CN1619826A - 图像传感器元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种图像传感器元件的制造方法，适用于具有至少一焊接垫的一衬底，其中于衬底中形成有多个光电二极管感测区，于衬底上至少形成有一介电层，且焊接垫设置于介电层中，并且于介电层上设置具有一开口的一第一保护层，并于开口中暴露出至少部分焊接垫表面，此方法包括下列步骤：于第一保护层上与开口中形成一第二保护层，再于第二保护层上形成一彩色滤光膜层，其后，于第二保护层与彩色滤光膜层上形成一平坦层，再于平坦层上形成多个微透镜。所述制造方法能够保持焊接垫表面的完整，从而确保后续的引线键合工艺能够良好地进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像传感器元件的制造方法，且特别是有关于一种避免在焊接垫表面产生孔洞(pit)的图像传感器元件的制造方法。
背景技术
电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)具有高动态范围、低的暗电流，并且其技术发展成熟，因此为现今最常使用的固态图像传感器。另一方面，互补式金属氧化物半导体图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)与互补式金属氧化物半导体晶体管的工艺兼容，能够很容易的在同一芯片上与其它周边电路整合在同一芯片上，因此能够大幅降低图像传感器的成本以及消耗功率。亦因此近年来在低价位领域的应用上，互补式金属氧化物半导体图像传感器已成为电荷耦合元件的代替品，进而使得互补式金属氧化物半导体晶体管的重要性与日俱增。
在上述电荷耦合元件与互补式金属氧化物半导体图像传感器等固态图像传感器元件中，必须设置焊接垫以与外部电路电性连接，藉由焊接垫的设置，能够由外部电路经焊接垫提供电压给图像传感器元件内的晶体管，以进行图像传感器元件的操作，而且，图像传感器元件内的光电二极管在经由光电转换后所得的电子信号，亦必须经由焊接垫输出至外部电路，以藉由适当的装置将电子信号转换成图像。
图1A至图1D所绘示为现有图像传感器元件的制造方法，并且为求简化起见，于下述工艺中省略部分构件及其相对应的说明。
首先，请参照图1A，提供一个半导体硅衬底100，其中于此半导体硅衬底100中形成有多个光电二极管感测区102。并且，于此衬底100上设置具有焊接垫106的介电层104。接着，在介电层104与焊接垫106表面上设置具有开口110的保护层108，并且于开口110中暴露出焊接垫106的表面。
接着，请参照图1B，于开口110之外的保护层108上形成彩色滤光膜层112，其中此些彩色滤光膜层112覆盖于不同的光电二极管感测区102之上，并且此些彩色滤光膜层112具有三种不同的颜色(红色、蓝色、绿色)。
接着，请参照图1C，在彩色滤光膜层112与保护层108上形成构图的平坦层114，以使彩色滤光膜层112的表面平坦化，并于此平坦层114中暴露出开口110。
接着，请参照图1D，将光致抗蚀剂材料涂布于平坦层114上，接着进行曝光显影的步骤，而在光电二极管感测区102与对应的彩色滤光膜层112的上方形成不连续的光致抗蚀剂图案，然后再进行热工艺，将光致抗蚀剂图案形成圆弧状以形成微透镜116。依上述图1A至图1D的工艺，能够完成图像传感器元件的制造。
在上述图像传感器元件的工艺中，由于彩色滤光膜层112与微透镜116的材料属于光致抗蚀剂材料，因此在形成彩色滤光膜层112与微透镜116之前，就必须定义保护层108形成开口110以暴露出焊接垫106的至少部分表面。然而，在形成彩色滤光膜层112与微透镜116的工艺中，其所使用的光致抗蚀剂与显影液等化学药液将会对焊接垫106表面造成侵蚀，进而在焊接垫106表面形成孔洞118，而此些孔洞118的产生将会影响到后续封装的引线键合工艺，例如是产生导线容易剥离，或是导线与焊接垫之间的电性质不佳等问题。
发明内容
因此，本发明提供一种图像传感器元件的制造方法，能够保持焊接垫表面的完整，从而确保后续的引线键合工艺能够良好地进行。
本发明提供一种图像传感器元件的制造方法，适用于具有至少一焊接垫的一衬底，其中于衬底中形成有多个光电二极管感测区，并于衬底上至少形成有一介电层，且焊接垫设置于介电层中，并且于介电层上设置具有一开口的一第一保护层，并于开口中暴露出至少部分焊接垫表面，此方法于第一保护层上与开口中形成一第二保护层，再于第二保护层上形成一彩色滤光膜层，其后，于第二保护层与彩色滤光膜层上形成一平坦层，再于平坦层上形成多个微透镜。
本发明提供另一种图像传感器元件的制造方法，适用于具有至少一焊接垫的一衬底，其中于衬底中形成有多个光电二极管感测区，并于衬底上至少形成有一介电层，并且焊接垫设置于介电层中，此方法于介电层上形成一保护层，再构图保护层以于至少部分焊接垫上方的保护层中形成一开口，并且于开口中保留部分保护层未去除以覆盖至少部分焊接垫表面，然后，于保护层上形成一彩色滤光膜层，再于保护层与彩色滤光膜层上形成一平坦层，其后于平坦层上形成多个微透镜。
而且，在上述的两种图像传感器元件的制造方法中，其中还包括在第二保护层(保护层)与彩色滤光膜层上形成平坦层之后，以及于平坦层上形成微透镜之前，移除开口中的焊接垫表面的第二保护层(保护层)。
如上述的图像传感器元件的工艺，由于在形成彩色滤光膜层与微透镜期间，焊接垫的表面形成有保护层而未被暴露出来，因此能够避免焊接垫表面被上述彩色滤光膜层与微透镜工艺所使用的化学药液的破坏，从而能够保持焊接垫表面的完整。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1D所绘示为现有图像传感器元件的制造流程的剖面示意图；
图2A至图2F所绘示为本发明优选实施例的一种图像传感器元件的制造流程的剖面示意图；
图3A至图3F所绘示为本发明另一优选实施例的一种图像传感器元件的制造流程的剖面示意图。
附图标记说明
100、200、300：衬底
102、202、302：光电二极管感测区
104、204、304：介电层
106、206、306：焊接垫
108、208、220、308、308a、308b：保护层
110、210、310：开口
112、212、312：彩色滤光膜层
114、214、314：平坦层
116、216、316：微透镜
具体实施方式
第一实施例
图2A至图2F所绘示为本发明优选实施例的一种图像传感器元件的制造流程的剖面示意图，且为求简化起见，并避免造成本发明不必要的限制，于下述的工艺中省略部分构件及其相对应的说明。
首先，请参照图2A，提供一个半导体硅衬底200，并且于半导体硅衬底200中形成多个光电二极管感测区202，当光线经由图像形成透镜(未绘示)入射至光电二极管感测区202时，可将光信号转换成电信号。而将大量的光电二极管感测区202排成阵列，于衬底200表面，可以形成许多图案单位，亦即是所谓的像素(pixels)。
接着，请继续参照图2A，于衬底200上至少形成有介电层204，并且于介电层204中至少形成有焊接垫206。此处焊接垫206的材料例如是铝金属，此焊接垫206用来与外部电路连接，藉以控制此图像传感器元件。
接着，请继续参照图2A，在介电层204与焊接垫206表面上形成构图的保护层208，并且此构图的保护层208具有一开口210，并于开口210中暴露出至少部分焊接垫206表面，其中保护层208的材料例如是氮化硅，其形成的方法例如是化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)。
接着，请参照图2B，于衬底200上形成薄的保护层220以覆盖保护层208与开口210，其中此保护层220的材料例如是氧化硅或是氮化硅，形成此保护层220的方法例如是使用化学气相沉积法在保护层208与开口210中形成一层略共形的保护层220，并且此保护层220的厚度例如可以是250埃至500埃之间。
接着，请参照图2C，于开口210之外的保护层220上形成彩色滤光膜层212，其中此彩色滤光膜层212例如是具有三种不同的颜色(红色、蓝色、绿色)，并分别覆盖于不同的光电二极管感测区202之上。其中此彩色滤光膜层212的形成方法例如是以现有的手段形成第一种颜色的彩色滤光膜层(例如是红色)，此第一种颜色的彩色滤光膜层例如是由红色颜料所形成，接着，以现有的手段形成第二种颜色的彩色滤光膜层(例如是蓝色)，此第二种颜色的彩色滤光膜层例如是由蓝色颜料所形成，其后，以现有的手段形成第三种颜色的彩色滤光膜层(例如是绿色)，此第三种颜色的彩色滤光膜层例如是由绿色颜料所形成。
接着，请参照图2D，在彩色滤光膜层212与保护层220上形成构图的平坦层214，以使彩色滤光膜层212的表面平坦化，并于此平坦层214中暴露出开口210以及形成在开口210中的保护层220，其中此平坦层214的材料为透明材料(transparent material)，其例如是可以由透明的高分子聚合材料所形成。
由于在上述形成彩色滤光膜层212与平坦层214的工艺期间，在焊接垫206的表面形成有保护层220，亦即是未暴露出此焊接垫206的表面，因此能够保护焊接垫206的表面不受形成彩色滤光膜层212、平坦层214所使用的光致抗蚀剂以及显影液等化学药液的侵蚀。
接着，请参照图2E，移除开口210中的保护层220以暴露出焊接垫206的表面，其中保护层220的移除方法例如是使用干式蚀刻法。此处值得注意的是，由于此移除保护层220的步骤在形成平坦层214之后才进行，因而能够避免此移除方法损及彩色滤光膜层212的完整。
而且，上述保护层220的材料，优选为能够容易被此步骤中所使用的移除方法加以移除，以降低或是避免此移除方法对彩色滤光膜层212或是平坦层214造成的损害。
此外，由于在图2B的步骤中，所形成的保护层220的厚度很薄，亦有助于使得保护层220较容易被移除，而同样能够降低或是避免在移除保护层220时对彩色滤光膜层212或是平坦层214造成的损害。
接着，请参照图2F，在平坦层214上形成多个微透镜216(micro lens)，并且此些微透镜216分别对应不同的彩色滤光膜层212，此些微透镜216可将图像的入射光线聚焦投影至图像传感器元件的表面的光电二极管感测区202。其中此些微透镜216的材料例如是使用高透光性的光致抗蚀剂材料，一般是使用正光致抗蚀剂，其形成的方法例如是将上述光致抗蚀剂材料涂布于平坦层214上，接着进行曝光显影的步骤，而在每单一像素(亦即指光电二极管感测区202)的上方形成不连续的光致抗蚀剂图案，接着，进行热处理将光致抗蚀剂构图成圆弧状，以形成具透镜聚焦功能的微透镜216。经由上述图2A至图2F的工艺，能够完成图像传感器元件的制作。
第二实施例
图3A至图3F所绘示为本发明另一优选实施例的一种图像传感器元件的制造流程的剖面示意图，同样的，为求简化起见，并避免造成本发明不必要的限制，于下述的工艺中省略部分构件及其相对应的说明。。
首先，请参照图3A，提供一个半导体硅衬底300，并且于半导体硅衬底300中形成多个光电二极管感测区302，当光线经由图像形成透镜(未绘示)入射至光电二极管感测区302时，可将光信号转换成电信号。
接着，请继续参照图3A，于衬底300上至少形成有介电层304，并且于介电层304中至少形成有焊接垫306。然后，在介电层304与焊接垫306表面上形成保护层308，其中保护层308的材料例如是氮化硅形成，形成的方法例如是化学气相沉积法。
接着，请参照图3B，构图上述保护层308以形成具有开口310的保护层308b，其中开口310位于至少部分焊接垫306的上方，而且于开口310中具有薄的保护层308a以覆盖至少部分焊接垫306表面。其中形成上述具有开口310的保护层308b的方法，其例如是在保护层308上形成具有开口310的被构图的光致抗蚀剂层(未绘示)以暴露出焊接垫306上方的保护层308，接着再以干式蚀刻法去除光致抗蚀剂层未覆盖部分的保护层308以形成开口310，并且在上述去除部分保护层308的工艺中，并未将开口310中的保护层308完全去除以形成覆盖于至少部分焊接垫306表面的保护层308a。
接着，请参照图3C，于开口310之外的保护层308b上形成彩色滤光膜层312，其中此彩色滤光膜层312例如是具有三种不同的颜色(红色、蓝色、绿色)，并分别覆盖于不同的光电二极管感测区302之上。其中此彩色滤光膜层312的形成方法例如是以现有的手段形成第一种颜色的彩色滤光膜层(例如是红色)，此第一种颜色的彩色滤光膜层例如是由红色颜料所形成，接着，以现有的手段形成第二种颜色的彩色滤光膜层(例如是蓝色)，此第二种颜色的彩色滤光膜层例如是由蓝色颜料所形成，其后，以现有的手段形成第三种颜色的彩色滤光膜层(例如是绿色)，此第三种颜色的彩色滤光膜层例如是由绿色颜料所形成。
接着，请参照图3D，在彩色滤光膜层312与保护层308b上形成构图的平坦层314，以使彩色滤光膜层312的表面平坦化，并于此平坦层314中暴露出开口310以及开口310中的保护层308a，其中此平坦层314的材料为透明材料(transparent material)，其例如是可以由透明的高分子聚合材料所形成。
由于在上述形成彩色滤光膜层312与平坦层314的工艺期间，在焊接垫306的表面形成有保护层308a，亦即是未暴露此焊接垫306的表面，因此能够保护焊接垫306的表面不受形成彩色滤光膜层312、平坦层314所使用的光致抗蚀剂以及显影液等化学药液的侵蚀。
接着，请参照图3E，去除开口310中的保护层308a以暴露出焊接垫306的表面，其中去除保护层308a的方法例如是使用干式蚀刻法。同样的，由于此移除保护层308a的步骤在形成平坦层314之后才进行，因而能够避免此移除方法损及彩色滤光膜层312的完整。
而且，上述保护层308a的材料，优选为能够容易被此步骤中所使用的移除方法加以移除，以降低或是避免此移除方法对彩色滤光膜层312或是平坦层314造成的损害。
此外，由于在图3B的步骤中，所形成于焊接垫306上方的保护层308a的厚度很薄，亦有助于使得保护层308a较容易被移除，而同样能够降低或是避免在移除保护层308a时对彩色滤光膜层312或是平坦层314造成的损害。
接着，请参照图3F，在平坦层314上形成多个微透镜316(micro lens)，并且此些微透镜316分别对应不同的彩色滤光膜层312，而可以将图像的入射光线聚焦投影至图像传感器元件表面的光电二极管感测区302。其中此些微透镜316的材料例如是使用高透光性的光致抗蚀剂材料，一般是使用正光致抗蚀剂，其形成的方法例如是将上述光致抗蚀剂材料涂布于平坦层314上，接着进行曝光显影的步骤，而在每单一像素(亦即指光电二极管感测区302)的上方形成不连续的光致抗蚀剂图案，接着进行热处理将光致抗蚀剂构图成圆弧状，以形成具透镜聚焦功能的微透镜316。经由上述图3A至图3F的工艺，能够完成图像传感器元件的制作。
而且，在上述第一实施例与第二实施例中，保护层220(308a)的去除在平坦层214(314)定义完成后，微透镜216(316)形成之前进行，以降低或是避免此移除保护层220(308a)对彩色滤光膜层212(312)或是平坦层214(314)造成的损害。然而，本发明并不限定于此，本发明上述实施例的保护层220(308a)的移除时机，亦可以在微透镜216(316)定义完成后，优选为在形成光致抗蚀剂图案之后，热处理之前进行，如此可以进一步避免焊接垫表面被形成微透镜216(316)所使用的光致抗蚀剂以及显影液的侵蚀，亦能够降低或是避免此移除保护层220(308a)对微透镜216(316)造成的损害。
综上所述，在本发明的图像传感器元件的工艺中，由于在形成彩色滤光膜层与微透镜期间，于焊接垫的表面形成有薄的保护层，因此能够避免焊接垫表面被上述彩色滤光膜层与微透镜工艺所使用的化学药液破坏，从而能够保持焊接垫表面的完整，进一步能够使得后续的引线键合工艺能够被正确以及良好地施行。
而且，由于此移除焊接垫表面的保护层的工艺可以在平坦层定义完成后进行，因此能够避免在移除保护层时损及彩色滤光膜层的完整。
此外，由于此移除焊接垫表面的保护层的工艺可以在亦可以在微透镜定义完成后，优选为在形成光致抗蚀剂图案之后，热处理之前进行，如此可以进一步避免焊接垫表面被形成微透镜所使用的光致抗蚀剂以及显影液侵蚀，亦能够降低或是避免此移除保护层对微透镜造成的损害。
尚且，由于形成于焊接垫上的保护层的厚度很薄，因此较容易被移除，从而能够降低或避免在移除保护层时对彩色滤光膜层、平坦层或是微透镜造成损害。
虽然本发明已结合优选实施例披露如上，然其并非用来限定本发明，任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围以所附权利要求所界定的为准。
Claims (20)
1.一种图像传感器元件的制造方法，适用于具有至少一焊接垫的一衬底，其中于该衬底中形成有多个光电二极管感测区，并于该衬底上至少形成有一介电层，且该焊接垫设置于该介电层中，并且于该介电层上设置具有一开口的一第一保护层，并于该开口中暴露出至少部分该焊接垫表面，该制造方法包括下列步骤：
于该第一保护层上与该开口中形成一第二保护层；
于该第二保护层上形成一彩色滤光膜层；
于该第二保护层与该彩色滤光膜层上形成一平坦层；以及
于该平坦层上形成多个微透镜。
2.如权利要求1所述的图像传感器元件的制造方法，其中还包括在该第二保护层与该彩色滤光膜层上形成该平坦层之后，以及于该平坦层上形成该些微透镜之前，移除该开口中的该焊接垫表面的该第二保护层。
3.如权利要求2所述的图像传感器元件的制造方法，其中移除该开口中的该焊接垫表面的该第二保护层的方法包括干式蚀刻法。
4.如权利要求1所述的图像传感器元件的制造方法，其中形成该些微透镜的方法包括下列步骤：
于该平坦层上形成一微透镜材料层；
构图该微透镜材料层以形成多个微透镜图案；以及
对该些微透镜图案进行一热处理以形成该些微透镜。
5.如权利要求4所述的图像传感器元件的制造方法，其中还包括于构图该微透镜材料层以形成该些微透镜图案之后，对该微透镜图案进行该热处理之前，移除该开口中的该焊接垫表面的该第二保护层。
6.如权利要求5所述的图像传感器元件的制造方法，其中移除该开口中的该焊接垫表面的该第二保护层的方法包括干式蚀刻法。
7.如权利要求1所述的图像传感器元件的制造方法，其中该第二保护层的材料包括氧化硅。
8.如权利要求1所述的图像传感器元件的制造方法，其中该第二保护层的材料包括氮化硅。
9.如权利要求1所述的图像传感器元件的制造方法，其中该第二保护层的厚度在250埃至500埃之间。
10.一种图像传感器元件的制造方法，适用于具有至少一焊接垫的一衬底，其中于该衬底中形成有多个光电二极管感测区，并于该衬底上至少形成有一介电层，并且该焊接垫设置于该介电层中，该制造方法包括下列步骤：
于该介电层上形成一保护层；
构图该保护层，以于至少部分该焊接垫上方的该保护层中形成一开口，并且该开口中保留部分该保护层未去除，以覆盖至少部分该焊接垫表面；
于该保护层上形成一彩色滤光膜层；
于该保护层与该彩色滤光膜层上形成一平坦层；以及
于该平坦层上形成多个微透镜。
11.如权利要求10所述的图像传感器元件的制造方法，其中还包括在该保护层与该彩色滤光膜层上形成该平坦层之后，以及于该平坦层上形成该些微透镜之前，去除该开口中保留的该保护层。
12.如权利要求11所述的图像传感器元件的制造方法，其中移除该开口中保留的该保护层的方法包括干式蚀刻法。
13.如权利要求10所述的图像传感器元件的制造方法，其中形成该些微透镜的方法包括下列步骤：
于该平坦层上形成一微透镜材料层；
构图该微透镜材料层以形成多个微透镜图案；以及
对该些微透镜图案进行一热处理以形成该些微透镜。
14.如权利要求13所述的图像传感器元件的制造方法，其中还包括于构图该微透镜材料层以形成该些微透镜图案之后，对该微透镜图案进行该热处理之前，移除该开口中保留的该保护层。
15.如权利要求14所述的图像传感器元件的制造方法，其中移除该开口中保留的该保护层的方法包括干式蚀刻法。
16.如权利要求10所述的图像传感器元件的制造方法，其中该保护层的材料包括氮化硅。
17.一种图像传感器元件的制造方法，适用于具有至少一焊接垫的一衬底，其中该衬底中形成有多个光电二极管感测区，于该衬底上至少形成有一介电层，且该焊接垫设置于该介电层中，并且于该介电层上设置有具有一开口的一第一保护层，并于该开口中的该焊接垫表面上具有一第二保护层，该方法包括下列步骤；
于该第一保护层上形成一彩色滤光膜层；
于该第一保护层与该彩色滤光膜层上形成一平坦层；以及
于该平坦层上形成多个微透镜。
18.如权利要求17所述的图像传感器元件的制造方法，其中还包括在该第一保护层与该彩色滤光膜层上形成该平坦层之后，以及于该平坦层上形成该些微透镜之前，移除该焊接垫表面的该第二保护层。
19.如权利要求17所述的图像传感器元件的制造方法，其中形成该些微透镜的方法包括下列步骤：
于该平坦层上形成一微透镜材料层；
构图该微透镜材料层以形成多个微透镜图案；以及
对该些微透镜图案进行一热处理以形成该些微透镜。
20.如权利要求19所述的图像传感器元件的制造方法，其中还包括于构图该微透镜材料层以形成该些微透镜图案之后，对该微透镜图案进行该热处理之前，移除该焊接垫表面的该第二保护层。
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