半导体制作工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体制作工艺方法，特别是涉及CMOS影像感测器的后段制作工艺(back end of line, BEOL)方法。
【背景技术】
[0002]随着数字相机、电子扫描机等产品不断地开发与成长，市场上对影像感测元件的需求持续增加。目前常用的影像感测元件包含有电荷耦合感测元件(CCD)以及CMOS影像感测元件(CIS)两大类。而CMOS影像感测元件因具有低操作电压、低功率消耗与高操作效率、并可根据需要进行随机存取等优点，以及可整合于目前的半导体技术来大量制造的优势，因此受到广泛的应用。
[0003]CMOS影像感测器的感光原理将入射光线区分为各种不同波长光线的组合，例如红、蓝、绿三色，再分别由半导体基底上的多个光学感测元件，如感光二极管(photod1de)予以接收，并将之转换为不同强弱的数字讯号。然而，随着像素尺寸的微缩，感光二极管的尺寸也跟着微小化，这使得像素灵敏度降低，而串扰(crosstalk)增加。
[0004]为解决这个问题，有人提出在像素阵列区形成光导管(lightpipe)结构，其作法是在后段制作工艺(back end of line)阶段，在像素阵列区蚀刻出相对应于各感光二极管的光导管开口，然后以旋涂法将具有高折射率n (high refractive index)的旋涂材料涂布在基板上，使旋涂材料填入光导管开口，烘烤固化后形成光导管结构，最后再依序形成彩色滤光层以及微透镜层。
[0005]上述作法的缺点在于，旋涂后的表面平坦度不佳，导致像素阵列区内的光导管的厚度变异(thickness variat1n)问题。由此可知本技术领域仍需要一种改良的制作工艺方法，以解决现有技术的不足与缺点。
【发明内容】
[0006]为达上述目的，本发明于是提出一种半导体制作工艺，包含有:提供一半导体基材，其上设有多个半导体元件；在所述半导体基材上形成至少一介电层；在所述介电层中形成多个光导管开口，显露出所述半导体元件；在所述半导体基材上涂布一光导管材料层，并使所述光导管材料层填入所述光导管开口 ；对所述光导管材料层进行一曝光及显影制作工艺，去除部分该光导管材料层，显露出部分所述介电层的上表面，如此形成一光导管材料图案；以及对所述光导管材料图案进行一化学机械研磨制作工艺，在各该光导管开口内形成一光导管。
[0007]根据本发明一实施例，其中所述半导体基材包含一硅基材，所述半导体元件包含一感光元件，例如一感光二极管。
[0008]根据本发明一实施例，其中所述材料层为可感光(photosensitive)高分子材料，其在可见光范围具有高折射率(η = 1.7?1.9)及低消光系数(k?0)的光学特性。
[0009]为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附的附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
【附图说明】
[0010]图1至图4为本发明一实施例所绘示的半导体制作工艺方法示意图；
[0011]图5例示本发明另一优选实施例。
[0012]符号说明
[0013]1CM0S影像感测器
[0014]10半导体基材
[0015]20介电层
[0016]20a上表面
[0017]22光导管开口
[0018]30光导管材料层
[0019]30a光导管材料图案
[0020]30b虚设图案
[0021]30c光导管
[0022]40预定光掩模
[0023]50曝光制作工艺
[0024]60化学机械研磨制作工艺
[0025]102半导体元件
[0026]110像素阵列区
[0027]120周边区
[0028]T过渡区
【具体实施方式】
[0029]在下文中，将参照【附图说明】细节，该些附图中的内容也构成说明书细节描述的一部分，并且以可实行该实施例的特例描述方式来绘示。下文实施例已描述足够的细节使该领域的一般技术人士得以具以实施。当然，也可采行其他的实施例，或是在不悖离文中所述实施例的前提下作出任何结构性、逻辑性、及电性上的改变。因此，下文的细节描述不应被视为是限制，反之，其中所包含的实施例将由随附的权利要求来加以界定。
[0030]文中所提及的「晶片」或「基材」等名称可以是在表面上已有材料层或集成电路元件层的半导体基底，其中，基材可以被理解为包括半导体晶片。基材也可以指在制作过程中的半导体基底或晶片，其上形成有不同材料层。举例而言，晶片或基材可以包括掺杂或未掺杂半导体、在绝缘材或半导体底材上形成的外延半导体、或其它现有的半导体结构。
[0031]请参阅图1至图4，其为依据本发明一实施例所绘示的半导体制作工艺方法示意图。本发明半导体制作工艺方法特别适合应用于CMOS影像感测器I的后段制作工艺(backend of line)，但不限于此。
[0032]首先，如图1所示，提供一半导体基材10，其上设有多个半导体元件102，例如，感光元件。根据本发明实施例，半导体基材10可以是一硅基材，所述感光元件可以包括感光二极管，但不限于此。
[0033]接着，在半导体基材10上形成至少一介电层20。根据本发明实施例，介电层20可以包含单一或多层介电材料，例如，二氧化娃或氮化娃等。介电层20具有一上表面20a，其可以是二氧化硅表面或氮化硅表面。熟悉该项技术者应理解，介电层20中还可以设置有至少一层的金属内连线结构(图未示)。
[0034]接着，利用光刻及蚀刻制作工艺，在像素阵列区110中相对应于半导体元件102的位置，蚀穿介电层20，形成多个光导管开口(lightpipe opening) 22，使光导管开口 22显露出半导体元件(感光元件)102的表面。在周边区120中，则未形成上述光导管开口。
[0035]如图2所示，接着，在半导体基材10上以旋涂法涂布一光导管材料层30，并使光导管材料层30填入且填满光导管开口 22。根据本发明实施例，在涂布光导管材料层30之前可选择在半导体基材10上共形的沉积一衬层(liner)，例如氮化硅层。
[0036]承前所述，以旋涂法旋涂后的表面平坦度不佳，导致像素阵列区内的光导管的厚度变异(thickness variat1n)问题。
[0037]为解决这个问题，本发明光导管材料层30采用可感光(photosensitive)高分子材料，而其在可见光范围仍具有高折射率(η = 1.7?1.9)及低消光系数(k?O)等光学特性。接着，在旋涂光导管材料层30之后，可选择进行一预烘烤(pre-bake)制作工艺。
[0038]接着，直接对光导管材料层30进行一曝光制作工艺50，其中，可以使用一预定光掩模40，使得周边区120内的一预定区域的光导管材料层30受到预定光源(例如1-line)的照射，而像素阵列区110内以及过渡区T内的光导管材料层30则不会被照射。其中，过渡区T可以是O?100微米宽。
[0039]在完成上述曝光程序后，随即进行一显影制作工艺，将先前已曝光过的区域内的光导管材料层30去除，显露出部分介电层20的上表面20a，形成一光导管材料图案30a。此夕卜，根据本发明另一实施例，也可以改变光掩模图案，使得在显影制作工艺之后，在周边区120内形成预定的虚设图案(dummy pattern) 30b，如图5所示。
[0040]在完成上述显影程序后，接着进行一化学机械研磨(chemical mechanicalpolish, CMP)制作工艺60，研磨掉在介电层20上表面20a部分的光导管材料图案30a，形成仅位于光导管开口 22内的光导管30c，如图4所示。根据本发明实施例，可以选择进行一过研磨(over-polish)步骤，使得位于光导管开口 22内的光导管30c的上端部，进一步被凹陷在光导管开口 22内，确保位于光导管开口 22内的光导管30c之间不互相连接。
[0041]接着，可以继续进行彩色滤光膜制作工艺以及微透镜制作工艺，依序在已平坦化的半导体基材10上形成彩色滤光膜以及微透镜(图未示)，如此即完成CMOS影像感测器I的后段制作工艺。由于彩色滤光膜制作工艺以及微透镜制作工艺都为现有，故其细节不再赘述。
[0042]以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种半导体制作工艺，包含有: 提供一半导体基材，其上设有多个半导体元件； 在所述半导体基材上形成至少一介电层； 在所述介电层中形成多个开口，显露出所述半导体元件； 在所述半导体基材上涂布一材料层，并使所述材料层填入所述开口 ； 对所述材料层进行一曝光及显影制作工艺，去除部分该材料层，显露出部分所述介电层的上表面，如此形成一材料图案；以及 对所述材料图案进行一化学机械研磨制作工艺。2.如权利要求1所述的半导体制作工艺，其中所述半导体基材包含一硅基材。3.如权利要求1所述的半导体制作工艺，其中所述半导体元件包含一感光元件。4.如权利要求3所述的半导体制作工艺，其中所述感光元件包含一感光二极管。5.如权利要求1所述的半导体制作工艺，其中所述介电层包含单一或多层介电材料。6.如权利要求5所述的半导体制作工艺，其中所述介电材料包含二氧化硅或氮化硅。7.如权利要求1所述的半导体制作工艺，其中所述材料层为可感光(photosensitive)高分子材料，其在可见光范围具有高折射率η = 1.7?1.9及低消光系数k?O的光学特性。8.如权利要求1所述的半导体制作工艺，其中所述开口为光导管开口，而对所述材料图案进行化学机械研磨制作工艺之后，在各该光导管开口内形成一光导管。
【专利摘要】本发明公开一种半导体制作工艺，包括：首先提供一半导体基材，其上设有多个半导体元件。再于半导体基材上形成至少一介电层，在介电层中形成多个开口，显露出半导体元件，再于半导体基材上涂布一材料层，使材料层填入开口，再对材料层进行一曝光及显影制作工艺，去除部分材料层，显露出部分介电层的上表面，如此形成一材料图案，然后对材料图案进行一化学机械研磨制作工艺。
【IPC分类】H01L21/822
【公开号】CN105655296
【申请号】
【发明人】钟泽伟, 周宗辉, 赖郁元
【申请人】力晶科技股份有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月12日