專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造CMOS圖像傳感器的方法。
背景技術：
目前，互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器作為克服電荷耦合器(CCD)缺陷的新一代圖像傳感器已經(jīng)成為眾所關注的焦點。
該CMOS圖像傳感器采用了這樣的轉換法利用CMOS技術形成與單位像素數(shù)量相同的MOS晶體管，并利用MOS晶體管順序檢測單位像素的輸出。該CMOS技術利用將控制電路和信號處理電路用作外圍線路的技術。
即該CMOS圖像傳感器通過在單位像素中形成光電二極管和MOS晶體管并利用切換法順序檢測各單位像素的電信號來再現(xiàn)圖像。
CMOS圖像傳感器采用CMOS制造技術，因此具有諸如功耗低，因光刻加工數(shù)量少而制造工藝簡單等優(yōu)點。
此外，由于CMOS圖像傳感器可以將控制電路、信號處理電路、模擬/數(shù)字轉換電路等集成到CMOS圖像傳感器的芯片上，因此易于使采用了CMOS圖像傳感器的產(chǎn)品小型化。因而，CMOS圖像傳感器廣泛應用于諸如數(shù)字照相機、數(shù)字攝影機等各種產(chǎn)品。
圖1a至1c是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的CMOS圖像傳感器的制造方法的剖視圖。
參考圖1a，在半導體襯底100上形成諸如柵絕緣層和層間絕緣層等絕緣層101(例如，氧化層)，以及在絕緣層101上形成各信號線的金屬焊盤(metalpad)102。
接著，在包括該金屬焊盤102的半導體襯底100的整個表面上形成第一覆蓋層103，之后利用化學機械平坦化(CMP)工藝將第一覆蓋層103的表面平坦化。
接著，在第一覆蓋層103上涂布光致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案(未示出)露出第一覆蓋層103的對應于金屬焊盤102的一部分；然后，利用該抗蝕劑圖案作為掩模選擇性地蝕刻第一覆蓋層103，以露出金屬焊盤102的表面。
接著，在包括金屬焊盤102的半導體襯底的整個表面上形成保護層104。保護層104由氧化層或氮化層形成。此外，保護層104形成厚度約為300-800。保護層104防止因后續(xù)光刻工藝中將金屬焊盤102暴露于顯影液中而導致的金屬焊盤102的損壞。
接著，在對應于光電二極管的保護層104的部分上涂布濾色鏡抗蝕劑層(未示出)。接著，反復進行曝光和顯影，以依次形成紅色濾色鏡、綠色濾色鏡、以及藍色濾色鏡。這些濾色鏡構成濾色鏡陣列105。
接著，在包括已曝光的濾色鏡陣列105的半導體襯底100的整個表面上形成第二覆蓋層106；然后，選擇性地去除第二覆蓋層106的除對應于光電二極管區(qū)的濾色鏡陣列105的部分之外的部分。
參考圖1b，采用反應離子蝕刻(RIE)方法蝕刻保護層104的一部分。即除位于該濾色鏡陣列105下方的保護層104的一部分外，選擇性地去除保護層104的另一部分。
其中，第二覆蓋層106被部分蝕刻而受損，因而在部分蝕刻的第二覆蓋層106a上產(chǎn)生高度差。
參考圖1c，在具有高度差的第二覆蓋層106a上形成微透鏡107，以與濾色鏡陣列105相對應。
然而，第二覆蓋層106的高度差改變了微透鏡107的焦距且部分產(chǎn)生了微透鏡107間的厚度偏差。此外，這影響了微透鏡107的布局以及微透鏡107間的間隙，并最終導致了CMOS圖像傳感器電特性的降低。
而且，由于金屬焊盤102的表面暴露，在形成微透鏡107的光刻工藝中，金屬焊盤102暴露于顯影液中而受到化學侵蝕，因而導致?lián)p壞，或在取樣試驗中，從受侵蝕的金屬焊盤102上產(chǎn)生金屬片。
在取樣試驗中，從金屬焊盤102產(chǎn)生的金屬片在鋸切中會轉移到微透鏡107上，遮擋或反射射向光電二極管的光，這將產(chǎn)生像素干擾(noise of pixels)而導致缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
相應地，本發(fā)明致力于一種CMOS圖像傳感器的制造方法，其基本上避免了因現(xiàn)有技術的局限和缺點所導致的一個或多個問題。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種CMOS圖像傳感器，其能夠?qū)⒔饘俸副P的損害最小化，并且該CMOS圖像傳感器的覆蓋層和形成于其上的微透鏡之間具有良好的黏合性，還改善了微透鏡之間的間隙一致性。
本發(fā)明的其他優(yōu)點、目的和特征將在以下的說明中部分地闡明。對于本領域普通技術人員而言，通過閱讀下文將能在某種程度上明晰或者從本發(fā)明的實踐中將能了解本發(fā)明的其他優(yōu)點、目的和特征。本發(fā)明的任務和其它優(yōu)點可以通過所撰寫的說明書、權利要求書以及附圖中特別指出的結構實現(xiàn)和獲得。
為了實現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點，并且根據(jù)本發(fā)明的意圖，如在此具體實施及廣泛描述的，在此提供了一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法包括在半導體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成金屬焊盤；在包括該金屬焊盤的絕緣層上形成第一覆蓋層；選擇性地去除該第一覆蓋層以暴露出該金屬焊盤的一部分；在該暴露的金屬焊盤和第一覆蓋層上形成保護層；在該保護層上形成濾色鏡陣列；在該濾色鏡陣列和該保護層上形成第二覆蓋層；選擇性地去除該第二覆蓋層以形成光電二極管區(qū)；以及對余留的該第二覆蓋層進行等離子體處理。
本發(fā)明的另一方面提供了一種CMOS圖像傳感器，其包括絕緣層，其形成在半導體襯底上；金屬焊盤，其形成在該絕緣層上；第一覆蓋層，其形成在該絕緣層上以露出該金屬焊盤的一部分；保護層，其形成在該第一覆蓋層上；濾色鏡陣列，其形成該保護層上；第二覆蓋層，其形成在該濾色鏡陣列上且具有等離子體處理的表面；以及微透鏡，其形成在該第二覆蓋層上。
應當理解的是，本發(fā)明的前述概括說明和以下具體說明都是示例和解釋性的，旨在為本發(fā)明的權利要求書提供進一步解釋。


所包括的附圖用于提供對本發(fā)明的進一步解釋，其并入且構成本申請的一部分。附圖示出了本發(fā)明的實施例，其與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
其中圖1a至圖1c是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的制造CMOS圖像傳感器的方法的剖視圖；以及圖2a至圖2d是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMOS圖像傳感器的剖視圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器。
圖2a至圖2d是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMOS圖像傳感器的剖視圖。
參考圖2a，在半導體襯底200上形成諸如氧化層和氮化層等絕緣層201，且在絕緣層201上形成各信號線的金屬焊盤202。
金屬焊盤202可以用與柵電極(未示出)相同的材料，形成于該柵電極所形成的相同的層上?；蛘撸饘俸副P202也可用不同的材料形成在不同的層上并通過單獨的接觸部連接。金屬焊盤202可以由鋁(Al)形成。
在金屬焊盤202的表面上進行紫外線/臭氧(UV/ozone)處理或合成溶液表面處理，以提高Al制金屬焊盤202在后續(xù)工藝中的耐蝕性。
接著，在包括金屬焊盤202的半導體襯底200上形成第一覆蓋層203，之后，利用CMP工藝將第一覆蓋層203的表面平坦化。
這是因為，如果底層具有高度差，在后續(xù)多次光刻工藝中，涂層厚度的不均勻可能導致涂層褪色。
在圖像傳感器中，抗蝕劑厚度的不均勻和褪色導致傳輸光不均勻，還導致光電二極管的操作不穩(wěn)定，并最終導致采用了該圖像傳感器的產(chǎn)品可靠性的降低。
接著，涂布光致抗蝕劑圖案(未示出)，以暴露出該第一覆蓋層203與該金屬焊盤202相對應的一部分；并且利用抗蝕劑圖案作為掩模，選擇性地蝕刻該光致抗蝕劑圖案，以露出該金屬焊盤202的一部分。
在包括金屬焊盤202的半導體襯底200的整個表面上形成保護層204。保護層204由氧化層或氮化層形成。
保護層204形成為厚度約為300-800。保護層204防止后續(xù)光刻工藝中將金屬焊盤202暴露于顯影液中所導致的金屬焊盤202的損壞。
接著，在對應于光電二極管的保護層204的部分上涂布濾色鏡抗蝕劑層(未示出)，之后，反復進行曝光和顯影以順序形成紅色濾色鏡、綠色濾色鏡和藍色濾色鏡。
這些濾色鏡構成濾色鏡陣列205。
半導體襯底200的濾色鏡陣列205的區(qū)域?qū)⒆鳛楣怆姸O管區(qū)域。
接著，在半導體襯底200的包括露出濾色鏡陣列205的整個表面上形成第二覆蓋層206，隨后選擇性地去除該第二覆蓋層206的與光電二極管區(qū)域相對應的部分之外的部分。
參考圖2b，對余留的第二覆蓋層206進行等離子體表面處理。
可以采用化學下游蝕刻(chemical downstream etch；CDE)法進行等離子體表面處理。
在CDE方法中，形成在腔室外的等離子體蝕刻劑流入該腔室。另一方面，在RIE方法中，等離子體蝕刻劑形成并保留在腔室中。
由于等離子體形成在腔室外，因此CDE方法具有很少產(chǎn)生因離子或電子積聚所導致的等離子體損壞的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在壓力為50Pa、功率為700W的條件下，利用480sccm的O2和80sccm的N2進行等離子體表面處理。由于當將O2用作等離子體源時難以保持等離子體，因此可以添加少量的N2以獲得穩(wěn)定的等離子體。
同時，可以在25℃的室溫條件下進行等離子體表面處理，以使由表面處理導致的灰化(ashing)最小化。
根據(jù)當前的工藝，由于第二覆蓋層206完全未被蝕刻，因此沒有產(chǎn)生高度差。因而，在微透鏡形成工藝中，焦距和微透鏡間的間隙可以保持恒定，因而能獲得穩(wěn)定的微透鏡。
另外，即使在等離子體表面處理后，保護層204仍保持在金屬焊盤202上，從而防止金屬焊盤202在微透鏡形成工藝中的化學損壞。
參考圖2c，在對應于濾色鏡陣列205的已進行等離子體表面處理的第二覆蓋層206上形成抗蝕劑微透鏡圖案層(未示出)。接著，在光致抗蝕劑微透鏡圖案層上進行回流處理以形成多個微透鏡207。
如上所述，由于第二覆蓋層206幾乎沒有高度差，因此微透鏡207和第二覆蓋層206之間的黏合性優(yōu)良。并且，多個微透鏡207間的間隙一致性得到了極大地改善。
參考圖2d，選擇性地去除對應于金屬焊盤202的保護層204，以露出金屬焊盤202的表面。其中，用于等離子體表面處理的CDE方法用于選擇性地去除保護層204。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在溫度為25℃、壓力為50Pa、功率為700W的條件下，利用480sccm的O2和350sccm的CF4作為等離子體源，選擇性地去除保護層204。這樣的蝕刻條件可以提供適宜的蝕刻速度并能改善微透鏡間的間隙一致性。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMOS圖像傳感器具有如下效果。
由于在形成于濾色鏡陣列上的第二覆蓋層上進行等離子體表面處理，因此能夠獲得第二覆蓋層和形成于該第二覆蓋層上的微透鏡間的優(yōu)良的黏附性。
并且，在第二覆蓋層上進行等離子體表面處理并不伴隨蝕刻，因此不會在第二覆蓋層上產(chǎn)生高度差。因而，形成在第二覆蓋層上的微透鏡間的間隙一致性得以改善；器件的可靠性由此得到了極大地改善。
此外，在對第二覆蓋層進行等離子體表面處理時，不去除金屬焊盤上的保護層，因而防止了微透鏡形成工藝中的金屬焊盤的化學損壞。
對本領域的普通技術人員顯而易見的是，可對本發(fā)明進行各種修改和變化。因而，本發(fā)明旨在覆蓋落入所附權利要求書及其等同范圍內(nèi)的對于本發(fā)明的修改和變化。
權利要求
1.一種互補金屬氧化物半導體圖像傳感器，其包括絕緣層，其形成在半導體襯底上；金屬焊盤，其形成在該絕緣層上；第一覆蓋層，其形成在該絕緣層上，以露出該金屬焊盤的一部分；保護層，其形成在該第一覆蓋層上；濾色鏡陣列，其形成在該保護層上；第二覆蓋層，其形成在該濾色鏡陣列上并具有等離子體處理的表面；以及微透鏡，其形成在該第二覆蓋層上。
2.如權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體圖像傳感器，其中該金屬焊盤由Al形成。
3.如權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體圖像傳感器，其中該保護層為氧化層或氮化層。
4.一種制造互補金屬氧化物半導體圖像傳感器的方法，該方法包括以下步驟在半導體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成金屬焊盤；在包括該金屬焊盤的該絕緣層上形成第一覆蓋層；選擇性地去除該第一覆蓋層，以露出該金屬焊盤的一部分；在露出的該金屬焊盤和該第一覆蓋層上形成保護層；在該保護層上形成濾色鏡陣列；在該濾色鏡陣列和該保護層上形成第二覆蓋層；選擇性地去除該第二覆蓋層，以形成光電二極管區(qū)；以及在余留的該第二覆蓋層上進行等離子體處理。
5.如權利要求4所述的方法，其中，該等離子體處理為利用化學下游蝕刻方法的等離子體表面處理。
6.如權利要求5所述的方法，其中，利用化學下游蝕刻方法的等離子體表面處理利用O2和N2作為源來進行。
7.如權利要求6所述的方法，其中，采用480sccm的O2和80sccm的N2。
8.如權利要求5所述的方法，其中，利用化學下游蝕刻方法的等離子體表面處理在壓力為50Pa且功率為700W的條件下進行。
9.如權利要求5所述的方法，其中，利用化學下游蝕刻方法的等離子體表面處理在25℃的室溫下進行。
10.如權利要求4所述的方法，進一步包括在經(jīng)表面處理的第二覆蓋層上形成微透鏡。
11.如權利要求10所述的方法，進一步包括在形成微透鏡之后，選擇性地蝕刻該保護層，以露出該金屬焊盤的表面。
12.如權利要求11所述的方法，其中，選擇性地蝕刻該保護層利用化學下游蝕刻方法進行。
13.如權利要求12所述的方法，其中，利用化學下游蝕刻方法的蝕刻以O2和CF4作為源進行。
14.如權利要求13所述的方法，其中，采用480sccm的O2和350sccm的CF4。
15.如權利要求12所述的方法，其中，利用化學下游蝕刻方法的蝕刻在壓力為50Pa且功率為700W的條件下進行。
16.如權利要求12所述的方法，其中，利用化學下游蝕刻方法的蝕刻在25℃的室溫下執(zhí)行。
17.如權利要求4所述的方法，其中，該金屬焊盤由Al形成。
18.如權利要求4所述的方法，其中，該保護層為氧化層或氮化層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器的制造方法，根據(jù)該方法，在半導體襯底上形成絕緣層；且在該絕緣層上形成金屬焊盤；在包括該金屬焊盤的絕緣層上形成第一覆蓋層；選擇性地去除該第一覆蓋層以暴露出該金屬焊盤的一部分；在暴露的該金屬焊盤和該第一覆蓋層上形成保護層；在該保護層上形成濾色鏡陣列；以及在該濾色鏡陣列和該保護層上形成第二覆蓋層；選擇性地去除該第二覆蓋層以形成光電二極管區(qū)；在余留的第二覆蓋層上進行等離子體處理。
文檔編號H01L21/822GK1992311SQ20061017018
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權日2005年12月28日
發(fā)明者金榮實 申請人:東部電子股份有限公司