CN1624900A - 互补金属氧化物半导体影像传感器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种互补金属氧化物半导体影像传感器的制造方法，能够保护低温氧化物层，避免钝化层发生剥落。该方法包含下列步骤：在垫金属上形成钝化层；通过使用第一垫掩模，将钝化层图案化，暴露出垫金属的预定部分；在暴露的垫金属上和形成在垫开口区周围的钝化层上，形成氧化物层；依序形成彩色滤光片，平坦化层和微透镜；在上述的结构上形成低温氧化物层，以保护微透镜；及通过第二垫掩模，选择性蚀刻形成在垫开口区周围的低温氧化物层和氧化物层，打开垫金属。

Description

互补金属氧化物半导体影像传感器的制造方法
技术领域
本发明是关于一种互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器的制造方法；尤其是关于一种执行垫蚀刻处理两次和改变垫布局，而能够保护低温氧化物层，免于在垫周边区发生剥落现象的CMOS影像传感器的制造方法。
背景技术
一般而言，影像传感器是一种可以将光影像转变成电讯号的半导体组件。电荷耦合组件(CCD)是一种将每一个金属-氧化物-硅(MOS)电容器紧密接放置，且将电荷载子储存电容器中或在电容器之间转移的半导体组件。而CMOS影像传感器则是一种根据使用周边电路，如控制电路和讯号处理电路的CMOS技术，采用通过制造和使用与像素数量同样多的MOS晶体管，用以顺序检测输出的开关方法的组件。
如广为人知的，用于彩色影像的影像传感器，在光感测单元上方，具有彩色滤光片数组(CFA)，其可以对应外部光产生且储存光产生电荷。彩色滤光片数组(CFA)具有红，绿和蓝三种颜色，或黄，紫红和蓝绿三种颜色。
此外，影像传感器包含检测光的光感测部分，及将光转换成电讯号和资料的逻辑电路。为了增加光灵敏度，目前正致力于增加填满因子，即光感测部分的面积对影像传感器组件的总面积的比率。但是，因为逻辑电路部分是不可或缺的，所以这些努力会达到极限。因此，为了增加光灵敏度，提出一种聚焦透镜技术，其可以控制在光感测部分外部区域附近的入射光的路径。使用此种技术的影像传感器具有形成在CFA上的微透镜。
第1A图为单位像素是由4个MOS晶体管和1个光电二极管组成的传统CMOS影像传感器的电路图。CMOS影像传感器提供用以接收光和产生光产生电荷的光电二极管100，用以将通过光电二极管100收集的光产生电荷转移到浮动扩散区102的转移晶体管101，用以将浮动扩散区102的电位设成期望值，且通过输出电荷重置浮动扩散区102的重置晶体管103，用以当作来源跟随器缓冲放大器操作的驱动晶体管104，及用以通过开关提供寻址的选择晶体管105。在单位像素外部，还有提供用以读取输出讯号的负载晶体管106。
第1B图为包含单位像素，彩色滤光片和微透镜的CMOS影像传感器的横截面结构图。
参考第1B图，传统CMOS影像传感器包含形成在基板10上的许多组件隔离层11，具有形成在基板上及形成在基板内某些区域的p阱和n阱上的许多间隔层13的许多闸极电极12，含有光电二极管的许多单位像素14，许多n型离子布植区15，许多p型离子布植区16，形成在含有许多闸极电极的基板上的层间绝缘层17，许多第一金属连接线18，覆盖许多第一金属连接线18的第一金属层间绝缘层19，形成在第一金属层间绝缘层19上的许多第二金属连接线20，覆盖许多第二金属连接线20的第二金属层间绝缘层21，形成在第二金属层间绝缘层21上的许多第三金属连接线22，覆盖许多第三金属连接线22且保护组件的钝化层23，形成在钝化层23上的单位像素区中的许多彩色滤光片24，用以补偿彩色滤光片24所造成的高度差的外着层25，形成在外着层25上的许多微透镜26，及用以保护微透镜的低温氧化物(LTO)层27。
另一方面，LTO层27主要是形成在与单位像素形成光接收区中的许多微透镜26和外着层25上。但是，在垫开区，LTO层27是直接形成在钝化层23上。
第1C图为示于第1B图的结构的垫周边区放大图。因为在垫周边区，钝化层23，外着层25和LTO层27彼此是不稳定的附着，所以在执行后续处理时，常常会发生LTO层27剥落的现象。
参考第1C图，钝化层23和LTO层27在垫开口区是以直线蚀刻，因此具有杂质容易穿透的结构。
换言之，对于传统CMOS影像传感器，在用以移除打开垫的垫光阻(未图标于第1图)的去光阻处理期间，杂质会穿透在钝化层23和LTO层27之间；因此，垫周边区会稍微剥离。若在垫周边区执行晶圆背面研磨处理或切割处理，则在晶圆背面研磨处理或切割处理期间，通过使用物理力均匀地移除LTO层，LTO会发生破裂。
若LTO破裂穿透像素，则会对影像产生很严重的缺陷，因此使检查时的良率彻底丧失。
发明内容
因此，本发明目的是要提供一种能够保护低温氧化物层(LTO)，免于发生剥落现象的互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器的制造方法。
本发明提供一种通过执行垫蚀刻制造两次和改变垫布局，而能够防止LTO层发生剥落现象的CMOS影像传感器的制造方法。
根据本发明的一方向，本发明提供一种能够防止低温氧化物层剥落的CMOS影像传感器的制造方法，其包含下列步骤：在垫金属上形成钝化层；通过使用第一垫掩模，将钝化层图案化，暴露出垫金属的预定部分；在暴露的垫金属上和形成在垫开口区周围的钝化层上，形成氧化物层；依序形成彩色滤光片，平坦化层和微透镜；在上述的结构上形成低温氧化物层，以保护微透镜；及通过第三垫掩模，选择性蚀刻形成在垫开口区周围的低温氧化物层和氧化物层，打开垫金属。
根据本发明的另一方向，本发明提供一种提供垫开口区的CMOS影像传感器的制造方法，其包含下列步骤：在垫金属上形成钝化层；在钝化层上沉积氧化物层；通过使用第一垫掩模，将钝化层和氧化物层图案化，暴露出垫金属的预定部分；依序形成彩色滤光片，平坦化层和微透镜；在上述的结构上沉积低温氧化物层，以保护微透镜；及通过第二垫掩模，选择性蚀刻形成在垫开口区周围的低温氧化物层和氧化物层，打开垫金属。
附图说明
根据下面参考相关附图的优选实施例的说明，本发明上述的和其它的目的与特征将会变得更清楚，其中：
第1A图为传统互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器的单位像素的电路图；
第1B图为传统CMOS影像传感器的横截面图；
第1C图为说明示于第1B图中，垫周边区的低温氧化物层为什么剥离的原理的横截面图；
第2A图到第2E图为根据本发明优选实施例的CMOS影像传感器的处理横截面图；
第3A图为通过使用第一垫掩模执行第一垫蚀刻处理，将垫和钝化物层图案化的上视图；
第3B图为通过使用第二垫掩模执行第二垫蚀刻处理，将垫和钝化层图案化的上视图；及
第4A图到第4B图为根据本发明优选实施例，已打开垫的最终形状的上视图。
组件符号说明
100    光电二极管
101    转移晶体管
102    浮动扩散区
103    重置晶体管
104    驱动晶体管
105    选择晶体管
106    负载晶体管
10     基板
11     组件隔离层
12     闸极电极
13     间隔层
14     单位像素
15     n型离子布植区
16     p型离子布植区
17     层间绝缘层
18     第一金属连接线
19     第一金属层间绝缘层
20    第二金属连接线
21    第二金属层间绝缘层
22    第三金属连接线
23    钝化层
24    彩色滤光片
25    外着层
26    微透镜
27    低温氧化物层
30    金属层间绝缘层
31    垫金属
32    钝化层
33    氧化物层
34    外着层
35    低温氧化物层
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的实施例。
第2A图到第2E图为根据本发明优选实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器的处理横截面图。在此，因为和传统方法相同，所以省略关于直到形成钝化层32的处理执行的说明。
参考第2A图，在金属层间绝缘层30上形成垫金属31，然后以钝化层32覆盖垫金属31。
第2B图为通过使用垫(PAD)掩模(MASK)，选择性蚀刻钝化层32，而暴露垫金属31的横截面图。
参考第2B图，在形成示于第2A图的钝化层32后，通过使用第一垫掩模执行第一垫蚀刻处理。
根据传统CMOS影像传感器，只采用一次垫蚀刻处理。但是，根据本发明，采用2次垫蚀刻处理。下面，将用于第一垫蚀刻处理的掩模称为第一垫掩模，而将用于第二垫蚀刻处理的掩模称为第二垫掩模。
如下面的说明，第一垫掩模比第二垫掩模暴露更广的垫金属31。根据本发明，第一垫掩模使用两种掩模。例如，第一和第二掩模可以根据各掩模平面的洞形状或带形状，彼此相互区分。
同样地，参考第2C图，在执行第一垫蚀刻处理之后，沿着垫开口区沉积氧化物层33。在此，氧化物层33是扮演增加后面将要沉积的低温氧化物(LTO)层和钝化层32之间粘着力的角色。氧化物层33不宜形成在将要形成彩色滤光片和微透镜的区域，而是只沿着垫开口区选择性形成。
根据本发明的优选实施例，在第一垫蚀刻处理之后，沉积氧化物层33。但是允许顺序可以颠倒。尤其，在钝化层32上沉积氧化物层33之后，可以执行第一垫蚀刻处理。
参考第2D图，先处理用以形成彩色滤光片(未图标)的制造，然后，为了平坦化，在彩色滤光片上沉积外着层34。接着，在外着层34上形成微透镜(未图标)，然后透过顺序处理，在外着层34和氧化物层33上沉积低温氧化物(LTO)层35。
透过上述处理形成的CMOS影像传感器的横截面图，示于第2D图。参考第2D图，因为LTO层35是沉积在垫金属31上，所以垫金属31尚未被打开。
因此，透过顺序处理，执行用以精确打开垫的第二垫蚀刻处理。第二垫蚀刻处理将参考第2E图说明。
如上所述，用于第二垫蚀刻处理的掩模称为第二垫掩模。参考第2E图，相较于第一垫掩模，第二垫掩模暴露较小的垫金属31的面积。
参考第2E图，LTO层35和氧化物层33是唯二透过第二垫蚀刻处理暴露纵剖面的层。因为没有暴露出钝化层32，所以可以防止杂质穿透，因此可以防止在制作传统CMOS影像传感器时发生剥落现象。
再者，参考第2E图，钝化层32和LTO层35是彼此相互连接，其中钝化层32和LTO层35每一个都以凹凸的形成提供一部分。因此，因为在钝化层32和LTO层35之间的接触面积大于传统方法的面积，所以根据本发明的优选实施例，可以防止LTO层35的剥落现象。
此外，在本发明中，还有用以改善LTO层35和钝化层32之间粘着力的氧化物层33。钝化层32本身会被施以图案制作，以制作出围绕垫金属31的孔形状或带线形状。因此，不只是得到钝化层32和LTO层35彼此之间的接触面积较大，而且穿入钝化层32的孔或带线还可以扮演停止LTO层35剥落的角色。
图案化的垫金属的截面上视图标于第3A图或第3B图。参考第3A图，其图标通过使用孔形第一掩模图案化的钝化层。如上所述，第一掩模是用在本发明的第一垫掩模的其中之一。若使用孔形第一掩模，则通过将钝化层选择性蚀刻而形成围绕垫金属的孔，就可以暴露出垫金属。
参考第3B图，其图标通过带线形第二掩模图案化的钝代层。如上所述，第二掩模是用在本发明的第一垫掩模的其中之一。若使用带线形第二掩模，则通过将钝化层选择性蚀刻而形成围绕垫金属的带线形状，就可以暴露出垫金属。
其次，将说明第4A图和第4B图。第4A图和第4B图为示于第2E图的第二垫蚀刻处理的完成状态上视图。但是，第4A图和第4B图没有准确地说明示于第2E图的状态，而且其为即使为了方便而将钝化层32放置在LTO层35下方的上视图。尤其，为了要以第4A图和第4B图的上视图准确地说明示于第2E图的状态，应该要只图标在顶部上的LTO层35和暴露的垫金属31。但是，为了方便，也图标位在LTO层35下方的钝化层32。
参考上面的说明，通过第二垫蚀刻处理暴露的垫金属，和制成具有围绕暴露的垫金属的孔图案化的钝化层，示于第4A图。此外，LTO层也图标在暴露的垫金属和钝化层之间。
同理，制成具有带线形状图案化的钝化层示于第4B图，而其余的组件则和第4A图的图标相同。
若垫蚀刻处理执行2次，则用以改善钝化层和低温氧化物层之间粘着力的氧化物层的引入，及对钝化层执行形成孔形状或带线形状的图案制作处理，被应用到CMOS影像传感器的制造方法中，通过防止低温氧化物层的剥落，所以明显改善产品的生产良率。
本申请书包含2003年10月24日向韩国专利局提出申请的韩国专利公报第KR2003-0074572号的相关内容，在此已将该内容全都纳入参考。
本发明已针对某些优选实施例详细说明，那些熟悉本项技术人士所做的各种不同的变化例和修正例，明显将不脱离本发明在后面的申请权利要求所界定的精神和范围。

Claims (8)

1.一种提供垫开口区的互补金属氧化物半导体影像传感器的制造方法，包含下列步骤：
在垫金属上形成钝化层；
通过使用第一垫掩模，将钝化层图案化，暴露出垫金属的预定部分；
在暴露的垫金属上和形成在垫开口区周围的钝化层上，形成氧化物层；
依序形成彩色滤光片，平坦化层和微透镜；
在上述的结构上形成低温氧化物层，以保护微透镜；及通过第二垫掩模，选择性蚀刻形成在垫开口区周围的低温氧化物层和氧化物层，打开垫金属。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过第一垫掩模执行暴露钝化层的步骤，以形成围绕垫金属暴露部分的孔。
3.如权利要求1所述的方法，其中通过第一垫掩模执行暴露钝化层的步骤，以形成围绕垫金属暴露部分的带线。
4.如权利要求1所述的方法，其中第二垫掩模的面积小于第一垫掩模的面积。
5.一种提供垫开口区的互补金属氧化物半导体影像传感器的制造方法，包含下列步骤：
在垫金属上形成钝化层；
在钝化层上沉积氧化物层；
通过使用第一垫掩模，将钝化层和氧化物层图案化，暴露出垫金属的预定部分；
依序形成彩色滤光片，平坦化层和微透镜；在上述的结构上沉积低温氧化物层，以保护微透镜；及
通过第二垫掩模，选择性蚀刻形成在垫开口区周围的低温氧化物层和氧化物层，打开垫金属。
6.如权利要求5所述的方法，其中通过第一垫掩模执行暴露钝化层的步骤，以形成围绕暴露的垫金属的孔。
7.如权利要求5所述的方法，其中通过第一垫掩模执行暴露钝化层的步骤，以形成围绕暴露的垫金属的带线。
8.如权利要求5所述的方法，其中第二垫掩模的面积小于第一垫掩模的面积。
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