专利名称：制造图像传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传感器，尤其涉及一种制造图像传感器的方法。
技术背景图像传感器将光学图像转换为电信号。图像传感器广义上分为互补式金氧 半(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。与CMOS图 像传感器相比，CCD图像传感器一般具有更好的噪音和光敏属性。然而，CCD 图像传感器难以实现相对高的集成环境，并具有相对高的能耗。与CCD图像 传感器相比，CMOS图像传感器具有较简单的制造工艺、相对高的集成和较低 能耗。随着制造半导体器件技术的发展，用于制造CMOS图像传感器的技术 及其所产生的属性大大改善。在CMOS图像传感器中的研究继续进行。一般地，CMOS图像传感器的像素包括用于接收光的光电二极管和用于 控制通过光电二极管的图像信号的CMOS元件。根据输入滤色片的红光、绿 光和蓝光的波长和密度，光电二极管产生电子-空穴对。输出信号根据所产生 的电子数量而变化。因此，图像可电子式感应。CMOS图像传感器包括用于执行光电转换的像素区域和用于检测在像素 区域中转换的信号的外围电路区域。外围电路区域围绕像素区域。在CMOS 图像传感器中，光刻胶涂覆在半导体器件上以形成微透镜。半导体衬底的底表 面的斜度应当最小化以实现平坦化，从而光刻胶均匀涂覆在半导体器件的整个 表面上。在现有技术中，可在像素区域中执行过化学机械抛光(过CMP)工艺， 从而未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)比外围区域薄。如图1中的实施例所示，在 阵列蚀刻之后，产生半导体衬底的中心B和边缘A之间在厚度上的差别。该
布局(topology)上的差别增加了在为透镜制造期间调整微透镜的厚度和曲率 半径的难度。这些问题对制造工艺和通过传感器产生的图像的质量产生影响。发明内容本发明的实施方式涉及图像传感器，更尤其涉及制造图像传感器的方法。 本发明的实施方式涉及制造能平坦化像素区域和外围区域的布局的图像传感 器的方法。本发明的实施方式涉及形成允许调整微透镜的厚度和曲率半径的微 透镜的方法。本发明的实施方式涉及制造图像传感器的方法，该方法包括在半导体衬底 之上形成多个较低层。第一钝化层可形成于较低层之上以保护该较低层。第一 钝化层可以不同厚度形成于像素区域和外围区域中。旋涂式玻璃(SOG)层可 形成于第一钝化层之上。第二钝化层可形成于SOG层之上。阵列蚀刻可用于 在半导体衬底中形成凹区。多个微透镜可形成于凹区的底部表面之上。形成较低层可包括形成包括在半导体衬底之上彩色二极管的硅外延层。介 电层可由硅氮化物形成。金属绝缘体金属(MIM)层，以及第一和第二金属层 间介电(IMD)层可形成于硅外延层之上。第一 IMD层可由硅氧化物形成， 以及第二IMD层可由未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)或硅酸四乙酯(TEOS)形 成。第一钝化层可由USG形成。第二钝化层可由硅氮化物形成。该方法可进 一步包括在形成多个微透镜前在包括凹区的半导体衬底上形成硅氮化物。形成SOG层可包括在第一钝化层之上形成SOG层。可退火SOG层以固 化SOG层。可对SOG层执行化学机械抛光(CMP)工艺。
图1是示出在其上形成有多个图像传感器的半导体衬底的中心和边缘之 间在布局(topology)上的差别的视图；图2A至图2F是示出根据本发明实施方式制造图像传感器的方法的横截 面视图。
具体实施方式
图2A至图2F是示出根据实施方式制造图像传感器的方法的横截面视图。 特别地，根据实施方式的图像传感器可以为垂直型图像传感器。在实施方式中， 用于去除像素阵列部分布局的结构可以使用以下制造方法形成。首先，如实施例图2A所示，将硅外延层1叠层在半导体衬底上。包括红 光光电二极管2、绿光光电二极管3和蓝光光电二极管4的像素区域形成于叠 层的硅外延层1中。换句话说，包括彩色二极管2至4的硅外延层1形成于半 导体衬底上。第一金属层5由Cu或Al形成。介电层6由硅氮化物形成。层7是金属 绝缘金属(MIM)层。第一金属层间介电(inter-metal dielectric)层8由硅氧 化物形成以及第二 IMD层9由未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)或硅酸四乙酯 (TEOS)制成。用于电性连接和信号处理的接触通孔10和第二金属层11可 形成于像素区域之上。另外，由USG形成的第一钝化层12可形成于半导体衬 底之上。因此，用于制造图像传感器的多个较低层1至11形成于半导体衬底 之上。然而，第一钝化层12形成于较低层之上，以保护包括较低层1至12 的传感器。第一钝化层12用于将图像传感器与外部物理碰撞和水隔离。当涂覆USG 作为第一钝化层12以形成器件的保护膜时，像素区域中的USG可具有低于外 围区域中USG的厚度。为了防止该问题，如实施例2B所示，由液晶材料形 成的旋涂式玻璃(SOG)涂覆在由USG形成的第一钝化层上以形成SOG层 13。换句话，由于第一钝化层12以不同厚度形成于像素区域和外围区域中， SOG层形成在第一钝化层12之上以掩埋(bury)较低部分。SOG层12形成 以掩埋像素区域的较低部分，从而像素区域和外围区域平坦化。可执行退火工艺以固化SOG层13。通过化学机械抛光(CMP)工艺平坦 化半导体衬底的整个表面，如图2C所示。g卩，SOG层13可通过CMP工艺去 除直到暴露外围区域的USG。因此，有可能在阵列蚀刻之后减小衬底中心和 变化之间在厚度上的差别。如在实施例图2D中所示，硅氮化物(SiN)的第二钝化层14可形成于 SOG层13之上。通过以上所述的工艺可获得均匀厚度。阵列蚀刻可用于在光 电二极管2、 3、和4之上形成在其中形成有多个微透镜16的空间。换句话说， 阵列蚀刻可用于减小光电二极管2、 3和4与微透镜6之间的距离。由于可通过以上所述的工艺实现均匀的厚度，如实施例图2E所示，有可 能易于调整在阵列蚀刻工艺中产生的衬底整个厚度的均匀性，以及微透镜的厚 度和区域半径。可执行阵列蚀刻工艺直到第二 IMD层9的预定厚度以在衬底 中形成凹区，其中在该凹区中多个微透镜16设置在光电二极管2、3和4之上。 硅氮化物层15可形成于包括凹区的衬底之上。在形成氮化物层15之后，如实施例图2F所示，多个微透镜16可形成于 氮化物层15及光电二极管2、 3和4之上。根据实施方式，有可能解决由于过 CMP而在顺序工艺中由于CMOS图像传感器的像素区域和外围区域之间在第 一钝化层12厚度上的差别所产生的问题。从而可能易于调整半导体衬底的整 个厚度均匀性、像素区域的微透镜的尺寸和曲率半径。对于本领域的普通技术人员对在此公开的实施方式进行各种修改和变化 是显然和显而易见的。因此，本发明意欲覆盖落入本发明权利要求及其等效范 围内的各种修改和变化。
权利要求
1、 一种方法，包括 在半导体衬底上形成多个较低层；在所述较低层上形成第一钝化层，以保护所述较低层，所述第一钝化层以 不同厚度形成于像素区域和外围区域中；在所述第一钝化层之上形成旋涂式玻璃层； 在所述旋涂式玻璃层之上形成第二钝化层； 执行阵列蚀刻以在所述半导体衬底中形成凹区；以及 在所述凹区的所述底部表面上形成多个微透镜。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述较低层的步骤包含在所述半导体衬底上形成包括彩色二极管的硅外延层；在所述硅外延层上形成硅氮化物介电层、金属绝缘体金属层和第一金属层 间介电层与第二金属层间介电层。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一金属层间介电层 由硅氧化物形成。
4、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二金属层间介电层 由未掺杂的硅酸盐玻璃形成。
5、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二金属层间介电层 由硅酸四乙酯形成。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一钝化层由未掺杂 的硅酸盐玻璃形成。
7、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二钝化层由硅氮化 物形成。
8、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包含硅氮化物层形成于包 括所述凹区的半导体衬底上。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述旋涂式玻璃层的 步骤包含在所述第一钝化层上形成所述旋涂式玻璃层；退火所述旋涂式玻璃层以固化所述旋涂式玻璃层；以及 在所述旋涂式玻璃层上执行化学机械抛光工艺。
10、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于制造CMOS 图像传感器。
11、 一种装置用于 在半导体衬底上形成多个较低层；在所述较低层上形成第一钝化层以保护所述较低层，所述第一钝化层以不 同厚度形成于像素区域和外围区域中；在所述第一钝化层之上形成旋涂式玻璃层； 在所述旋涂式玻璃层之上形成第二钝化层； 执行阵列蚀刻以在所述半导体衬底中形成凹区；以及 在所述凹区的所述底部表面上形成多个微透镜。
12、 根据权利要求ll所述的装置，其特征在于，用于形成所述较低层是 用于在所述半导体衬底上形成包括彩色二极管的硅外延层； 在所述硅外延层上形成硅氮化物介电层、金属绝缘体金属层以及第一金属 层间介电层及第二金属层间介电层。
13、 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，该装置用于形成所述硅 氧化物的第一金属层间介电层。
14、 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，该装置用于形成未掺杂 硅酸盐玻璃的第二金属层间介电层。
15、 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，该装置用于形成硅酸四 乙酯的第二金属层间介电层。
16、 根据权利要求ll所述的装置，其特征在于，该装置用于形成未掺杂 硅酸盐玻璃的第一钝化层。
17、 根据权利要求ll所述的装置，其特征在于，该装置用于形成硅氮化 物的第二钝化层。
18、 根据权利要求ll所述的装置，其特征在于，该装置用于在包括所述 凹区的半导体衬底上形成硅氮化物层。
19、 根据权利要求ll所述的装置，其特征在于，通过以下步骤形成旋涂式玻璃层在所述第一钝化层上形成所述旋涂式玻璃层； 退火所述旋涂式玻璃层以固化所述旋涂式玻璃层；以及 在所述旋涂式玻璃层上执行化学机械抛光工艺。
20、根据权利要求ll所述的装置，其特征在于，该装置用于制造CMOS图像传感器。
全文摘要
本发明的实施方式涉及制造图像传感器的方法，该方法包括在半导体衬底之上形成多个较低层。第一钝化层可形成于较低层之上以保护较低层。第一钝化层可以不同厚度形成于像素区域和外围区域中。旋涂式玻璃(SOG)层可形成于第一钝化层之上。第二钝化层可形成于SOG层之上。阵列蚀刻可用于在半导体衬底中形成凹区。多个微透镜可形成于凹区的底部表面之上。
文档编号H01L21/71GK101145540SQ20071014957
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月12日 优先权日2006年9月12日
发明者方善敬 申请人:东部高科股份有限公司