TWI581413B - 影像感測元件的光管的製造方法 - Google Patents

影像感測元件的光管的製造方法 Download PDF

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Description

影像感測元件的光管的製造方法
本發明是有關於一種影像感測元件的製造方法，且特別是有關於一種影像感測元件的光管的製造方法。
利用半導體製程製作的影像感測元件可用來感測投射至半導體基底的光線，例如互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)等。上述影像感測元件利用感測單元陣列來接收光能量並轉換為數位資料。
然而，由於影像感測元件的畫素尺寸不斷微縮，在藉由現有的微影製程與蝕刻製程來形成可增加影像感測元件的光效率(optical efficiency)的光管時，為了避免內連線結構在製造光管的過程中造成損傷，在製程上必須考慮對準的問題，因此光管需要適當微縮，進而使得影像感測元件無法收集足夠的光而導致光效率降低，且未收集到至光管的光亦可能會因為折射在相鄰兩個感測單元之間產生干擾，而降低顏色鑑別效率(color discrimination efficiency)。
本發明提供一種影像感測元件的光管的製造方法，其可有效地提高影像感測元件的光效率及顏色鑑別效率。
本發明提出一種影像感測元件的光管的製造方法，包括下列步驟。提供基底。基底包括畫素區與周邊電路區。在基底中已形成有光感測區。光感測區位於畫素區中。在基底上形成介電層。在介電層中已形成有內連線結構與擋光金屬層。擋光金屬層位於內連線結構上方，且擋光金屬層具有暴露出光感測區的開口。以擋光金屬層為罩幕，移除由開口所暴露出的部分介電層，以在介電層中形成光管。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，光感測區例如是光二極體。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，內連線結構的形成方法例如是金屬鑲嵌法或組合使用沉積製程、微影製程與蝕刻製程而形成。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，擋光金屬層的形成方法例如是金屬鑲嵌法或組合使用沉積製程、微影製程與蝕刻製程而形成。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，更包括在移除部分介電層之前，於介電層上形成暴露出畫素區且覆蓋周邊電路區的圖案化光阻層。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，形成圖案化光阻層所使用的曝光機台例如是使用I-line、KrF或ArF作為曝光光源的曝光機台。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，部分介電層的移除方法例如是乾式蝕刻法。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，更包括在光管的表面上共形地形成氧化物層。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，更包括在氧化物層上形成保護層。
依照本發明的一實施例所述，在影像感測元件的光管的製造方法中，在基底中已形成有多個隔離區，且光感測區位於隔離區之間。
基於上述，在本發明所提出的影像感測元件的光管的製造方法中，由於使用擋光金屬層作為罩幕而能夠以自對準(self-aligned)的方式形成光管，使得所形成的光管的尺寸大於以非自對準方式所形成的光管的尺寸，因此可捕捉與聚集更大量的入射光，進而提高光效率，且可提高顏色鑑別效率。此外，藉由自對準的方式在光感測區上方形成光管，不會產生對不準的問題且可降低所使用的光罩的線寬等級。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1D為本發明一實施例的影像感測元件的光管的製造流程剖面圖。圖2為圖1B的上視圖，其中圖1B為沿著圖2中的I-I’剖面線的剖面圖。在此實施例中，影像感測元件例如是互補式金氧半導體影像感測器。
請參照圖1A，提供基底100。基底100包括畫素區R1與周邊電路區R2(如圖1B與圖2所示)。在基底100中已形成有光感測區102。光感測區102例如是光二極體。光感測區102位於畫素區R1中。此外，在基底100中亦可已形成有多個隔離區104，光感測區102位於隔離區104之間。隔離區104例如是淺溝渠隔離結構。
在基底100上形成介電層106。介電層106的材料例如是氧化矽或含磷四乙氧基矽烷(P-TEOS)。在圖1A中，雖然介電層106是以繪示為單層來進行說明，但介電層106實際上可為多層結構。介電層106的形成方法例如是化學氣相沉積法。
介電層106中已形成有內連線結構108與擋光金屬層110。內連線結構108可用於電性連接至半導體元件或外部電源。在此實施例中，內連線結構108是以包括第一層金屬層108a、第二層金屬層108b與第三層金屬層108c為例來進行說明，然而本發明並不以此為限，所屬技術領域具有通常知識者可依照實際的產品設計需求來決定內連線結構108的金屬層層數。內連線結構108的材料例如是銅、鋁或鎢。內連線結構108的形成方法例如是金屬鑲嵌法或組合使用沉積製程、微影製程與蝕刻製程而形成。
擋光金屬層110位於內連線結構108上方，且擋光金屬層110具有暴露出光感測區102的開口112。在後續形成光管之後，擋光金屬層110可用以防止預定進入特定感測單元的入射光打到另一個感測單元，以抑制光干擾的情況產生。擋光金屬層110可在形成周邊電路區R2的內連線金屬層的同一道製程中同時形成，因此不需額外的金屬製程即可形成，進而可降低製程複雜度，但本發明並不以此為限。在此實施例中，擋光金屬層110例如是與周邊電路區R2的內連線結構的最上層的金屬層同時形成。在其他實施例中，擋光金屬層110亦可由單獨的金屬製程所形成。擋光金屬層110的材料例如是銅、鋁或鎢。擋光金屬層110的形成方法例如是金屬鑲嵌法或組合使用沉積製程、微影製程與蝕刻製程而形成。
請同時參照圖1B與圖2，可在介電層106上形成暴露出畫素區R1且覆蓋周邊電路區R2的圖案化光阻層114。圖案化光阻層114可在後續形成光管的製程中用以保護周邊電路區R2。圖案化光阻層114的形成方法例如是進行微影製程而形成。形成圖案化光阻層114所使用的曝光機台例如是使用I-line、KrF或ArF作為曝光光源的曝光機台。此外，由於本實施例的圖案化光阻層114是暴露出大範圍的畫素區R1，而非如同習知技術的圖案化光阻層只暴露出用以形成光管的小範圍區域，因此使用I-line作為曝光光源的曝光機台亦可用於本實施例中，進而能夠降低生產成本。
以圖案化光阻層114與擋光金屬層110為罩幕，移除由開口112所暴露出的部分介電層106，以在介電層106中形成光管116。在此實施例中，開口112亦可作為光管116的一部分。此外，在形成光管116的過程中，可能會消耗掉部分的擋光金屬層110。
另外，擋光金屬層110的開口112的數量是對於應於光感測區102的數量來進行設計。在此實施例中，擋光金屬層110的開口112的數量雖然是以16個為例來進行說明，然而本發明並不此為限，只要開口112的數量為一個以上即屬於本發明所保護的範圍。部分介電層106的移除方法例如是乾式蝕刻法。此外，擋光金屬層110的開口112的上視形狀是以八角型為例來進行說明，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，開口112的上視形狀亦可為圓形或橢圓形。
在圖1B中，雖然光管116的深度是以延伸至第一層金屬層108a的深度位置來進行說明，但本發明並不以此為限。所屬技術領域具有通常知識者可依照實際的產品設計需求來決定光管116的深度。
由上述可知，在形成光管116的製程步驟中，由於使用擋光金屬層110作為罩幕而能夠以自對準的方式形成光管116，使得所形成的光管116的尺寸大於習知技術以非自對準方式所形成的光管的尺寸，因此可捕捉與聚集更大量的入射光，進而提高光效率，且可提高顏色鑑別效率。此外，藉由自對準的方式在光感測區102上方形成光管116，不會產生對不準的問題且可降低所使用的光罩的線寬等級。
此外，本實施例亦可藉由調整擋光金屬層110的佈局(layout)而將製程最佳化，例如可將擋光金屬層110的佈局設計成能夠在形成光管116的製程中用來保護下方的內連線結構108。
請參照圖1C，可移除圖案化光阻層114。圖案化光阻層114的移除方法例如是乾式去光阻法。
可在光管116的表面上共形地形成氧化物層118。在司乃耳定律(Snell's law)的條件下，氧化物層118可使得入射光產生全反射，而有助於提高光效率。氧化物層118的材料例如是氧化矽，如含磷四乙氧基矽烷(P-TEOS)。氧化物層118的形成方法例如是化學氣相沉積法。
請參照圖1D，可在氧化物層118上形成保護層120。保護層120可用以防止水氣進入到元件中，進而提高元件的可靠度。保護層120的材料例如是氮化矽。保護層120的形成方法例如是化學氣相沉積法。
綜上所述，在上述實施例的影像感測元件的光管的製造方法中，可藉由使用擋光金屬層110作為罩幕而能夠以自對準的方式形成較大尺寸的光管116，因此可捕捉與聚集更大量的入射光，進而提高光效率，且可提高顏色鑑別效率。此外，上述實施例所形成的自對準型的光管116能夠避免對不準的問題且可降低所使用的光罩的線寬等級。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100：基底 102：光感測區 104：隔離區 106：介電層 108：內連線結構 108a：第一層金屬層 108b：第二層金屬層 108c：第三層金屬層 110：擋光金屬層 112：開口 114：圖案化光阻層 116：光管 118：氧化物層 120：保護層 R1：畫素區 R2：周邊電路區
圖1A至圖1D為本發明一實施例的影像感測元件的光管的製造流程剖面圖。 圖2為圖1B的上視圖，其中圖1B為沿著圖2中的I-I’剖面線的剖面圖。
100：基底 102：光感測區 104：隔離區 106：介電層 108：內連線結構 108a：第一層金屬層 108b：第二層金屬層 108c：第三層金屬層 110：擋光金屬層 112：開口 114：圖案化光阻層 116：光管 R1：畫素區 R2：周邊電路區

Claims (10)

  1. 一種影像感測元件的光管的製造方法，包括： 提供一基底，該基底包括一畫素區與一周邊電路區，且在該基底中已形成有一光感測區，其中該光感測區位於該畫素區中； 在該基底上形成一介電層，且在該介電層中已形成有一內連線結構與一擋光金屬層，其中該擋光金屬層位於該內連線結構上方，且該擋光金屬層具有暴露出該光感測區的一開口；以及 以該擋光金屬層為罩幕，移除由該開口所暴露出的部分該介電層，以在該介電層中形成一光管。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測元件的光管的製造方法，其中該光感測區包括光二極體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測元件的光管的製造方法，其中該內連線結構的形成方法包括金屬鑲嵌法或組合使用沉積製程、微影製程與蝕刻製程而形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測元件的光管的製造方法，其中擋光金屬層的形成方法包括金屬鑲嵌法或組合使用沉積製程、微影製程與蝕刻製程而形成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測元件的光管的製造方法，更包括在移除部分該介電層之前，於該介電層上形成暴露出該畫素區且覆蓋該周邊電路區的一圖案化光阻層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的影像感測元件的光管的製造方法，其中形成該圖案化光阻層所使用的曝光機台包括使用I-line、KrF或ArF作為曝光光源的曝光機台。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測元件的光管的製造方法，其中部分該介電層的移除方法包括乾式蝕刻法。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測元件的光管的製造方法，更包括在該光管的表面上共形地形成一氧化物層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的影像感測元件的光管的製造方法，更包括在該氧化物層上形成一保護層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測元件的光管的製造方法，其中在該基底中已形成有多個隔離區，且該光感測區位於該些隔離區之間。
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