专利名称：Cmos图像传感器的滤色器阵列及其重新形成方法
技术领域：
本发明涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法，更具体地，涉及一种CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的滤色器阵列及其重新形成(reforming)方法，以提高器件的可靠性。
背景技术：
通常，CMOS图像传感器的制造包括在形成金属线后提供钝化层，以保护器件不受湿气和擦伤。在形成焊盘(pad)开口后接着在钝化层上形成滤色器阵列。然而，在形成滤色器阵列期间，金属焊盘的表面可能被腐蚀或损坏。为了使金属焊盘的表面不受损坏，在CMOS图像传感器中形成盖氧化层(cap oxide layer)。
下文中，将参照附图描述根据相关技术的用于制造包括盖氧化层的CMOS图像传感器的方法。
图1A至1F是根据相关技术的用于制造CMOS图像传感器的过程的剖视图。
为了提供对根据相关技术的CMOS图像传感器的全面理解，一并说明单位像素阵列区100和焊盘接触区150。
如图1A所示，制备了半导体衬底101。半导体衬底101包括通过顺序地处理所形成的、用于CMOS图像传感器的元件，例如，光电二极管和MOS晶体管。在半导体衬底101的整个表面上形成绝缘层102，并且在绝缘层102上形成用于各信号线的金属焊盘103。如果金属焊盘103与栅电极(未示出)用同一材料形成，则金属焊盘103可以形成在与栅电极(未示出)相同的层上。然而，可以通过另外的接触处理，用与栅电极不同的材料形成金属焊盘103。一般地，金属焊盘103用铝(Al)形成。
在半导体衬底101的整个表面，包括金属焊盘103上，形成钝化层104。钝化层104可以通过氧化层、或氧化物和氮化物的双重结构层而形成。通过选择性地蚀刻钝化层104来使金属焊盘103区域暴露。随后，在半导体衬底的整个表面上，包括在金属焊盘103的暴露区域上，形成盖氧化层105。
如图1B所示，在盖氧化层105上涂覆蓝色材料，并使用光掩模选择性地执行曝光和显影处理，从而形成与光敏区相对应的蓝色滤色器B。以同一方式，顺序地形成绿色滤色器G和红色滤色器R，从而形成滤色器阵列106。由于金属焊盘103的表面被盖氧化层105覆盖，因此金属焊盘103的表面不与来自滤色器材料或显影剂的氧或氢接触。通过这种方式，可以防止金属焊盘103的表面被氧化或损坏。
如图1C所示，为了在滤色器阵列106中获得良好的台阶覆盖(step coverage)，在单位像素阵列区100上形成外涂层材料(OCM)图样107。OCM图样107通常用光刻胶(photoresist，光致抗蚀剂)材料形成。外涂层材料(OCM)沉积在半导体衬底101的整个表面上，并且然后通过曝光和显影将其选择性地形成图样，从而形成与单位像素阵列区100相对应的OCM图样107。随后，选择性地蚀刻盖氧化层105，以暴露金属焊盘103的预定部分，从而形成焊盘开口区域108。
如图1D所示，用于微透镜的抗蚀剂层涂覆在半导体衬底101的整个表面上，并执行曝光和显影处理，以由此形成微透镜图样。随后，通过微透镜图样以预定温度的回流来形成半球形的微透镜109。
如图1E所示，如果需要再加工有缺陷的滤色器阵列106，则将微透镜109、OCM图样107、和滤色器阵列106一同去除。
随后，如图1F所示，在对光敏区的滤色器阵列106执行再加工之前，在半导体衬底101的整个表面上形成盖氧化层110，使得金属焊盘103的表面由盖氧化层110覆盖。通过这种方式，金属焊盘103的表面不与滤色器材料或显影剂的氧或氢接触，并且因此，防止了其被氧化或损坏。通过上述的过程顺序地形成OCM图样107、焊盘开口区域108、和微透镜109。
相关技术的用于制造CMOS图像传感器的方法至少具有以下缺点。
当执行滤色器阵列的再加工时，另一盖氧化层形成在第一盖氧化层上，这使得微透镜离光电二极管更远。因为有了该距离，使得通过微透镜的光是散焦的，从而导致劣质图像。此外，在去除第一盖氧化层105之后执行滤色器阵列的再加工可能损坏金属焊盘103的暴露表面。因此，由于焊盘中的凹点导致了成品率的降低。
发明内容
本发明旨在提供一种用于重新形成CMOS图像传感器的滤色器阵列的方法，其能够基本上消除由于相关技术的局限性和缺陷而导致的一个或多个问题。
本发明的一个优点在于，其能够提供一种用于重新形成CMOS图像传感器的滤色器阵列的方法，例如，以防止金属焊盘被腐蚀、损坏和污染，并通过提高可靠性来提高成品率。
本发明的特征和优点的另外的实例将在下面的描述中阐明，或将从本发明的描述或实践中变得显而易见。
为了实现这些优点和其它优点，并根据本发明的实施例，如本文中所体现和概括描述的，提供了一种CMOS图像传感器的滤色器阵列，所述CMOS图像传感器包括半导体衬底，被分成单位像素阵列区和焊盘区；金属焊盘，形成在所述半导体衬底的所述焊盘区中；以及第一盖氧化层、第一滤色器阵列、第一外涂层材料图样、和第一微透镜层，顺序地形成在所述单位像素阵列区中；通过去除所述第一微透镜层、所述第一外涂层材料图样、以及所述第一滤色器阵列来暴露出所述第一盖氧化层，并去除所暴露出的第一盖氧化层，所述滤色器阵列包括第二盖氧化层，在所述半导体衬底的整个表面上形成；第二滤色器阵列，其在所述第二盖氧化层上形成，与所述单位像素阵列区相对应；第二外涂层材料图样，在所述第二滤色器阵列上形成；所述金属焊盘，其通过选择性地蚀刻所述第二盖氧化层来暴露；以及第二微透镜层，其在所述第二外涂层材料图样上形成。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于重新形成CMOS图像传感器的滤色器阵列的方法，其中，CMOS图像传感器包括被分成单位像素阵列区和焊盘区的半导体衬底，形成在半导体衬底的焊盘区中的金属焊盘，以及顺序形成在单位像素阵列区中的第一盖氧化层、第一滤色器阵列、第一外涂层材料图样、和第一微透镜，该方法包括以下步骤通过去除第一微透镜、第一外涂层材料图样、和第一滤色器阵列来暴露第一盖氧化层；去除所暴露的第一盖氧化层；在半导体衬底的整个表面上形成第二盖氧化层；在第二盖氧化层上形成与单位像素阵列区相对应的第二滤色器阵列；在第二滤色器阵列上形成第二外涂层材料图样；通过选择性地蚀刻第二盖氧化层来暴露金属焊盘；以及在第二外涂层材料图样上形成第二微透镜。
应该了解，前面的概括描述以及随后的详细描述均是示范性和说明性的，目的在于提供对所要求的发明的进一步的说明。
附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入和构成本申请的一部分，示出本发明的实施例并和说明书一起用来说明本发明的原理。
在附图中图1A至1F是根据相关技术的用于制造CMOS图像传感器的过程的剖视图；以及图2A至2G是根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的过程的剖视图。
具体实施例方式
以下将详细描述本发明的实施例，其实例在附图中示出。尽可能地，附图中将使用相同的附图标号来表示相同或相似的部件。
在下文中，将参照附图描述根据本发明的用于重新形成CMOS图像传感器的滤色器阵列的方法。
图2A至2G是根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的过程的剖视图。在附图中，示出了单位像素阵列区200和焊盘接触区250。
如图2A所示，诸如栅绝缘层或绝缘中间层的绝缘层202形成在半导体衬底201上，该半导体衬底包括通过常规方法形成的光电二极管和MOS晶体管(未示出)。然后，在绝缘层202上形成用于各信号线的金属焊盘203。
如果金属焊盘203用与栅电极(未示出)相同的材料形成，则金属焊盘203与栅电极(未示出)形成在相同的层中。然而，金属焊盘203可以通过另外的接触法，由与栅电极不同的材料形成。一般地，金属焊盘203用铝(Al)形成。
在半导体衬底201的整个表面上，包括在金属焊盘203上，形成厚度在7000至9000之间的氮化硅钝化层204。
在附图中，金属焊盘203形成为单层结构。尽管没有示出，但是金属焊盘203可以形成为双层结构。在双层结构中，金属焊盘203将包括阻挡金属层和不反射层。
钝化层204也可以通过结合氧化层和氮化层而由多层结构形成。
如图2B所示，通过使用掩模和蚀刻处理来选择性地蚀刻钝化层204，以暴露金属焊盘203的预定部分。然后通过PEVCD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)在半导体衬底201的整个表面上沉积厚度在400至1000之间的TEOS(tetraethyl orthosilicate，四乙基原硅酸盐)氧化层205。
如图2C所示，蓝色的材料层被涂覆在TEOS氧化层205上。然后使用第一光掩模通过曝光和显影处理使蓝色的材料层选择性地形成图样，从而在单位像素阵列区200之上形成蓝色滤色器B。以相同的方式，顺序地形成绿色滤色器G和红色滤色器R，从而形成滤色器阵列206。所使用的滤色器材料可以是染色的光刻胶。
在滤色器的形成期间，金属焊盘203的表面由TEOS氧化层205覆盖。通过这种方式，金属焊盘203的表面不与来自滤色器材料或显影剂的氧或氢接触。因此，可以防止金属焊盘203的表面被氧化或损坏。
如图2D所示，为了在滤色器阵列206中获得良好的台阶覆盖并提高光透射率，在单位像素阵列区200上形成外涂层材料(OCM)图样207。OCM图样207用光刻胶材料形成。特别地，外涂层材料OCM沉积在半导体衬底201的整个表面上，并然后通过曝光和显影选择性地形成图样，从而形成对应于单位像素阵列区200的OCM图样207。随后，选择性地蚀刻TEOS氧化层205，以暴露金属焊盘203的预定部分，从而形成焊盘开口区域208。
如图2E所示，用于微透镜的抗蚀剂层涂覆在半导体衬底201的整个表面上，并对其执行曝光和显影处理，从而形成微透镜图样。随后，通过以约150℃至200℃之间的温度回流微透镜图样来形成半球形的微透镜209。
如果必须对滤色器阵列206进行再加工，则去除已经存在的滤色器。然后，通过使用第二光掩模，在焊盘开口区250中形成光刻胶211的掩模层，其中，第二光掩模与当形成OCM图样207时所使用的第一光掩模相反。然后，从单位像素阵列区200选择性地去除所暴露的TEOS氧化层205。当金属焊盘203被光刻胶211覆盖时，TEOS氧化层205被选择性地去除。
随后，如图2G所示，在去除光刻胶211之后，通过PECVD在半导体衬底201的整个表面上形成TEOS氧化层305。在这种情况下，TEOS氧化层305沉积厚度为400至1000之间。然后，在TEOS氧化层305上顺序地形成与单位像素阵列区200相对应的滤色器阵列306、OCM图样307、以及微透镜309。此外，在焊盘接触区250中形成焊盘开口区域308。
参照图2A到图2G，通过去除已经存在的滤色器，从单位像素阵列区200选择性地去除所暴露的TEOS氧化层205。重新形成的滤色器阵列包括TEOS氧化层305，在半导体衬底201的整个表面上形成；滤色器阵列306，其在TEOS氧化层305上形成，与单位像素阵列区200相对应；OCM图样307，在滤色器阵列306上形成；焊盘开口区域308，其通过选择性地蚀刻TEOS氧化层305来暴露；以及微透镜309，其在OCM图样307上形成。
在相关技术的方法中，在另一滤色器阵列形成之前，在去除先前形成的滤色器阵列之后，形成TEOS氧化层，以防止金属焊盘被损坏。由于第二TEOS氧化层沉积在前TEOS氧化层上，因此位于TEOS氧化层之上的微透镜离位于TEOS氧化层之下的光电二极管更远。这导致了不良聚焦，并使图片质量变差。
然而，在根据本发明的用于重新形成CMOS图像传感器的滤色器阵列的方法的情况下，前TEOS氧化层在重新形成滤色器阵列之前被去除。也就是说，在去除前TEOS氧化层之后形成第二TEOS氧化层。因此，在滤色器阵列和微透镜之间的间隔被适当地保持，从而可以在不另外改变结构的情况下获得很好的图像特性。
当在重新形成滤色器阵列之前去除前TEOS氧化层时，金属焊盘由光刻胶覆盖。这防止了金属焊盘203在去除TEOS氧化层期间被损坏。因此，在根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法中，可以提高器件的可靠性并提高成品率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种CMOS图像传感器的滤色器阵列，所述CMOS图像传感器包括半导体衬底，被分成单位像素阵列区和焊盘区；金属焊盘，形成在所述半导体衬底的所述焊盘区中；以及第一盖氧化层、第一滤色器阵列、第一外涂层材料图样、和第一微透镜层，顺序地形成在所述单位像素阵列区中；通过去除所述第一微透镜层、所述第一外涂层材料图样、以及所述第一滤色器阵列来暴露出所述第一盖氧化层，并去除所暴露出的第一盖氧化层；所述滤色器阵列包括第二盖氧化层，在所述半导体衬底的整个表面上形成；第二滤色器阵列，其在所述第二盖氧化层上形成，与所述单位像素阵列区相对应；第二外涂层材料图样，在所述第二滤色器阵列上形成；所述金属焊盘，其通过选择性地蚀刻所述第二盖氧化层来暴露；以及第二微透镜层，其在所述第二外涂层材料图样上形成。
2.根据权利要求1所述的滤色器阵列，其中，所述第二盖氧化层用四乙基原硅酸盐氧化层形成。
3.根据权利要求1所述的滤色器阵列，其中，所述第二盖氧化层通过等离子体增强化学气相沉积来沉积。
4.根据权利要求1所述的滤色器阵列，其中，所述第二盖氧化层形成厚度为约400至1000之间。
5.根据权利要求1所述的滤色器阵列，其中，所暴露出的第一盖氧化层通过以下步骤去除在所述金属焊盘上形成掩模层；以及通过使用所述掩模层作为掩模来去除所暴露出的第一盖氧化层。
6.一种用于重新形成CMOS图像传感器的滤色器阵列的方法，所述CMOS图像传感器包括半导体衬底，被分成单位像素阵列区和焊盘区；金属焊盘，形成在所述半导体衬底的所述焊盘区中；以及第一盖氧化层、第一滤色器阵列、第一外涂层材料图样、和第一微透镜层，顺序地形成在所述单位像素阵列区中，所述方法包括以下步骤通过去除所述第一微透镜层、所述第一外涂层材料图样、以及所述第一滤色器阵列来暴露所述第一盖氧化层；去除所暴露出的第一盖氧化层；在所述半导体衬底的整个表面上形成第二盖氧化层；在所述第二盖氧化层上形成与所述单位像素阵列区相对应的第二滤色器阵列；在所述第二滤色器阵列上形成第二外涂层材料图样；通过选择性地蚀刻所述第二盖氧化层来暴露所述金属焊盘；以及在所述第二外涂层材料图样上形成第二微透镜层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二盖氧化层用四乙基原硅酸盐氧化层形成。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二盖氧化层通过等离子体增强化学气相沉积来沉积。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二盖氧化层形成厚度为约400至1000之间。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述去除所暴露出的第一盖氧化层的过程包括在所述金属焊盘上形成掩模层；以及通过使用所述掩模层作为掩模来去除所暴露出的第一盖氧化层。
全文摘要
本发明提供了一种CMOS图像传感器的滤色器阵列及其重新形成方法，其中，该方法包括以下步骤通过去除第一微透镜、第一外涂层材料图样、以及第一滤色器阵列来暴露第一盖氧化层；去除所暴露的第一盖氧化层；在半导体衬底的整个表面上形成第二盖氧化层；在第二盖氧化层上形成与单位像素阵列区相对应的第二滤色器阵列；在第二滤色器阵列上形成第二外涂层材料图样；通过选择性地蚀刻第二盖氧化层来暴露金属焊盘；以及在第二外涂层材料图样上形成第二微透镜。
文档编号H01L21/822GK1801494SQ20051013191
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者车东权 申请人:东部亚南半导体株式会社