DE102007043452B4 - Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer unteren Struktur (11) mit einer Fotodiode und einer Verbindung; Ausbilden einer Passivierungsschicht (15) auf der unteren Struktur (11); Ausbilden einer Farbfilteranordnung (21) auf der Passivierungsschicht (15); Ausbilden einer Mikrolinsenanordnung (23) auf der Farbfilteranordnung (21); Ausbilden einer Niedertemperaturoxid-(LTO)-Schicht (25) auf der Mikrolinsenanordnung (23); und Freilegen eines Pad-Bereichs (13) auf der unteren Struktur (11) durch Ätzen der Niedertemperaturoxidschicht (25) und der Passivierungsschicht (15), wobei das Ausbilden der Passivierungsschicht (15) umfasst: Ausbilden einer Oxidschicht (15) auf der unteren Struktur (11); Ausbilden einer Nitridschicht (17) auf der Oxidschicht (15); Ausheilen der Nitridschicht (17) in einer reduzierenden Atmosphäre; Freilegen der Oxidschicht (15) durch Entfernen der Nitridschicht (17); und Ausbilden einer Schicht aus wärmehärtendem Harz (19) auf der freigelegten Oxidschicht (15), auf der die Farbfilteranordnung (21) angeordnet wird.

Description

  • HINTERGRUND
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors.
  • Ein Bildsensor ist ein Halbleiterbauelement, das ein optisches Bild in elektrische Signale umwandelt. Solch ein Bildsensor umfasst eine Mikrolinsenanordnung, welche einfallendes Licht auf eine Fotodiode lenkt.
  • Ein Faktor, den es bei der Herstellung eines Bildsensors zu klären gilt, ist die Steigerung einer Rate (z. B. die Empfindlichkeit) der Umwandlung einfallenden Lichts in elektrische Signale. Entwicklung und Forschung werden betrieben, um eine Null-Lücke zu verwirklichen, bei der es zwischen aneinander angrenzenden Linsen in der Mikrolinsenanordnung keine Lücke gibt.
  • Allerdings kann es bei einem Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen Schichten des Pads und/oder Schichten über dem Pad zum Ablösen der Deckschicht in einem Pad-Öffnungsbereich kommen, dessen Pad für die Signalverbindung mit externen Signalleitungen dient. Ferner können in einem Prozess zum Schleifen der Waferrückseite, in einem Packaging-Prozess und Ähnlichem von der Fotolackschicht und Ähnlichem stammende Polymerpartikel erzeugt werden und an der Mikrolinsenanordnung anhaften. Daher kann die Empfindlichkeit eines Bildsensors gemindert und die Ausbeute aufgrund der Schwierigkeit des Reinigens der Mikrolinsenanordnung gesenkt werden.
  • In der US 2005/0090035 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors beschrieben, bei dem oberhalb der Fotodiodenstruktur Passivierungsschichten und Verdrahtungsschichten angeordnet sind einschließlich eines Pad-Bereichs, der freigelegt wird. Oberhalb der Isolationsschichten befindet sich die Farbfilteranordnung, über der wiederum die Mikrolinsenanordnung und eine LTO-Oxidschicht angeordnet sind. LTO-Oxidschicht und Isolationsschichten werden bei einem Pad-Open-Process oberhalb des Pad-Bereichs entfernt.
  • In der US 4 600 833 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung beschrieben, bei der die Farbfilteranordnung auf einer transparenten Glasplatte separat von den Fotoelementen hergestellt wird. Die Fotoelemente werden mit einer Harzschicht bedeckt, so dass anschließend fotosensitive Elemente und Filteranordnung miteinander gebondet werden können.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Ausführungsform stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors bereit, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer unteren Struktur mit einer Fotodiode und einer Verbindung; Ausbilden einer Passivierungsschicht auf der unteren Struktur; Ausbilden einer Farbfilteranordnung auf der Passivierungsschicht; Ausbilden einer Mikrolinsenanordnung auf der Farbfilteranordnung; Ausbilden einer Niedertemperaturoxid-(LTO)-Schicht auf der Mikrolinsenanordnung und Freilegen eines Pad-Bereichs auf der unteren Struktur durch Ätzen der Niedertemperaturoxidschicht und der Passivierungsschicht, wobei das Ausbilden der Passivierungsschicht umfasst: Ausbilden einer Oxidschicht auf der unteren Struktur; Ausbilden einer Nitridschicht auf der Oxidschicht; Ausheilen der Nitridschicht in einer reduzierenden Atmosphäre; Freilegen der Oxidschicht durch Entfernen der Nitridschicht; und Ausbilden einer Schicht aus wärmehärtendem Harz auf der freigelegten Oxidschicht, auf der die Farbfilteranordnung angeordnet wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 bis 6 sind Querschnittsansichten, die in einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors ausgebildete Strukturen zeigen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der nachstehenden Beschreibung versteht es sich, dass, wenn von einer Schicht (oder einem Film) gesagt wird, dass sie ”auf/über” einer anderen Schicht oder einem anderen Substrat ist, sich diese Schicht unmittelbar auf einer anderen Schicht oder einem anderen Substrat befinden kann oder auch Zwischenschichten vorhanden sein können. Ferner versteht es sich, dass, wenn von einer Schicht gesagt wird, dass sie ”unter/unterhalb” einer anderen Schicht ist, sich diese Schicht unmittelbar unter einer anderen Schicht befinden kann oder auch eine oder mehrere Zwischenschichten vorhanden sein können. Des Weiteren versteht es sich, dass, wenn von einer Schicht gesagt wird, dass sie ”zwischen” zwei Schichten ist, es sich um die einzige Schicht zwischen den zwei Schichten handeln kann oder außerdem eine oder mehrere Zwischenschichten vorhanden sein können. Daher muss die Bedeutung hiervon auf Grundlage des Umfangs der Ausführungsform bestimmt werden.
  • Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors wird mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben. 1 bis 6 sind Querschnittsansichten, die in dem beispielhaften Verfahren zur Herstellung des Bildsensors ausgebildete Strukturen zeigen.
  • Gemäß einer Ausführungsform, wie sie in 1 dargestellt ist, ist eine Passivierungsschicht 15 auf einer unteren Struktur 11 ausgebildet, die eine Fotodiode (nicht dargestellt) und eine Verbindung (nicht dargestellt) umfasst. Ein Pad-Bereich 13, der für die Signalverbindung von der die Fotodiode enthaltenden Bildpunkteinheit mit einer externen Signalleitung dient, ist auf der unteren Struktur 11 ausgebildet und die Passivierungsschicht 15 ist auf dem Pad-Bereich 13 ausgebildet. Die Passivierungsschicht kann eine Oxidschicht 15 und wahlweise eine Nitridschicht 17 umfassen. Beim Ausbilden der Passivierungsschicht kann die Oxidschicht 15 auf der unteren Struktur 11 ausgebildet werden (z. B. durch chemische Gasphasenabscheidung [CVD], die plasmaaktiviert [PE-CVD] oder mit hochdichtem Plasma unterstützt [HDP-CVD] sein kann, aus siliziumhaltigen Ausgangsstoffen wie Silan oder Tetraethylorthosilikat (TEOS) und sauerstoffhaltigen Ausgangsstoffen wie Disauerstoff und/oder Ozon) und die Nitridschicht 17 kann auf der Oxidschicht 15 ausgebildet werden (z. B. durch CVD [z. B. PE-CVD] aus siliziumhaltigen Ausgangsstoffen wie Silan und stickstoffhaltigen Ausgangsstoffen wie Ammoniak oder Distickstoff [letzterer kann darüber hinaus Wasserstoff enthalten]).
  • Wenn die Nitridschicht 17 als die Passivierungsschicht ausgebildet wird, kann die Nitridschicht 17 einer Ausheilung in einer reduzierenden Atmosphäre (die z. B. H2, Ammoniak, Silan, andere hydrierte stickstoff- und/oder siliziumhaltige Spezies wie Aminosilane und Silylamine, Kombinationen hiervon oder Gemische hiervon mit einem Inertgas wie Distickstoff, Helium, Neon, Argon usw. enthält) unterzogen werden, so dass Defekte in der Nitridschicht 17 behoben und Eigenschaften des Bildsensors in einer schwach beleuchteten Umgebung verbessert werden können. Die Nitridschicht 17 kann Material auf der Basis von SiN umfassen. Zum Beispiel können ungesättigte Bindungen in der Nitridschicht 17 durch den Ausheilungsprozess beseitigt werden. Ferner können bei der Ausführung des Ausheilungsprozesses Risse in der Oxidschicht 15 aufgrund von Spannung gegenüber einer anschließend ausgebildeten LTO-Schicht reduziert oder verhindert werden.
  • Wie in 2 dargestellt, kann die Nitridschicht 17 entfernt werden, so dass die Oxidschicht 15 freiliegt. Beim Entfernen der Nitridschicht 17 kann die Nitridschicht 17 durch einen Rückätzprozess oder einen chemisch-mechanischen Polierprozess (CMP) entfernt werden. Alternativ kann die Nitridschicht 17 durch Nassätzen entfernt werden (z. B. mit warmer oder heißer wässriger Phosphorsäure). Obgleich die Nitridschicht 17 entfernt wird, liegt der Pad-Bereich 13 nicht frei und wird durch die Oxidschicht 15 geschützt, da die Oxidschicht 15 auf dem Pad-Bereich ausgebildet wurde.
  • Wie in 3 dargestellt, wird eine Schicht aus wärmehärtendem Harz 19 auf der freiliegenden Oxidschicht 15 ausgebildet, indem im Allgemeinen eine Lösung des wärmehärtenden Harzes im Rotationsbeschichtungsverfahren auf die Oxidschicht 15 aufgebracht wird und dann das wärmehärtende Harz getrocknet und durch Erwärmung ausgehärtet wird (bei einer Temperatur von 100 bis 400°C, wahlweise zum Teil oder vollständig im Vakuum oder in einem Inertgasstrom, und möglicherweise in Phasen wie zum Beispiel einer Trockenphase, die ein Erwärmen auf eine Temperatur von 100 bis 150°C für eine Zeitdauer beinhaltet, die ausreicht, um das gesamte Lösungsmittel aus der Lösung des wärmehärtenden Harzes zu entfernen, gefolgt von einer Härtungsphase, die ein Erwärmen auf eine Temperatur von 200 bis 350°C für eine Zeitdauer beinhaltet, die ausreicht, um das wärmehärtende Harz auszuhärten). Dementsprechend können Defekte in der Oxidschicht 15 reduziert oder verhindert werden. Ferner können Hafteigenschaften mit einer darauf auszubildenden Schicht verbessert werden.
  • Nach dem Ausbilden der Schicht aus wärmehärtendem Harz 19 wird eine Farbfilteranordnung 21 auf der Schicht aus wärmehärtendem Harz 19 ausgebildet. Die Farbfilteranordnung kann eine Anordnung aus roten, grünen und blauen Filtern (einen so genannten ”RGB” Farbfilter) oder aus gelben, cyanfarbenen und magentafarbenen Filtern (einen so genannten ”YCM” Farbfilter) umfassen. Im Allgemeinen umfassen die Farbfilter in der Anordnung 21 ein herkömmliches Fotolackmaterial und einen Farbstoff, der vorbestimmte Wellenlängen des Lichts entsprechend der Farbe des Filters absorbiert.
  • Dann wird eine Mikrolinsenanordnung 23 auf der Farbfilteranordnung 21 ausgebildet. Beispielsweise kann die Mikrolinsenanordnung 23 durch Prozesse zum Strukturieren und Wärmebehandeln einer Fotolackschicht ausgebildet werden. Ferner kann die Mikrolinsenanordnung 23 auch nach dem Ausbilden einer Planarisierungsschicht (die z. B. eine Oxid- und/oder Nitridschicht, wie hier beschrieben, umfasst) auf der Farbfilteranordnung 21 ausgebildet werden.
  • Nach dem Ausbilden der Mikrolinsenanordnung 23 kann ferner ein Ausheiz-(oder Reflow-)Prozess für die resultierende Struktur ausgeführt werden. Ein derartiger Ausheizprozess kann beispielsweise bei einer Temperatur von 150°C bis 180°C für die Dauer von 2 bis 3 Stunden ausgeführt werden. Ein derartiger Ausheizprozess kann in einem Umluftofen ausgeführt werden.
  • Wie in 4 dargestellt, ist eine Niedertemperaturoxid-(LTO)-Schicht 25 auf der Mikrolinsenanordnung 23 ausgebildet. Die LTO-Schicht 25 kann über dem Pad-Bereich 13 ausgebildet sein. In einem solchen Fall sind die Oxidschicht 15, die Schicht aus wärmehärtendem Harz 19 und die LTO-Schicht 25 auf den Pad-Bereich 13 geschichtet. Die LTO-Schicht 25 kann eine Dicke von 300 nm (3000 Å) bis 800 nm (8000 Å) aufweisen.
  • Ferner ist die LTO-Schicht 25 konform längs der Krümmung der Mikrolinsenanordnung 23 ausgebildet, so dass die LTO-Schicht 25 die Form einer Mikrolinsenanordnung und vorzugsweise eine Null-Lücke aufweisen kann. In der Mikrolinsenanordnung 23 kann es eine Lücke zwischen aneinander angrenzenden Linsen geben. Doch kann die LTO-Schicht 25 eine Null-Lücke aufweisen, bei der es keine Lücke zwischen aneinander längs horizontaler und/oder vertikaler Achsen angrenzenden Linsenbereichen gibt (es kann, und oft ist dem so, eine Lücke entlang einer diagonalen Achse der Anordnung geben). Die LTO-Schicht 25 kann unter Verwendung eines PECVD-Verfahrens bei einer Temperatur von 200°C oder darunter ausgebildet werden. Beispielsweise kann die LTO-Schicht 25 aus einem siliziumhaltigen Ausgangsstoff wie Silan oder TEOS und einem Sauerstoff-Ausgangsstoff wie Disauerstoff und/oder Ozon unter Verwendung des PECVD-Verfahrens bei einer Temperatur von 150°C bis 200°C ausgebildet werden.
  • Da die LTO-Schicht 25 wie oben beschrieben bei einer relativ niedrigen Temperatur ausgebildet wird, kann eine Verschlechterung der Farbfilteranordnung 21 und der Mikrolinsenanordnung 23 verhindert werden. Des Weiteren können nach dem Ausbilden der LTO-Schicht 25 Polymerpartikel daran gehindert werden, beim anschließenden Packaging-Prozess und Ähnlichem an der Mikrolinsenanordnung 23 anzuhaften.
  • Wie in 5 dargestellt, werden die LTO-Schicht 25, die Schicht aus wärmehärtendem Harz 19 und die Oxidschicht 15 so geätzt, dass der Pad-Bereich 13 auf der unteren Struktur 11 freiliegt. Beispielsweise wird nach dem Ausbilden einer Fotolackstruktur 27 auf der LTO-Schicht 25 die Fotolackstruktur 27 so geätzt, dass der Pad-Bereich 13 freiliegen kann.
  • Gemäß dem Verfahren der oben beschriebenen Ausführungsform kann der Pad-Bereich 13 durch einmalige Ausführung eines Pad-Öffnungsprozesses in einfacher Weise freigelegt werden. Dann wird die Fotolackstruktur 27 entfernt, so dass der Bildsensor gemäß der Ausführungsform wie in 6 gezeigt hergestellt werden kann.
  • Der Bildsensor gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die untere Struktur 11 mit der Fotodiode und der Verbindung sowie die Oxidschicht 15 (Passivierungsschicht) auf der unteren Struktur 11. Der Pad-Bereich 13 ist auf der unteren Struktur 11 ausgebildet und dient für die Signalverbindung vom CMOS-Bildsensor zu einem externen Signalpfad (z. B. Bonddraht, Kugelkontaktierung und/oder Leiterbahn auf einer Leiterplatte).
  • Der Bildsensor gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Schicht aus wärmehärtendem Harz 19 auf der Oxidschicht 15 und die Farbfilteranordnung 21 auf der Schicht aus wärmehärtendem Harz 19.
  • Ferner umfasst der Bildsensor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Mikrolinsenanordnung 23 auf der Farbfilteranordnung 21 und die LTO-Schicht 25 auf der Mikrolinsenanordnung 23. Die LTO-Schicht 25 ist konform längs der Krümmung der Mikrolinsenanordnung 23 ausgebildet, so dass die LTO-Schicht 25 die Form einer Mikrolinsenanordnung und vorzugsweise eine Null-Lücke haben kann. Das heißt, dass es in der Mikrolinsenanordnung 23 eine Lücke zwischen aneinander angrenzenden Linsen geben kann. Doch kann die LTO-Schicht 25 eine Form mit einer Null-Lücke haben, bei der es keine Lücke zwischen aneinander angrenzenden Linsenbereichen gibt. Die LTO-Schicht 25 kann eine Dicke von 300 nm (3000 Å) bis 800 nm (8000 Å) haben und die Dicke der LTO-Schicht 25 kann sich in Abhängigkeit vom Design des Bildsensors oder der Gestaltung der Null-Lücke ändern.
  • Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen kann verhindert werden, dass es zu einem Ablösen der LTO-Schicht im Pad-Bereich aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen den Schichten des Pad-Bereichs oder über dem Pad-Bereich kommt. Ferner können in einem Prozess zum Schleifen der Waferrückseite, in einem Packaging-Prozess und Ähnlichem von einer Fotolackschicht und Ähnlichem stammende Polymerpartikel daran gehindert werden, an der zum Lichtsammeln ausgebildeten Mikrolinsenanordnung anzuhaften. Dementsprechend können die Empfindlichkeit des Bildsensors maximiert und die Ausbeute verbessert werden.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer unteren Struktur (11) mit einer Fotodiode und einer Verbindung; Ausbilden einer Passivierungsschicht (15) auf der unteren Struktur (11); Ausbilden einer Farbfilteranordnung (21) auf der Passivierungsschicht (15); Ausbilden einer Mikrolinsenanordnung (23) auf der Farbfilteranordnung (21); Ausbilden einer Niedertemperaturoxid-(LTO)-Schicht (25) auf der Mikrolinsenanordnung (23); und Freilegen eines Pad-Bereichs (13) auf der unteren Struktur (11) durch Ätzen der Niedertemperaturoxidschicht (25) und der Passivierungsschicht (15), wobei das Ausbilden der Passivierungsschicht (15) umfasst: Ausbilden einer Oxidschicht (15) auf der unteren Struktur (11); Ausbilden einer Nitridschicht (17) auf der Oxidschicht (15); Ausheilen der Nitridschicht (17) in einer reduzierenden Atmosphäre; Freilegen der Oxidschicht (15) durch Entfernen der Nitridschicht (17); und Ausbilden einer Schicht aus wärmehärtendem Harz (19) auf der freigelegten Oxidschicht (15), auf der die Farbfilteranordnung (21) angeordnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Nitridschicht (17) unter Verwendung eines Rückätzverfahrens entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Niedertemperaturoxidschicht (25) eine Dicke von 300 nm bis 800 nm aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Niedertemperaturoxidschicht (25) derart konform auf der Mikrolinsenanordnung (23) aufgebracht wird, dass es eine Null-Lücke aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Ausbilden der Niedertemperaturoxidschicht (25) das Aufbringen der Niedertemperaturoxidschicht (25) durch plasmaaktivierte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Ausbilden der Mikrolinsenanordnung (23) das Erwärmen einer resultierenden Struktur auf eine Temperatur von 150°C bis 180°C für die Dauer von 2 bis 3 Stunden nach dem Strukturieren einer Mikrolinsenmaterialschicht umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Erwärmen in einem Umluftofen ausgeführt wird.
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