專利名稱：制造cmos圖像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造CMOS圖像傳感器的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其中可防止焊盤電極(pad electrode)被光蝕刻過程的顯影劑腐蝕，以便該焊盤電極和外部驅(qū)動電路無缺陷地彼此連接。
背景技術(shù)：
一般地，圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件。
在圖像傳感器中，CMOS圖像傳感器是這樣一種裝置通過CMOS技術(shù)(其采用諸如控制電路和信號處理電路之類的外圍設(shè)備)設(shè)置與像素數(shù)目對應(yīng)的光電二極管，以將切換模式(switching mode)用于順序探測(sequentiallydetect)輸出。
已經(jīng)研究制成各種具有改善的光敏性的圖像傳感器。
例如，CMOS圖像傳感器由像素陣列單元和CMOS邏輯電路組成，該像素陣列單元包括用于感應(yīng)光的光電二極管，該CMOS邏輯電路用于將感應(yīng)的光處理成電信號以使電信號變?yōu)閿?shù)據(jù)。為了改善光敏性，或者必須增加光電二極管在全部圖像傳感器區(qū)域中所占的區(qū)域，或者必須采用集光(photo-gathering)技術(shù)以通過減少光路且在光電二極管的上部形成微透鏡來收集光電二極管區(qū)域中的更多的光。
根據(jù)晶體管的數(shù)目，CMOS圖像傳感器分為3T型CMOS圖像傳感器、4T型CMOS圖像傳感器以及5T型圖像傳感器。3T型CMOS圖像傳感器由一個光電二極管和三個晶體管組成。4T型CMOS圖像傳感器包括四個晶體管。下面將描述3T型CMOS圖像傳感器的等效電路和單位像素的布圖。
圖1是普通3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖，圖2是示出普通3T型CMOS圖像傳感器的單位像素的布圖。
如圖1所示，普通3T型CMOS圖像傳感器的單位像素由一個光電二極管和3個nMOS晶體管T1、T2和T3構(gòu)成。光電二極管PD的負(fù)極與第一nMOS晶體管T1的漏極和第二nMOS晶體管T2的柵極連接。
另外，第一nMOS晶體管T1的源極以及第二和T2的源極與提供參考電壓VR的電源線連接，第一nMOS晶體管T1的柵極與提供復(fù)位信號RST的復(fù)位線(reset line)連接。
此外，第三nMOS晶體管T3的源極與第二nMOS晶體管的漏極連接。第三nMOS晶體管T3的漏極與讀出電路(未示出)通過信號線連接。第三nMOS晶體管T3的柵極與提供有選擇信號SLCT的列選線(column selection line)連接。
因此，第一nMOS晶體管T1稱為復(fù)位晶體管(reset transistor)Rx，第二nMOS晶體管T2稱為驅(qū)動晶體管Dx，而第三nMOS晶體管T3稱為選擇晶體管Sx。
如圖2所示，在普通3T型CMOS圖像傳感器的單位像素中，有源區(qū)(activeregion)10定義為使得一個光電二極管20形成在有源區(qū)10的寬部，疊置的三個晶體管的柵電極120、130和140形成在有源區(qū)10的剩余部分。
也就是說，復(fù)位晶體管Rx由柵電極120形成，驅(qū)動晶體管Dx由柵電極130形成，選擇晶體管Sx由柵電極140形成。
這里，在有源區(qū)10中除所述晶體管的柵電極120、130和140下部以外的部分，注入摻雜劑，以形成所述晶體管的源極區(qū)和漏極區(qū)。
因此，向復(fù)位晶體管Rx和驅(qū)動晶體管Dx之間的源/漏區(qū)域施加電源電壓Vdd，且在選擇晶體管Sx一側(cè)形成的源極/漏極區(qū)與讀出電路(未示出)連接。
盡管沒有在該圖中示出，柵電極120、130和140與信號線連接，每個信號線包括在一端與外部驅(qū)動電路連接的焊盤電極。
在下文中，將會參考


常規(guī)CMOS圖像傳感器的制造方法。
圖3A至圖3C是示出制造常規(guī)CMOS圖像傳感器的制造方法的剖面圖。
如圖3A所示，將氧化物層沉積在分成像素陣列單元P和邏輯電路單元L的半導(dǎo)體襯底上(未示出)，以形成層間絕緣層61；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理，從而將層間絕緣層61表面平坦化(planarized)。
這時，在該半導(dǎo)體襯底上設(shè)置各種互連、晶體管和光電二極管。
然后，通過濺射的方法將諸如鋁之類的金屬材料沉積在層間絕緣層61上，并通過光蝕刻處理使所述沉積的金屬材料圖案化，以在邏輯電路L中形成焊盤電極53。
然后，將氧化物層沉積在包括焊盤電極53的整個表面上，并且通過CMP工藝將所述氧化物層的表面拋光以形成保護(hù)層65。
接著，通過光蝕刻處理選擇性地蝕刻焊盤電極53上的保護(hù)層65，以形成將該焊盤電極53與外部驅(qū)動電路連接的通孔72。
然后，如圖3B所示，將光致抗蝕劑涂布在包括保護(hù)層65的整個表面上，并采用掩模進(jìn)行光蝕刻處理以選擇性地除去部分光致抗蝕劑并在像素陣列單元P中形成具有任意圖案的濾色層40。
然后，將光致抗蝕劑涂布在包括濾色層40的整個表面上，通過CMP工藝拋光光致抗蝕劑的表面；并采用掩模進(jìn)行光蝕刻處理，以選擇性地除去邏輯電路單元L中的光致抗蝕劑，從而形成覆蓋所述濾色層的平坦化層(planarization layer)10。
然后，如圖3C所示，將光致抗蝕劑涂布在平坦化層10上，通過CMP工藝拋光光致抗蝕劑的表面，并采用掩模進(jìn)行光蝕刻處理以將光致抗蝕劑圖案化成梯形。然后，進(jìn)行回流處理(reflowing process)，以使光致抗蝕劑圖案的邊緣變圓，從而得到微透鏡50。
然而，上述制造CMOS圖像傳感器的方法具有以下問題。
焊盤電極對外部開放以便焊盤電極與外部驅(qū)動電路連接。但是，由于濾色層的形成過程、平坦化層的形成過程和微透鏡的形成過程都在焊盤電極開放之后進(jìn)行，因此焊盤電極被光蝕刻處理中所使用的顯影劑腐蝕。
圖4A和圖4B是示出焊盤電極被光蝕刻處理腐蝕的照片。如圖4A所示，當(dāng)焊盤電極53如標(biāo)記A所示的嚴(yán)重腐蝕后，很難將該焊盤電極與外部驅(qū)動電路連接。
而且，濾色層的形成過程和微透鏡的形成過程可以重新進(jìn)行。由于焊盤電極可能被顯影劑腐蝕，所以重新進(jìn)行的次數(shù)是有限的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其中在焊盤電極上還形成抗反射涂層，因而可避免焊盤電極被接續(xù)的光蝕刻處理的顯影劑腐蝕，并且該焊盤電極與外部驅(qū)動電路無缺陷地彼此連接。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，一種制造CMOS圖像傳感器的方法包括以下步驟設(shè)置分成像素陣列單元和邏輯電路單元的半導(dǎo)體襯底，在該半導(dǎo)體襯底上形成互連，在包括所述互連的整個表面上形成層間絕緣層，將金屬材料和抗反射涂層沉積在該層間絕緣層上，并且將所述沉積的金屬材料和抗反射涂層圖案化以形成焊盤電極，在包括該焊盤電極的整個表面上形成保護(hù)層，選擇性除去該焊盤電極上的保護(hù)層形成通孔，在該保護(hù)層上形成濾色層，形成覆蓋所述濾色層的平坦化層，在該平坦化層上形成與所述濾色層對應(yīng)的微透鏡，除去通過該通孔暴露的該焊盤電極上的抗反射涂層。
這時，在通過光蝕刻處理進(jìn)行圖案化時，所述濾色層、該平坦化層和所述微透鏡通過該抗反射涂層避免腐蝕該焊盤電極。
通過將反射層從該通孔處去除，該焊盤電極通過該通孔與外部驅(qū)動電路連接。

圖1是普通3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖；圖2是示出普通3T型CMOS圖像傳感器的單位像素的布圖；圖3A至圖3C是示出制造常規(guī)CMOS圖像傳感器的制造方法的剖面圖；圖4A和圖4B是示出現(xiàn)有技術(shù)中所產(chǎn)生的問題的照片；以及圖5A至圖5C是示出制造根據(jù)本發(fā)明CMOS圖像傳感器的制造方法的剖面圖。
具體實施例方式
在下文中，將會參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明CMOS圖像傳感器的制造方法。
圖5A至圖5C是示出制造本發(fā)明CMOS圖像傳感器的制造方法的剖面圖。
如圖5A所示，將氧化物層沉積在分為像素陣列單元P和邏輯電路單元L的半導(dǎo)體襯底上(未示出)，以形成層間絕緣層161；進(jìn)行CMP處理，從而將層間絕緣層161的表面平面化。
這時，在該半導(dǎo)體襯底上設(shè)置具有多重結(jié)構(gòu)并通過接觸塞(contact plug)彼此電連接的互連、用于控制信號開/關(guān)的晶體管和用于傳感紅、綠、藍(lán)信號的R-光電二極管、G-光電二極管及B-光電二極管。
然后，通過濺射的方法將諸如鋁之類的金屬材料沉積在層間絕緣層161上，通過物理氣相沉積(PVD)法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法或原子層沉積(ALD)法將用于形成抗反射涂層154的氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)沉積在所述金屬材料上，同時通過光蝕刻處理將所述氮化硅或氮氧化硅圖案化，以在邏輯電路單元L中形成焊盤電極153和抗反射涂層154。
該焊盤電極153僅形成在邏輯電路L中。由于焊盤電極153是功率互連(power interconnection)，該功率互連接受來自外部驅(qū)動電路的信號，因此焊盤電極153的厚度大。例如，此時設(shè)置在所述層間絕緣層之間的該金屬互連的厚度為1500-4000，形成在邏輯電路單元L中的焊盤電極153的厚度為3000-5000。
由于在接續(xù)的光蝕刻處理中所述抗反射涂層必須保護(hù)焊盤電極，所以所述抗反射涂層的厚度形成為50-1000。這時，當(dāng)所述抗反射涂層太薄時，所述抗反射涂層不能起到蝕刻停止層(etch stop layer)的作用；當(dāng)所述抗反射涂層太厚時，在所述接續(xù)處理時就很難除去所述抗反射涂層。因此，所述抗反射涂層必須具有合適的厚度。
在焊盤電極153下方可以進(jìn)一步形成阻擋層(barrier layer)。TiN/Ti、Ta、TaN、WN、TaC、WC、TiSiN和TaSiN的層疊層可作為所述阻擋層。
將氧化物層沉積在包括焊盤電極153的整個表面上，并通過CMP工藝拋光所述氧化物層的表面以形成保護(hù)層165。此時，為了除去由于該焊盤電極153所引起的像素陣列單元P與邏輯電路單元L之間的階差(step difference)，故形成厚的保護(hù)層165。為了防止焊盤電極153被拋光，在與焊盤電極153相隔3000-5000的位置處停止所述CMP處理。因此，在層間絕緣層161上形成的保護(hù)層165的厚度為8000-14000。
接著，通過光蝕刻處理選擇性地蝕刻焊盤電極153上的保護(hù)層165，以形成用于將焊盤電極153連接于外部驅(qū)動電路的通孔172。這時，由于抗反射涂層154起到蝕刻停止層的作用，因此顯影劑無法滲入焊盤電極153。
然后，如圖5B所示，將光致抗蝕劑涂布在所述包括保護(hù)層165的整個表面上，并且采用掩模進(jìn)行光蝕刻處理，以選擇性地除去部分光致抗蝕劑，從而在像素陣列單元P中形成具有任意圖案的濾色層(color filter layer)140。所述濾色層通過使光致抗蝕劑包含代表各種顏色的色素而形成。一般含有紅、綠和藍(lán)色的色素。因此，所述濾色層包括紅色層、綠色層和藍(lán)色層。
然后，將光致抗蝕劑涂布在所述包括濾色層140的整個表面上，通過CMP工藝將所述光致抗蝕劑的表面拋光，并采用掩模進(jìn)行光蝕刻處理，以選擇性地除去邏輯電路單元L中的光致抗蝕劑，從而形成覆蓋所述濾色層的平坦化層110。這時，由于抗反射涂層154，顯影劑無法滲入焊盤電極153。
在平坦化層110上形成對應(yīng)濾色層140的多個微透鏡150。
這時，為了將光聚焦在光電二極管上，所述微透鏡150必須形成為凸透鏡狀。因此，通過進(jìn)行光蝕刻處理將所述微透鏡150圖案化。
具體地，在平坦化層110上涂布上光致抗蝕劑(所述光致抗蝕劑為一種用于所述微透鏡的材料)，并且利用散焦現(xiàn)像(defocus phenomenon)進(jìn)行曝光以將所述光致抗蝕劑圖案化成梯形。
然后，將梯形光致抗蝕劑圖案加熱到熔點以回流(reflow)。進(jìn)行回流處理時，光致抗蝕劑圖案變?yōu)閳A形，從而完成所述微透鏡150。
如上所述，在所述形成微透鏡150的光蝕刻處理中，該焊盤電極153由所述抗反射涂層154保護(hù)。
最后，如圖5C所示，通過反應(yīng)離子蝕刻(RIE)法或化學(xué)干蝕刻法將通過通孔172暴露的抗反射涂層154蝕刻，使焊盤電極153暴露于外界。
然后，雖然未示出，但是外部驅(qū)動電路與該焊盤電極通過該通孔連接。這時，由于該焊盤電極沒有被腐蝕，所以該焊盤電極與該外部驅(qū)動電路可以無缺陷地連接。
上述根據(jù)本發(fā)明的制造CMOS圖像傳感器的方法具有如下效果。
即，在該焊盤電極上還形成抗反射涂層，以避免該焊盤電極被用于形成濾色層、平坦化層和微透鏡的接續(xù)的光蝕刻處理中的顯影劑腐蝕。
即，根據(jù)本發(fā)明，可有效地解決CMOS圖像傳感器的焊盤電極腐蝕問題。
因此，可使該焊盤電極與該外部驅(qū)動電路無缺陷地彼此連接。
盡管參照某些優(yōu)選實施例示出并描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和權(quán)利要求書中的定義的范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的變換。
權(quán)利要求
1.一種制造CMOS圖像傳感器的方法，該方法包括以下步驟設(shè)置分成像素陣列單元和邏輯電路單元的半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上形成多個互連；在包括所述互連的整個表面上形成層間絕緣層；將金屬材料和抗反射涂層沉積在該層間絕緣層上，并將所述沉積的金屬材料和抗反射涂層圖案化以形成焊盤電極；在所述包括該焊盤電極的整個表面上形成保護(hù)層；選擇性地除去該焊盤電極上的保護(hù)層以形成通孔；在該保護(hù)層上形成濾色層；形成覆蓋該濾色層的平坦化層；在該平坦化層上形成與該濾色層相對應(yīng)的多個微透鏡；以及除去通過該通孔暴露的該焊盤電極上的抗反射涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該濾色層、該平坦化層和所述微透鏡僅形成在該像素陣列單元中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該濾色層、該平坦化層和所述微透鏡通過光蝕刻處理圖案化。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該焊盤電極形成在該邏輯電路單元中。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該金屬材料包括鋁。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該抗反射涂層包括SiN或SiON。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該抗反射涂層的厚度為50-1000。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述除去通過該通孔暴露的該焊盤電極上的抗反射涂層的步驟是通過反應(yīng)離子蝕刻法或化學(xué)干蝕刻法進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過將該抗反射涂層從該通孔處去除，該焊盤電極通過該通孔與外部驅(qū)動電路連接。
全文摘要
一種制造CMOS圖像傳感器的方法，其中在焊盤電極上還形成抗反射涂層，因而可避免焊盤電極被接續(xù)的光蝕刻處理的顯影劑腐蝕，并且焊盤電極與外部驅(qū)動電路無缺陷地彼此連接。該方法包括步驟設(shè)置分成像素陣列單元和邏輯電路單元的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成互連，在包括所述互連的整個表面上形成層間絕緣層，將金屬材料和抗反射涂層沉積在層間絕緣層上，并且將所述沉積的金屬材料和抗反射涂層圖案化以形成焊盤電極，在包括該焊盤電極的整個表面上形成保護(hù)層，選擇性除去焊盤電極上的保護(hù)層形成通孔，在保護(hù)層上形成濾色層，形成覆蓋濾色層的平坦化層，在平坦化層上形成與濾色層對應(yīng)的多個微透鏡，以及除去通過通孔露出的焊盤電極上的抗反射涂層。
文檔編號H01L27/146GK1992225SQ200610171259
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者林費吳 申請人:東部電子股份有限公司