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，并且更特別地，涉及一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，該CMOS圖像傳感器能夠最大化光的聚焦效率并實(shí)現(xiàn)其性能的改善。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用于把光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器基本上被分類為電荷耦合器件(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圖像傳感器包括感應(yīng)照射到其上的光的光電二極管矩陣，以及把感應(yīng)到的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、用于數(shù)據(jù)收集的CMOS邏輯電路單元。光電二極管接收的光越多，圖像傳感器的光感性越好。
為了提高圖像傳感器的光敏性，努力地增加光電二極管的面積與圖像傳感器的整個(gè)面積的比率，即增加填充因數(shù)。在另一種傳統(tǒng)技術(shù)中，改變除光電二極管外的區(qū)域上的光線入射路徑，以使光線聚焦在光電二極管上。
上述聚焦技術(shù)的典型實(shí)例是利用高光傳輸材料來(lái)形成凸微透鏡。微透鏡位于光電二極管上方，以折射入射光線的路徑，從而允許大量光到達(dá)光電二極管。
微透鏡將平行于微透鏡的光軸行進(jìn)的光線折射到光軸上的預(yù)定焦點(diǎn)。
參考


現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器。
圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器的構(gòu)造的截面圖。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器包括一個(gè)或多個(gè)光電二極管11，形成在半導(dǎo)體襯底(未示出)上，以基于入射光的量產(chǎn)生電荷；內(nèi)絕緣層12，形成在包括光電二極管11的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上；保護(hù)層13，形成在內(nèi)絕緣層12上；紅色、綠色、和藍(lán)色濾色器層14，并列排列在保護(hù)層13上，每個(gè)均用于傳輸特定波長(zhǎng)的光；平面化層(planarization layer)15，形成在濾色器層14上；以及具有預(yù)定曲率的一個(gè)或多個(gè)凸微透鏡16，微透鏡形成在平面化層15上，用于通過(guò)使光傳輸穿過(guò)相應(yīng)的一個(gè)濾色器層14來(lái)將特定波長(zhǎng)的光聚焦到光電二極管11上。
雖然在附圖中沒(méi)有示出，但內(nèi)絕緣層12包括光學(xué)屏蔽層，以防止光到達(dá)除光電二極管11之外的區(qū)域。
容易想到，光柵(photo gate)可以代替光電二極管用作感應(yīng)光的器件。
在現(xiàn)有技術(shù)中，微透鏡16的曲率和高度由多種因素確定，如聚焦光的焦點(diǎn)。微透鏡16主要由基于聚合物的樹(shù)脂制成，并經(jīng)過(guò)沉積、圖案化、回流處理被制造。
特別地，微透鏡16必須具有最佳尺寸、厚度、和曲率半徑，這些由每個(gè)單位像素的尺寸、位置、和形狀，光敏器件的厚度，以及光屏蔽層的高度、位置、和尺寸來(lái)確定。
如上所述，考慮到各種因素(例如聚焦光的焦點(diǎn))來(lái)確定微透鏡16的高度和曲率半徑。代表性地使用光致抗蝕劑層來(lái)形成微透鏡16。在涂敷光致抗蝕劑層之后，光致抗蝕劑層經(jīng)由曝光及顯影處理被選擇性地圖案化，以形成光致抗蝕劑圖案。隨后，光致抗蝕劑圖案經(jīng)受回流處理。
光致抗蝕劑圖案的輪廓根據(jù)包括焦點(diǎn)的曝光條件而變化。
舉例來(lái)說(shuō)，處理執(zhí)行條件根據(jù)形成薄子層的要求而改變，導(dǎo)致微透鏡的輪廓變化。
因此，在用于制造具有上述配置的現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器的過(guò)程中，提供能夠提高光聚焦能力的微透鏡16是確定圖像傳感器的特性的重要因素。
如果照射自然光，微透鏡16用于將大量的光聚焦到光電二極管11上，同時(shí)特定波長(zhǎng)的光被傳輸穿過(guò)相應(yīng)的一個(gè)濾色器層14。
特別地，如果光到達(dá)圖像傳感器，入射光由微透鏡16收集，隨后，入射光在穿過(guò)濾色器層14時(shí)被過(guò)濾，以使最后聚焦到以一對(duì)一的比率排列在濾色器層14下方的光電二極管11上。
光屏蔽層用于防止入射光沿除預(yù)定路徑外的路徑行進(jìn)。
然而，上述用于制造CMOS圖像傳感器的現(xiàn)有技術(shù)方法還有一個(gè)問(wèn)題，即，光致抗蝕劑圖案的圖案化條件非常不穩(wěn)定。這降低了光的聚焦效率，導(dǎo)致CMOS圖像傳感器的操作性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其能夠基本上克服由于相關(guān)技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其可以通過(guò)微透鏡的改善曲率而實(shí)現(xiàn)光聚焦能力的改善。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征將在隨后的說(shuō)明書(shū)中部分闡述，并且部分將通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而變得顯而易見(jiàn)。本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和達(dá)到。
為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的目的的這些和其它優(yōu)點(diǎn)，如本文中所具體描述和概括描述的，提供了一種CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底；多個(gè)光電二極管，相互間以預(yù)定距離排列在半導(dǎo)體襯底上；內(nèi)絕緣層，形成在包括(設(shè)置有)光電二極管的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上；多個(gè)濾色器層，相互間以預(yù)定距離排列在內(nèi)絕緣層上；平面化層，形成在包括濾色器層的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上；多個(gè)第一微透鏡，形成在平面化層的上部中，每個(gè)第一微透鏡分別排列在相應(yīng)的光電二極管上方；以及多個(gè)第二微透鏡，形成在平面化層上，多個(gè)第二微透鏡的每個(gè)分別包圍相應(yīng)的第一微透鏡。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上方形成內(nèi)絕緣層；在內(nèi)絕緣層上形成多個(gè)濾色器層，多個(gè)濾色器相互間以預(yù)定距離排列；在包括濾色器層的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成平面化層；在平面化層的上部中形成具有預(yù)定深度的多個(gè)溝槽，以一對(duì)一的比率對(duì)應(yīng)于光電二極管；在溝槽中分別形成第一微透鏡；以及在平面化層上分別形成第二微透鏡以包圍第一微透鏡。
應(yīng)該了解，本發(fā)明的以上概括描述以及以下詳細(xì)描述均是示范性和說(shuō)明性的，目的在于提供對(duì)所要求的發(fā)明的進(jìn)一步的說(shuō)明。

附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其被結(jié)合到說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，示出本發(fā)明的實(shí)施例，并且與說(shuō)明書(shū)一起說(shuō)明本發(fā)明的原理。
在附圖中圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖3A至圖3D是示出根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的制造CMOS圖像傳感器的方法的順序處理的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將詳細(xì)描述本發(fā)明的典型實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。任何可能的情況下，附圖中將使用相同的附圖標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同或相似的部件。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖2所示，本發(fā)明的CMOS圖像傳感器包括一個(gè)或多個(gè)光電二極管31，在半導(dǎo)體襯底(未示出)上形成，以基于入射光的量產(chǎn)生電荷；內(nèi)絕緣層32，在包括(設(shè)置有)光電二極管31的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成；保護(hù)層33，在內(nèi)絕緣層32上形成；紅色、綠色、和藍(lán)色濾色器層34，在保護(hù)層33上形成，每個(gè)濾色器層均排列在相應(yīng)的一個(gè)光電二極管31上方，用于在將光傳輸?shù)礁髯缘墓怆姸O管31之前過(guò)濾特定波長(zhǎng)的光；平面化層35，在包括濾色器層34的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成；溝槽36，在平面化層35的上部中形成，以具有預(yù)定深度，每個(gè)溝槽均排列在相應(yīng)的一個(gè)光電二極管31上方；第一微透鏡37，分別設(shè)置在溝槽36中；以及第二微透鏡38，被配置為分別包圍第一微透鏡37，用于聚焦光，以將聚焦光照射到各自的光電二極管31。
溝槽36以一對(duì)一的比率相對(duì)于濾色器層34排列，并且每個(gè)溝槽36的寬度均比相應(yīng)的一個(gè)濾色器層34窄。
第一微透鏡37容納在溝槽36中，以使每個(gè)第一微透鏡37的上部突出到平面化層35的表面外。
第一和第二微透鏡37和38可由不同材料制成，其可以具有彼此不同的折射率。舉例來(lái)說(shuō)，第一微透鏡37可以由氮氧化硅(SiON)制成，第二微透鏡38由光致抗蝕劑制成，或者反之亦然。
圖3A至圖3D是示出根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的制造CMOS圖像傳感器的方法的順序處理的截面圖。
如圖3A中所示，在半導(dǎo)體襯底(未示出)上形成用于基于入射光的量產(chǎn)生電荷的一個(gè)或多個(gè)光電二極管31。隨后，在包括光電二極管31的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成內(nèi)絕緣層32。
內(nèi)絕緣層32可以具有多層結(jié)構(gòu)。盡管沒(méi)有示出，在形成單個(gè)內(nèi)絕緣層之后，可以在內(nèi)絕緣層上形成光屏蔽層，以防止光到達(dá)除光電二極管31之外的區(qū)域，并且隨后，另一內(nèi)絕緣層可以再次在光屏蔽層上形成。
在形成內(nèi)絕緣層32之后，在內(nèi)絕緣層32上形成用于防止器件潮濕和被刮損的平面保護(hù)層33。
然后在保護(hù)層33上涂敷可染抗蝕劑層(dye-able resist layer)并使其圖案化，以形成每個(gè)均用于過(guò)濾特定波長(zhǎng)的光的濾色器層34。
隨后，在濾色器層34上形成平坦的平面化層35。平面化層35用于實(shí)現(xiàn)所得到的CMOS圖像傳感器的期望平面度，用于焦距的調(diào)整和透鏡層的形成。
如圖3B所示，平面化層35選擇性地經(jīng)過(guò)光刻法和蝕刻處理被去除，使得形成從平面化層35的表面具有預(yù)定深度的多個(gè)溝槽36，以使其寬度比相應(yīng)的一個(gè)濾色器層34的寬度小。
多個(gè)溝槽36對(duì)應(yīng)于光電二極管31以一對(duì)一的比率設(shè)置。
如圖3C所示，微透鏡材料層沉積在包括溝槽36的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上。
隨后，微透鏡材料層經(jīng)過(guò)曝光和顯影處理被選擇性地圖案化，使得在溝槽36中形成第一微透鏡37，以按照一對(duì)一的比率對(duì)應(yīng)于光電二極管31。
特別地，第一微透鏡37容納在溝槽36中，使得每個(gè)微透鏡37的上部突出到平面化層35的表面外。
每個(gè)第一微透鏡37均可設(shè)置在相應(yīng)的一個(gè)濾色器層34上方，并且其寬度比相應(yīng)的濾色器層34的寬度窄。
如圖3D所示，在包括第一微透鏡37的半導(dǎo)體器件的整個(gè)表面上涂敷附加的微透鏡材料層。
微透鏡材料層可以從氧化層和抗蝕劑層中選擇。
當(dāng)在第一微透鏡37形成的區(qū)域處半導(dǎo)體器件的表面上涂敷微透鏡材料層時(shí)，對(duì)應(yīng)于第一微透鏡37的微透鏡材料層的特定區(qū)域自然地突出，以形成具有預(yù)定曲率的多個(gè)圓形突起。
隨后，微透鏡材料層可以經(jīng)過(guò)曝光和顯影處理被圖案化，以形成分別包圍第一微透鏡37的第二微透鏡38。
為了維持完整的第二微透鏡38的最佳曲率半徑，第二微透鏡38可能要經(jīng)受熱回流處理或者紫外線固化處理(ultraviolet curingprocess)。
已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將光傳輸穿過(guò)第二微透鏡38和第一微透鏡37，光的聚焦能力提高，并且濾色器層34實(shí)現(xiàn)改善的鮮明度(vividness)。
如果微透鏡在完成其熱回流處理后出現(xiàn)缺陷，它們必須被重做。因?yàn)槲⑼哥R具有多層結(jié)構(gòu)，微透鏡的重做可以簡(jiǎn)單地執(zhí)行，而不要求濾色器層重做。這樣實(shí)現(xiàn)了整個(gè)重做處理的簡(jiǎn)化，因此，實(shí)現(xiàn)了制造成本的降低。
如上所述，第一和第二微透鏡37和38可由不同材料制成，其可以具有彼此不同的折射率。
從以上描述很顯然看出，根據(jù)本發(fā)明示的典型實(shí)施例的CMOS圖像傳感器及其制造方法可以有以下效果。
首先，關(guān)于第二微透鏡的形成，微透鏡可以自然地在涂敷步驟被成形，以具有預(yù)定曲率。這具有提高光聚焦效率的效果。
其次，由于這種光聚焦效率的提高，大量的光能夠在傳輸穿過(guò)濾色器層后聚焦到光電二極管上。這樣能夠獲得更鮮明的顏色。
第三，由于獲得鮮明的顏色，CMOS圖像傳感器的性能能夠改善。
第四，第一和第二微透鏡可能在在雙層中一個(gè)堆疊在另一個(gè)上。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)，微透鏡的曲率可以被改善，導(dǎo)致最大化聚焦效率。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底；多個(gè)光電二極管，相互間以預(yù)定距離排列在所述半導(dǎo)體襯底上；內(nèi)絕緣層，形成在包括所述光電二極管的所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上；多個(gè)濾色器層，相互間以預(yù)定距離排列在所述內(nèi)絕緣層上；平面化層，形成在包括所述濾色器層的所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上；多個(gè)第一微透鏡，形成在所述平面化層的上部中，每個(gè)所述第一微透鏡分別排列在相應(yīng)的光電二極管上方；以及多個(gè)第二微透鏡，形成在所述平面化層上，所述多個(gè)第二微透鏡中的每個(gè)分別包圍相應(yīng)的第一微透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述第一微透鏡從所述平面化層的表面突出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，每個(gè)所述第一微透鏡的寬度均比相應(yīng)的濾色器層的寬度窄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述第一和第二微透鏡由具有折射率彼此不同的不同材料制成。
5.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上方形成內(nèi)絕緣層；在所述內(nèi)絕緣層上形成多個(gè)濾色器層，所述多個(gè)濾色器層相互間以預(yù)定距離排列；在包括所述濾色器層的所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成平面化層；在平面化層的上部形成具有預(yù)定深度的多個(gè)溝槽，以按照一對(duì)一的比率對(duì)應(yīng)于所述光電二極管；在所述多個(gè)溝槽中分別形成第一微透鏡；以及在所述平面化層上分別形成第二微透鏡，以包圍所述第一微透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一和第二微透鏡由具有折射率彼此不同的不同材料制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，形成所述第二微透鏡的步驟包括在包括所述第一微透鏡的所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上涂敷透鏡形成材料層；以及選擇性地圖案化所述透鏡形成材料層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，形成所述第二微透鏡的步驟進(jìn)一步包括執(zhí)行圖案化的所述透鏡形成材料層的回流處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括固化所述第二微透鏡的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，固化所述第二微透鏡的步驟包括使紫外線照射到所述第二微透鏡上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能夠提高光的聚焦能力的CMOS圖像傳感器及其制造方法。CMOS圖像傳感器包括多個(gè)在平面化層的上部形成的第一微透鏡，每個(gè)第一微透鏡均排列在相應(yīng)的光電二極管上方，以及在平面化層上形成的多個(gè)第二微透鏡，多個(gè)第二微透鏡的每個(gè)分別包圍相應(yīng)的第一微透鏡。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1794462SQ20051013283
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者金尚源 申請(qǐng)人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社