專利名稱：圖像傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種將光圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器可大致分為電荷耦合器件(CCD)和互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像 傳感器(CIS)。CIS可在單位像素中包括多個光電二極管和MOS晶體管，用于以開關(guān) 的方式依次檢測各單位像素的電信號，從而實現(xiàn)圖像。在濾色鏡上和/或上方可形成微透鏡，以提高CIS的光敏度。通過在光敏 有機材料上和/或上方依次執(zhí)行曝光工藝、顯影工藝和回流工藝，可形成半圓 形的微透鏡。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例涉及圖像傳感器的制造方法，該圖像傳感器包括由無機 材料構(gòu)成的多個微透鏡。本發(fā)明的實施例涉及圖像傳感器的制造方法，該方法包括下列步驟的至 少之一在半導(dǎo)體襯底上形成金屬線層；然后在該金屬線層上形成濾色鏡； 然后在所述濾色鏡上形成分隔開的籽晶微透鏡；然后清洗所述籽晶微透鏡的 表面；然后通過在所述籽晶微透鏡上和所述籽晶微透鏡之間的空間中沉積無 機層，來在所述濾色鏡上形成無間隙微透鏡。本發(fā)明實施例涉及圖像傳感器的制造方法，該方法包括下列步驟的至少 之一提供具有多個單位像素的半導(dǎo)體襯底；然后為每個單位像素形成光檢 測部；然后形成包括多條金屬線的層間介電層，每條金屬線電連接至各自的 光檢測部；然后在該層間介電層上形成濾色鏡陣列；然后在該濾色鏡陣列上 直接分隔地形成籽晶微透鏡陣列，其中該籽晶微透鏡陣列包括每個單位像素的籽晶微透鏡；然后至少在該籽晶微透鏡陣列的表面上執(zhí)行清洗處理；然后 通過在籽晶微透鏡上沉積第一無機層并使該第一無機層填充在相鄰籽晶微 透鏡之間的空間中，來在該濾色鏡陣列上直接形成微透鏡。本發(fā)明實施例涉及圖像傳感器的制造方法，該方法包括下列步驟的至少 之一在襯底上形成包括多條金屬線的層間介電層；然后在該層間介電層上 直接形成多個濾色鏡；然后在所述濾色鏡上直接分隔地形成多個籽晶微透 鏡，其中所述籽晶微透鏡由第一無機層構(gòu)成；然后在所述籽晶微透鏡的表面 上依次執(zhí)行多個清洗處理；然后通過在所述籽晶微透鏡上沉積第二無機層并 使該第二無機層填充在相鄰的籽晶微透鏡直接的空間中，來在濾色鏡陣列上 直接形成微透鏡，其中該微透鏡具有連續(xù)的表面形狀。


圖1至圖5為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的制造工藝的示圖。
具體實施方式
如圖1所示，半導(dǎo)體襯底IO包括為半導(dǎo)體襯底10的每個單位像素形成 的多個光檢測部11。在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方可形成用于限定有源區(qū)和場區(qū)的器件隔離層。光檢測部11包括光電二極管和連接至光電二極管的CMOS電路，其中光電二極管用于接收光以產(chǎn)生光電荷，CMOS電路用于將 所產(chǎn)生的光電荷轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。在形成包括器件隔離層和光檢測部11的相關(guān)器件之后，在半導(dǎo)體襯底 10上和/或上方可形成層間介電質(zhì)20。層間介電質(zhì)20可包括多條金屬線21， 并且該層間介電層20還可被形成為具有多層結(jié)構(gòu)(包括多個層)。每條金 屬線21具有期望的布局，不屏蔽入射到光電二極管的光。金屬線21可電連 接至光檢測部11?？稍诎ń饘倬€21的層間介電質(zhì)20上和/或上方形成鈍化層30。提供 鈍化層30用于保護(hù)器件以免受潮或刮擦。鈍化層30可由介電材料構(gòu)成。鈍 化層30可由二氧化硅(Si02)層、氮化硅(SiN)層和氮氧化硅(SiON)層 其中之一構(gòu)成。鈍化層30可具有多層結(jié)構(gòu)，其中多層中的至少一層被疊置。 例如，鈍化層30可具有包括正硅酸乙酯(TEOS)層(其厚度為1000-5000人)和氮化層(其厚度為1000-10000人)的疊置結(jié)構(gòu)。
根據(jù)實施例，可省略鈍化層30的使用，并在后續(xù)處理期間直接在層間 介電質(zhì)20上和/或上方形成多個濾色鏡40。這種結(jié)構(gòu)影響圖像傳感器的整體 高度，所以能夠提供更薄的圖像傳感器。另外，由于工藝數(shù)量減少，所以能 夠?qū)崿F(xiàn)降低成本的效果。
可選地，可直接在鈍化層30上和/或上方形成濾色鏡40，并且為了實現(xiàn) 彩色圖像，包括三個濾色鏡40。用于濾色鏡40的材料實例包括染色的光致 抗蝕劑(dyed photoresist)。可在每個單位像素上和/或上方形成一個濾色鏡 40以從入射光分離顏色。濾色鏡40可分別代表不同的顏色，例如紅色、綠 色和藍(lán)色。相鄰的濾色鏡40可彼此略微重疊，以具有高度差。為了補償這 種高度差，可在濾色鏡40上和/或上方直接形成平坦化層50?？稍谄教够?表面上和/或上方形成在后續(xù)工藝中待形成的微透鏡。因此，可在濾色鏡40 上和/或上方形成平坦化層50，以去除由濾色鏡40導(dǎo)致的高度差。當(dāng)然，也 可省略平坦化層50。
然后可在濾色鏡40上和/或上方形成無機層60，以形成籽晶微透鏡陣列。 無機層60可由氧化物層、氮化物層和氮氧化物層形成。例如，在大約 50'C-25(TC的低溫下，在氧化物層上和/或上方通過執(zhí)行化學(xué)氣相沉積 (CVD)、物理氣相沉積(PVD)或等離子增強CVD (PECVD)可形成無 機層60。無機層60可形成為具有大約2000-20000A的厚度。
如圖2 所示，可在無機層60上和/或上方為每個單位像素形成陣列中的 微透鏡掩模71。通過用有機光致抗蝕劑層涂敷無機層60，使用光刻 (lithography)工藝圖案化有機光致抗蝕劑層，然后執(zhí)行回流工藝，可將每 個微透鏡掩模71形成為半圓形或拱頂形(dome shape)?？蓪⑴c一個單位像 素對應(yīng)的微透鏡掩模71和與相鄰的單位像素對應(yīng)的微透鏡掩模71相分隔。
如圖3所示，然后可在濾色鏡40上和/或上方形成籽晶微透鏡61的陣列。 利用微透鏡掩模71作為蝕刻掩模，通過在無機層60上和/或上方執(zhí)行無圖形 蝕刻(blanket etching)可形成籽晶微透鏡61。可以無機層60與微透鏡掩模 71之間的蝕刻比為1:1來執(zhí)行無機層60的無圖形蝕刻。因此，可一直執(zhí)行 用于形成籽晶微透鏡61的無機層60的蝕刻，直到有機光致抗蝕劑層被完全 蝕刻掉，所以可形成與相鄰籽晶微透鏡61相分隔的籽晶微透鏡61。這意味著，各單位像素的各籽晶微透鏡61可彼此分隔，以防止發(fā)生微透鏡的合并 和橋形現(xiàn)象。因此，在濾色鏡40上和/或上方可分隔地形成包括低溫氧化物 層的籽晶微透鏡61。從而沒有降低圖像傳感器的敏感度。
如圖4所示，然后執(zhí)行籽晶微透鏡61的陣列的表面清洗處理。執(zhí)行籽 晶微透鏡61的表面清洗處理，以去除不希望的粒子，例如在籽晶微透鏡61 的形成過程中留在籽晶微透鏡61上和/或上方的有機光致抗蝕劑層的殘留 物。這種粒子或光致抗蝕劑層的殘留材料能降低隨后在微透鏡61上和/或上 方沉積的無機層的粘附力，并可能成為圖像的缺陷源(defect source)。使用 堿性溶液(basic solution)執(zhí)行籽晶微透鏡61的表面清洗處理。在執(zhí)行清洗 處理時，不應(yīng)損傷形成籽晶微透鏡61的氧化物層。因此，使用堿性溶劑在 大約10-200秒的時間內(nèi)執(zhí)行清洗處理。具體地，使用NH4F基的堿性溶劑執(zhí) 行清洗處理大約30-60秒。通過這樣做，不但防止了籽晶微透鏡61的表面損 傷，同時能夠容易去除光致抗蝕劑層的殘留物。另外，由于防止了籽晶微透 鏡61的表面損傷，所以能夠提高微透鏡的折射率和反射率，以及能夠提高 隨后在籽晶微透鏡61上方形成的無機薄層的粘附力。另外，在使用堿性溶 液進(jìn)行了籽晶微透鏡61的初始清洗之后，使用去離子(DI)水執(zhí)行第二清 洗處理。在執(zhí)行第二清洗處理之后，可執(zhí)行干燥處理。
如圖5所示，然后在籽晶微透鏡61上和/或上方以及相鄰的籽晶微透鏡 61之間的空間中沉積薄無機層80，以形成無間隙微透鏡100?？稍谧丫⑼?鏡61的上表面上和/或上方沉積薄無機層80，從而使由薄無機層80形成的 微透鏡100形成為具有無間隙形狀。由于各籽晶微透鏡61相分隔地形成， 所以通過在籽晶微透鏡61上和/或上方以及籽晶微透鏡之間的空間中沉積薄 無機層80而形成的微透鏡100具有這樣的結(jié)構(gòu)，即相鄰微透鏡之間的間隙 被消除。因此，包括籽晶微透鏡61的陣列和薄無機層80的微透鏡100可具 有連續(xù)的拱頂形狀，從而可形成無間隙的微透鏡。
薄無機層80可由與籽晶微透鏡61相同的材料形成。例如，在大約 50-25(TC的溫度下，通過沉積厚度約為500-20000A的氧化物層可形成薄無 機層80。具體地，可一直沉積薄無機層80，直到籽晶微透鏡61之間的間隙 被消除。因此，由于可在籽晶微透鏡61上和/或上方沉積較薄厚度的薄無機 層80，所以微透鏡100的頂部側(cè)端(distal lateral end)連續(xù)接觸相鄰的微透鏡ioo。通過這種結(jié)構(gòu)，微透鏡IOO之間的空隙被減小為零間隙水平，所以
能夠防止串?dāng)_和噪音，從而改善了圖像傳感器的圖像質(zhì)量。另外，由于包括
籽晶微透鏡61和薄無機層80的微透鏡100可由無機材料形成，所以能夠防 止由于物理碰撞導(dǎo)致的裂紋。
在形成籽晶微透鏡61之后，通過清洗處理能夠去除光致抗蝕劑層的殘 留物，從而提高了籽晶微透鏡61與薄無機層80之間的粘附力。
通過去除諸如光致抗蝕劑粒子之類的殘留物，在籽晶微透鏡61的表面 上和/或上方沉積薄無機層80，以提高入射光的折射率和光透射率(light transmittance)。
由于使用堿性溶液清洗了籽晶微透鏡61，所以能夠防止微透鏡100的表 面損傷。
根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的制造方法，可使用無機材料形成微透 鏡，以防止由于粒子和/或物理碰撞導(dǎo)致的微透鏡的損傷(例如裂紋)，所以 能夠提高圖像傳感器的質(zhì)量。
微透鏡可形成為包括有第一無機層和第二無機層的雙層，以形成無間隙 微透鏡，所以能夠提高圖像傳感器的光檢測率。
在形成第一無機層之后，可執(zhí)行表面清洗處理，以在隨后形成第二無機 層時能夠提高粘附力。而且還能夠提高微透鏡的折射率和光透射率。
通過對第一無機層執(zhí)行表面清洗處理能夠去除有機殘留材料、粒子和/ 或碎屑(debris)，以防止出現(xiàn)黑點缺陷(black point defect)，從而提高圖 像傳感器的產(chǎn)量。
本說明書中對"一個實施例"、"實施例"、"實施實例"等的任何提及表示 結(jié)合該實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例 中。在說明書中不同地方出現(xiàn)的這種術(shù)語不必須均指相同的實施例。此外， 當(dāng)結(jié)合任一實施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時，應(yīng)認(rèn)為結(jié)合其它實施例實 現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或特性處于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)。
雖然參照多個示例性實施例描述了本發(fā)明的各實施例，應(yīng)理解由本領(lǐng)域 技術(shù)人員想到的各種其它變型和實施例均應(yīng)落入本發(fā)明的原理的精神和范 圍內(nèi)。更具體地，在說明書、附圖和后附權(quán)利要求所公開的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行 主要組合排列的元部件和/或結(jié)構(gòu)的各種改變和變化。除了元部件和/或結(jié)構(gòu)的各種改變和變化之外，替代使用對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是明顯的。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器的制造方法，該方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成金屬線層；然后在該金屬線層上形成濾色鏡；然后在所述濾色鏡上分隔地形成籽晶微透鏡；然后清洗所述籽晶微透鏡的表面；然后通過在所述籽晶微透鏡上和所述籽晶微透鏡之間的空間中沉積無機層，在所述濾色鏡上形成無間隙微透鏡。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用NH4F溶液和去離子水中的至少 一種清洗所述籽晶微透鏡。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中執(zhí)行所述籽晶微透鏡的表面清洗約 10-200秒。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述籽晶微透鏡的陣列包括如下步驟在該金屬線層上形成第二無機層；然后 在該第二無機層上分隔地形成透鏡掩模；然后 使用所述透鏡掩模作為蝕刻掩模，蝕刻該第二無機層。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述透鏡掩模由光致抗蝕劑材料構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中以1:1的蝕刻比蝕刻該第二無機層和 所述透鏡掩模。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個所述籽晶微透鏡包括氧化物層、 氮化物層和氮氧化物層。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該無機薄層包括氧化物層、氮化物層 和氮氧化物層。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中在100-20(TC的溫度下沉積所述籽晶 微透鏡和該無機層。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述濾色鏡之前，在該金 屬線層上形成鈍化層。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成該第二無機層之前，在所述濾色鏡上形成平坦化層。
12. —種方法，包括如下步驟提供具有多個單位像素的半導(dǎo)體襯底；然后 為每個單位像素形成光檢測部；然后形成包括多條金屬線的層間介電層，其中每條金屬線電連接至各自的光 檢測部；然后在該層間介電層上形成濾色鏡陣列；然后在該濾色鏡陣列上直接分隔地形成籽晶微透鏡陣列，其中該籽晶微透鏡陣列包括每個單位像素的籽晶微透鏡；然后至少在該籽晶微透鏡陣列的表面上執(zhí)行清洗處理；然后 通過在所述籽晶微透鏡上沉積第一無機層并使該第一無機層填充在相鄰的籽晶微透鏡之間的空間中，在該濾色鏡陣列上直接形成微透鏡。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成籽晶微透鏡陣列的步驟包括 如下步驟在該濾色鏡陣列上直接形成第二無機層；然后 在該第二無機層上直接形成微透鏡掩模陣列；然后使用該微透鏡掩模陣列作為蝕刻掩模，在該第二無機層上執(zhí)行無圖形蝕刻。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該第一無機層的厚度約為 500-20000A，該第二無機層的厚度約為2000-20000A。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該第一無機層和該第二無機層均包 括氧化物層、氮化物層和氮氧化物層。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述清洗處理包括如下步驟使用NH4F溶液在該籽晶微透鏡陣列的表面上執(zhí)行第一清洗處理；然后 使用去離子水在該籽晶微透鏡陣列的表面上執(zhí)行第二清洗處理；然后 干燥該籽晶微透鏡陣列的表面。
17. —種方法，包括如下步驟在襯底上直接形成包括多條金屬線的層間介電層；然后 在該層間介電層上直接形成多個濾色鏡；然后在所述濾色鏡上直接分隔地形成多個籽晶微透鏡，其中所述籽晶微透鏡由第一無機層構(gòu)成；然后在所述籽晶微透鏡的表面上依次執(zhí)行多個清洗處理；然后 通過在所述籽晶微透鏡上沉積第二無機層并使該第二無機層填充在相鄰的籽晶微透鏡之間的空間中，在所述濾色鏡陣列上直接形成微透鏡，其中該微透鏡具有連續(xù)的表面形狀。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中依次執(zhí)行多個清洗處理的步驟包括 如下步驟使用NH4F溶液在所述籽晶微透鏡的表面上執(zhí)行第一清洗處理；然后 使用去離子水在所述籽晶微透鏡的表面上執(zhí)行第二清洗處理。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中使用NH4F溶液執(zhí)行該第一清洗處 理，使用去離子水執(zhí)行該第二清洗處理。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括在執(zhí)行該第二清洗處理之后，干 燥所述籽晶微透鏡的表面的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器的制造方法，該方法包括如下步驟；在半導(dǎo)體襯底上形成金屬線層；然后在該金屬線層上形成濾色鏡；然后在所述濾色鏡上分隔地形成籽晶微透鏡；然后清洗所述籽晶微透鏡的表面；然后通過在所述籽晶微透鏡上和所述籽晶微透鏡之間的空間中沉積無機層，在所述濾色鏡上形成無間隙微透鏡。無間隙微透鏡能夠防止串?dāng)_和噪聲，以及能夠提高圖像傳感器的圖像質(zhì)量。形成薄無機層的微透鏡能夠防止由于物理碰撞產(chǎn)生的裂紋。通過執(zhí)行清洗處理能夠提高微透鏡的第一無機層和第二無機層之間的粘附力，從而提高了入射光的折射率和光透射率。
文檔編號H01L21/822GK101299420SQ20081009621
公開日2008年11月5日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月3日
發(fā)明者鄭沖耕 申請人:東部高科股份有限公司