專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及其制造方法，更具體地，涉及一 種CMOS圖像傳感器及其制造方法。盡管本發(fā)明適用于寬范圍的應(yīng) 用，但其尤其適用于包括微透鏡的CMOS圖像傳感器，其中微透鏡 由氧化硅形成或包含氧化硅。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器是用來將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器 件。圖像傳感器可以主要分為電荷耦合器件(CCDs)圖像傳感器 和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化硅)圖像傳感器。
在電荷耦合器件(CCD)中，用于將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號的 多個光電二才及管(PD)以矩陣形式排列。CCD由多個垂直電荷耦 合器件(VCCD )、水平電荷耦合器件(HCCD )和傳感放大器(sense amplifier)構(gòu)成。多個VCCD中的每一個都i殳置在以矩陣形式排列 的垂直光電二極管之間并起到在垂直方向上傳送從相應(yīng)的光電二 極管中產(chǎn)生的電荷的作用。HCCD起到在水平方向上傳送由每個 VCCD所傳送的電荷的作用。以及，傳感力文大器通過感測在水平方 向上傳送的電荷來輸出電信號。然而，上述的CCD具有相對復(fù)雜的驅(qū)動機(jī)制，消耗相對高的 功率以及需要多級的光學(xué)處理(photo process )。因此，其不利的地 方在于CCD制造工藝可能相對比較復(fù)雜。而且，4艮難在CCD芯片 上集成控制電路、信號處理電路、模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器等。因 此，對于減小CCD產(chǎn)品的尺寸來說可能具有挑戰(zhàn)性。
近來，人們已經(jīng)關(guān)注作為下一代圖像傳感器來克服CCD缺點(diǎn) 的CMOS圖4象傳感器。CMOS圖^f象傳感器是采用開關(guān)系統(tǒng) (switching system)的器件，該開關(guān)系統(tǒng)用于通過MOS晶體管來 順序檢測和/或處理每個單位^f象素的輸出。通常使用CMOS技術(shù)根 據(jù)在半導(dǎo)體襯底上的單位像素的數(shù)目來形成MOS晶體管，其中 CMOS技術(shù)還可以被用來形成作為外圍電路的控制電路、信號處理 電路等。
也就是，CMOS圖像傳感器通過捕獲光電二極管中的光致電荷 (光i秀導(dǎo)電荷，light-induced charge )， 4吏用單位l象素中的一個或多 個MOS晶體管來感測電荷，然后使用開關(guān)系統(tǒng)從每個單位像素中 檢測電信號來實(shí)現(xiàn)圖像。
由于CMOS圖4象傳感器^f吏用CMOS制造工藝制成，其具有優(yōu) 點(diǎn)諸如相對小的功耗、使用相對少的數(shù)量的光刻工藝步驟的相對簡 單的制造過程等。此外，對于CMOS圖^^傳感器來"i兌在CMOS圖 像傳感器芯片上可以集成控制電路、信號處理電路、A/D轉(zhuǎn)換器等， 這種CMOS圖像傳感器在圖像傳感器產(chǎn)品的尺寸減小的制造中具 有優(yōu)勢。因此，CMOS圖像傳感器適用于包括數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z 影才幾等的不同領(lǐng)域。
圖1是用于CMOS圖像傳感器的4晶體管(4T)型單位像素 的示例性電路圖，而圖2是常規(guī)4T型CMOS圖像傳感器單位像素 的示例性布局圖。參照圖1， CMOS圖^象傳感器的單位像素100由作為光電轉(zhuǎn)換 單元的光電二才及管10和四個晶體管構(gòu)成。在這種情況下，四個晶 體管包4舌壽爭移晶體管(transfer transistor) 20、復(fù)^f立晶體管(reset transistor) 30、驅(qū)動晶體管40和選擇晶體管(select transistor ) 50。 將可選的負(fù)載晶體管(optional load transistor) 60電連4妄至單位虧象 素100的輸出端Out。在這種情況下，參考符號"FD"表示浮動擴(kuò)散 區(qū)(floating diffusion region )， "Tx，，表示轉(zhuǎn)移晶體管20的柵電壓(gate voltage), "Rx，，表示復(fù)位晶體管30的柵電壓，"Dx"表示驅(qū)動晶體管 40的柵電壓，而"Sx，，表示選擇晶體管50的柵電壓。
如圖2所示，常^L4T型CMOS圖^f象傳感器的單位像素包括由 器件隔離區(qū)(未示出，但是形成在除了有源區(qū)以外的單位像素的部 分或區(qū)域中)限定的有源區(qū)。在有源區(qū)相對寬的部分中形成單個光 電二極管PD，而在有源區(qū)的剩余部分上和/或上方形成四個晶體管 的柵電極23、 33、 43、 53。也就是，轉(zhuǎn)移晶體管20包括柵電極23， 復(fù)位晶體管30包括柵電極33，驅(qū)動晶體管包括柵電極43,而選擇 晶體管50包括4冊電極53。在這種情況下，源/漏(S/D)區(qū)通過離 子注入形成在相鄰于每個晶體管柵極的有源區(qū)中，而不形成在每個 柵極23、 33、 43和53之下。
包括按行和列密集排列的多個像素的常規(guī)圖像傳感器包括通 過檢測外部光產(chǎn)生光電子的光電二極管PD、傳遞從光電二極管中 產(chǎn)生的電荷的浮動擴(kuò)散區(qū)FD，和i殳置在光電二極管PD和浮動擴(kuò)散 區(qū)FD之間用來將產(chǎn)生自二極管PD的電荷傳輸?shù)礁訑U(kuò)散區(qū)FD的 轉(zhuǎn)移晶體管Tx。
以下簡要地描述上述構(gòu)成的CMOS圖^f象傳感器的才喿作順序。首 先，當(dāng)復(fù)位晶體管Rx導(dǎo)通時，輸出浮動擴(kuò)散結(jié)點(diǎn)(node)的電勢 (potential)變?yōu)閂DD。在這種情況下，檢測參考值。隨后，如果光從圖〗象傳感器的外部進(jìn)入到為光接收單元的光電
二才及管PD，則產(chǎn)生與光成比例的電子空穴對(EHPs)。通過產(chǎn)生自 光電二極管PD的信號電荷，轉(zhuǎn)移晶體管Tx的源極結(jié)點(diǎn)(source node )的電勢根據(jù)所產(chǎn)生的信號電荷的數(shù)量成比例變化。
如果轉(zhuǎn)移晶體管Tx導(dǎo)通，則將積聚的信號電荷傳輸至浮動擴(kuò) 散區(qū)FD。只要驅(qū)動晶體管Dx的柵偏壓(gate bias)改變，輸出浮 動擴(kuò)散結(jié)點(diǎn)的電勢就根據(jù)所傳輸?shù)男盘栯姾闪砍杀壤母淖?。這最 終導(dǎo)致驅(qū)動晶體管Dx的源極電勢改變。在這種情況下，如果選擇 晶體管Sx導(dǎo)通，則數(shù)據(jù)被讀出到圖像傳感器的列讀出電路(column read circuit )。
隨后，當(dāng)復(fù)位晶體管Rx導(dǎo)通時，輸出浮動擴(kuò)散結(jié)點(diǎn)的電勢變
為VDD。然后，重復(fù)上述過程。
以下參照圖3來說明根據(jù)相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器。
參照圖3，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器由在半導(dǎo)體襯底 101的器件隔離區(qū)中的器件隔離層102、在半導(dǎo)體襯底101的有源 區(qū)中的多個光電二極管區(qū)103、在包括光電二極管區(qū)103的半導(dǎo)體 襯底101上方的絕緣夾層(interlayer ) 104、在絕》彖夾層104上的第 一平坦化層(planarization layer ) 105、在第一平坦化層105上分別 相應(yīng)于光電二極管區(qū)103的濾色器層(color filter layer ) 106 (包括 紅[R]、綠[G]和藍(lán)[B]濾色器)、在包括濾色器層106的半導(dǎo)體襯底 101上方的第二平坦化層107、以及在第二平坦化層107上相應(yīng)于 濾色器層106中的濾色器的多個微透鏡108來構(gòu)成。在這種情況下， 在半導(dǎo)體襯底101的有源區(qū)上、中或上方(以及，在金屬導(dǎo)線的情 況下，在器件隔離區(qū)上方)形成不同的晶體管(在圖中沒有示出) 和金屬導(dǎo)線(在圖中沒有示出)。在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的上述構(gòu)成的CMOS圖像傳感器中，每種顏色 在光電二極管區(qū)103上方形成濾色器層106中的一個濾色器以接收 紅、綠或藍(lán)(R/G/B)信號。為了接收更多的光，在光接收單元上 方設(shè)置微透鏡108。各個信號經(jīng)由多個金屬導(dǎo)線連接至設(shè)置在光接 收單元外部的圖像處理電路并且然后被組合成單個圖像。
如果圖3所示的微透鏡由代替?zhèn)鹘y(tǒng)有機(jī)物質(zhì)的氧化硅形成，則 能夠在封裝器件的過程中防止微透鏡被由切割晶片所產(chǎn)生的微粒 物(particles)污染。然而，用于微透鏡的氧化物物質(zhì)可能在相對較 4氐的溫度下沉積，導(dǎo)致層的密度(quality)不是盡可能的密實(shí) (dense )。結(jié)果，在微透鏡層內(nèi)部存在氣泡(小孔，pin hole )。由 于這個問題，在實(shí)施用來溶解第二平坦化層(或上覆的(overlying) 抗蝕劑(resist)或抗蝕劑圖樣)的有才幾物質(zhì)的濕處理期間，化學(xué)制 品(chemicals)可能透過氧化物微透鏡，由此，微透鏡108可能從 第二平坦化層107上脫離(peel off )。
此外，當(dāng)一定的氧化物在低溫下沉積時(例如，在相關(guān)技術(shù)工 藝中用來形成微透鏡)，可以觀察到在氧化硅中存在許多的氣泡。 如果進(jìn)一步實(shí)施濕處理，則可能部分'溶解平坦4匕層107，由此孩t透 4竟108可能從平坦化層107上剝落(exfoliate )或脫離。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明針對一種CMOS圖^f象傳感器及其制造方法，該方 法可以基本消除由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺點(diǎn)引起的 一 個或多個問題。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種CMOS圖像傳感器及其制造 方法，通過該CMOS圖^f象傳感器及其制造方法可以防止(即，防止;陂溶解或削弱(weakened))平坦化層遭受經(jīng)由平坦化層上的氧化 硅微透鏡的化學(xué)制品滲透。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的和特征一部分將在下文中闡述， 一部 分對于本領(lǐng)域的普通4支術(shù)人員而言通過下文的實(shí)一驗將變得顯而易 見或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中獲得。通過所寫的說明書及其權(quán)利要 求以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)，可以了解和獲知本發(fā)明的這些目的 和其〗也優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)以及4艮據(jù)本發(fā)明的目的，如在本 文中所體現(xiàn)和概括描述的， 一種根據(jù)本發(fā)明制造CMOS圖像傳感器 的方法包括以下步驟在半導(dǎo)體4于底上形成多個光電二4及管區(qū)，形 成分別相應(yīng)于光電二極管區(qū)的多個濾色器，在濾色器上形成平坦化 層，在平坦化層上形成保護(hù)層，通過在保護(hù)層上沉積低溫氧化層并 然后圖樣化該〗氐溫氧化層來形成相應(yīng)于光電二才及管區(qū)的多個樣丈透 鏡。
在本發(fā)明的另一個方面中，CMOS圖像傳感器包括在半導(dǎo)體 襯底上的多個光電二才及管區(qū)，分別相應(yīng)于光電二極管區(qū)的多個濾色 器(其可以相互均勻地間隔開)，在濾色器上的平坦化層，在平坦
化層上的保護(hù)層(例如，設(shè)置用來在處理上覆材料期間保護(hù)平坦化 層)，以及相應(yīng)于各個光電二極管區(qū)的多個微透鏡，該多個微透鏡 包括在保護(hù)層上的被圖樣化的低溫氧化層。
如在才艮據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器及其制造方法的以上描 述中所提到的，在濾色器層上已經(jīng)形成平坦化層之后，通過等離子 處理(plasma processing )在平坦化層上形成^f呆護(hù)層。這樣，可以防 止對平坦化層的損害，該損害是在實(shí)施濕處理或類似處理的過程中 由經(jīng)過低溫氧化珪微透鏡中的氣泡的化學(xué)制品滲透引起的。因此， 本發(fā)明防止孩t透銷乂人-微透4竟之下的平坦化層上剝落或脫離。可以理解的是，本發(fā)明的上述總體描述和以下的具體描述都是 示例性的和說明性的，并且旨在提供對所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解 釋。


附圖被包括用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一 步理解，并結(jié)合于此而構(gòu) 成本申請的 一部分。本發(fā)明的示例性實(shí)施例連同描述都用來解釋本
發(fā)明的原理。在附圖中
圖1是4T型CMOS圖像傳感器的示例性電路圖2是常規(guī)4T型CMOS圖像傳感器的單位像素的示例性布局
圖3是才艮據(jù)相關(guān)技術(shù)方法的CMOS圖像傳感器的截面圖4是才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性CMOS圖^象傳感器的截面 圖；以及
圖5A到圖5F是制造才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器 的示例性方法中的示例性中間結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)地參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式和在附圖中示出的 實(shí)施例。在任何可能的地方，在整個附圖中4吏用相同的標(biāo)號以表示 相同或相似的部件。
圖4是4艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性CMOS圖l象傳感器的截面
圖；參照圖4，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器包括在半導(dǎo)體襯 底201的器件隔離區(qū)中的器件隔離層202,其中半導(dǎo)體襯底被限定 為器件隔離區(qū)和有源區(qū)；在半導(dǎo)體4于底201的有源區(qū)中的光電二核^ 管區(qū)203;在包括光電二極管區(qū)203和器件隔離層202的半導(dǎo)體襯 底201上方的絕纟彖夾層204;在絕纟彖夾層204上的第 一平坦化層205; 在第一平坦化層205上分別相應(yīng)于光電二極管區(qū)203的多個濾色器 206 (例如，紅[R]、綠[G]和藍(lán)[B]);以及在包括濾色器206的半導(dǎo) 體襯底201上方的第二平坦化層207。在一個實(shí)施例中，濾色器206 -故均勻；也間隔開。
根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器進(jìn)一步包括在第二平坦化層 207上用以保護(hù)第二平坦化層207的保護(hù)層210A和通過在^f呆護(hù)層 210A上;咒積和圖才羊^M氐溫氧4匕層來形成的樣i透4免216A (分別相應(yīng) 于下面的光電二才及管區(qū))。特別:l也，^呆護(hù)層210A起到防止第二平坦 化層207被損害的作用，其中損害是由經(jīng)過微透鏡216A中的氣泡 滲透處理化學(xué)制品(treatment chemical)所造成的，該;微透4竟216A 包括〗氏溫氧化層。也就是，保護(hù)層210A起到防止第二平坦化層207 遭受化學(xué)制品的作用。
在根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器中，如果在濾色器層206 上存在平坦化層207 (其通常包括有一幾物質(zhì)，諸如光刻力交)，如果在 平坦化層207上形成^f呆護(hù)層210A，以及如果i殳置^f氐溫氧化物孩吏透 鏡216A,則在濾色器層206下方的結(jié)構(gòu)并不限于圖4中所示的結(jié) 構(gòu)。也就是，在本發(fā)明的CMOS圖像傳感器中的濾色器層206之下 的下部結(jié)構(gòu)可以具有"i午多不同結(jié)構(gòu)中的^f壬^f可一個。例如，可以不i殳
置濾色器層206下方的第一平坦化層205。如果濾色器層206的下 部結(jié)構(gòu)被實(shí)現(xiàn)為與圖4所示的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)以-提高圖像傳感器的 性能，則本發(fā)明是可適用的。此外，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感 器適用于3T、 4T和5T型。參照附圖來對制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的 示例性方法進(jìn)4于如下地解釋。
圖5A到5F是用來說明制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像 傳感器的示例性方法的截面圖。
參照圖5A，在限定為有源區(qū)和器件隔離區(qū)的半導(dǎo)體襯底201 上，器件隔離層202形成在器件隔離區(qū)中以限定有源區(qū)。在這種情 況下，可以通過STI (淺溝道隔離)、LOCOS (硅的局部氧化)或 類似技術(shù)(例如，STI和LOCOS技術(shù)的結(jié)合)來形成器件隔離層 202。
在^皮器件隔離層202隔離的有源區(qū)中形成光電二4及管區(qū)203。 例如，在p十+型半導(dǎo)體^H"底201上實(shí)施夕卜延工藝(epitaxial process )
(例如，可以外延生長硅，其中硅可以進(jìn)一步包括諸如磷的p-型摻 雜物)以形成p-型外延層(在附圖中沒有示出)。單晶,圭
(single-crystalline silicon ) 4于底可以凈皮用作半導(dǎo)體4于底201 。以及， 可以通過離子注入(例如，首先用低濃度的n-型摻雜物，然后在比 n-型摻雜物淺的深度用中濃度的p-型摻雜物)輕摻雜半導(dǎo)體村底 201的有源區(qū)來在半導(dǎo)體襯底201的表面中形成光電二極管區(qū)203。
隨后，在包括光電二極管區(qū)203和器件隔離層202的半導(dǎo)體襯 底201上方沉積絕緣夾層204。在這種情況下，絕緣夾層204可以 包^舌i者如USG (不4參雜石圭酸鹽玻璃(undoped silicate glass))的氧 化物。
通常，絕緣夾層204包括多個介電層(未示出)，其中每個 介電層^卩可以單3蟲包4舌最寸氐々蟲刻4f止層(lowermost etch stop layer ) (例如，氮4匕石圭)； 一個或多個共形(conformal)和/或間隙^真充介 電層(例如，TEOS、等離子石圭烷、或富石圭氧化物(silicon-rich oxide ));一個或多個體介電層(bulk dielectric layer )(例如，碳氧化石圭[SiOC]， 其可以#1氫化[例如，SiOCH];不摻雜的二氧化石圭[例如，USG或等 離子石圭;乾];或摻雜氟[例如，F(xiàn)SG]或硼和/或石粦[例如，BSG、 PSG 或BPSG]的二氧化硅);和/或一個或多個覆蓋層(例如，TEOS、USG、 等離子硅烷等)。
可以在多個介電層的每個上或中形成金屬互連結(jié)構(gòu)(mental interconnection)(未示出)。每個金屬互連結(jié)構(gòu)可以單獨(dú)包4舌 一個 或多個最4氐粘合劑和/或擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier layer )(例如， 鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭等，諸如鈥上覆氮化鈦的雙層(titanium nitride-on-titanium bilayer));體導(dǎo)電層(例i口 ， 4呂，4呂合金[例^口 ， 具有從0.5%到4%重量的銅，達(dá)到2%重量的鈦，和/或達(dá)到1%重量 的硅的鋁]或銅)；和/或一個或多個最上粘合劑，小丘防止(hillock prevention)層和/或抗反射涂覆層(例如，鈦，氮化鈦，鈦鴒合金 等，諸如鈦上覆氮化鈦的雙層)。通過傳統(tǒng)的鴒插塞和通孔(via)， 最下金屬互連結(jié)構(gòu)可以電連4妄至^H"底201中的源才及/漏4及端(例如， 單位-像素的CMOS電路中的晶體管的源才及/漏才及端)，其中最下金屬 互連結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括在其和周圍的介電層之間的粘合劑和/或 擴(kuò)散阻擋層(例如，鈦上覆氮化鈦的雙層)。上覆的金屬互連結(jié)構(gòu)
(overlying metal interconnection ) 40可以通過這樣的鵠插塞來電連 接至下部(underlying )金屬互連結(jié)構(gòu)(例如，最下金屬互連結(jié)構(gòu))。 可選地，金屬互連結(jié)構(gòu)和下部插塞或通孔可以包括傳統(tǒng)的雙重鑲嵌
(dual damascene )的銅互連結(jié)構(gòu)(其可以進(jìn)一步包括在其和周圍的 介電層之間的粘合劑和/或擴(kuò)散阻擋層，諸如鉭上覆氮化鉭的雙層
(tantalum nitride-on- tantalum bilayer )， k乂及諸^口淚艮射6勺4同、4了或其 他的金屬的籽晶層)。
在絕纟彖夾層204上形成第一平坦化層205。平坦化層205通常 包4舌透明抗蝕劑材泮+ (transparent resist material )。在第 一平坦4匕層205上涂覆可染色的或已染色的抗蝕劑層(例如，包括紅、綠或藍(lán) 染料)。在已染色的/可染色的抗蝕劑層上實(shí)施曝光和顯影以形成第 一濾色器圖樣。重復(fù)該工藝兩次以形成第二濾色器和第三濾色器。 因此，在第一平坦化層205上形成用于^4居預(yù)定波長范圍來過濾光 的濾色器層206，可選地，濾色器層206 (例如，在特定顏色的單 個濾色器之間，諸如在綠色濾色器和與其最接近的綠色濾色器之 間)具有均勻的間隔以分別相應(yīng)于光電二才及管區(qū)203。
使用有機(jī)物質(zhì)(例如，透明抗蝕劑材料)在濾色器上形成第二 平坦化層207。通常，光的透射率對于圖像傳感器來說很重要。為 了避免由于第二平坦化層207的厚度引起的薄膜之間的干擾，第二 平坦化層207的厚度可以是1000埃到6000埃。
參照圖5B和圖5C,在第二平坦化層207上形成用于保護(hù)第二 平坦化層207的保護(hù)層210。優(yōu)選地，^f呆護(hù)層210對化學(xué)制品具有 4艮強(qiáng)的化學(xué)抗性(chemical resistance )，其中4匕學(xué)制品可以在濕處理 的過程中經(jīng)由微透鏡216A滲透。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，可以 以下列方式形成^f呆護(hù)層210。
參照圖5B,通過在第二平坦化層207上實(shí)施惰性氣體等離子 處理(inert gas plasma processing )，可以開j成保護(hù)層210。這樣，保 護(hù)層可以包括被包含氬，氦，氖和/或氪的等離子處理過的透明光 刻膠材料，該光刻膠材料可以使保護(hù)層210的表面變粗糙。例如， 可以在包4舌100瓦到300瓦的Y扁壓功率(bias power )、 2.5才乇到3.5 ^托的壓力、15秒到30秒的處理時間和大約1000 sccm的氦和/或 500sccm到1500sccm的氬的流動速率的條件下實(shí)施惰性氣體等離 子處理。
參照圖5C,形成4呆護(hù)層210的方法可以進(jìn)一步包4舌(例如， 通過4吏光刻月交交叉津禺合(cross-linking))在圖5B所示的4呆護(hù)層210上實(shí)施氮?dú)獾入x子處理，例如以使其表面硬化，由此可以完成保護(hù)
層210A?？梢証吏用i者如N2、 NH3、 N2H4、 HN3或HCN的氮源 (nitrogen source),優(yōu)選地和諸如H2、 NH3、 N2H4、 HN3、 SiH4等 的氫源(hydrogen source)來實(shí)施氮?dú)獾入x子處理。在優(yōu)選的實(shí)施 例中，氮?dú)獾入x子處理包括使用包含NH3和N2的混合氣體。
特別地，如在上述描述中所提到的，通過惰性氣體等離子處理 208,例如通過賊射(或濺射蝕刻)惰性氣體等離子中的氦和氬陽 離子(cations)來使第二平坦化層207的頂部表面變粗糙以增加其 特定的表面區(qū)域。隨后，如果在具有由惰性等離子處理208增加的 特定表面區(qū)域的4呆護(hù)層210上實(shí)施氮?dú)獾入x子處理212,則保護(hù)層 210A可以具有石更質(zhì)特性(hard property )。由于通過惰性等離子處理 208來增加特定的表面區(qū)域，所以在實(shí)施氮?dú)獾入x子處理的情況下 保護(hù)層210的上側(cè)(topside)可以容易地4參雜有氮原子，而在實(shí)施 氫氣等離子處理的情況下可以相對容易:l也減小(還原，reduce)係: 護(hù)層210的上側(cè)。
上述形成的保護(hù)層210A可以具有100埃到300埃的厚度?？?以在包括200瓦到400瓦的偏壓功率、2托到44乇的壓力、10秒到 30秒的處理時間和500 sccm到1500 sccm的NH3(或其孑也的氬源氣 體)和/或2000 sccm到4000 sccm的N2 (或其他的氮源氣體)的流 動速率的條件下實(shí)施氮?dú)獾入x子處理。
參照圖5D,在保護(hù)層210A上形成^f氐溫氧化(LTO)層216。 在這種情況下，可以在10°C到200。C的溫度下形成氧化層216。LTO 層216可以包括二氧化硅，而且可以通過在250。C或更低的溫度下 乂人二氧4匕石圭前馬區(qū)物(precursors )(例如，i者3口石圭》克氣體或正石圭酉交乙 西旨(tetraethyl orthosilicate )的石圭源，和諸^口二氧(dioxygen )禾口/或 臭氧的氧源)中等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)來形成LTO 層216。在不同的實(shí)施例中，LTO層216可以在150。C到200。C的溫度范圍通過PECVD形成具有200nm到500nm(例如，大約370nm ) 的厚度。
參照圖5E，圖樣化所沉積的低溫氧化層216。特別地，在圖5E 所示的低溫氧化層216上涂覆抗蝕劑層(在圖中沒有示出)并圖樣 化該抗蝕劑層，然后在200。C到700°C的溫度下加熱該圖樣化的抗 蝕劑層以回流(reflow)該圖樣化的抗蝕劑(resist)并形成半J求狀 或凸起的微透鏡圖樣218。
參照圖5F,在彎曲的微透鏡圖樣218上實(shí)施毯式蝕刻(blanket etch )以在保護(hù)層210A上或中形成彎曲的微透鏡216A來相應(yīng)于每 個光電二極管區(qū)203。通常，為了保持回流的圖樣化的抗蝕劑218 的彎曲形狀，實(shí)施相對非選擇性的蝕刻。換句話說，對抗蝕劑圖樣 218或LTO層216的蝕刻選擇性相比于其他的可以不超過2:l、 1.5:1 或1.1:1。才艮據(jù)本發(fā)明，如上所述，諸如TEOS (正石圭酸乙酯)的氧 化物可以代替抗蝕劑用作用于形成孩史透4竟圖樣218的物質(zhì)。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以作各種修改及變形，這對 于本領(lǐng)域的才支術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，本發(fā)明意在涵蓋在 所附權(quán)利要求及其等同替換的范圍內(nèi)的對本發(fā)明的修改和變形。
權(quán)利要求
1. 一種制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成多個光電二極管區(qū)；形成分別相應(yīng)于所述光電二極管區(qū)的多個濾色器；在所述濾色器上形成平坦化層；在所述平坦化層上形成保護(hù)層；以及通過在所述保護(hù)層上沉積低溫氧化層并然后圖樣化所述低溫氧化層來形成相應(yīng)于所述光電二極管區(qū)的多個微透鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述保護(hù)層包括在所 述平坦化層上實(shí)施氮?dú)獾入x子處理的步驟。
3. 4艮據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，形成所述保護(hù)層進(jìn)一步包 括用惰性氣體等離子處理所述平坦化層的步驟，其中，在用所 述惰性氣體等離子處理所述平坦化層之后實(shí)施所述氮?dú)獾入x 子處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述保護(hù)層包括用惰 性氣體等離子處理所述平坦化層的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述氮?dú)獾入x子包括含有 NH3和N2的混合氣體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保護(hù)層具有100埃到 300埃的厚度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述氮?dú)獾入x子處理在包 括200瓦到400瓦的偏壓功率、2托到4托的壓力和500 sccm 到1500 sccm的NH3和/或2000 sccm到4000 sccm的N2的力充動速率的條件下實(shí)施。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述惰性氣體等離子處理 在包括100瓦到300瓦的偏壓功率、2.5托到3.5托的壓力和 大約1000 sccm的氦和500 sccm到1500 sccm的氬的流動速率 的條件下實(shí)施。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，用所述惰性氣體等離子來 處理所述平坦化層包括包含100瓦到300瓦的偏壓功率、2.5 4乇到3.5 4乇的壓力和大約1000 sccm的氦和/或500 sccm到1500 sccm的氬的流動速率的條件。
10. 4艮據(jù)4又利要求1所述的方法，其中，所述平坦化層具有1000 埃到6000埃的厚度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在10。C到200。C沉積所 述低溫氧化層。
12. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述孩i透4竟包括以下 步驟在所述^^溫氧化層上沉積光刻月交； 圖樣化所述光刻膠；通過回流所述光刻月交形成孩t透4竟圖樣；以及通過蝕刻所述微透鏡圖樣和所述低溫氧化層來形成所述 微透鏡。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，回流包括在200°C到 700°C的溫度下力口熱。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述濾色器相互均勻地間 隔開。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保護(hù)層防止所述平坦 化層遭受濕化學(xué)制品損害，所述濕化學(xué)制品可以透過所述^f氐溫 氧化物。
16. —種CMOS圖像傳感器，包括多個光電二極管區(qū)，在半導(dǎo)體襯底上； 多個濾色器，分別相應(yīng)于所述光電二極管區(qū)； 平坦化層，在所述濾色器上； 保護(hù)層，在所述平坦化層上；以及多個纟鼓透#;,相應(yīng)于所述光電二4及管區(qū)，所述多個纟效透 鏡包括在所述保護(hù)層上的被圖樣化的低溫氧化層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述濾色 器相互均勻；也間隔開。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述保護(hù) 層防止所述平坦化層遭受濕化學(xué)制品損害，所述濕化學(xué)制品可以透過所述^f氐溫氧4b物。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述微透 鏡具有凸起的形狀。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述平坦 化層具有1000埃到6000埃的厚度。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法。該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成多個光電二極管區(qū)，形成分別相應(yīng)于光電二極管區(qū)的多個濾色器，在濾色器上形成平坦化層，在平坦化層上形成保護(hù)層，以及通過在保護(hù)層上沉積低溫氧化層并然后圖樣化該低溫氧化層來形成包括多個相應(yīng)于光電二極管區(qū)的微透鏡的微透鏡層。在形成平坦化層之后，通過等離子處理形成保護(hù)層。這樣，在濕處理的過程中可以防止平坦化層遭受經(jīng)由微透鏡層中的大量氣泡的化學(xué)制品滲透。因此，本方法防止微透鏡從平坦化層上剝離。
文檔編號H01L27/146GK101414580SQ200810170279
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者黃宗澤 申請人:東部高科股份有限公司