專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種能放大真實圖像的范圍并能避免相鄰像素間干擾的CMOS圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
總的來說，圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件，并且主要分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。
CMOS圖像傳感器包括用于探測入射光的光電二極管單元和用于通過將探測到的光處理成電信號而生成數(shù)據(jù)的CMOS邏輯電路。隨著光電二極管接收的光量的增加，該圖像傳感器的感光靈敏度也得到提高。
為了提高感光靈敏度，可以采用增大光電二極管所占面積與該圖像傳感器的整個面積的比值(填充系數(shù))的技術(shù)；或者采用改變?nèi)肷涞焦怆姸O管之外區(qū)域的光的光路以將光匯聚在光電二極管上的技術(shù)。
聚光技術(shù)的代表例子是形成微透鏡。根據(jù)此技術(shù)，采用具有極佳透光率的材料在光電二極管的上表面上形成微透鏡。微透鏡呈凸形。這是為了使入射光的路徑折射以使更多光投射到光電二極管區(qū)域。
以下參照圖1介紹現(xiàn)有技術(shù)中的CMOS圖像傳感器。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的CMOS圖像傳感器的截面圖。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的CMOS傳感器包括光電二極管12、第一平坦化層13、R、G、B濾色層14、第二平坦化層15以及微透鏡16。在半導(dǎo)體襯底11的表面中形成至少一個光電二極管12以根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷。第一平坦化層13形成在半導(dǎo)體襯底11的整個表面上。R、G、B濾色層14形成在第一平坦化層13上以透過各特定波長范圍內(nèi)的光，并且各R、G、B濾色層14之間具有預(yù)定間隔。第二平坦化層15形成在具有R、G、B濾色層14的半導(dǎo)體襯底11的整個表面上。微透鏡以預(yù)定曲率的凸形形成于第二平坦化層15上，以使透過相應(yīng)的各R、G、B濾色層14的光匯聚。
此處，微透鏡16由聚合物基樹脂形成，并且借助通過沉積、曝光和顯影進(jìn)行的圖案化工藝以及例如回流等工藝使微透鏡16具有預(yù)定曲率和尺寸。
更確切地說，微透鏡16的最優(yōu)的尺寸、厚度和曲率半徑取決于單位像素的尺寸、位置和形狀、感光元件的厚度，以及擋光層的高度、位置以及尺寸。
在這一點(diǎn)上，可根據(jù)曝光條件改變圖案的形狀。
例如，工藝過程條件根據(jù)半導(dǎo)體襯底中的薄膜條件而變化。實際上，形成圖案的條件非常不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致聚光效率變差。
微透鏡16被形成為用來在制造現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的過程中增加聚光效率。微透鏡16是決定圖像傳感器特性的極為重要的因素。
微透鏡16用于在自然光入射時使大量的光穿過各對應(yīng)于不同波長的濾色層14匯聚到光電二極管12上。
入射到圖像傳感器的光被匯聚，然后經(jīng)過濾色層14過濾的光入射到位于濾色層14下方并與之對應(yīng)的光電二極管12上。
現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器具有以下問題。
即，由于濾色層14根據(jù)濾色鏡類型具有各自不同的厚度，于是產(chǎn)生了高度差。為了解決這個問題，在形成濾色層14之后形成厚度超過濾色鏡一半厚度的第二平坦化層15。
由于微透鏡是形成在平面狀的第二平坦化層15上，所以可捕獲的真實圖像的范圍是有限的。
此外，入射光穿過其間具有預(yù)定間隔的濾色層14入射到相鄰的像素。因此，會產(chǎn)生干擾并且圖像傳感器性能退化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種基本上能消除由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的一個和多個問題的CMOS圖像傳感器及其制造方法。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種能放大真實圖像的范圍并能避免相鄰像素間干擾的CMOS圖像傳感器及其制造方法。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一個微透鏡，該微透鏡是在其上形成微透鏡的平坦化層形成為凸形時形成的。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將部分地在接下來的說明中進(jìn)行闡釋，一部分在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員閱讀了下述內(nèi)容之后將變得顯而易見，或者可以從本發(fā)明的實踐中獲知。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過所撰寫的說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
為了實現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，依照本發(fā)明的目的，正如在此具體實施并廣泛說明的，本發(fā)明提供一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，包括多個光電二極管，其形成在半導(dǎo)體襯底的表面中；第一平坦化層，其形成在具有所述光電二極管的該半導(dǎo)體襯底的整個表面上；濾色層，其形成在該第一平坦化層上以對應(yīng)于各光電二極管，并且各濾色層之間具有預(yù)定間隔；第二平坦化層，其在具有所述濾色層的該半導(dǎo)體襯底的整個表面上形成為凸形；以及多個微透鏡，其形成在該第二平坦化層上以對應(yīng)于各所述濾色層。
本發(fā)明的另一方案提供了一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法，該方法包括在具有多個光電二極管的半導(dǎo)體襯底中形成第一平坦化層；在該第一平坦化層上形成濾色層以對應(yīng)于各光電二極管，并且各濾色層之間具有預(yù)定間隔；在該半導(dǎo)體襯底的整個表面上形成第二平坦化層；將該第二平坦化層的表面形成為凸形；通過選擇性地去除第二平坦化層以露出各濾色層之間的空間來形成孔；通過在該孔中填充阻光材料以形成阻光層；以及在具有所述阻光層的、凸形的該第二平坦化層上形成多個微透鏡以對應(yīng)于各濾色層。
應(yīng)當(dāng)理解的是上文對本發(fā)明的概述以及下文對本發(fā)明的詳細(xì)描述都是示例性和解釋性的，并旨在對所請求保護(hù)的本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。


所包含的附圖用以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其并入到本申請中并構(gòu)成為本申請的一部分，所述附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1為現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS圖像傳感器的截面圖；圖3a到圖3f為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的CMOS圖像傳感器的制造方法的截面圖；以及圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的CMOS圖像傳感器的截面圖。
具體實施例方式
下面將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例在附圖中示出。
圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS圖像傳感器的截面圖。
參照圖2，該CMOS圖像傳感器包括光電二極管102、第一平坦化層103、R、G、B濾色層104、105和106、第二平坦化層107、孔108、擋光層109以及多個微透鏡110。至少一個光電二極管102形成于半導(dǎo)體襯底101的表面中以根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷。第一平坦化層103形成在具有光電二極管102的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上。R、G、B濾色層104、105和106形成在第一平坦化層103上以對應(yīng)于各光電二極管102，并且R、G、B濾色層104、105和106之間具有預(yù)定間隔。第二平坦化層107以凸形形成在具有R、G、B濾色層104、105和106的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上?？?08形成于第二平坦化層107上以露出各濾色層104、105和106之間的預(yù)定部分。擋光層109由孔108內(nèi)部的不透光金屬形成。多個微透鏡以具有預(yù)定曲率的凸形形成于第二平坦化層107上以對應(yīng)于各R、G、B濾色層104、105和106。
如圖2所示，本發(fā)明的特征在于多個微透鏡100形成于凸形的第二平坦化層107上。
以下參照圖3a到圖3f詳細(xì)解釋圖2中的CMOS圖像傳感器的制造方法。
圖3a到圖3f為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的CMOS圖像傳感器的制造方法的截面圖。
如圖3a所示，在半導(dǎo)體襯底101的表面中形成多個光電二極管102以根據(jù)光量產(chǎn)生電荷。在具有光電二極管102的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上形成層間絕緣層(圖中未示出)和第一平坦化層103。
這里，層間絕緣層可為多層結(jié)構(gòu)?？偟膩碚f，雖然未示出，但是在形成一層層間絕緣層后，要形成一擋光層以避免光入射到光電二極管102之外的部分，接著再次形成層間絕緣層。
然后，如圖3b所示，在第一平坦化層103上涂布用于形成藍(lán)色濾色鏡的抗蝕劑后，通過曝光和顯影形成藍(lán)色濾色層104。
然后，在具有藍(lán)色濾色層104的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上涂布用于形成綠色濾色鏡的抗蝕劑后，通過曝光和顯影形成綠色濾色層105，并且藍(lán)色濾色層104和綠色濾色層105之間具有預(yù)定的間隔。
在具有藍(lán)色濾色層104和綠色濾色層105的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上涂布用于形成紅色濾色鏡的抗蝕劑后，進(jìn)行曝光和顯影工藝以形成紅色濾色層106，并且藍(lán)色濾色層104、綠色濾色層105和紅色濾色層106之間具有預(yù)定的間隔。
另一方面，雖然在本實施例中是依次形成藍(lán)色濾色層104、綠色濾色層105以及紅色濾色層106，但是本發(fā)明并非僅限于此實施例，各濾色層104、105和106的形成順序可任意調(diào)整。
接著，如圖3c所示，在具有濾色層104、105和106的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上形成第二平坦化層107以形成透鏡層并調(diào)整焦距。
接著，在第二平坦化層107上涂布感光層(圖中未示出)后，進(jìn)行曝光和顯影工藝以進(jìn)行圖案化。
接著，被圖案化的感光層在預(yù)定的溫度(150～200攝氏度)下回流以具有凸圓形(convex rounding)表面。
然后以1∶1的蝕刻選擇性完全蝕刻凸圓形的感光層和第二平坦化層107，以使第二平坦化層107的表面形成為呈凸形的凸面。
接著，如圖3d所示，選擇性地去除呈凸形的第二平坦化層107以露出濾色鏡104、105和106之間的空間。該被露出的空間即為孔108。
也就是說，通過孔108完全露出各濾色鏡104、105和106之間的空間。
接著，如圖3e所示，在具有孔108的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上沉積不透光金屬。
接著，進(jìn)行回蝕工藝或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝以保留沉積在孔108內(nèi)部的金屬。保留在孔108內(nèi)部的金屬用作擋光層109。
此處，擋光層109可形成為完全密封各濾色鏡104、105和106之間的孔108。
接著，如圖3f所示，在半導(dǎo)體襯底101的整個表面上涂布用于形成微透鏡的材料層，然后進(jìn)行曝光和顯影工藝來形成微透鏡圖案。
此處，用于形成微透鏡的材料層包括抗蝕劑層或者氧化層，例如，正硅酸四乙酯(TEOS)。
然后，在150到300攝氏度的溫度下使微透鏡圖案回流以形成微透鏡110。
此處，該回流工藝可使用加熱板或加熱爐進(jìn)行。
然后，通過照射紫外線使微透鏡110硬化。
圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的CMOS圖像傳感器的截面圖。
除了第二實施例中未形成擋光層外，第二實施例與第一實施例相同。
參照圖4，該CMOS圖像傳感器包括光電二極管102、第一平坦化層103、R、G、B濾色層104、105和106、第二平坦化層107和多個微透鏡110。至少一個光電二極管102形成于半導(dǎo)體襯底101的表面中以根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷。第一平坦化層103形成在具有光電二極管102的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上。R、G、B濾色層104、105和106形成在第一平坦化層103上以對應(yīng)于各光電二極管102。第二平坦化層107以凸形形成在具有R、G、B濾色層104、105和106的半導(dǎo)體襯底101的整個表面上。所述多個微透鏡形成于第二平坦化層107上以與各R、G、B濾色層104、105和106對應(yīng)。
與第一實施例類似，與現(xiàn)有技術(shù)的平面的第二平坦化層15相比，在第二實施例中通過將第二平坦化層107形成為凸面，使得微透鏡110的直徑變長。當(dāng)微透鏡110的直徑增加時，能被捕獲的真實圖像范圍增大。
另一方面，除第一實施例中形成孔和擋光層的工藝外，第二實施例中該CMOS圖像傳感器的制造方法與第一實施例相同。
如上所述，與現(xiàn)有技術(shù)中將微透鏡形成在平面的第二平坦化層上相比，通過將微透鏡110形成在凸形的第二平坦化層107上可增大能捕獲的真實圖像范圍(即如圖4所示，α值與現(xiàn)有技術(shù)相比增大了)。
另外，通過在各濾色鏡104、105和106之間形成擋光層109，能夠避免由于自然光產(chǎn)生的噪音。因此，圖像傳感器的靈敏度性能得到提高。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯然可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改和變化。
因此，本發(fā)明應(yīng)覆蓋在所附權(quán)利要求書及其等同范圍內(nèi)對本發(fā)明的所有修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，包括多個光電二極管，其形成在半導(dǎo)體襯底的表面上；第一平坦化層，其形成在具有所述光電二極管的該半導(dǎo)體襯底的整個表面上；濾色層，其形成在該第一平坦化層上以對應(yīng)于各光電二極管，并且各所述濾色層之間具有預(yù)定間隔；第二平坦化層，其以凸形形成在具有所述濾色層的該半導(dǎo)體襯底的整個表面上；以及多個微透鏡，其形成在該第二平坦化層上以對應(yīng)于各所述濾色層。
2.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其中，該互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器還包括形成于各濾色層之間的擋光層。
3.如權(quán)利要求2所述的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其中，該擋光層由不透光金屬形成。
4.一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法，該方法包括在具有多個光電二極管的半導(dǎo)體襯底上形成第一平坦化層；在該第一平坦化層上形成濾色層以對應(yīng)于各光電二極管，并且各所述濾色層之間具有預(yù)定間隔；在該半導(dǎo)體襯底的整個表面上形成第二平坦化層；將該第二平坦化層的表面形成為凸形；通過選擇性地去除該第二平坦化層來露出各所述濾色層之間的空間以形成孔；通過在該孔中填充擋光材料來形成擋光層；以及在具有所述擋光層的、凸形的該第二平坦化層上形成多個微透鏡以對應(yīng)于各濾色層。
5.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，將該第二平坦化層的表面形成為凸形的步驟包括在該第二平坦化層上涂布感光層，然后選擇性地圖案化該感光層；使圖案化的該感光層回流以將其表面形成為凸形；以及使用1∶1的蝕刻選擇性來蝕刻該感光層和該第二平坦化層。
6.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，該擋光層由不透光金屬形成。
7.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，該制造方法還包括向所述微透鏡上照射紫外線以使其硬化。
8.一種互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的制造方法，該方法包括在具有多個光電二極管的半導(dǎo)體襯底上形成第一平坦化層；在該第一平坦化層上形成濾色層以對應(yīng)于各光電二極管，其中各所述濾色層之間具有預(yù)定間隔；在該半導(dǎo)體襯底的整個表面上形成第二平坦化層；將該第二平坦化層的表面形成為凸形；以及在凸形的該第二平坦化層上形成多個微透鏡以對應(yīng)于各濾色層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法。該CMOS圖像傳感器通過在凸面上形成多個微透鏡并形成擋光層以去除各濾色鏡之間的空間來放大真實圖像的范圍并避免相鄰像素之間的干擾。該CMOS圖像傳感器包括光電二極管、第一平坦化層、R、G、B濾色層、第二平坦化層、孔、擋光層和多個微透鏡。
文檔編號H01L21/822GK1992314SQ20061017019
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者樸東彬 申請人:東部電子股份有限公司