專利名稱：具有接合墊的金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造技術(shù)，特別涉及一種具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor; CMOS)影像感 測器(image sensor)及其形成方法。
背景技術(shù)：
影像感測器已廣泛地用于數(shù)碼相機(jī)、移動電話、安全攝像機(jī)(security camera)、醫(yī)療設(shè)備、汽車及其他用途。影像感測器，特別是CMOS影像感 測器的制造技術(shù)已經(jīng)有了快速的發(fā)展。例如，更高的解析度以及更低耗電的 需求，已經(jīng)促使影像感測器更進(jìn)一步地小型化及集成化。美國專利公開編號2006/0148123公開一種CMOS感測器，該CMOS感 測器包括具有有源區(qū)(active region)及接合墊區(qū)的半導(dǎo)體襯底，而半導(dǎo)體襯 底的接合墊區(qū)上形成有金屬墊，在形成金屬墊之后，在具有金屬墊的半導(dǎo)體 襯底上形成元件鈍化層(passivation layer)。美國專利編號6,348,361號公開一種提高感光度的CMOS影像感測器及 其形成方法，上述形成方法包括提供具有感光元件及金屬導(dǎo)線的襯底；形 成第一保護(hù)層，其覆蓋金屬導(dǎo)線，用以保護(hù)位于襯底上方的元件；在第一保 護(hù)層上形成平坦的旋涂玻璃層;在上述平坦的旋涂玻璃層上形成第二保護(hù)層， 用以保護(hù)位于旋涂玻璃層上的元件;在上述第二保護(hù)層上形成彩色濾光圖案； 在彩色濾光圖案以及第二保護(hù)層上形成光致抗蝕劑層，用來平坦化；以及在 光致抗蝕劑層上形成微透鏡。借助使用平坦的旋涂玻璃、用以平坦化的光致 抗蝕劑層以及接合墊開口，可使每個像素對應(yīng)的彩色濾光圖案的厚度的均勻 度較佳。導(dǎo)線接合墊不會殘留彩色濾光材料，并且微透鏡的圖案較為均勻。然而，在具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的制造過程 中，仍存在一些與互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的光學(xué)性質(zhì)有關(guān)的問 題，例如，在形成平坦化層的過程中，由于較大的高低起伏表面而導(dǎo)致的散射缺陷(scattering defect)。 發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的實施例之一提供一種具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化 物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法，包括以下步驟提供半導(dǎo)體襯底，其具有 像素區(qū)域以及電路區(qū)域；在該半導(dǎo)體襯底的上方形成具有開口的鈍化層；在 該鈍化層的上方順應(yīng)性地形成金屬層，使得在該開口的位置的該金屬層具有 凹陷部；以及選擇性地去除該金屬層以形成接合墊，該接合墊不延伸于該鈍 化層的上表面。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法還可 包括以下步驟在形成該鈍化層之前，在金屬間介電層之中形成具有頂部金 屬層的多重內(nèi)連線，其中該開口露出該頂部金屬層。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法還可 包括以下步驟在該鈍化層以及該接合墊上形成第一平坦化層；在該像素區(qū) 域的該第一平坦化層上形成彩色濾光元件；在該彩色濾光元件以及該第一平 坦化層上形成第二平坦化層；以及在該第二平坦化層上形成微透鏡，其中該 微透鏡大體上對準(zhǔn)該彩色濾光元件。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法中， 形成該接合墊的步驟可包括在該金屬層的上方形成光致抗蝕劑圖案，其中 該光致抗蝕劑圖案的尺寸小于該凹陷部；進(jìn)行熱回流步驟，以在該凹陷部之 內(nèi)形成熱回流的光致抗蝕劑圖案；利用該熱回流的光致抗蝕劑圖案為蝕刻掩 模，部分地去除該金屬層，以留下該接合墊。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法中， 形成該接合墊的步驟可包括在該金屬層的上方形成材料層，該材料層填入 該凹陷部；回蝕刻該材料層，以在該凹陷部之內(nèi)留下余留的材料；以余留的 材料作為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層以形成該接合墊。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法中， 回蝕刻該材料層的步驟可用電子束蝕刻法進(jìn)行。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法中， 形成該接合墊的步驟可包括在該金屬層上形成抗反射層；在該抗反射層上形成光致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案的尺寸小于該凹陷部；使用該光致 抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，部分地去除該抗反射層以留下硬掩模；剝除該光 致抗蝕劑圖案；以及利用化學(xué)機(jī)械研磨法將該硬掩模下方的該金屬層平坦化， 以形成該接合墊。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法中， 形成該接合墊的步驟可包括在該凹陷部及該金屬層上方形成光致抗蝕劑圖 案；利用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層；以及將該 金屬層平坦化，以形成該接合墊。本發(fā)明的另一實施例提供一種具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影 像感測器及其形成方法，上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感 測器包括半導(dǎo)體襯底，具有像素區(qū)域以及電路區(qū)域；鈍化層，位于該半導(dǎo) 體襯底上，該鈍化層具有開口；以及接合墊，位于該電路區(qū)域，其中該接合 墊不延伸于該鈍化層的上方。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，該電路區(qū)域 還可包括具有頂部金屬層的多重內(nèi)連線，鑲嵌于金屬間介電層之中，該金 屬間介電層介于該半導(dǎo)體襯底與該鈍化層之間。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器還可包括第一 平坦化層，設(shè)置于該鈍化層以及該接合墊上；彩色濾光元件，設(shè)置于該像素 區(qū)域的該第一平坦化層上；第二平坦化層，設(shè)置于該第一平坦化層以及彩色 濾光元件上；以及微透鏡，設(shè)置于該第二平坦化層上，其中該微透鏡大體上 對準(zhǔn)該彩色濾光元件。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，該第一平坦 化層及該第二平坦化層可包括旋涂玻璃層。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，該接合墊的 上表面可高于該鈍化層的上表面或與該鈍化層的上表面等高。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，該接合墊的 上表面可低于該鈍化層的上表面。上述具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器中，該半導(dǎo)體襯 底的該像素區(qū)域還可包括光電二極管。本發(fā)明可明顯降低接合墊與鈍化層之間的高度差，因此可消除半導(dǎo)體襯底上因旋轉(zhuǎn)涂布導(dǎo)致的散射缺陷，并可降低平坦化層的厚度從而提高CMOS 影像感測器的光學(xué)性能。


圖1示出比較例的具有接合墊的CMOS影像感測器的剖面示意圖。圖2a至圖2g為本發(fā)明的一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器的 制造工藝剖面示意圖。圖3a至圖3g為本發(fā)明的另一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的制造工藝剖面示意圖。圖4a至圖4f為本發(fā)明的又一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的制造工藝剖面示意圖。圖5a至圖5g為本發(fā)明的另一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的制造工藝剖面示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下100 半導(dǎo)體襯底102 光電二極管104 半導(dǎo)體元件106、 112、 118 第一介電層、第二介電層、第三介電層108、 111、 113~接觸插塞110 第一層金屬結(jié)構(gòu)114 第二層金屬結(jié)構(gòu)120-頂部金屬層122、 126-第一氮化硅層、第二氮化硅層124、 128 第一氧化硅層、第二氧化硅層130 多重內(nèi)連線134、 34~鈍化層136 光致抗蝕劑圖案38、 138~開口40、 140a、 140b、 140c、 140d 接合墊 41 接合墊的凸起的邊緣142 凹陷部144、 144a、 244、 344、 444 抗反射層 244a 硬掩模146、 246、 346 光致抗蝕劑圖案146a 熱回流的光致抗蝕劑圖案148、 48 第一平坦化層150、 50 彩色濾光元件152、 52 第二平坦化層154、 54~微透鏡180、 80 CMOS影像感測器446 材料層446a 余留的材料層1 像素區(qū)域n 電路區(qū)域H 接合墊與鈍化之間的高度差具體實施方式
以下用附圖來更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施方式。圖2a至圖2g為本發(fā)明的一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器的 制造工藝剖面示意圖。如圖2a所示，提供半導(dǎo)體襯底100，其具有像素區(qū)域 I以及電路區(qū)域II，上述半導(dǎo)體襯底100可以是含有例如磷或砷的P型硅襯 底。利用注入N型及/或例如硼等P型于像素區(qū)域I的半導(dǎo)體襯底100之中， 以形成光電二極管(photodiode) 102。電路區(qū)域(circuit region) II的半導(dǎo)體 襯底100上形成有各種半導(dǎo)體元件104，例如形成有N型金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管(n-type metal oxide semiconductor; NMOS)或P型金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管(p-type metal oxide semiconductor; PMOS)。接著，在電路區(qū)域II 的半導(dǎo)體襯底100上方形成具有頂部金屬層(top metal) 120的多重內(nèi)連線 130，并且上述多重內(nèi)連線130是嵌入于金屬間介電層(inter-metal dielectric) 132之中的。亦即，利用例如低壓化學(xué)氣相沉積法、等離子體加強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法或原子層化學(xué)氣相沉積法等化學(xué)氣相沉積法或者旋轉(zhuǎn)涂布法(spin coating)，在半導(dǎo)體襯底100上方形成第一介電層106， 上述第一介電層106為低介電常數(shù)材料(介電常數(shù)小于3.0)。第一介電層 106可使用許多種低介電常數(shù)材料，例如旋轉(zhuǎn)涂布的無機(jī)介電材料、旋轉(zhuǎn)涂 布的有機(jī)介電常材料、多孔性介電材料、有機(jī)聚合物或有機(jī)硅玻璃。例如， 上述有機(jī)聚合物包含芳香族碳?xì)浠衔?SiLK，美國陶氏化學(xué)公司(Dmv Chemical Co.)制造，介電常數(shù)大約為2.7)、或聚芳乙烯乙醚(poly ally 1 ether; PAE)系列的氟化聚(芳烯)醚(FLARE，霍尼韋爾電子材料公司(Honeywell Electronic Materials Co.)制造，介電常數(shù)大約為2.8)。上述有機(jī)硅玻璃例如為黑鉆石(BlackDiamond,美國應(yīng)用材料有限公 司(AppliedMaterials)制造，介電常數(shù)大約為3.0~2.4)。另外，也可使用摻氟 二氧化硅玻璃層(fluorinated silica glass; FSG)、含氫硅酸鹽類(hydrogen silsesquioxane; HSQ，介電常數(shù)大約為2.8~3.0)系列材料、甲基硅酸鹽類(methyl silsesquioxane; MSQ，介電常數(shù)大約為2.5~2.7)系列材料、多孔性 的HSQ系列材料、多孔性的MSQ材料、或多孔性的有機(jī)系列材料。然后，利用一系列的光刻技術(shù)(photolithography)及各向異性(anisotropically)蝕刻步驟，在第一介電層106之中形成含有介層孔(via hole) 及溝槽的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，接著，利用電化學(xué)鍍膜法或無電鍍法在第一介電層106 上方鍍上銅層，此銅層會填充于上述雙鑲嵌結(jié)構(gòu)之中。其次，利用化學(xué)機(jī)械 研磨法(chemical mechanical polishing; CMP)將上述銅層平坦化，從而形成 第一層金屬結(jié)構(gòu)110與連接至少一個上述半導(dǎo)體元件104的接觸插塞108。 接著，利用例如低壓化學(xué)氣相沉積法、等離子體加強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法、高 密度等離子體化學(xué)氣相沉積法或原子層化學(xué)氣相沉積法等化學(xué)氣相沉積法或 者旋轉(zhuǎn)涂布法，在第一介電層106上方形成第二介電層112。第二介電層112 最好是低介電常數(shù)材料，并且與第一介電層106可以為相同的材料，也可以 是不同的材料。然后，利用一系列的光刻技術(shù)及各向異性蝕刻步驟在第二介 電層112之中形成含有介層孔及溝槽的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，接著，利用電化學(xué)鍍膜 法或無電鍍法在第二介電層112上方鍍上銅層，此銅層會填充于上述雙鑲嵌 結(jié)構(gòu)之中，其次，利用化學(xué)機(jī)械研磨法將上述銅層平坦化，從而形成第二層 金屬結(jié)構(gòu)114與連接至少一個上述第一層金屬結(jié)構(gòu)110的接觸插塞111?；瘜W(xué)氣相沉積法或旋轉(zhuǎn)涂布法，在第二介電層112上形成低介電常數(shù)(介電常數(shù)大約小于3.0)的第三介電層118。然后，利用 一系列的光刻技術(shù)及各向異性蝕刻步驟，在第三介電層118之中形成含有介 層孔(via hole)及溝槽(trench)的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)(dual damascene)。接著， 利用電化學(xué)鍍膜法或無電鍍法，在第三介電層118上方鍍上銅層，此銅層會 填充于上述雙鑲嵌結(jié)構(gòu)之中，其次，利用化學(xué)機(jī)械研磨法將上述銅層平坦化， 從而形成頂部金屬層120與連接至少一個上述第二層金屬結(jié)構(gòu)114的接觸插 塞113。借此，可在金屬間介電層132之中形成由接觸插塞108、第一層金屬 結(jié)構(gòu)110、接觸插塞111、第二層金屬結(jié)構(gòu)114、接觸插塞113以及頂部金屬 層120構(gòu)成的多重內(nèi)連線130，上述金屬間介電層132是由第一介電層106、 第二介電層112以及第三介電層118構(gòu)成的。接著，利用化學(xué)氣相沉積法，在金屬間介電層132上方形成鈍化層 (passivation) 134，此鈍化層134是由第一氮化硅層122、第一氧化硅層124、 第二氮化硅層126及第二氧化硅層128構(gòu)成的，且此鈍化層134可以保護(hù)半 導(dǎo)體襯底100上方的電路，使電路免于受到水份或污染物的侵蝕而影響性能。 在另一實施例中，鈍化層134可包括有機(jī)材料例如聚酰亞胺(polyimide)。 另外，上述鈍化層134可以是單層或雙層構(gòu)造。如圖2b至圖2c所示，利用包括光致抗蝕劑涂布、軟烤、曝光、顯影及 硬烤的光刻制造工藝，在鈍化層134上方形成光致抗蝕劑圖案136。再利用 此光致抗蝕劑圖案136為蝕刻掩模來蝕刻上述鈍化層134，直到露出頂部金 屬層120以及第三介電層118的表面為止。借此，光致抗蝕劑圖案136的輪 廓會轉(zhuǎn)移至鈍化層134，而形成露出頂部金屬層120的開口 138。開口 138 的尺寸大約介于50pm至150pm之間，用來蝕刻鈍化層134的反應(yīng)氣體可包 括例如CF4、 CHF3、 C4Fs的含氟氣體。然后，利用物理氣相沉積法或金屬濺 鍍法并配合使用鋁金屬或鋁-銅金屬合金的靶材(target)，在具有開口 138 的鈍化層134與頂部金屬層120的上方順應(yīng)性地(conformally)形成金屬層 140，因而在金屬層140之中形成對準(zhǔn)開口 138的凹陷部142。請參照圖2d，視需要在金屬層140上形成例如氮氧硅化合物的抗反射層 144，再利用光刻制造工藝形成小于凹陷部142的光致抗蝕劑圖案146，以在 光致抗蝕劑圖案146與金屬層140或者抗反射層144之間留下空隙(space)。光致抗蝕劑圖案146可以略微高于抗反射層144的上表面。在另一實施例中，光致抗蝕劑圖案146與凹陷部142的尺寸大體上相同。如圖2e所示，進(jìn)行熱回流步驟(thermallyreflow)，亦即進(jìn)行熱步驟， 使光致抗蝕劑圖案146加熱軟化而重新流動，以在凹陷部142之中的抗反射 層144上形成熱回流的光致抗蝕劑圖案146a，而熱回流的溫度大約介于150°C 至25(TC之間。接著，請參照圖2f，各向異性蝕刻抗反射層144及金屬層140 以留下接合墊140a以及抗反射層144a，用來對金屬層140進(jìn)行各向異性蝕刻的反應(yīng)氣體可以是例如Cl2或BCl3的含氯氣體。在此蝕刻步驟中，熱回流 的光致抗蝕劑圖案146a用作蝕刻掩模。值得注意的是，接合墊140a不會延 伸至鈍化層134的上表面，并且相對較薄。在一實施例中，接合墊140a的上 表面略高于鈍化層134的上表面，并且鈍化層134以及接合墊140a的高度差 大約小于3，000A。如圖2g所示，蝕刻或剝除熱回流的光致抗蝕劑圖案146a以及抗反射層 144a以露出接合墊140a。接著，在鈍化層134以及接合墊140a上方形成第 一平坦化層148。此第一平坦化層148是利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成的旋涂玻璃層 (spin-on glass; SOG)，其厚度大約小于3，000A。然后，在像素區(qū)域I的第 一平坦化層148的上方形成彩色濾光元件150，接著在第一平坦化層148以 及彩色濾光元件150的上方形成第二平坦化層152。類似地，第二平坦化層 152可以是利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成的旋涂玻璃層。接著，在第二平坦化層152 上方形成微透鏡(microlen)154，此微透鏡154大體上對準(zhǔn)彩色濾光元件150。 在另一實施例中，在形成第一平坦化層148以前，可在接合墊140a的上方形 成額外的鈍化層(圖中未示)，以進(jìn)一步保護(hù)上述接合墊140a。圖2g示出本發(fā)明的一實施例的CMOS影像感測器180的剖面圖，此 CMOS影像感測器180包括分為像素區(qū)域I以及電路區(qū)域II的半導(dǎo)體襯底 100、具有開口 138且位于半導(dǎo)體襯底100上的鈍化層134、位于電路區(qū)域II 中的接合墊140a，此接合墊140a不延伸于鈍化層134的上表面。上述CMOS影像感測器180還包括第一平坦化層148、彩色濾光元件150 及第二平坦化層152，上述第一平坦化層148形成于鈍化層134以及接合墊 140a的上方，而彩色濾光元件150設(shè)置于像素區(qū)域I的第一平坦化層148的 上方，且第二平坦化層152形成于第一平坦化層148以及彩色濾光元件150的上方。此CMOS影像感測器180還包括位于第二平坦化層152上方的微透 鏡154,其中此微透鏡154大體上對準(zhǔn)彩色濾光元件150。圖3a至圖3g為本發(fā)明的另一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的制造工藝剖面示意圖。除了圖3d至圖3f所示的接合墊制造工藝步驟不同 之外，圖3a至圖3g所示的具體方法與圖2a至圖2g所示的具體方法大體上 類似。為了簡化起見，在此不重復(fù)敘述與圖2a至圖2g的方法相同的步驟。 如圖3d所示，利用例如低壓化學(xué)氣相沉積法、等離子體加強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積 法、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法或原子層化學(xué)氣相沉積法等化學(xué)氣相沉 積法來形成厚度100A至500A的氮氧硅化合物層，以作為抗反射層244。也 可以使用氮化硅或碳化硅來作為抗反射層244，另外，利用光刻技術(shù)在抗反 射層244上方形成尺寸小于凹陷部142的光致抗蝕劑圖案246，使得光致抗 蝕劑圖案246與抗反射層244之間具有空隙。接著，請參照圖3d至圖3f，利用光致抗蝕劑圖案246作為蝕刻掩模， 并且蝕刻去除部分的抗反射層244以留下硬掩模244a并且露出金屬層140， 然后，利用例如氧等離子體來剝除光致抗蝕劑圖案246。其次，利用例如化 學(xué)機(jī)械研磨法進(jìn)行金屬層140的平坦化步驟，以在硬掩模244a的下方留下接 合墊140b，在此平坦化步驟中，硬掩模244a是用于研磨的硬掩模。然后，請參照圖3g，去除硬掩模244a，而露出接合墊140b，接著，在 鈍化層134以及接合墊140b上方形成第一平坦化層148。此第一平坦化層148 是利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成的旋涂玻璃層，其厚度大約小于3，000A。然后，在像 素區(qū)域I的第一平坦化層148的上方形成彩色濾光元件150，接著在第一平 坦化層148以及彩色濾光元件150的上方形成第二平坦化層152。類似地， 第二平坦化層152可以是利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成的旋涂玻璃層。接著，在第二 平坦化層152上方形成微透鏡154，此微透鏡154大體上對準(zhǔn)彩色濾光元件 150。圖4a至圖4f為本發(fā)明的又一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的制造工藝剖面示意圖。除了圖4d至圖4f所示的接合墊制造工藝步驟不同 之外，圖4a至圖4f所示的具體方法與圖2a至圖2g所示的具體方法大體上 類似。為了簡化起見，在此不重復(fù)敘述與圖2a至圖2g的方法相同的步驟。 如圖4d所示，可在金屬層140的上方視需要形成抗反射層344，接著利用光刻技術(shù)在抗反射層344及凹陷部142上方形成光致抗蝕劑圖案346，值得注 意的是，在此實施例中，光致抗蝕劑圖案346的尺寸大于凹陷部142。如圖 4e所示，利用光致抗蝕劑圖案346作為蝕刻掩模，并且進(jìn)行金屬層140以及 抗反射層344的蝕刻步驟，以去除部分的金屬層140以及抗反射層344。然 后，利用化學(xué)機(jī)械研磨法將金屬層140以及抗反射層344平坦化，而留下接 合墊140c，此接合墊140c與鈍化層134大體上共平面，亦即，接合墊140c 的上表面以及鈍化層134的上表面大致上為等高。接合墊140c的上表面可略 低于鈍化層134的上表面。接著，在鈍化層134以及接合墊140c上方形成第 一平坦化層148。此第一平坦化層148是利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成的旋涂玻璃， 其厚度大約小于3，000A。然后，在像素區(qū)域I的第一平坦化層148的上方形 成彩色濾光元件150，接著在第一平坦化層148以及彩色濾光元件150的上 方形成第二平坦化層152。類似地，第二平坦化層152可以是利用旋轉(zhuǎn)涂布 法形成的旋涂玻璃。接著，在第二平坦化層152上方形成微透鏡154，此微 透鏡154大體上對準(zhǔn)彩色濾光元件150。圖5至圖5g為本發(fā)明的另一實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器 的制造工藝剖面示意圖。除了圖5d至圖5g所示的接合墊制造工藝步驟不同 之外，圖5a至圖5g所示的具體方法與圖2a至圖2g所示的具體方法大體上 類似。為了簡化起見，在此不重復(fù)敘述與圖2a至圖2g的方法相同的步驟。 請參照圖5d，視需要在金屬層140上方形成抗反射層444，接著在金屬層140 以及凹陷部142上方形成材料層446，形成材料層446的方式例如為，利用 旋轉(zhuǎn)涂布法來形成旋涂玻璃或者與底部抗反射層(bottom anti-reflective layer) 類似的材料。接著，利用電子束(electron beam)蝕刻去除部分的材料層446 而留下余留的材料446a，此余留的材料446a設(shè)于凹陷部142之內(nèi)，如圖5e 所示。然后，請參照圖5e，利用余留的材料446a作為蝕刻掩模，并且進(jìn)行蝕 刻步驟，以去除部分的金屬層140以及抗反射層444，以留下接合墊140d， 如圖5f所示。其次，去除余留的材料446a以及抗反射層444，以露出接合 墊140d。接著，在鈍化層134以及接合墊140d上方形成第一平坦化層148。 此第一平坦化層148是利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成的旋涂玻璃層，其厚度大約小于 3，000A。然后，在像素區(qū)域I的第一平坦化層148的上方形成彩色濾光元件150，接著在第一平坦化層148以及彩色濾光元件150的上方形成第二平坦化層152。類似地，第二平坦化層152可以是利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成的旋涂玻璃。 接著，在第二平坦化層152上方形成微透鏡154，此微透鏡154大體上對準(zhǔn) 彩色濾光元件150，如圖5g所示。請參照圖1，其顯示比較例的具有接合墊的CMOS影像感測器的剖面示 意圖，其中CMOS影像感測器80包括區(qū)分為像素區(qū)域I以及電路區(qū)域II的 半導(dǎo)體襯底100、具有開口 38且位于半導(dǎo)體襯底100上的鈍化層34、位于電 路區(qū)域II中的接合墊40，值得注意的是，由于接合墊40的形成方式為，使 用一般的光刻技術(shù)形成光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，并且用各向異性蝕刻 來形成接合墊的金屬層。因此，接合墊40具有凸起的邊緣41，從而導(dǎo)致相 對高的起伏表面。換言之，接合墊40與鈍化層34之間的高度差H大約介于 3，000A至15，000A之間。上述CMOS影像感測器80還包括相對厚的第一平坦化層48，其厚度大 于接合墊40與鈍化層34之間的高度差H (3，000A至15,000A)，設(shè)置于鈍 化層34以及接合墊40的上方；彩色濾光元件50，設(shè)置于像素區(qū)域I的第一 平坦化層48的上方；第二平坦化層52，設(shè)置于第一平坦化層48以及彩色濾 光元件50的上方；以及微透鏡54，設(shè)置于第二平坦化層52的上方，上述微 透鏡54大體上對準(zhǔn)彩色濾光元件50。由于CMOS影像感測器80具有相對 厚的第一平坦化層48，因此，CMOS影像感測器80的光學(xué)性質(zhì)可能變差， 另外，由于接合墊40具有較大的高低起伏表面，因此，利用旋轉(zhuǎn)涂布法以形 成第一平坦化層48時，有可能會造成散射缺陷(scattering defect)，亦即由 于涂布第一平坦化層時涂布材料濺散而造成光學(xué)性能不穩(wěn)定的現(xiàn)象。根據(jù)本發(fā)明實施例的具有接合墊的CMOS影像感測器的的形成方法，由 于可明顯降低接合墊與鈍化層之間的高度差，因此，位于接合墊上的平坦化 層可旋轉(zhuǎn)涂布于高低起伏相對低的半導(dǎo)體襯底上，因此，可消除半導(dǎo)體襯底 上的因旋轉(zhuǎn)涂布造成的散射缺陷。另外，平坦化層的厚度可降低，從而提高 CMOS影像感測器光學(xué)性能。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任 何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍條件下，應(yīng)可做一定的改 動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法，包括以下步驟；提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有像素區(qū)域以及電路區(qū)域；在該半導(dǎo)體襯底的上方形成具有開口的鈍化層；在該鈍化層的上方順應(yīng)性地形成金屬層，使得在該開口的位置的該金屬層具有凹陷部；以及選擇性地去除該金屬層以形成接合墊，該接合墊不延伸于該鈍化層的上表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測 器的形成方法，還包括以下步驟在形成該鈍化層之前，在金屬間介電層之 中形成具有頂部金屬層的多重內(nèi)連線，其中該開口露出該頂部金屬層。
3. 如權(quán)利要求1所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法，還包括以下步驟-在該鈍化層以及該接合墊上形成第一平坦化層； 在該像素區(qū)域的該第一平坦化層上形成彩色濾光元件； 在該彩色濾光元件以及該第一平坦化層上形成第二平坦化層；以及 在該第二平坦化層上形成微透鏡，其中該微透鏡大體上對準(zhǔn)該彩色濾光 元件。
4. 如權(quán)利要求1所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測 器的形成方法，其中形成該接合墊的步驟包括在該金屬層的上方形成光致抗蝕劑圖案，其中該光致抗蝕劑圖案的尺寸 小于該凹陷部；進(jìn)行熱回流步驟，以在該凹陷部之內(nèi)形成熱回流的光致抗蝕劑圖案； 利用該熱回流的光致抗蝕劑圖案為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層，以 留下該接合墊。
5. 如權(quán)利要求1所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測 器的形成方法，其中形成該接合墊的步驟包括在該金屬層的上方形成材料層，該材料層填入該凹陷部；回蝕刻該材料層，以在該凹陷部之內(nèi)留下余留的材料； 以余留的材料作為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層以形成該接合墊。
6. 如權(quán)利要求5所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法，其中回蝕刻該材料層的步驟是以電子束蝕刻法進(jìn)行的。
7. 如權(quán)利要求1所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器的形成方法，其中形成該接合墊的步驟包括 在該金屬層上形成抗反射層；在該抗反射層上形成光致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案的尺寸小于該凹陷部；使用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，部分地去除該抗反射層以留下硬 掩模；剝除該光致抗蝕劑圖案；以及利用化學(xué)機(jī)械研磨法將該硬掩模下方的該金屬層平坦化，以形成該接合墊。
8. 如權(quán)利要求1所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測 器的形成方法，其中形成該接合墊的步驟包括在該凹陷部及該金屬層上方形成光致抗蝕劑圖案； 利用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，部分地去除該金屬層；以及 將該金屬層平坦化，以形成該接合墊。
9. 一種具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，包括 半導(dǎo)體襯底，具有像素區(qū)域以及電路區(qū)域；鈍化層，位于該半導(dǎo)體襯底上，該鈍化層具有開口；以及接合墊，位于該電路區(qū)域中，其中該接合墊不延伸于該鈍化層的上方。
10. 如權(quán)利要求9所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感 測器，其中該電路區(qū)域還包括具有頂部金屬層的多重內(nèi)連線，鑲嵌于金屬 間介電層之中，該金屬間介電層介于該半導(dǎo)體襯底與該鈍化層之間。
11. 如權(quán)利要求9所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感 測器，還包括第一平坦化層，設(shè)置于該鈍化層以及該接合墊上； 彩色濾光元件，設(shè)置于該像素區(qū)域的該第一平坦化層上；第二平坦化層，設(shè)置于該第一平坦化層以及彩色濾光元件上；以及 微透鏡，設(shè)置于該第二平坦化層上，其中該微透鏡大體上對準(zhǔn)該彩色濾 光元件。
12. 如權(quán)利要求U所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感 測器，其中該第一平坦化層及該第二平坦化層包括旋涂玻璃層。
13. 如權(quán)利要求9所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器，其中該接合墊的上表面高于該鈍化層的上表面或與該鈍化層的上表面等咼o
14. 如權(quán)利要求9所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感 測器，其中該接合墊的上表面低于該鈍化層的上表面。 、
15. 如權(quán)利要求9所述的具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感 測器，其中該半導(dǎo)體襯底的該像素區(qū)域還包括光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有接合墊的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器及其形成方法，上述互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器包括半導(dǎo)體襯底，具有像素區(qū)域以及電路區(qū)域；鈍化層，位于該半導(dǎo)體襯底上，該鈍化層具有開口；以及接合墊，位于該電路區(qū)域中，其中該接合墊不延伸于該鈍化層的上方。本發(fā)明可明顯降低接合墊與鈍化層之間的高度差，因此可消除半導(dǎo)體襯底上因旋轉(zhuǎn)涂布導(dǎo)致的散射缺陷，并可降低平坦化層的厚度從而提高CMOS影像感測器的光學(xué)性能。
文檔編號H01L27/146GK101231971SQ200710148569
公開日2008年7月30日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者傅士奇, 劉源鴻, 劉銘棋, 羅際興, 陳威智 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司