜之部分執行灰化以同時移除該抗蝕圖案及該等部分。
  2. 如請求項1之用於製造一固態成像器件之方法，其中在該襯墊電極形成中，利用鋁或一鋁合金形成該等襯墊電極，在該以碳為主的無機薄膜形成中，該等以碳為主的無機薄膜由石墨、石墨烯、碳奈米管及類金剛石碳(非晶碳)之至少一者製成，且在該開口形成及該蝕刻中，藉由使用含有CF4 、C2 F6 、C3 F8 、CHF3 及SF6 之至少一者之一以氟為主的蝕刻氣體來執行該蝕刻。
  3. 如請求項2之用於製造一固態成像器件之方法，其中該塗佈薄膜形成包含以一使得一鈍化薄膜覆蓋該等以碳為主的無機薄膜之該等上表面之方式來形成該鈍化薄膜作為該塗佈薄膜。
  4. 如請求項3之用於製造一固態成像器件之方法，其中該塗佈薄膜形成包含以一使得一平坦化薄膜覆蓋該鈍化薄膜之一上表面之方式來形成該平坦化薄膜作為該塗佈薄膜。
  5. 如請求項4之用於製造一固態成像器件之方法，其中該塗佈薄膜形成包含形成一透鏡材料薄膜作為該平坦化薄膜之一上表面上之該塗佈薄膜，且該方法進一步包括在實行該開口形成之前將該像素陣列區域中之該透鏡材料薄膜處理至晶載透鏡中。
  6. 如請求項5之用於製造一固態成像器件之方法，其中該塗佈薄膜形成包含形成一抗反射薄膜作為該透鏡材料薄膜之一上表面上之該塗佈薄膜。
  7. 如請求項6之用於製造一固態成像器件之方法，其中在該開口形成中之該蝕刻中，藉由監測蝕刻該等塗佈薄膜時產生之一氣體來偵測該蝕刻中之一端點。
  8. 一種固態成像器件，其包括：一基板，其具有設置在一像素陣列區域中之接收入射光之像素；襯墊電極，其等形成在定位在該基板之該像素陣列區域周圍之一周邊區域中；一以碳為主的無機薄膜，其形成在該等襯墊電極之每一者之一上表面上但除了電連接至一外部組件之一連接表面之外；及一塗佈薄膜，其覆蓋該等以碳為主的無機薄膜之上表面且具有形成在該等襯墊電極之該等連接表面上方之開口。
  9. 一種電子裝置，其包括：一基板，其具有設置在一像素陣列區域中之接收入射光之像素；襯墊電極，其等形成在定位在該基板之該像素陣列區域周圍之一周邊區域中；一以碳為主的無機薄膜，其形成在該等襯墊電極之每一者之一上表面上但除了電連接至一外部組件之一連接表面之外；及一塗佈薄膜，其覆蓋該等以碳為主的無機薄膜之上表面且具有形成在該等襯墊電極之該等連接表面上方之開口。
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