专利名称：Cmos图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明实施例涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图<象 传感器，更具体地，涉及一种能够防止水渗透的CMOS图像传感器 及其制造方法。
背景技术：
通常，图像传感器指的是利用半导体的感光性将光学信号转换 为电信号的器件。可以将图像传感器广泛地分为电荷耦合器件 (CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感 器。
在CCD中，将光学信号转换为电信号的多个光电二极管被布 置成矩形。CCD还包括多个垂直CCD (VCCD)、多个水平CCD (HCCD)和传感力文大器(sense amplifier),其中该多个垂直CCD
置于以矩阵形式布置的各个光电二才及管之间以垂直传^r乂人光电二
极管中产生的电荷，该多个水平CCD用以水平传输被VCCD传输
的电荷，而该传感放大器用以检测水平传输的电荷并且从而输出电信号。
上述的CCD具有复杂的"l乘作系统，消库毛大量的功率，并且需 要多级光处理。因此，CCD的制造过程也很复杂。此外，因为很难将控制电路、信号处理电路、A/D转换电路等 集成在CCD芯片中，所以很难以紧凑尺寸来制造CCD。
近来，为此目的，CMOS图像传感器已经被认为是能够克服 (address ) CCD缺点的下一代图像传感器。
根据使用控制电路和信号处理电路作为外围电路的CMOS技 术，CMOS图像传感器包括在半导体衬底上的MOS晶体管。MOS 晶体管的数量与单位像素的数量相对应。CMOS图像传感器以开关 方式(switching manner)来使用MOS晶体管顺序检测各个单位像
素的llr出。
例如，CMOS图^f象传感器在每个单位l象素中形成有光电二极管 和MOS晶体管。通过由每个单位像素以开关方式顺序检测的电信 号来显示图像。
因此通过应用CMOS制造技术，可以形成CMOS图像传感器， 相比于CCD图像传感器，该CMOS图像传感器消耗较少的功率， 并且具有减少的光处理ft量，以及从而具有更简化的制造过程。
下文中，将参照附图来说明传统CMOS图像传感器的制造方 法。 、
图1A到图ID是示出了传统CMOS图像传感器的制造过程的 截面图。
首先，如图1A所示，在半导体衬底100上形成诸如栅极介电 层或层间电介质的介电层101。此外，在介电层101上形成用于每 个信号线的金属衬垫102。在包括金属衬垫102的介电层101的整 个表面上形成包括氧化层或氮化层的第一4屯化层103。才妄下来，参照图1B，在第一4屯化层103上施加光导层 (photoconductive layer) 104,并且通过曝光和显影来图样化该光 导层104以暴露金属衬垫102的上部。例如，通过使用图样化的光 导层104选4奪性地刻蚀第一钝化层103来在金属衬垫102处形成开 口部分105。
如图1C所示，接下来，去除光导层104，并且在半导体衬底 100的整个表面上形成第二钝化层110。为了保护在后续过程中形 成的微透镜109,可以通过气相沉积热树脂(thermal resin) ( TR ) 或正硅酸乙酯(TEOS)的薄层来形成第二钝化层110。这里，可以 z使用j氐温氧^匕物(LTO)来形成第二^/f匕层110。
如图1D所示，通过在第二4t化层110的整个表面上气相沉积 氮化硅层或氮氧化硅层(silicon oxide nitride layer)来形成平坦层 106。平坦层106通过光处理一皮选I奪性;也刻蚀以^又在与金属^H"垫102 不对应的部分上保留。此外，在与各个光电二极管区(未示出)相 7于应的平坦层106上形成滤色器层107。这里，可以通过施加相应 的彩色抗蚀剂(color resist)并且使用专用的掩膜实施光刻来形成 滤色器层107。
在这之后，在包括滤色器层107的衬底100的整个表面上形成 寸呆护涂层(overcoating layer) 108，并且然后通过光处理来选4奪性 》也刻蚀j呆护涂层108以<吏其<又<呆留在与金属^"垫102不对应的部 分。
接下来，将聚合物(polymer )联结至保护涂层108作为用于微 透镜109的材料。通过曝光和显影图样化光导层来限定微透镜区。 然后，选择性地图样化作为微透镜材料层的聚合物以便相应于滤色 器层107形成樣吏透4竟图才羊。通过回流工艺(reflow process )来热处 理樣i透镜图样，从而形成具有预定曲率的半J求状的樣i透4竟109。然而，在传统CMOS图4象传感器中，因为在j氐温下气相沉积 LTO，所以LTO层的密度不够。同样，由于LTO奉是多孔渗水 (porous)且亲水的，所以水可以轻易地渗透微透镜，从而引起裂 缝且使微透镜的寿命降低。在半导体的布线联结期间，裂缝可能引 起应力(stress),且因此由于应力甚至可能损坏樣么透4免。
发明内容
大体上，本发明的示例性实施例涉及一种CMOS图像传感器及 其制造方法，该CMOS图像传感器及其制造方法基本上避免了由于 相关技术的局限性和缺点S1起的一个或多个问题。
例如，本发明的实施例涉及提供一种能够防止水渗透的CMOS 图像传感器及其制造方法。
根据第一个实施例， 一种CMOS图像传感器包括形成于半导 体衬底上的介电层，顺序形成于介电层的整个表面上的第一4屯化层 和第二^^化层，以及顺序形成于第二4屯化层上的平坦层、滤色器层、 保护涂层和微透镜。该CMOS图像传感器进一步包括布置在介电 层上以围绕」微透4免的多个金属衬垫，在孩t透4竟和金属衬垫之间的介 电层上形成的防水层(water barrier),以及暴露金属衬垫和防水层 的第一开口部分和第二开口部分。
根据第二个实施例， 一种用于制造CMOS图像传感器的方法包 括在半导体衬底的整个表面上顺序形成介电层、金属衬垫和第一 4屯化层，并且通过选4奪性刻蚀第一4屯化层来形成第 一开口部分和第 二开口部分。*接下来，通过第二开口部分来在介电层上形成至少一 个防水层，并且可以在第一4屯化层的整个表面上形成第二4屯化层。 该方法还可以包括在形成于第二钝化层上的孩t透4竟区上顺序形成 平坦层、滤色器层、保护涂层和微透镜。提供这些概要的目的在于以简单的形式介绍一种概念的选择， 这些相无念将在以下的具体实施方式
中作进一步描述。这些概要不是 为了确定所要求的主题内容的关键特征或本质特性，也不是为了用 作确定所要求的主题内容的范围的辅助。
附加特征将在下文中阐述，并且一部分特征将从描述中清楚地 知道，或者可以通过本发明的实施获知。本发明的特征可以通过在 所附的权利要求中特别指出的装置及其组合的方式来实现和获得。 本发明的特征将通过下文或所附的权利要求变的更为显而易见，或
从结合附图所给出的本发明示例性实施例的以下描述中将清
楚的知道本发明示例性实施例的多个方面，其中
图1A到图ID是示出了根据传统技术用于制造CMOS图像传 感器的方法的过程截面图2是冲艮据本发明实施例的CMOS图像传感器的平面图3是沿着线A-A，截取的图2的截面图；以及
图4A到图4E是示出了根据图2的实施例制造CMOS图像传 感器的方法的过程截面图。
具体实施例方式
在以下的本发明示例性实施例的详细描述中，参考附图以图示 的方式示出本发明的特定具体实施方式
。在附图中，几个附图中以 相同的标号描述基本上相同的元件。这些具体实施方式
描述的足够
9详细以使本领域技术人员能够实施本发明。可以利用其他的具体实 施方式，并在不脱离本发明的范围内可以作结构的、逻辑的和电的 改变。而且，可以理解的是，本发明的各种具体实施方式
，尽管不 同，^旦不是一定互相独立的。例如，在一个具体实施方式
中4苗述的 显著特征、结构或特性也可能包含在其他的具体实施方式
中。因此， 以下的具体描述不应该被局限的理解，而本发明的范围仅通过所附 的权利要求以及这些权利要求所享有的等同替换的全部范围来限 定。
图2是根据本发明实施例的CMOS图像传感器的平面图，而图 3是沿着线A-A，截耳又的图2的截面图。
如图2和图3中所示，CMOS图l象传感器包括半导体衬底1和 以栅极介电层或层间电介质的形式形成于半导体衬底1上的介电层 5。可以沿着半导体衬底l的外缘在介电层5上形成多个金属衬垫3 以围绕《效透4竟11，并可以在置于微透镜11和金属衬垫3之间的介 电层5上形成多个防水层4。该CMOS图^象传感器可以进一步包括 在介电层5的整个表面上由例如氧化层或氮化层形成的第 一钝化层 6a,以及形成于第一钝化层6a上的第二钝化层6b。可以通过选择 性地刻蚀第一钝化层6a和第二4屯化层6b来在金属衬垫3和防水层 4上形成第一开口部分7a和第二开口部分7b。可以在第二钝化层 6b上的孩i透^:区中形成平坦层8，可以在平坦层8上形成滤色器层 9，以及可以在包4舌滤色器层9的平坦层8的整个表面上形成保护 〉余层10。然后可以在4呆护涂层10上形成樣i透4竟11。
可以<吏用<氐温氧4匕物(LTO)来形成第二4屯〗匕层6b。
可以围绕微透镜ll以相同的间隔来布置防水层4。可以通过等 离子增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition ) (PECVD )在介电层5上由例如疏水性的(hydrophobic )有才几前体
10(precursor )来形成防水层4。防水层4的厚度可以是大约10埃到 1500埃。
防水层4可以由烃基(hydrocarbon-based)材料诸如环烷基烃 (naphthene-based hydrocarbon )、 芬芳烃(aromatic hydrocarbon )、 聚丙烯(polypropylene )、 聚乙婦、乙火希画醋酉臾乙烯(ethylene画vinyl acetate )或乙烯乙酉旨(ethylene ethyl)来形成。
可选;也，可以通过电镀(electroplating)或泪艮射(sputtering) 来在介电层5上由i者如Ti、 Cu或Pb的金属形成防水层4。
此夕卜，可以通过电镀或溅射来穿过第二开口部分7b在防水层4 上沉积i者如Ti、 Cu或Pb的金属，乂人而形成阻挡金属层13。
通过这样形成阻挡金属层13，可以减少或防止裂缝和水的渗透。
下文中，将参照附图来详细地i兌明用于制造CMOS图l象传感器 的方法。
图4A到图4E是示出了 CMOS图像传感器制造方法的过程截 面图。
首先参照图4A，在半导体4于底1上形成诸如栅4及介电层或层 间电介质的介电层5,以及在介电层5上形成用于每个相应的信号 线的金属衬垫3。在包括金属衬垫3的介电层5的整个表面上形成 第一4屯化层6a。该4屯化层可以由例如氮化层或氧化层制成。
接下来，如图4B所示，在第一《屯化层6a上施加光导层12， 并且通过曝光和显影来刻蚀该光导层12以便暴露每个金属衬垫3 的上部。还可以刻蚀光导层12以〗更同才羊暴露用于形成防水层4的区域。此外，使用刻蚀的光导层12作为掩膜来选择性地刻蚀第一 钝化层6a。因此，在金属衬垫3上形成第一开口部分7a。同样， 形成第二开口部分7b，该第二开口部分7b暴露与防水层4相对应 的区i或。
*接下来，如图4C所示，去除光导层12,并且可以通过PECVD 穿过第二开口部分7b来形成由疏水性的有机前体制成的防水层4， 且该防7jc层4以相同的间隔布置在孩i透4竟11周围。该防水层4可 以具有大约10埃到1500埃的厚度。
可以使用烃基材料通过PECVD来在介电层5上形成防水层4, 其中烃基材料包括环烷基烃、芬芳烃、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸 乙烯或乙烯乙酯。可选地，可以通过电镀或溅射在介电层5上沉积 包括Ti、 Cu或Pb的金属来形成防水层4。
接下来，如图4D所示，可以通过在半导体衬底1的整个表面 上气相沉积热树脂(TR)或薄TEOS来形成第二钝化层6b，以便 保护将在以下过程中制造的微透镜11。第二钝化层6b可以由例如 LTO形成。
在形成平坦层8之前，可以通过电镀或溅射穿过第二开口部分 7b在防水层4上沉积i者如Ti、 Cu和Pb的金属来形成阻挡金属层 13。
如图4E所示，可以通过在半导体斥于底1的整个表面上气相沉 积氮化硅层或氮氧化硅层(silicon oxide nitride layer )来开j成平坦层 8。平坦层8通过光处理和刻蚀处理;故选择性地刻蚀，从而仅保留 在与金属4十垫3和阻挡金属层13不只于应的部分。》匕夕卜，可以在相 应于各个光电二极管区(未示出)的位置处的平坦层8上形成滤色器层9。可以通过应用相应的的彩色抗蚀剂并且使用专用掩膜实施 光刻来形成滤色器层9。
然后，可以在衬底1的整个表面上形成保护涂层10,以及然后 该保护涂层10通过光处理和刻蚀处理净皮选择性地刻蚀以^又保留在 与金属3于垫3和阻挡金属层13不对应的部分。
接下来，可以将聚合物粘附于保护涂层10来作为用于微透镜
ii的材^K可以通过曝光和显影图样化光导层来限定樣i透^:区。可
以使用光导层来选"f奪性地图样化聚合物，从而相应于滤色器层9形 成微透镜图样。此外，可以通过回流工艺来热处理该微透镜图样， 乂人而形成具有预定曲率的半3求状的孩t透4竟11。
乂人以上所述可以清楚地知道，依照4艮才居上述本发明实施例的图 像传感器及其制造方法，在微透镜和金属衬垫之间制备由疏水性的 材泮牛形成的防水层。乂人而，不4又可以防止水渗透至孩i透4竟，而且还 在布线:眹结期间防止了裂缝的产生。
尽管本发明已经对示例性实施例进行了描述，在不脱离如下述 权利要求所限定的本发明的范围内可以作各种改变及l奮改，这对于 本领域的技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1. 一种CMOS图像传感器，包括介电层，形成于半导体衬底上；第一和第二钝化层，顺序形成于所述介电层的整个表面上；平坦层、滤色器层、保护涂层和微透镜，顺序形成于所述第二钝化层上；多个金属衬垫，布置于所述介电层上以围绕所述微透镜；防水层，形成于所述微透镜和所述金属衬垫之间的所述介电层上；以及第一和第二开口部分，暴露所述金属衬垫和所述防水层。
2. 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，所述防水 层包括烃基材料。根据权利要求2所述的CMOS图像传感器: 材料选自包括环烷基烃、芬芳烃、聚丙烯、 酸乙烯和乙烯乙酯的组。其中，所述烃基 聚乙烯、乙烯-醋
3.
4. 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，所述防水 层具有大约10埃到1500埃的厚度。
5. 根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，进一步包括阻挡金属层，形成于所述防水层上。
6. —种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括在半导体衬底的整个表面上顺序形成介电层、金属衬垫和第一^/f匕层；通过选4奪性地刻蚀所述第一 化层来形成第 一 和第二开 口部分；穿过所述第二开口部分在所述介电层上形成至少一个防 水层；在所述第一钝化层的整个表面上形成第二钝化层；以及在形成于所述第二 化层上的樣i透区上顺序形成平坦 层、滤色器层、保护涂层和樣i透镜。
7. 才艮据^又利要求6所述的方法，其中，形成所述第一开口部分以 暴露所述金属衬垫。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第一开口部分和所 述孩i透4竟之间形成所述第二开口部分。
9. 根据权利要求6所述的方法，其中，使用低温氧化物(LTO) 来形成所述第二^/f匕层。
10. 4艮据^l利要求6所述的方法，其中，所述至少一个防水层由有 机前体形成。
11. 根据权利要求6所述的方法，其中，通过等离子增强化学气相 沉积(PECVD)来形成所述至少一个防水层。
12. 才艮据4又利要求6所述的方法，其中，所述至少一个防水层由疏 水性的材料形成。
13. 才艮据4又利要求6所述的方法，其中，所述至少一个防水层具有 大约10埃到1500埃的厚度。
14. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个防水层包括 烃基材料。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述烃基材料选自包括 环烷基烃、芬芳烃、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯或乙烯 乙酯的组。
16. 根据权利要求6所述的方法，其中，通过电镀或溅射金属来形 成所述至少一个防水层。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述防水层金属选自包 括Ti、 Cu和Pb的组。
18. 4艮据斗又利要求6所述的方法，进一步包括在所述至少一个防水层上形成阻挡金属层。
19. 4艮据权利要求18所述的方法，其中，在所述第二开口部分中 形成所述阻挡金属层。
20. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个防水层包括 在所述孩t透4竟的周围以相同间隔布置的多个防水层。
全文摘要
一种CMOS图像传感器可以包括形成于半导体衬底上的介电层，顺序形成于介电层的整个表面上的第一钝化层和第二钝化层，以及顺序形成于第二钝化层上的平坦层、滤色器层、保护涂层和微透镜。该CMOS图像传感器可以进一步包括布置在介电层上以围绕微透镜的多个金属衬垫，在微透镜和金属衬垫之间的介电层上形成的防水层，以及暴露金属衬垫和防水层的第一开口部分和第二开口部分。
文档编号H01L27/146GK101471356SQ200810179009
公开日2009年7月1日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年12月28日
发明者郑冲耕 申请人:东部高科股份有限公司