[发明专利]CMOS图像感测元件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS图像传感器的制作方法，尤指一种涉及CMOS图像传感器后段工艺(back-end-of-line)的制作方法。

背景技术

随着数字相机、电子扫描产品不断地开发与成长，市场上对图像感测元件的需求随的持续增加，目前常用的图像感测元件包含有电荷耦合感测元件(charge coupled device，CCD sensor)以及互补式金属氧化物半导体图像感测元件(complementary metal oxide semiconductor，CMOS image sensor，CIS)两大类。而CMOS图像感测元件因具有低操作电压、低功率消耗与高操作效率、并可根据需要进行随机存取(random access)等优点，以及可整合于目前的半导体技术来大量制造的优势，因此受到极广泛的应用。

CMOS图像传感器的感光原理将入射的光线区分为各种不同波长光线的组合，例如入射光系被区分为红、蓝、绿三色光线的组合，再分别由半导体基底上的多个光学感测元件(optically sensitive element)如感光二极管(photodiode)予以接收，并将的转换为不同强弱的数字信号。由此可知，各光学感测元件上方必须形成彩色滤光阵列以区分入射光线的波长。

请参阅图1至图5，图1至图5为已知的CMOS图像感测元件的制作方法的示意图。如图1所示，首先提供半导体基底12，半导体基底12上定义有传感器阵列区(sensor array region)14与周边区16。在半导体基底12表面形成多个用来收集光线的感光二极管18、多个CMOS晶体管(图未示)、以及多个设置于感光二极管18周围的浅沟槽隔离(shallow trench isolation，以下简称为STI)20。随后在半导体基底12上形成至少一介电层22。接下来在传感器阵列区14内的介电层22上形成多个图案化金属层24，用以构成CMOS感测元件的金属内连线，并可增加散射光线的阻挡效果。与此同时，在周边区16内的介电层22上形成至少一图案化金属层，用以作为连接外部元件的接触垫26。

请参阅图1与图2。接下来在介电层22上形成另一覆盖图案化金属层24与接触垫26的介电层28。并通过图案化的光致抗蚀剂(图未示)作为蚀刻掩模进行蚀刻工艺，去除位于接触垫26上方的部分介电层28，以在介电层28中形成如图2所示的暴露出接触垫26表面的开口30。

请参阅图3与图4。在介电层28上形成由钛或氧化钛等不透光金属所构成的遮盖层32，遮盖层32覆盖接触垫26表面。如图3所示，接下来在遮盖层32表面形成光致抗蚀剂层，并利用开口30作为对准记号进行对准(alignment)步骤，与进行已知的曝光及显影步骤以获得图案化光致抗蚀剂层42。而此图案化光致抗蚀剂层42用以作为蚀刻掩模进行另一蚀刻工艺，用以去除接触垫26表面与部分介电层28上的遮盖层32，而在邻近传感器阵列区14的周边区16内的介电层28上形成如图4所示的光挡层34，用以遮挡外界环境光源经由周边区16散射进入传感器阵列区14内。

接下来请参阅图5。在传感器阵列区14的介电层28上形成多个彩色滤光片36。彩色滤光片36包含有红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片甚或其他颜色的滤光片，且各彩色滤光片36分别对应于半导体基底12表面的各感光二极管18。其制作步骤可概述如下：首先利用旋转涂布(spin coating)方法在介电层28表面形成包含有感光材料的绿色滤光层(图未示)，随后利用具有绿色滤光片图案的光掩模进行曝光及显影工艺，将图案转移至绿色滤光层而形成多个绿色滤光片。相同的步骤可用以制作蓝色滤光片以及红色滤光片，进而完成彩色滤光片36的制作。

请继续参阅图5。接下来在彩色滤光片36表面形成平坦层38，平坦层38覆盖光挡层34。最后在平坦层38表面形成由压克力材料(acrylate material)构成的聚合层(图未示)，并通过曝光、显影、及烘烤等工艺而形成多个分别对应于彩色滤光片36的微透镜(micro-lenses)40，完成CMOS图像感测元件10的制作。

如上所述，已知技术中，各彩色滤光层在暴露出接触垫26表面的开口30形成后，利用旋转涂布法形成于介电层38上。然而开口30的存在会使得各彩色滤光层在旋转涂布时积存于开口30内，影响后续形成的彩色滤光片36，使彩色滤光片36的厚度不均匀，即产生箭影(striation)的情形。而当箭影延伸至传感器阵列区14时，便会影响像素表现(pixel performance)，例如影响色彩饱和度(saturation)等。