專利名稱：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。更具體地說，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及 其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種用于將圖像傳感器探測到的光學圖像轉(zhuǎn)換為電信號的 半導體器件。圖像傳感器可分為電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導 體(CMOS)。
CCD圖像傳感器設(shè)置有金屬氧化硅(MOS)電容，該電容在空間上彼此接 近，并且電荷載體存儲在并傳輸?shù)诫娙荨?br>
CMOS圖像傳感器可設(shè)置有多個MOS晶體管，該晶體管對應于具有作為 外圍電路的控制電路和信號處理電路的半導體器件的像素?？刂齐娐泛托盘柼?理單元可集成在一起，以利用探測經(jīng)過MOS晶體管的輸出的開關(guān)方法。在 CMOS圖像傳感器中，隨著光電二極管的光強度增加，圖像傳感器的光敏度將 進一歩增強。
CCD圖像傳感器在光敏度和降噪方面優(yōu)于CMOS圖像傳感器，但在實現(xiàn) 高集成度和低功耗方面存在困難。而CMOS圖像傳感器更易于制造，并更適 于實現(xiàn)高集成度和低功耗。因此，由于CMOS圖像傳感器的特性以及改善的 制造技術(shù)，半導體制造技術(shù)的諸方面已聚焦于開發(fā)CMOS圖像傳感器。
為了提高諸如CMOS圖像傳感器的圖像傳感器的光敏度，可增加指示光 電二極管尺寸與整個圖像傳感器尺寸比例的填充因子(fill factor)，或者可提 供微透鏡以通過改變?nèi)肷涞匠斯怆姸O管以外區(qū)域的光的光路而將光會聚至光電二極管。
如圖1的示例所示，圖像傳感器可包括形成于半導體襯底10上和/或上方 的器件隔離層12。器件隔離層12可限定半導體襯底10上的有源區(qū)域。
在半導體襯底10上和/或上方可設(shè)置多個光電二極管14。為了根據(jù)入射光 強度產(chǎn)生電荷，可在半導體襯底IO上的有源區(qū)域中，形成光電二極管14。
在包含器件隔離層12和光電二極管14的半導體襯底10上和/或上方可形 成絕緣夾層16和絕緣夾層18。絕緣夾層16可形成為覆蓋光電二極管14，而 絕緣層18可形成在絕緣夾層16上和/或上方。鈍化層20可形成在包含絕緣層 18的半導體襯底10上和/或上方。
在半導體襯底10上和/或上方可形成多個濾色片22。濾色片22可包括由 紅色R、綠色G、藍色B組成的濾色片。在包含鈍化層20和濾色片22的半導 體襯底10上和/或上方可形成平整層24。平整層24將用于平坦化濾色片22的 表面。
隨后，在包含濾色片22和平整層24的半導體襯底10上和/或上方可提供 多個微透鏡26。每個微透鏡26可形成于平整層24上和/或上方，以與對應的 濾色片22相對，并向相應的光電二極管14會聚光。為了將外部光入射至濾色 片22，每個微透鏡26可制造為具有預定曲率的凸起形狀。隨后，濾色片22 可傳輸投射入的特定波長的紅色R、綠色G、藍色B光，以實現(xiàn)色彩。隨后， 光電二極管14將所傳輸?shù)墓饽苻D(zhuǎn)化為電能。
在圖像傳感器上可執(zhí)行封裝工藝。如圖2的示例所示，隨后在圖像傳感器 上方可附著外部透鏡30。來自外部透鏡30的入射光，通常在圖像傳感器中心 形成圖像。但是，因為入射到光電二極管14上的光強度，朝向圖像傳感器的 邊緣A和B減弱，所以難以形成正常圖像。因而，如果入射到單元像素上的 光強度根據(jù)圖像傳感器的中心或邊緣而改變，則產(chǎn)生自光電二極管14的電子 數(shù)量也將改變。
雖然，原始圖像具有相同顏色，但在圖像傳感器中心的圖像顏色將顯示不 同于圖像傳感器邊緣處的圖像顏色。而且，可產(chǎn)生色度亮度干擾，即在圖像傳 感器邊緣的像素之間的光干涉，其將嚴重降低圖像傳感器的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其減小像素中心和 像素邊緣之間的亮度差異并防止不需要的色度亮度干擾。
本發(fā)明的實施方式涉及一種制造圖像傳感器的方法，其包括以下步驟提 供半導體襯底；在半導體襯底上方形成間隔分開的多個器件隔離層；在相鄰的
器件隔離層之間的空間中形成多個光電二極管；在半導體襯底上方形成絕緣夾 層；在包括絕緣夾層的半導體襯底上方形成絕緣層；在包括絕緣層的半導體襯 底上方形成鈍化層；在鈍化層中形成與相應的光電二極管垂直對準的多個凸透 鏡，其中每個凸透鏡包括濾色片；以及隨后，在鈍化層上方設(shè)置與相應的濾色 片垂直對準的多個微透鏡。
本發(fā)明的實施方式涉及一種圖像傳感器，其可包括設(shè)置在半導體襯底上 方的多個器件隔離層；絕緣夾層，其形成于包括光電二極管和器件隔離層的半 導體襯底上方；在包括絕緣夾層的半導體襯底上方形成的絕緣層；鈍化層，其 形成于包括絕緣層的半導體襯底上方；多個凸透鏡，其設(shè)置在鈍化層中，并與 相應的光電二極管垂直對準，其中每個凸透鏡包括濾色片；以及多個微透鏡， 其設(shè)置在鈍化層上方并與相應的濾色片垂直對準。
圖1和圖2示出了圖像傳感器以及圖像傳感器與外部透鏡之間的光路。 圖3至圖6D示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的圖像傳感器。
具體實施例方式
如示例圖3所示，依據(jù)實施方式的圖像傳感器包括多個設(shè)置在半導體襯底 110上和/或上方的器件隔離層112。器件隔離層112可限定半導體襯底110的 有源區(qū)域。在相鄰的器件隔離層112之間的間隙或空間中可設(shè)置多個光電二極 管114。在半導體襯底110的有源區(qū)域中，形成光電二極管114，以根據(jù)入射 光強度產(chǎn)生電荷。
在半導體襯底110上和/或上方，可形成絕緣夾層116和絕緣層118。絕緣 夾層116可形成為覆蓋光電二極管114，而絕緣層118可形成在絕緣夾層116 上和/或上方。在絕緣層118上和/或上方可形成鈍化層120。使用干刻工藝，
可在鈍化層120中形成多個包含凸透鏡124的凹槽125。形成在鈍化層120中 的每個凹槽125中可填充濾色片122。濾色片122可包括由紅色R、綠色G、 藍色B組成的濾色片。在相應的濾色片122上和/或上方可形成微透鏡126， 以向相應的光電二極管114會聚光。
微透鏡126可制造為具有預定曲率的凸起外形。微透鏡126有用于會聚來 自外部透鏡的光，以使會聚的光傳播至相應的濾色片122。
如示例圖4A所示，應用電子遮掩效應(electro—shading effect)，鈍化 層120可增加對應于微透鏡126的區(qū)域中的邊緣部分的蝕刻速度。因此每個包 括凸透鏡124的凹槽125可形成于鈍化層120上和/或上方。在電子遮掩效應 中，電子可沿蝕刻面的側(cè)壁以及光刻膠的側(cè)壁感生。因此，如示例圖4B所示， 特定圖案邊緣的蝕刻速率可高于中心的速率，從而，圖案的形狀成為凸起的。
凸透鏡124可會聚相對微透鏡126的區(qū)域上形成的光。凸透鏡124可會聚 入射光以使經(jīng)會聚的光傳播至對應的光電二極管114。凸透鏡124可形成于圖 像傳感器的邊緣區(qū)域上和/或上方，更確切的說，形成于從整個區(qū)域兩邊緣起 的1/4區(qū)域上。凸透鏡124可增加提供至圖像傳感器的邊緣區(qū)域的像素的光強 度。因此，可減小圖像傳感器的中心和邊緣之間的像素光強度差異。此外，由 于可會聚圖像傳感器的邊緣像素中的光，可防止色度亮度干擾以增強圖像傳感 器的可靠性。
濾色片122可可透射來自微透鏡126的特定波長的紅色R、綠色G以及 藍色B光以實現(xiàn)顏色。濾色片122可設(shè)置在具有凸透鏡124的鈍化層120的 凹槽125中。如果濾色片122設(shè)置在凹槽125中，則可不需要形成平整層以平 坦化濾色片122。
如示例圖5中所示，濾色片122的折射率n,可小于鈍化層120的折射率 n2。鈍化層120的折射率ri2可在大約1.4至4.0之間，而濾色片122的折射率 n,可在大約1.2至3.0之間。鈍化層120的折射率ti2可為大約2.0，而濾色片 122的折射率 可為大約1.6。
根據(jù)斯奈爾定律，當光從具有相對較小的折射率的媒質(zhì)進入具有相對較大 的折射率的媒質(zhì)時，光的入射角變?yōu)樾∮谡凵浣恰Ｌ貏e是，根據(jù)斯奈爾定律， 當光從具有相對較小的折射率的濾色片122進入具有相對較大的折射率且其
中形成凸透鏡i24的鈍化層120時，光的折射角e2變?yōu)樾∮谌肷浣莈,。因此，
來自微透鏡126的入射光可進入光電二極管114，從而其可將所傳輸光的能量
轉(zhuǎn)化為電能。
如示例圖6A所示，根據(jù)實施方式，制造圖像傳感器的方法可包括在設(shè)置 有多個光電二極管114的半導體襯底110上和/或上方形成絕緣夾層116。絕緣 層118可沉積于絕緣夾層116上和/或上方。絕緣層118可由諸如等離子增強 TEOS (PE-TEOS)的氧化層形成。
隨后，在絕緣層118上和/或上方形成鈍化層120。鈍化層120可包括諸如 等離子增強氮化物(PE-nitride)的氮化層。包括絕緣層118的鈍化層120的厚度 可在大約500至10,000A之間。
如圖示例6B所示，可在鈍化層120中形成凸透鏡124。特別是，可應用 光刻工藝在鈍化層120上和/或上方形成光刻膠圖案130。光刻膠圖案130可形 成于未形成凸透鏡124的區(qū)域上和/或上方。隨后，通過執(zhí)行干刻工藝，包括 凸透鏡124的凹槽125形成于鈍化層120中?？蓱弥T如Ar, He, 02和1^2氣 的惰性氣體執(zhí)行干刻工藝。干刻中，可將CxHyFz (x,y,z: O和自然數(shù)訴作蝕刻 劑。蝕刻深度可設(shè)置為大約500至20,000A之間。隨后，應用灰化工藝去除 光刻膠圖案130。
在鈍化層120上執(zhí)行干刻時，可同時蝕刻絕緣層118。作為另一種選擇， 可分別蝕刻絕緣層118和絕緣夾層116。蝕刻深度的范圍可在大約500至 20,000A之間。
如示例圖6C所示，濾色片122可具有形成于鈍化層120的凹槽125中的 預定的紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)陣列。
如圖6D所示，在包括濾色片122的鈍化層120的一部分上禾n/或上方，形 成光刻膠圖案，該部分只與濾色片122相對?？赏ㄟ^在溫度約150至200。C之 間，在光刻膠圖案上執(zhí)行軟熔(reflow),形成具有充分凸起形狀的微透鏡126。 隨后，微透鏡126上和/或上方形成電介質(zhì)層，以保護其頂部表面。可在 大約100°C至450。C之間應用低溫氧化(LTO)工藝形成電介質(zhì)層?？稍?00。C 或以下應用LTO工藝形成電介質(zhì)層。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖像傳感器可包括在鈍化層中設(shè)置的凸透鏡，從 而減小了圖像傳感器的像素中心和像素邊緣之間的光強度差異。根據(jù)本發(fā)明實 施方式的圖像傳感器通過將光會聚在其邊緣來防止色度亮度干擾，從而增強了
可靠性。
盡管已在這里對本發(fā)明的實施方式進行了描述，可以理解，在不偏離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明做出各種改進 和變形。更具體地說，在本發(fā)明的說明，附圖以及附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可 對本發(fā)明的部件和/或排列做出各種改進和變形。顯然，除對部件和/或設(shè)置的 改進和變形之外，技術(shù)人員也可對其進行選擇應用。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括提供半導體襯底；在所述半導體襯底上方形成間隔分開的多個器件隔離層；在相鄰的器件隔離層之間的空間中形成多個光電二極管；在所述半導體襯底上方形成絕緣夾層；在包括所述絕緣夾層的所述半導體襯底上方形成絕緣層在包括所述絕緣層的所述半導體襯底上方形成鈍化層；在所述鈍化層中形成與相應的光電二極管垂直對準的多個凸透鏡，其中每個凸透鏡包括濾色片；以及隨后在所述鈍化層上方提供與相應的濾色片垂直對準的多個微透鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層包括氧化層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化層包括等離子增 強TEOS。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈍化層包括氮化層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化層包括等離子增 強氮化物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述凸透鏡包括 使用光刻工藝，在未與光電二極管垂直對準的所述鈍化層的區(qū)域上方形成多個光刻膠圖案；使用干刻工藝，在所述鈍化層的上方形成多個凹槽；以及隨后 使用灰化工藝去除所述光刻膠圖案。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述干刻通過使用惰性氣體 來執(zhí)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體選自包括氬 氣、氦氣、氧氣和氮氣的組中的其中之一。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻的深度在大約500 至20,000 A之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光電二極管形成于所述半導體襯底的有源區(qū)域中，以根據(jù)入射光的強度產(chǎn)生電荷。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濾色片的折射率小于 所述鈍化層的折射率。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述鈍化層的所述折射率在大約1.4至4.0之間，而所述濾色片的所述折射率在大約1.2至3.0之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述鈍化層的所述折射 率為大約2.0，而所述濾色片的所述折射率為大約1.6。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括在相應的微透 鏡的最上部的表面上方形成電介質(zhì)層。
15. —種設(shè)備，包括設(shè)置在半導體襯底上方的多個器件隔離層；絕緣夾層，其形成于包括光電二極管和所述器件隔離層的所述半導體襯底 上方；絕緣層，其形成于包括所述絕緣夾層的所述半導體襯底上方； 鈍化層，其形成于包括所述絕緣層的所述半導體襯底上方； 多個凸透鏡，其設(shè)置在所述鈍化層中，并與相應的光電二極管垂直對準， 其中每個凸透鏡包括濾色片；以及多個微透鏡，其設(shè)置在所述鈍化層上方并與相應的濾色片垂直對準。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，每個微透鏡具有預定曲 率的凸起形狀。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，所述濾色片的折射率小 于所述鈍化層的折射率。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述鈍化層的所述折射 率在大約1.4至4.0之間，而所述濾色片的所述折射率在大約1.2至3.0之間。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，所述鈍化層的所述折射 率為大約2.0，而所述濾色片的所述折射率為大約1.6。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括在相應的微 透鏡的最上部的表面上方形成的電介質(zhì)層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖像傳感器及其制造方法，其減小像素中心和像素邊緣之間的亮度差異并防止色度亮度干擾。該圖像傳感器可包括多個設(shè)置在鈍化層中并與相應的光電二極管垂直對準的凸透鏡，每個凸透鏡包括濾色片；具有預定的顏色陣列，以及多個設(shè)置在鈍化層上方，并與相應的濾色片垂直對準的微透鏡。
文檔編號H01L21/822GK101202248SQ20071019851
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者柳尚旭 申請人:東部高科股份有限公司