CMOS图像传感器的制造方法
阅读：292发布：2023-01-24
专利汇可以提供CMOS图像传感器的制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种CMOS图像 传感器 的制造方法。该方法包括以下步骤：在衬底上形成焊盘之后，涂布 氧 化物层和氮化物层；通过蚀刻该氧化物层和氮化物层露出并清洗该焊盘；涂布焊盘保护层；执行氢 退火 工艺；执行微透镜工艺、平坦化工艺以及滤色镜阵列工艺；以及去除焊盘区域的焊盘保护层。从而防止氮化物层的脱落现象和圆形 缺陷 。，下面是CMOS图像传感器的制造方法专利的具体信息内容。
1.一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括以下步骤：
在衬底上形成焊盘之后，涂布氧化物层和氮化物层；
蚀刻和去除该氧化物层和该氮化物层位于该衬底的边缘上的部分，且通过蚀刻该氧化物层和该氮化物层露出该焊盘，并通过第一灰化步骤、溶剂清洗步骤以及第二灰化步骤清洗露出的该焊盘；
涂布焊盘保护层；
执行氢退火工艺；
执行微透镜工艺、平坦化工艺以及滤色镜阵列工艺；以及
去除焊盘区域的焊盘保护层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第二灰化步骤的灰化时间大于0且小于或等于所述第一灰化步骤的灰化时间的50％。
3.如权利要求1所述的方法，其中该焊盘保护层包括等离子体增强正硅酸乙酯即PE-TEOS层。
4.如权利要求3所述的方法，其中该焊盘保护层的厚度在300埃到500埃的范围内。
CMOS图像传感器的制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 不同于典型的半导体制造工艺，在CMOS图像传感器的情况下，用于改进低照度特性的氢退火(烧结)工艺一般不在叠置氧化物钝化层之后进行，而在叠置氮化物钝化层之后进行。这会引起与晶片边缘区域的氮化物层的层间应力较弱相关的各种问题。 [0003] 下文参照图1A-1I描述现有技术的问题。图1A为示出在形成焊盘110之后涂布氧化物钝化层120和氮化物钝化层130的处理的截面图。不同于在晶片中心附近设置的晶片的主芯片区域，晶片边缘区域具有通过多道光处理形成的不规则的残留层100，所述不规则的残留层100是由光处理中的晶片边缘处理导致的。由于这些不规则的残留层100，该边缘区域的粘附力不佳。在这种状态下，CMOS图像传感器需要进行氢退火工艺，该氢退火工艺为需要具有适当的氧气和氮气比率的热处理工艺。在该热处理工艺期间，保留在晶片边缘的氮化物层30的层间应力增加，或者包含在残留层100的氟硅玻璃中的氟离子上升，从而使得保留在晶片边缘的氮化物层130以环形被脱落，该脱落物称为晶片边缘脱落物。此外，在该热处理工艺期间，从晶片边缘区域脱落的粒子可能移动到晶片中的像素块。 [0004] 图1B示出在氢退火工艺之后产生的晶片边缘脱落物140以及转移到晶片的主芯片像素块的粒子。因为所述转移的粒子为圆形，所以该粒子被称之为圆形缺陷145。 [0005] 参照图1C，为了去除圆形缺陷145，进行擦洗，然后通过光刻工艺露出焊盘区域110。之后，进行包括焊盘灰化步骤、溶剂清洗步骤以及最终固化步骤的清洗和焊盘处理工艺。虽然进行擦洗和清洗工艺从而在该清洗和焊盘处理工艺之前去除圆形缺陷145，但是仍然残留有该圆形缺陷145。同时，因为在清洗工艺期间进行灰化步骤和溶剂清洗步骤，所以焊盘的外表可能相对粗糙并且可能不清洁。
[0006] 图1D示出已涂布焊盘保护层150的情形。图1E示出已涂布滤色镜阵列层160的情形。图1F示出通过滤色镜光处理已形成滤色镜阵列165的情形。此外，图1G示出通过用于平坦化层的光处理已形成平坦化层170的情形，以及图1H示出通过热回流工艺形成凸微透镜180的凸微透镜处理。图1I示出通过蚀刻焊盘保护层150露出焊盘110以能够进行探针测试的情形。此外，在进行清洗步骤中的灰化步骤和溶剂清洗步骤之后，进行最终固化步骤。在这种情况下，因为在通过溶剂清洗露出焊盘的情形下进行固化步骤(其为一种热处理步骤)，所以在焊盘的外表中出现缺陷。
[0007] 发明内容
[0008] 因此，本发明旨在解决现有技术中出现的上述问题。本发明的目的是提供一种CMOS图像传感器的制造方法，通过消除晶片边缘的脱落现象和像素块的圆形缺陷并且减少焊盘外表的缺陷，能够改善制造工艺并且增加CMOS图像传感器的产率。 [0009] 为了实现该目的，本发明提供一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括以下步骤：在衬底上形成焊盘之后，涂布氧化物层和氮化物层；蚀刻和去除该氧化物层和该氮化物层位于该衬底的边缘上的部分，且通过蚀刻该氧化物层和该氮化物层露出并清洗该焊盘；涂布焊盘保护层；执行氢退火工艺；执行微透镜工艺、平坦化工艺以及滤色镜阵列工艺；以及去除焊盘区域的焊盘保护层。优选地，所述清洗该焊盘的步骤包括第一灰化步骤、溶剂清洗步骤以及第二灰化步骤。优选地，所述第二灰化步骤的灰化时间大于0并且小于或等于所述第一灰化步骤的灰化时间的50％。优选地，该焊盘保护层包括等离子体增强正硅酸乙酯(PE-TEOS)层。优选地，该焊盘保护层的厚度在300埃到500埃的范围内。 [0010] 附图说明
[0011] 从以下结合附图的详细说明中，本发明的上述以及其它目的、特点和优点将更为清楚。附图中：
[0012] 图1A至1I为示出现有技术CMOS图像传感器的制造方法的截面图；以及 [0013] 图2A至2H为示出根据本发明实施例的CMOS图像传感器的制造方法的截面图。 具体实施方式
[0014] 下文参照图2A至2D描述本发明的优选实施例。图2A至2D为示出在形成焊盘210之后的若干处理的截面图。
[0015] 图2A示出在形成焊盘210之后已形成氧化物钝化层220(以下称为氧化物层220)和氮化物钝化层230(以下称为氮化物层230)的情形。参照图2A，在涂布氧化物层220之后，进行化学机械抛光(CMP)工艺，然后涂布氮化物层230。此外，因为晶片边缘通过各光处理被处理了若干次，所以在晶片的边缘区域形成不规则残留层100。
[0016] 图2B示出通过光刻工艺露出焊盘210的情形。在这种情况下，在晶片边缘部分的氧化物层220和氮化物层230被蚀刻和去除。然后，对所形成的结构进行清洗工艺。不同于现有技术的清洗工艺，根据本发明的清洗工艺包括依次执行的第一灰化步骤、溶剂清洗步骤以及第二灰化步骤。不同于现有技术的清洗工艺，最终固化步骤用灰化步骤代替。用灰化步骤代替固化步骤的原因是为了在相对低的温度下形成具有清洁表面的焊盘210。根据本发明的灰化步骤的处理时间比现有技术的最终固化步骤的处理时间短。根据本发明的灰化步骤是使用等离子体的典型灰化步骤。现有技术的固化步骤在350℃以上的温度进行，从而使焊盘的表面粗糙并且很容易产生小丘(hillcock)。相反，本发明的灰化步骤在大约250℃的相对较低的温度进行，从而使焊盘表面缺陷较少并且产生较少的小丘。此外，因为在进行第一灰化步骤之后进行第二灰化步骤，所以第二灰化步骤的灰化时间可以小于或等于第一灰化步骤的灰化时间的一半。
[0017] 图2C示出已涂布焊盘保护层240的情形。优选地，焊盘保护层240包括PE-TEOS(等离子体增强正硅酸乙酯)层。该焊盘保护层被涂布为300埃到500埃的较薄厚度，以使后面的焊盘露出工艺容易进行。在涂布焊盘保护层240之后，进行氢退火工艺。根据现有技术，在形成氧化物层220和氮化物层230之后进行氢退火工艺；而根据本发明，在涂布焊盘保护层240之后进行氢退火工艺，从而能够防止晶片边缘区域的脱落现象。原因如下：当如图2B所示通过光刻工艺露出焊盘210时，晶片边缘区域的氧化物层220和氮化物层230被去除，之后再进行氢退火工艺，因此在晶片边缘区域出现的氮化物层230脱落现象的来源被完全消除。
[0018] 在氢气(H2)和氮气(N2)彼此混合的比率为10∶1或10∶2的炉中进行氢退火工艺。此外，氢退火工艺在400℃或更高的温度下进行20到30分钟。硅表面具有通过蚀刻工艺产生的悬挂键缺陷结构，通过氢退火工艺，在该悬挂键缺陷结构中注入并埋置氢离子。一般地，如果涂布较厚的氮化物层，则由于层特性能够显著地防止氢离子穿透氮化物层。然而，在焊盘区域中形成的氮化物层230由于露出焊盘的处理而被去除，因此通过氢退火工艺能够有效地在该悬挂键缺陷结构中注入并埋置氢离子，从而更有效地修复硅表面。因此，防止了悬挂键缺陷结构中产生的电子引起暗信号，从而改善了低照度特性。此外，由于防止了脱落现象，因此省略了在现有技术中使用的擦洗工艺以及缺陷监测工艺。 [0019] 图2D示出在上述处理所形成结构的整个表面上涂布滤色镜阵列层250的处理，以及图2E示出通过滤色镜光处理形成滤色镜阵列255的过程。此外，图2F示出通过用于平坦化层的光处理形成平坦化层260的处理。此外，图2G示出通过热回流工艺形成凸微透镜
270的处理。此外，图2H示出通过蚀刻工艺露出焊盘210以能够进行探针测试的情形。 [0020] 如上所述，根据本发明提出的CMOS图像传感器的制造方法，在形成焊盘保护层之后进行氢退火工艺，从而防止了在晶片边缘区域的氮化物层的脱落现象。因此，能够防止转移到晶片主芯片内部的圆形缺陷。此外，在去除焊盘区域的氮化物层的情形下进行氢退火工艺，以使氢离子更有效地修复硅衬底的缺陷表面，从而改善低照度特性。此外，当防止圆形缺陷时，能够省略在氢退火工艺之后进行的擦洗工艺和缺陷监测工艺。此外，不同于现有技 术的清洗工艺，本发明通过包括第一灰化步骤、溶剂清洗以及第二灰化步骤的清洗工艺保护了焊盘的外表并且防止了小丘的出现。
270的处理。此外，图2H示出通过蚀刻工艺露出焊盘210以能够进行探针测试的情形。 [0020] 如上所述，根据本发明提出的CMOS图像传感器的制造方法，在形成焊盘保护层之后进行氢退火工艺，从而防止了在晶片边缘区域的氮化物层的脱落现象。因此，能够防止转移到晶片主芯片内部的圆形缺陷。此外，在去除焊盘区域的氮化物层的情形下进行氢退火工艺，以使氢离子更有效地修复硅衬底的缺陷表面，从而改善低照度特性。此外，当防止圆形缺陷时，能够省略在氢退火工艺之后进行的擦洗工艺和缺陷监测工艺。此外，不同于现有技 术的清洗工艺，本发明通过包括第一灰化步骤、溶剂清洗以及第二灰化步骤的清洗工艺保护了焊盘的外表并且防止了小丘的出现。
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