專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器，并且更具體地，涉及具有斜界面的濾色器的圖像傳感器及其制造方法，其中聚光透鏡的面積被最大化，并且未會聚的光的相位信號被吸收以不產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換，從而獲得較好的分辨率和光靈敏度。
背景技術(shù)：
通常，在制造圖像傳感器時，分辨率由存在于接收圖像的圖像平面中光電二極管的數(shù)目決定。因此，在業(yè)界在圖像傳感器中有朝高像素數(shù)目和單元像素的小型化發(fā)展的趨勢。在將外部圖像會聚到圖像平面時，單元像素的尺寸變小并且接收光的部分減小，從而減少光靈敏度。要提高光靈敏度，可使用聚光透鏡。
聚光透鏡形成于濾色器層下或濾色器層上。由于入射光的聚光效率取決于聚光透鏡的截面積，聚光透鏡的面積被最大化以會聚更多的光。未會聚的光被減少以減少相位信號，從而獲得高分辨率的圖像。
如上所述，利用圖像傳感器的小型化和多像素結(jié)構(gòu)，可形成每單位面積更多的像素。隨著像素尺寸的減小，以芯片內(nèi)模式形成的微透鏡層和濾色器層的尺寸也變得更小。由于單元像素的尺寸減小，接收光的光電二極管的面積也減少，從而減少了光靈敏度。為補償減少的光靈敏度，可另外形成內(nèi)透鏡。在這種情況下，內(nèi)透鏡誘導(dǎo)入射光以適應(yīng)由于F-數(shù)目所引起的聚光角度的變化，并補償在從光電二極管區(qū)增加的距離處的雜散光?？商鎿Q地，為了補償減小的光靈敏度，微透鏡層的尺寸被最大化。
另外，為補償光靈敏度的任何減少，光電二極管區(qū)應(yīng)接收盡可能多的光。為增加由光電二極管區(qū)所接收的光的量，可增加開口并可形成聚光微透鏡。開口通過用作接線并用于光屏蔽的金屬層而形成。在使通過單元像素進(jìn)入光屏蔽層的入射光折射通過聚光透鏡之后，在將光會聚到開口時，聚光透鏡之間的粘附依賴于聚光透鏡的尺寸而改變。為此，圖像一致性惡化。聚光透鏡可受濾色器層影響使得相鄰濾色器層之間的信息被混合，從而惡化了色再現(xiàn)和對比度。此外，當(dāng)濾色器層形成時，由于顏料(pigment)混合所引起的不良光分辨率，難于在對準(zhǔn)曝光期間形成精確的圖案。由于濾色器層之間的重迭或間隙，另外需要平坦化層。
圖1A到1D是說明制造傳統(tǒng)圖像傳感器的工藝的截面視圖。
參考圖1A，光電二極管12形成于基片10中，而金屬層14形成于基片10之上。
參考圖1B，平坦化層20形成于包括金屬層14的基片的整個表面之上，以使隨后形成的濾色器圖案之間的任何重迭或間隙最小化。
參考圖1C到1E，濾色器圖案通過光刻工藝而形成于平坦化層20上以執(zhí)行濾色。換句話說，光刻工藝被執(zhí)行三次以順序形成R/G/B濾色器圖案。
圖2A到2D是更詳細(xì)地說明形成傳統(tǒng)圖像傳感器的濾色器圖案的工藝的截面視圖。
圖2A說明傳統(tǒng)圖像傳感器中第一濾色器圖案60的剖面。圖2B說明形成于鈍化層20上的第二濾色器層70的輪廓，包括第一濾色器圖案60。圖2C說明傳統(tǒng)圖像傳感器中相應(yīng)的濾色器圖案之間的輪廓。參考圖2C，重迭80形成于鄰近第一濾色器圖案60的第二過濾器圖案70上。圖2D是說明傳統(tǒng)圖像傳感器中形成于濾色器圖案60、70上的涂覆層(overcoatinglayer)90的截面視圖。
當(dāng)濾色器圖案通過順序執(zhí)行光刻工藝三次而形成時，第一濾色器圖案的輪廓可在確定圖像傳感器的特性中起作用。通常，濾色器圖案的側(cè)壁以90°或更大的角以負(fù)性圖案形成。當(dāng)?shù)诙V色器圖案形成時，由于表面布局，階梯差形成于第一濾色器圖案的邊緣。由于階梯差，第二濾色器圖案在與第一濾色器圖案的重迭部分變得更厚。此外，圖2C的圖案輪廓通過各種工藝因素而獲得，如在對準(zhǔn)曝光期間的掩模設(shè)計、晶片對準(zhǔn)、顯影及其它因素。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明指向圖像傳感器及其制造方法，其可基本上消除了由相關(guān)技術(shù)的局限性和缺點所引起一個或多個的問題。
本發(fā)明提供圖像傳感器，其可最大化聚光透鏡的面積并吸收未會聚的光的相位信號以不產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換，從而獲得良好的分辨率和光靈敏度。
本發(fā)明也提供用于制造具有在其之間有斜界面的濾色器圖案的圖像傳感器的方法，其中，聚光透鏡的面積被最大化，并且未會聚的光的相位信號被吸收以不產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換，從而獲得良好的分辨率和光靈敏度。
本發(fā)明的另外的優(yōu)點及特征將在隨后的描述的部分中提出，并且通過研究以下內(nèi)容對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得顯而易見。本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點可通過在書面描述和權(quán)利要求以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)并獲得。
為了實現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點并根據(jù)本發(fā)明的目的，如于此具體化及廣泛描述的，提供有圖像傳感器，包括半導(dǎo)體基片；形成于基片之上的第一濾色器圖案，第一濾色器圖案具有帶有第一傾斜的邊緣部分；以及緊鄰第一濾色器圖案而形成的第二濾色器圖案，第二濾色器圖案具有帶有第二傾斜的邊緣部分。
第一濾色器圖案可與第二濾色器圖案接合以與之產(chǎn)生斜界面。在這種情況下，斜界面可具有傾斜長度，所述傾斜長度小于形成在第一和第二濾色器圖案上的微透鏡的死區(qū)(dead space)長度的兩倍。
圖像傳感器可進(jìn)一步在第一和第二濾色器圖案之間具有楔形界面層。在這種情況下，楔形層可由有機材料形成。
在本發(fā)明的另一方面，提供有用于制造圖像傳感器的方法，包括在基片之上形成第一濾色器層；以及使用掩模曝光第一濾色器層，所用掩模具有比第一濾色器圖案的預(yù)定面積小的面積以使預(yù)定的傾斜在第一濾色器圖案側(cè)方獲得。
所述方法進(jìn)一步包括以下步驟在包括第一濾色器圖案的基片的整個表面上形成第二濾色器層；以及選擇性地曝光第二濾色器層以形成第二濾色器圖案。
第二濾色器層可使用面積小于第二濾色器圖案預(yù)定面積的掩模來選擇性地曝光以使預(yù)定傾斜在第二濾色器圖案側(cè)方獲得，并且楔形空間形成在第一和第二濾色器圖案之間。在這種情況下，所述方法可進(jìn)一步包括用有機材料填充楔形空間的步驟。
可以理解本發(fā)明的前述一般性描述和以下詳細(xì)描述二者是示范性和說明性的，且意圖是提供如所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


附圖被包括以提供對本發(fā)明的深入理解，其說明本發(fā)明的實施例并連同說明書用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1A到1E是說明用于制造傳統(tǒng)圖像傳感器的工藝的截面圖；圖2A到2D是說明根據(jù)相關(guān)技術(shù)形成用于傳統(tǒng)圖像傳感器的濾色器層的工藝的截面圖；圖3說明根據(jù)本發(fā)明的掩模的示范性尺寸；圖4A到4C是說明根據(jù)本發(fā)明的用于形成圖像傳感器濾色器層的示范性工藝的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的說明第一和第二濾色器圖案之間的示范性界面的詳細(xì)視圖；
圖6是說明通用基色的光譜圖；以及圖7是說明覆蓋G/R色的光譜圖。
具體實施例方式
將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例在附圖中說明。在任何可能的地方，相同參考數(shù)字將被用于所有附圖以指示相同或相似部件。
根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器可通過CMOS或CCD的典型工藝步驟而形成于硅晶片上。濾色器層形成于圖像傳感器中以使能濾色及色分離。因此，圖像傳感器使能色識別。
圖像傳感器通過已知工藝步驟以CMOS或CCD類型形成于硅晶片上。平坦化層由在可見光波長區(qū)內(nèi)具有良好透明度的有機材料形成。當(dāng)被鈍化層鈍化后，平坦化層改進(jìn)形成于圖像傳感器上部的濾色器圖案的輪廓和均勻性。
本發(fā)明可順序形成三個濾色器圖案以阻止或減少具有濾色器圖案重迭或間隙的傳統(tǒng)問題。
參考圖3和圖4A，如果綠濾色器圖案110首先形成，第一色掩模100被設(shè)計為具有小于其它色掩模102的尺寸以便形成余量104以在曝光過程中產(chǎn)生相對高量的曝光能量。因此，第一濾色器圖案110的側(cè)壁在曝光和顯影過程后具有正傾斜112。
濾色器層的第一色掩模100小于其它色掩模102以獲得余量104。正傾斜112通過曝光工藝在第一濾色器層110側(cè)方形成。因此，在執(zhí)行光刻工藝時，在對準(zhǔn)余量、曝光或掩模制圖方面，可加工指數(shù)增加。
參考圖4B和4C，第二濾色器層120被涂覆于包括第一濾色器圖案110的鈍化層20的整個表面上。第二濾色器層120由于第一濾色器圖案110的正傾斜112，沒有厚覆于第一濾色器圖案110的邊緣上。
第二濾色器層120然后使用掩模選擇性地曝光以形成第二濾色器圖案120a?？商鎿Q地，回蝕刻或CMP工藝可在第二濾色器層120上執(zhí)行，直到第一濾色器圖案110的上表面被曝露，從而形成第二濾色器圖案120a。隨后，第一和第二濾色器圖案110、120a間的界面具有傾斜130。
第二濾色器圖案120a通過第一濾色器圖案110的圖案輪廓而形成以具有傾斜130。因此，在曝光和顯影工藝中的工藝中，處理余量增加。第一和第二濾色器圖案110、120a的界面得以形成而在其之間不存在階梯差。脫色(decoloring)效應(yīng)可在所述界面部分獲得，導(dǎo)致光屏蔽效應(yīng)。
優(yōu)選地，所述第一和第二濾色器層以光阻材料(photoresist material)形成。
參考圖5，傾斜130以預(yù)定角度θ傾斜以具有重迭水平長度‘d’，所述重迭水平長度”d”代表第一和第二濾色器圖案110、120a間的界面厚度。該水平界面長度可以以隨后形成的微透鏡的死區(qū)的兩倍而形成。
圖6是說明通用基色的光譜圖，圖7是說明覆蓋G/R色的光譜圖。如圖6和7所示，光學(xué)黑效應(yīng)可通過吸收各像素間界面處不清晰的色信息來改善。因此，可獲得更準(zhǔn)確、清晰的圖像信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第二濾色器圖案可利用面積小于第二濾色器圖案設(shè)計面積的掩模來形成。如上所述，第二濾色器層可被曝光以成為具有預(yù)定傾斜的第二濾色器圖案以使楔形空間在第一和第二濾色器圖案間的界面形成。然后，楔形空間可填充以有機材料?？色@得如上所述的相同效果。
由于通過上述工藝，濾色器圖案被形成為平面的，微透鏡可直接形成于濾色器層上而不形成單獨的涂覆層。
如上所述，在制造根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的濾色部分時，濾色器層可被穩(wěn)定方便地形成于每一像素中以獲得較清晰的圖像。
換句話說，在本發(fā)明中，用于濾色器圖案的掩模圖案的余量增加足以容納精細(xì)像素尺寸。各濾色器層之間的重迭或間隙可被有效去除，并且光屏蔽效應(yīng)可通過吸收界面處不清晰的而獲得。當(dāng)濾色器層形成時，曝光工藝余量增加以改善生產(chǎn)率和質(zhì)量。
因為濾色器圖案充分形成為平面的，不需要用于附加平坦化的涂覆層。因此，工藝步驟可被減少。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，在本發(fā)明中可進(jìn)行各種修改和變化而不背離本發(fā)明的精神或范圍。因此，意圖是，倘若這樣的修改和變化在所附權(quán)利要求及其等價的范圍內(nèi)，本發(fā)明將涵蓋這樣的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括半導(dǎo)體基片；形成于所述基片上的第一濾色器圖案，所述第一濾色器圖案具有帶有第一傾斜的邊緣部分；以及緊鄰所述第一濾色器圖案而形成的第二濾色器圖案，所述第二濾色器圖案具有帶有第二傾斜的邊緣部分。
2.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，進(jìn)一步包括直接形成于所述第一和第二濾色器圖案上的微透鏡。
3.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中所述第一濾色器圖案與所述第二濾色器圖案接合以與之產(chǎn)生斜界面。
4.如權(quán)利要求3的圖像傳感器，其中所述斜界面具有一水平傾斜長度，所述水平傾斜長度小于分別順序形成在所述第一和第二濾色器圖案上的微透鏡間死區(qū)長度的兩倍。
5.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，進(jìn)一步包括所述第一和第二濾色器圖案間的楔形界面層。
6.如權(quán)利要求5的圖像傳感器，其中所述楔形界面層由有機材料形成。
7.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，所述第一和第二濾色器圖案以光阻材料形成。
8.一種用于制造圖像傳感器的方法，包括以下步驟在基片之上形成第一濾色器層；以及使用掩模來曝光所述第一濾色器層，所述掩模具有比所述第一濾色器圖案的預(yù)定面積小的面積以在所述第一濾色器圖案側(cè)方獲得預(yù)定的傾斜。
9.如權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在所述包括所述第一濾色器圖案的基片的整個表面上形成第二濾色器層；以及選擇性地曝光所述第二濾色器層以形成第二濾色器圖案。
10.如權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在所述包括所述第一濾色器圖案的基片的整個表面上形成第二濾色器層；以及執(zhí)行回蝕刻工藝直到所述第一濾色器圖案的上表面被暴露。
11.如權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在包括所述第一濾色器圖案的所述基片的整個表面上形成第二濾色器層；以及使用面積小于所述第二濾色器圖案的預(yù)定面積的掩模來曝光所述第二濾色器層，以在所述第二濾色器圖案側(cè)方獲得預(yù)定傾斜，并且在所述第一和第二濾色器圖案間形成楔形空間。
12.如權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括用有機材料填充楔形空間的步驟。
13.如權(quán)利要求8的方法，其中所述第一濾色器層由光阻材料形成。
14.如權(quán)利要求9的方法，其中所述第二濾色器層由光阻材料形成。
15.如權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括直接在所述第一濾色器圖案上形成微透鏡的步驟。
16.如權(quán)利要求8的方法，其中所述第一濾色器圖案側(cè)方的傾斜具有水平長度，所述水平長度小于待形成于其上的隨后形成的微透鏡間死區(qū)長度的兩倍。
全文摘要
圖像傳感器包括半導(dǎo)體基片；形成于基片之上的第一濾色器圖案，所述第一濾色器圖案具有帶有第一傾斜的邊緣部分；以及緊鄰第一濾色器圖案而形成的第二濾色器圖案，所述第二濾色器圖案具有帶有第二傾斜的邊緣部分。
文檔編號H01L27/146GK1822380SQ20051009752
公開日2006年8月23日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者金相植 申請人:東部亞南半導(dǎo)體株式會社