具有接合墊的金屬氧化物半導體影像感測器及其形成方法

2023-05-03 13:37:26 1

專利名稱：具有接合墊的金屬氧化物半導體影像感測器及其形成方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體製造技術，特別涉及一種具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor; CMOS)影像感 測器(image sensor)及其形成方法。
背景技術：
影像感測器已廣泛地用於數位相機、行動電話、安全攝像機(security camera)、醫療設備、汽車及其他用途。影像感測器，特別是CMOS影像感 測器的製造技術已經有了快速的發展。例如，更高的解析度以及更低耗電的 需求，已經促使影像感測器更進一步地小型化及集成化。美國專利公開編號2006/0148123公開一種CMOS感測器，該CMOS感 測器包括具有有源區(active region)及接合墊區的半導體襯底，而半導體襯 底的接合墊區上形成有金屬墊，在形成金屬墊之後，在具有金屬墊的半導體 襯底上形成元件鈍化層(passivation layer)。美國專利編號6,348,361號公開一種提高感光度的CMOS影像感測器及 其形成方法，上述形成方法包括提供具有感光元件及金屬導線的襯底；形 成第一保護層，其覆蓋金屬導線，用以保護位於襯底上方的元件；在第一保 護層上形成平坦的旋塗玻璃層;在上述平坦的旋塗玻璃層上形成第二保護層， 用以保護位於旋塗玻璃層上的元件;在上述第二保護層上形成彩色濾光圖案； 在彩色濾光圖案以及第二保護層上形成光致抗蝕劑層，用來平坦化；以及在 光致抗蝕劑層上形成微透鏡。藉助使用平坦的旋塗玻璃、用以平坦化的光致 抗蝕劑層以及接合墊開口，可使每個像素對應的彩色濾光圖案的厚度的均勻 度較佳。導線接合墊不會殘留彩色濾光材料，並且微透鏡的圖案較為均勻。然而，在具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的製造過程 中，仍存在一些與互補式金屬氧化物半導體影像感測器的光學性質有關的問 題，例如，在形成平坦化層的過程中，由於較大的高低起伏表面而導致的散射缺陷(scattering defect)。 發明內容有鑑於此，本發明的實施例之一提供一種具有接合墊的互補式金屬氧化 物半導體影像感測器的形成方法，包括以下步驟提供半導體襯底，其具有 像素區域以及電路區域；在該半導體襯底的上方形成具有開口的鈍化層；在 該鈍化層的上方順應性地形成金屬層，使得在該開口的位置的該金屬層具有 凹陷部；以及選擇性地去除該金屬層以形成接合墊，該接合墊不延伸於該鈍 化層的上表面。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法還可 包括以下步驟在形成該鈍化層之前，在金屬間介電層之中形成具有頂部金 屬層的多重內連線，其中該開口露出該頂部金屬層。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法還可 包括以下步驟在該鈍化層以及該接合墊上形成第一平坦化層；在該像素區 域的該第一平坦化層上形成彩色濾光元件；在該彩色濾光元件以及該第一平 坦化層上形成第二平坦化層；以及在該第二平坦化層上形成微透鏡，其中該 微透鏡大體上對準該彩色濾光元件。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法中， 形成該接合墊的步驟可包括在該金屬層的上方形成光致抗蝕劑圖案，其中 該光致抗蝕劑圖案的尺寸小於該凹陷部；進行熱回流步驟，以在該凹陷部之 內形成熱回流的光致抗蝕劑圖案；利用該熱回流的光致抗蝕劑圖案為蝕刻掩 模，部分地去除該金屬層，以留下該接合墊。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法中， 形成該接合墊的步驟可包括在該金屬層的上方形成材料層，該材料層填入 該凹陷部；回蝕刻該材料層，以在該凹陷部之內留下餘留的材料；以餘留的 材料作為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層以形成該接合墊。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法中， 回蝕刻該材料層的步驟可用電子束蝕刻法進行。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法中， 形成該接合墊的步驟可包括在該金屬層上形成抗反射層；在該抗反射層上形成光致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案的尺寸小於該凹陷部；使用該光致 抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，部分地去除該抗反射層以留下硬掩模；剝除該光 致抗蝕劑圖案；以及利用化學機械研磨法將該硬掩模下方的該金屬層平坦化， 以形成該接合墊。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法中， 形成該接合墊的步驟可包括在該凹陷部及該金屬層上方形成光致抗蝕劑圖 案；利用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層；以及將該 金屬層平坦化，以形成該接合墊。本發明的另一實施例提供一種具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影 像感測器及其形成方法，上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感 測器包括半導體襯底，具有像素區域以及電路區域；鈍化層，位於該半導 體襯底上，該鈍化層具有開口；以及接合墊，位於該電路區域，其中該接合 墊不延伸於該鈍化層的上方。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器中，該電路區域 還可包括具有頂部金屬層的多重內連線，鑲嵌於金屬間介電層之中，該金 屬間介電層介於該半導體襯底與該鈍化層之間。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器還可包括第一 平坦化層，設置於該鈍化層以及該接合墊上；彩色濾光元件，設置於該像素 區域的該第一平坦化層上；第二平坦化層，設置於該第一平坦化層以及彩色 濾光元件上；以及微透鏡，設置於該第二平坦化層上，其中該微透鏡大體上 對準該彩色濾光元件。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器中，該第一平坦 化層及該第二平坦化層可包括旋塗玻璃層。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器中，該接合墊的 上表面可高於該鈍化層的上表面或與該鈍化層的上表面等高。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器中，該接合墊的 上表面可低於該鈍化層的上表面。上述具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器中，該半導體襯 底的該像素區域還可包括光電二極體。本發明可明顯降低接合墊與鈍化層之間的高度差，因此可消除半導體襯底上因旋轉塗布導致的散射缺陷，並可降低平坦化層的厚度從而提高CMOS 影像感測器的光學性能。


圖1示出比較例的具有接合墊的CMOS影像感測器的剖面示意圖。圖2a至圖2g為本發明的一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器的 製造工藝剖面示意圖。圖3a至圖3g為本發明的另一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的製造工藝剖面示意圖。圖4a至圖4f為本發明的又一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的製造工藝剖面示意圖。圖5a至圖5g為本發明的另一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的製造工藝剖面示意圖。其中，附圖標記說明如下100 半導體襯底102 光電二極體104 半導體元件106、 112、 118 第一介電層、第二介電層、第三介電層108、 111、 113~接觸插塞110 第一層金屬結構114 第二層金屬結構120-頂部金屬層122、 126-第一氮化矽層、第二氮化矽層124、 128 第一氧化矽層、第二氧化矽層130 多重內連線134、 34~鈍化層136 光致抗蝕劑圖案38、 138~開口40、 140a、 140b、 140c、 140d 接合墊 41 接合墊的凸起的邊緣142 凹陷部144、 144a、 244、 344、 444 抗反射層 244a 硬掩模146、 246、 346 光致抗蝕劑圖案146a 熱回流的光致抗蝕劑圖案148、 48 第一平坦化層150、 50 彩色濾光元件152、 52 第二平坦化層154、 54~微透鏡180、 80 CMOS影像感測器446 材料層446a 餘留的材料層1 像素區域n 電路區域H 接合墊與鈍化之間的高度差具體實施方式
以下用附圖來更詳細地說明本發明的實施方式。圖2a至圖2g為本發明的一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器的 製造工藝剖面示意圖。如圖2a所示，提供半導體襯底100，其具有像素區域 I以及電路區域II，上述半導體襯底100可以是含有例如磷或砷的P型矽襯 底。利用注入N型及/或例如硼等P型於像素區域I的半導體襯底100之中， 以形成光電二極體(photodiode) 102。電路區域(circuit region) II的半導體 襯底100上形成有各種半導體元件104，例如形成有N型金屬氧化物半導體 電晶體(n-type metal oxide semiconductor; NMOS)或P型金屬氧化物半導 體電晶體(p-type metal oxide semiconductor; PMOS)。接著，在電路區域II 的半導體襯底100上方形成具有頂部金屬層(top metal) 120的多重內連線 130，並且上述多重內連線130是嵌入於金屬間介電層(inter-metal dielectric) 132之中的。亦即，利用例如低壓化學氣相沉積法、等離子體加強型化學氣相沉積法、高密度等離子體化學氣相沉積法或原子層化學氣相沉積法等化學氣相沉積法或者旋轉塗布法(spin coating)，在半導體襯底100上方形成第一介電層106， 上述第一介電層106為低介電常數材料(介電常數小於3.0)。第一介電層 106可使用許多種低介電常數材料，例如旋轉塗布的無機介電材料、旋轉塗 布的有機介電常材料、多孔性介電材料、有機聚合物或有機矽玻璃。例如， 上述有機聚合物包含芳香族碳氫化合物(SiLK，美國陶氏化學公司(Dmv Chemical Co.)製造，介電常數大約為2.7)、或聚芳乙烯乙醚(poly ally 1 ether; PAE)系列的氟化聚(芳烯)醚(FLARE，霍尼韋爾電子材料公司(Honeywell Electronic Materials Co.)製造，介電常數大約為2.8)。上述有機矽玻璃例如為黑鑽石(BlackDiamond,美國應用材料有限公 司(AppliedMaterials)製造，介電常數大約為3.0~2.4)。另外，也可使用摻氟 二氧化矽玻璃層(fluorinated silica glass; FSG)、含氫矽酸鹽類(hydrogen silsesquioxane; HSQ，介電常數大約為2.8~3.0)系列材料、甲基矽酸鹽類(methyl silsesquioxane; MSQ，介電常數大約為2.5~2.7)系列材料、多孔性 的HSQ系列材料、多孔性的MSQ材料、或多孔性的有機系列材料。然後，利用一系列的光刻技術(photolithography)及各向異性(anisotropically)蝕刻步驟，在第一介電層106之中形成含有介層孔(via hole) 及溝槽的雙鑲嵌結構，接著，利用電化學鍍膜法或無電鍍法在第一介電層106 上方鍍上銅層，此銅層會填充於上述雙鑲嵌結構之中。其次，利用化學機械 研磨法(chemical mechanical polishing; CMP)將上述銅層平坦化，從而形成 第一層金屬結構110與連接至少一個上述半導體元件104的接觸插塞108。 接著，利用例如低壓化學氣相沉積法、等離子體加強型化學氣相沉積法、高 密度等離子體化學氣相沉積法或原子層化學氣相沉積法等化學氣相沉積法或 者旋轉塗布法，在第一介電層106上方形成第二介電層112。第二介電層112 最好是低介電常數材料，並且與第一介電層106可以為相同的材料，也可以 是不同的材料。然後，利用一系列的光刻技術及各向異性蝕刻步驟在第二介 電層112之中形成含有介層孔及溝槽的雙鑲嵌結構，接著，利用電化學鍍膜 法或無電鍍法在第二介電層112上方鍍上銅層，此銅層會填充於上述雙鑲嵌 結構之中，其次，利用化學機械研磨法將上述銅層平坦化，從而形成第二層 金屬結構114與連接至少一個上述第一層金屬結構110的接觸插塞111。化學氣相沉積法或旋轉塗布法，在第二介電層112上形成低介電常數(介電常數大約小於3.0)的第三介電層118。然後，利用 一系列的光刻技術及各向異性蝕刻步驟，在第三介電層118之中形成含有介 層孔(via hole)及溝槽(trench)的雙鑲嵌結構(dual damascene)。接著， 利用電化學鍍膜法或無電鍍法，在第三介電層118上方鍍上銅層，此銅層會 填充於上述雙鑲嵌結構之中，其次，利用化學機械研磨法將上述銅層平坦化， 從而形成頂部金屬層120與連接至少一個上述第二層金屬結構114的接觸插 塞113。藉此，可在金屬間介電層132之中形成由接觸插塞108、第一層金屬 結構110、接觸插塞111、第二層金屬結構114、接觸插塞113以及頂部金屬 層120構成的多重內連線130，上述金屬間介電層132是由第一介電層106、 第二介電層112以及第三介電層118構成的。接著，利用化學氣相沉積法，在金屬間介電層132上方形成鈍化層 (passivation) 134，此鈍化層134是由第一氮化矽層122、第一氧化矽層124、 第二氮化矽層126及第二氧化矽層128構成的，且此鈍化層134可以保護半 導體襯底100上方的電路，使電路免於受到水份或汙染物的侵蝕而影響性能。 在另一實施例中，鈍化層134可包括有機材料例如聚醯亞胺(polyimide)。 另外，上述鈍化層134可以是單層或雙層構造。如圖2b至圖2c所示，利用包括光致抗蝕劑塗布、軟烤、曝光、顯影及 硬烤的光刻製造工藝，在鈍化層134上方形成光致抗蝕劑圖案136。再利用 此光致抗蝕劑圖案136為蝕刻掩模來蝕刻上述鈍化層134，直到露出頂部金 屬層120以及第三介電層118的表面為止。藉此，光致抗蝕劑圖案136的輪 廓會轉移至鈍化層134，而形成露出頂部金屬層120的開口 138。開口 138 的尺寸大約介於50pm至150pm之間，用來蝕刻鈍化層134的反應氣體可包 括例如CF4、 CHF3、 C4Fs的含氟氣體。然後，利用物理氣相沉積法或金屬濺 鍍法並配合使用鋁金屬或鋁-銅金屬合金的靶材(target)，在具有開口 138 的鈍化層134與頂部金屬層120的上方順應性地(conformally)形成金屬層 140，因而在金屬層140之中形成對準開口 138的凹陷部142。請參照圖2d，視需要在金屬層140上形成例如氮氧矽化合物的抗反射層 144，再利用光刻製造工藝形成小於凹陷部142的光致抗蝕劑圖案146，以在 光致抗蝕劑圖案146與金屬層140或者抗反射層144之間留下空隙(space)。光致抗蝕劑圖案146可以略微高於抗反射層144的上表面。在另一實施例中，光致抗蝕劑圖案146與凹陷部142的尺寸大體上相同。如圖2e所示，進行熱回流步驟(thermallyreflow)，亦即進行熱步驟， 使光致抗蝕劑圖案146加熱軟化而重新流動，以在凹陷部142之中的抗反射 層144上形成熱回流的光致抗蝕劑圖案146a，而熱回流的溫度大約介於150°C 至25(TC之間。接著，請參照圖2f，各向異性蝕刻抗反射層144及金屬層140 以留下接合墊140a以及抗反射層144a，用來對金屬層140進行各向異性蝕刻的反應氣體可以是例如Cl2或BCl3的含氯氣體。在此蝕刻步驟中，熱回流 的光致抗蝕劑圖案146a用作蝕刻掩模。值得注意的是，接合墊140a不會延 伸至鈍化層134的上表面，並且相對較薄。在一實施例中，接合墊140a的上 表面略高於鈍化層134的上表面，並且鈍化層134以及接合墊140a的高度差 大約小於3，000A。如圖2g所示，蝕刻或剝除熱回流的光致抗蝕劑圖案146a以及抗反射層 144a以露出接合墊140a。接著，在鈍化層134以及接合墊140a上方形成第 一平坦化層148。此第一平坦化層148是利用旋轉塗布法形成的旋塗玻璃層 (spin-on glass; SOG)，其厚度大約小於3，000A。然後，在像素區域I的第 一平坦化層148的上方形成彩色濾光元件150，接著在第一平坦化層148以 及彩色濾光元件150的上方形成第二平坦化層152。類似地，第二平坦化層 152可以是利用旋轉塗布法形成的旋塗玻璃層。接著，在第二平坦化層152 上方形成微透鏡(microlen)154，此微透鏡154大體上對準彩色濾光元件150。 在另一實施例中，在形成第一平坦化層148以前，可在接合墊140a的上方形 成額外的鈍化層(圖中未示)，以進一步保護上述接合墊140a。圖2g示出本發明的一實施例的CMOS影像感測器180的剖面圖，此 CMOS影像感測器180包括分為像素區域I以及電路區域II的半導體襯底 100、具有開口 138且位於半導體襯底100上的鈍化層134、位於電路區域II 中的接合墊140a，此接合墊140a不延伸於鈍化層134的上表面。上述CMOS影像感測器180還包括第一平坦化層148、彩色濾光元件150 及第二平坦化層152，上述第一平坦化層148形成於鈍化層134以及接合墊 140a的上方，而彩色濾光元件150設置於像素區域I的第一平坦化層148的 上方，且第二平坦化層152形成於第一平坦化層148以及彩色濾光元件150的上方。此CMOS影像感測器180還包括位於第二平坦化層152上方的微透 鏡154,其中此微透鏡154大體上對準彩色濾光元件150。圖3a至圖3g為本發明的另一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的製造工藝剖面示意圖。除了圖3d至圖3f所示的接合墊製造工藝步驟不同 之外，圖3a至圖3g所示的具體方法與圖2a至圖2g所示的具體方法大體上 類似。為了簡化起見，在此不重複敘述與圖2a至圖2g的方法相同的步驟。 如圖3d所示，利用例如低壓化學氣相沉積法、等離子體加強型化學氣相沉積 法、高密度等離子體化學氣相沉積法或原子層化學氣相沉積法等化學氣相沉 積法來形成厚度100A至500A的氮氧矽化合物層，以作為抗反射層244。也 可以使用氮化矽或碳化矽來作為抗反射層244，另外，利用光刻技術在抗反 射層244上方形成尺寸小於凹陷部142的光致抗蝕劑圖案246，使得光致抗 蝕劑圖案246與抗反射層244之間具有空隙。接著，請參照圖3d至圖3f，利用光致抗蝕劑圖案246作為蝕刻掩模， 並且蝕刻去除部分的抗反射層244以留下硬掩模244a並且露出金屬層140， 然後，利用例如氧等離子體來剝除光致抗蝕劑圖案246。其次，利用例如化 學機械研磨法進行金屬層140的平坦化步驟，以在硬掩模244a的下方留下接 合墊140b，在此平坦化步驟中，硬掩模244a是用於研磨的硬掩模。然後，請參照圖3g，去除硬掩模244a，而露出接合墊140b，接著，在 鈍化層134以及接合墊140b上方形成第一平坦化層148。此第一平坦化層148 是利用旋轉塗布法形成的旋塗玻璃層，其厚度大約小於3，000A。然後，在像 素區域I的第一平坦化層148的上方形成彩色濾光元件150，接著在第一平 坦化層148以及彩色濾光元件150的上方形成第二平坦化層152。類似地， 第二平坦化層152可以是利用旋轉塗布法形成的旋塗玻璃層。接著，在第二 平坦化層152上方形成微透鏡154，此微透鏡154大體上對準彩色濾光元件 150。圖4a至圖4f為本發明的又一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的製造工藝剖面示意圖。除了圖4d至圖4f所示的接合墊製造工藝步驟不同 之外，圖4a至圖4f所示的具體方法與圖2a至圖2g所示的具體方法大體上 類似。為了簡化起見，在此不重複敘述與圖2a至圖2g的方法相同的步驟。 如圖4d所示，可在金屬層140的上方視需要形成抗反射層344，接著利用光刻技術在抗反射層344及凹陷部142上方形成光致抗蝕劑圖案346，值得注 意的是，在此實施例中，光致抗蝕劑圖案346的尺寸大於凹陷部142。如圖 4e所示，利用光致抗蝕劑圖案346作為蝕刻掩模，並且進行金屬層140以及 抗反射層344的蝕刻步驟，以去除部分的金屬層140以及抗反射層344。然 後，利用化學機械研磨法將金屬層140以及抗反射層344平坦化，而留下接 合墊140c，此接合墊140c與鈍化層134大體上共平面，亦即，接合墊140c 的上表面以及鈍化層134的上表面大致上為等高。接合墊140c的上表面可略 低於鈍化層134的上表面。接著，在鈍化層134以及接合墊140c上方形成第 一平坦化層148。此第一平坦化層148是利用旋轉塗布法形成的旋塗玻璃， 其厚度大約小於3，000A。然後，在像素區域I的第一平坦化層148的上方形 成彩色濾光元件150，接著在第一平坦化層148以及彩色濾光元件150的上 方形成第二平坦化層152。類似地，第二平坦化層152可以是利用旋轉塗布 法形成的旋塗玻璃。接著，在第二平坦化層152上方形成微透鏡154，此微 透鏡154大體上對準彩色濾光元件150。圖5至圖5g為本發明的另一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的製造工藝剖面示意圖。除了圖5d至圖5g所示的接合墊製造工藝步驟不同 之外，圖5a至圖5g所示的具體方法與圖2a至圖2g所示的具體方法大體上 類似。為了簡化起見，在此不重複敘述與圖2a至圖2g的方法相同的步驟。 請參照圖5d，視需要在金屬層140上方形成抗反射層444，接著在金屬層140 以及凹陷部142上方形成材料層446，形成材料層446的方式例如為，利用 旋轉塗布法來形成旋塗玻璃或者與底部抗反射層(bottom anti-reflective layer) 類似的材料。接著，利用電子束(electron beam)蝕刻去除部分的材料層446 而留下餘留的材料446a，此餘留的材料446a設於凹陷部142之內，如圖5e 所示。然後，請參照圖5e，利用餘留的材料446a作為蝕刻掩模，並且進行蝕 刻步驟，以去除部分的金屬層140以及抗反射層444，以留下接合墊140d， 如圖5f所示。其次，去除餘留的材料446a以及抗反射層444，以露出接合 墊140d。接著，在鈍化層134以及接合墊140d上方形成第一平坦化層148。 此第一平坦化層148是利用旋轉塗布法形成的旋塗玻璃層，其厚度大約小於 3，000A。然後，在像素區域I的第一平坦化層148的上方形成彩色濾光元件150，接著在第一平坦化層148以及彩色濾光元件150的上方形成第二平坦化層152。類似地，第二平坦化層152可以是利用旋轉塗布法形成的旋塗玻璃。 接著，在第二平坦化層152上方形成微透鏡154，此微透鏡154大體上對準 彩色濾光元件150，如圖5g所示。請參照圖1，其顯示比較例的具有接合墊的CMOS影像感測器的剖面示 意圖，其中CMOS影像感測器80包括區分為像素區域I以及電路區域II的 半導體襯底100、具有開口 38且位於半導體襯底100上的鈍化層34、位於電 路區域II中的接合墊40，值得注意的是，由於接合墊40的形成方式為，使 用一般的光刻技術形成光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，並且用各向異性蝕刻 來形成接合墊的金屬層。因此，接合墊40具有凸起的邊緣41，從而導致相 對高的起伏表面。換言之，接合墊40與鈍化層34之間的高度差H大約介於 3，000A至15，000A之間。上述CMOS影像感測器80還包括相對厚的第一平坦化層48，其厚度大 於接合墊40與鈍化層34之間的高度差H (3，000A至15,000A)，設置於鈍 化層34以及接合墊40的上方；彩色濾光元件50，設置於像素區域I的第一 平坦化層48的上方；第二平坦化層52，設置於第一平坦化層48以及彩色濾 光元件50的上方；以及微透鏡54，設置於第二平坦化層52的上方，上述微 透鏡54大體上對準彩色濾光元件50。由於CMOS影像感測器80具有相對 厚的第一平坦化層48，因此，CMOS影像感測器80的光學性質可能變差， 另外，由於接合墊40具有較大的高低起伏表面，因此，利用旋轉塗布法以形 成第一平坦化層48時，有可能會造成散射缺陷(scattering defect)，亦即由 於塗布第一平坦化層時塗布材料濺散而造成光學性能不穩定的現象。根據本發明實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器的的形成方法，由 於可明顯降低接合墊與鈍化層之間的高度差，因此，位於接合墊上的平坦化 層可旋轉塗布於高低起伏相對低的半導體襯底上，因此，可消除半導體襯底 上的因旋轉塗布造成的散射缺陷。另外，平坦化層的厚度可降低，從而提高 CMOS影像感測器光學性能。雖然本發明已以較佳實施例公開如上，然而其並非用以限定本發明，任 何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍條件下，應可做一定的改 動與修改，因此本發明的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法，包括以下步驟；提供半導體襯底，該半導體襯底具有像素區域以及電路區域；在該半導體襯底的上方形成具有開口的鈍化層；在該鈍化層的上方順應性地形成金屬層，使得在該開口的位置的該金屬層具有凹陷部；以及選擇性地去除該金屬層以形成接合墊，該接合墊不延伸於該鈍化層的上表面。
2. 如權利要求1所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測 器的形成方法，還包括以下步驟在形成該鈍化層之前，在金屬間介電層之 中形成具有頂部金屬層的多重內連線，其中該開口露出該頂部金屬層。
3. 如權利要求1所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法，還包括以下步驟-在該鈍化層以及該接合墊上形成第一平坦化層； 在該像素區域的該第一平坦化層上形成彩色濾光元件； 在該彩色濾光元件以及該第一平坦化層上形成第二平坦化層；以及 在該第二平坦化層上形成微透鏡，其中該微透鏡大體上對準該彩色濾光 元件。
4. 如權利要求1所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測 器的形成方法，其中形成該接合墊的步驟包括在該金屬層的上方形成光致抗蝕劑圖案，其中該光致抗蝕劑圖案的尺寸 小於該凹陷部；進行熱回流步驟，以在該凹陷部之內形成熱回流的光致抗蝕劑圖案； 利用該熱回流的光致抗蝕劑圖案為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層，以 留下該接合墊。
5. 如權利要求1所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測 器的形成方法，其中形成該接合墊的步驟包括在該金屬層的上方形成材料層，該材料層填入該凹陷部；回蝕刻該材料層，以在該凹陷部之內留下餘留的材料； 以餘留的材料作為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層以形成該接合墊。
6. 如權利要求5所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法，其中回蝕刻該材料層的步驟是以電子束蝕刻法進行的。
7. 如權利要求1所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器的形成方法，其中形成該接合墊的步驟包括 在該金屬層上形成抗反射層；在該抗反射層上形成光致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案的尺寸小於該凹陷部；使用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，部分地去除該抗反射層以留下硬 掩模；剝除該光致抗蝕劑圖案；以及利用化學機械研磨法將該硬掩模下方的該金屬層平坦化，以形成該接合墊。
8. 如權利要求1所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測 器的形成方法，其中形成該接合墊的步驟包括在該凹陷部及該金屬層上方形成光致抗蝕劑圖案； 利用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層；以及 將該金屬層平坦化，以形成該接合墊。
9. 一種具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器，包括 半導體襯底，具有像素區域以及電路區域；鈍化層，位於該半導體襯底上，該鈍化層具有開口；以及接合墊，位於該電路區域中，其中該接合墊不延伸於該鈍化層的上方。
10. 如權利要求9所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感 測器，其中該電路區域還包括具有頂部金屬層的多重內連線，鑲嵌於金屬 間介電層之中，該金屬間介電層介於該半導體襯底與該鈍化層之間。
11. 如權利要求9所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感 測器，還包括第一平坦化層，設置於該鈍化層以及該接合墊上； 彩色濾光元件，設置於該像素區域的該第一平坦化層上；第二平坦化層，設置於該第一平坦化層以及彩色濾光元件上；以及 微透鏡，設置於該第二平坦化層上，其中該微透鏡大體上對準該彩色濾 光元件。
12. 如權利要求U所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感 測器，其中該第一平坦化層及該第二平坦化層包括旋塗玻璃層。
13. 如權利要求9所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器，其中該接合墊的上表面高於該鈍化層的上表面或與該鈍化層的上表面等咼o
14. 如權利要求9所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感 測器，其中該接合墊的上表面低於該鈍化層的上表面。 、
15. 如權利要求9所述的具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感 測器，其中該半導體襯底的該像素區域還包括光電二極體。
全文摘要
本發明提供一種具有接合墊的互補式金屬氧化物半導體影像感測器及其形成方法，上述互補式金屬氧化物半導體影像感測器包括半導體襯底，具有像素區域以及電路區域；鈍化層，位於該半導體襯底上，該鈍化層具有開口；以及接合墊，位於該電路區域中，其中該接合墊不延伸於該鈍化層的上方。本發明可明顯降低接合墊與鈍化層之間的高度差，因此可消除半導體襯底上因旋轉塗布導致的散射缺陷，並可降低平坦化層的厚度從而提高CMOS影像感測器的光學性能。
文檔編號H01L27/146GK101231971SQ200710148569
公開日2008年7月30日 申請日期2007年8月29日 優先權日2007年1月22日
發明者傅士奇, 劉源鴻, 劉銘棋, 羅際興, 陳威智 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司