互補型金屬氧化物半導體圖像傳感器的製造方法
2023-07-26 08:18:01
專利名稱：互補型金屬氧化物半導體圖像傳感器的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件的製造方法，特別涉及一種互補型金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的製造方法。本發明尤其涉及由金屬線層形成焊盤後的工藝。
背景技術：
CMOS圖像傳感器的特性取決於光電二極體接收外部光的靈敏度。該靈敏度主要由微透鏡和光電二極體之間的距離、以及薄膜特性決定。與完全反射所有光的金屬層不同，現有的像素塊的鈍化氮化物較之鈍化氧化物通常阻擋並反射相當大部分的光。相應地，COMS圖像傳感器的靈敏度退化。
另一方面，在現有的CMOS圖像傳感器中利用氫退火工藝——例如燒結工藝——來改善低照度(illumination)特性。由於鈍化氮化物塗敷較厚，其有阻礙氫離子的趨勢，因此導致工藝效果退化。
此外，不同於現有的半導體製造工藝，CMOS圖像傳感器的氫退火工藝在堆疊鈍化氮化物之後進行，而不是在堆疊鈍化氧化物之後進行。
以下參照圖1A到圖1H描述現有的CMOS圖像傳感器的製造方法的缺點。具體地，圖1A到圖1H示出了從形成焊盤到製造微透鏡直至露出焊盤的工藝過程。
參照圖1A，鈍化氧化物120以及鈍化氮化物130在焊盤110形成後形成。另外，不同於晶片中實際的主晶片區域，該晶片的邊緣區域會因為晶片邊緣經受各種光蝕刻工藝而留有不規則的晶片邊緣遺留層100。由於不規則的晶片邊緣遺留層100，晶片邊緣區域的粘合強度減弱。
如圖1B所示，在CMOS圖像傳感器的情形下進行氫工藝。該氫工藝為使用包括適當比例的氮氣和氧氣的氣體進行的熱處理工藝。在該工藝過程中產生晶片邊緣剝落140。在晶片邊緣剝落140中，遺留在晶片邊緣的鈍化氮化物130由於鈍化氮化物130層間應力的加劇或晶片邊緣遺留層100的氟化矽酸鹽玻璃中的氟離子增加而呈環形脫落。而且，在熱處理過程中，從晶片邊緣剝落的瑕疵顆粒(defect)進入該晶片內部的像素區域。進入該晶片內部的顆粒被稱為圓形疵點145。
參照圖1C，進行擦洗來去除這些圓形疵點145，並且通過光蝕刻工藝露出焊盤110的區域。接下來，進行清潔和焊盤處理工藝，包括焊盤灰化工藝、溶劑清洗工藝以及最終的固化工藝。雖然進行擦洗來去除這些圓形疵點145，但是圓形疵點145仍可能存在。
參照圖1D，塗敷焊盤保護層150。該焊盤保護層150可為等離子體增強正矽酸四乙酯(PE-TEOS)層或熱固性樹脂層。該焊盤保護層150通過薄塗覆而具有200到500的厚度，因此使得在以後容易露出焊盤110。
圖1E為通過彩色光蝕刻工藝得到的濾色鏡矩陣160的剖視圖。圖1F為通過平坦化層光蝕刻工藝得到的平坦化層170的剖視圖。圖1G為在微透鏡工藝中通過熱回流得到的微凸透鏡180的剖視圖。最後，圖1H為通過蝕刻焊盤區域的焊盤保護層150而露出焊盤110的剖視圖。接下來有可能進行探測檢驗。
發明內容
因此，本發明涉及一種CMOS圖像傳感器的製造方法，該方法基本上能消除由現有技術的局限和缺點而導致的一個或多個問題。
本發明的一個目的在於提供一種COMS圖像傳感器的製造方法，該方法通過去除在CMOS圖像傳感器的像素區域中的鈍化氮化物而大幅度加強了靈敏度，並且通過提高氫退火的有效性而改善了低照度的特性，並通過去除在晶片邊緣區域出現、之後移入像素區域中的圓形疵點來提高圖像傳感器的質量和產量。
本發明的其他優點、目的和特徵將部分地在接下來的說明中進行闡釋，一部分在本領域的普通技術人員閱讀了下述內容之後將變得顯而易見，或者可以從本發明的實踐中獲知。本發明的目的和其他優點可以通過所撰寫的說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
為了實現這些目的和其它優點，依照本發明的目的，正如在此具體實施並廣泛說明的，本發明提供一種互補型金屬氧化物圖像傳感器的製造方法，該方法包括在形成焊盤後塗敷鈍化氧化物和鈍化氮化物；通過光蝕刻工藝選擇性地去除焊盤區域和像素區域的鈍化氮化物，並進行第一次清潔工藝；進行氫退火工藝；通過去除該焊盤區域的鈍化氧化物而露出該焊盤，並且進行第二次清潔工藝；塗敷焊盤保護層；在塗敷該焊盤保護層後，進行濾色鏡矩陣工藝、平坦化工藝以及微透鏡工藝；以及去除該焊盤區域中的焊盤保護層。
進行該第一次清潔工藝可以包括進行灰化工藝和溶劑清洗工藝。進行該第二次清潔工藝可以包括進行第一次灰化工藝、溶劑清洗工藝和第二次灰化工藝。該焊盤保護層可以為等離子體增強正矽酸四乙酯層或者熱固性樹脂層中之一。該焊盤保護層可以具有200到600的厚度。可以通過幹蝕刻去除該等離子體增強正矽酸四乙酯。可以通過氧氣灰化去除該熱固性樹脂層。通過去除該鈍化氧化物而露出的焊盤區域可以比通過去除該鈍化氮化物而露出的焊盤區域寬。
應當理解的是上文對本發明的概述以及下文對本發明的詳細描述都是示例性和解釋性的，並旨在對所請求保護的本發明作進一步的解釋。
所包含的附圖用以提供對本發明的進一步理解，其併入到本申請中並構成為本申請的一部分，所述附圖示出了本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。在附圖中圖1A到圖1H為示出現有的CMOS圖像傳感器製造方法的剖視圖；以及圖2A到圖2I為示出根據本發明實施例的CMOS圖像傳感器製造方法的剖視圖。
具體實施例方式
下面將詳細參考本發明的優選實施例，其實例在附圖中示出。在所有附圖中儘可能使用相同的附圖標記來表示相同或類似的部分。
圖2A到圖2I為示出根據本發明實施例的CMOS圖像傳感器製造方法的剖視圖。圖2A到圖2D為形成焊盤210後的工藝的剖視圖。
參照圖2A，在焊盤210形成後，依次塗敷鈍化氧化物220和鈍化氮化物230。在塗敷鈍化氧化物220之後，進行化學機械平坦化工藝然後塗敷鈍化氮化物230。另一方面，不同於晶片中實際的主晶片區域，在該晶片的邊緣區域會因為晶片邊緣經受多種光蝕刻工藝而留有不規則的晶片邊緣遺留層200。由於不規則的晶片邊緣遺留層200，晶片的邊緣區域的粘合強度減弱。
圖2B為當通過光蝕刻工藝僅將焊盤區域及像素區域的鈍化氮化物230去除時的剖視圖。圖2C為當使用包括適當比例的氮氣和氧氣的氣體進行熱處理工藝即氫退火工藝時的剖視圖。在晶片的主晶片區域的圖像信號處理器(ISP)邏輯模塊中的鈍化氮化物230未被蝕刻，而只是去除像素區域的鈍化氮化物230。相應地，由於鈍化氮化物230相比於鈍化氧化物220具有較大的反光率，因此CMOS圖像傳感器的靈敏度增加。另外，由於在焊盤區域和像素區域的鈍化氮化物230被去除了，因此在氫退火工藝過程中氫離子能更有效地填補矽表面的受損的懸掛鍵(dangling bond)。相應地，由於避免了受損的懸掛鍵中的自由電子而導致的黑信號(dark signal)，因此可改善低照度特性。另一方面，當在此蝕刻工藝之後進行清潔工藝時，僅進行灰化和溶劑清洗。
圖2D是通過光蝕刻工藝蝕刻焊盤區域中的鈍化氧化物220時的剖視圖。露出的焊盤210的區域較之於圖2B的露出的焊盤210的區域被蝕刻得更寬。這是為了接下來的光蝕刻工藝過程中的對準誤差。然後依次進行包括第一次灰化、溶劑清洗以及第二次灰化的第二次清潔工藝。不同於圖2C的第一次清潔工藝，由於已經露出焊盤210，因此通過多進行一次灰化(第二次灰化)，焊盤210更加清潔而且避免了焊盤腐蝕。
接下來，如圖2E所示，在整個襯底上形成焊盤保護層240。該焊盤保護層240可以是PE-TEOS層或者熱固性樹脂層。該焊盤保護層240具有200到600的厚度，從而使得在微透鏡工藝之後易於去除在焊盤區域的焊盤保護層240。
接下來，通過圖2F所示的彩色光蝕刻工藝在像素區域形成濾色鏡矩陣250。另外，通過圖2G所示的光蝕刻工藝形成平坦化層260，然後通過圖2H中的熱處理形成微凸透鏡270。最終，去除焊盤保護層240以露出焊盤210。在這一點上，若焊盤保護層240為PE-TEOS層，則使用幹蝕刻法將其去除；若焊盤保護層240為熱固性樹脂層，則使用氧氣灰化(oxygen ashing)工藝將其去除。
根據本發明，提供了一種CMOS圖像傳感器的製造方法，該方法通過蝕刻焊盤區域和像素區域的鈍化氮化物以降低反光率從而大幅度地增加了靈敏度，並且通過在去除鈍化氮化物之後進行氫退火工藝避免了晶片邊緣區域的剝落或像素區域的圓形疵點。而且，由於氫退火工藝是在去除像素區域和焊盤區域的鈍化氮化物之後進行，因此氫退火效應(可使大量氫離子到達矽表面的受損懸掛鍵)可被最大化，從而加強CMOS圖像傳感器的低照度特性。
對於本領域的技術人員而言，顯然可以在本發明的範圍內進行各種修改和變化。因此，本發明應覆蓋在所附權利要求書及其等同範圍內對本發明的所有修改和變化。
權利要求
1.一種互補型金屬氧化物圖像傳感器的製造方法，該方法包括在形成焊盤後塗敷鈍化氧化物和鈍化氮化物；通過光蝕刻工藝選擇性地去除焊盤區域和像素區域的鈍化氮化物，並進行第一次清潔工藝；進行氫退火工藝；通過去除該焊盤區域的鈍化氧化物而露出該焊盤，並且進行第二次清潔工藝；塗敷焊盤保護層；在塗敷該焊盤保護層後，進行濾色鏡矩陣工藝、平坦化工藝以及微透鏡工藝；以及去除該焊盤區域中的焊盤保護層。
2.如權利要求1所述的製造方法，其中，進行該第一次清潔工藝包括進行灰化工藝和溶劑清洗工藝。
3.如權利要求1所述的製造方法，其中，進行該第二次清潔工藝包括進行第一次灰化工藝、溶劑清洗工藝和第二次灰化工藝。
4.如權利要求1所述的製造方法，其中，該焊盤保護層為等離子體增強正矽酸四乙酯層或者熱固性樹脂層中之一。
5.如權利要求4所述的製造方法，其中，該焊盤保護層的厚度為200到600。
6.如權利要求4所述的製造方法，其中，通過幹蝕刻去除該等離子體增強正矽酸四乙酯。
7.如權利要求4所述的製造方法，其中，通過氧氣灰化去除該熱固性樹脂層。
8.如權利要求1所述的製造方法，其中，通過去除該鈍化氧化物而露出的焊盤區域比通過去除該鈍化氮化物而露出的焊盤區域寬。
全文摘要
本發明提供一種互補型金屬氧化物圖像傳感器的製造方法。該方法包括在形成焊盤後塗敷鈍化氧化物和鈍化氮化物；通過光蝕刻工藝選擇性地去除焊盤區域和像素區域的鈍化氮化物，並進行第一次清潔工藝；進行氫退火工藝；通過去除該焊盤區域的鈍化氧化物而露出該焊盤，並且進行第二次清潔工藝；塗敷焊盤保護層；在塗敷該焊盤保護層後，進行濾色鏡矩陣工藝、平坦化工藝以及微透鏡工藝；以及去除該焊盤區域中的焊盤保護層。
文檔編號H01L27/146GK1992221SQ20061017019
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日 優先權日2005年12月28日
發明者金唇翰 申請人:東部電子股份有限公司