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)明涉及補償型金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法，尤其涉及CMOS圖像傳感器及其制造方法，其中防止發(fā)生微透鏡的提升(lifting)和漫反射。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換到電信號的半導體器件。圖像傳感器被分類為電荷耦合器件(CCD)和CMOS圖像傳感器。CCD在MOS電容器中存儲電荷載流子，以及將電荷載流子傳送到MOS電容器。MOS電容器相互接近。CMOS圖像傳感器運用切換模式，其通過利用將控制電路和信號處理電路用作為外圍電路的CMOS技術(shù)、形成與單元像素的數(shù)量相應的MOS晶體管，利用MOS晶體管來順序地檢測單元像素的輸出。
將對象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號的CMOS圖像傳感器包括具有光電二極管的信號處理芯片。每個信號處理芯片包括放大器、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)、內(nèi)部電壓發(fā)生器、時序發(fā)生器和數(shù)字邏輯。在此情況中，這在以空間、功率消耗和成本上是經(jīng)濟的。CCD的制造需要技術(shù)工藝步驟。然而，CMOS圖像傳感器可通過比CCD工藝更廉價的硅晶片簡單蝕刻工藝以大規(guī)模生產(chǎn)來制造。而且，CMOS圖像傳感器在其組裝密度上具有優(yōu)勢。結(jié)果，CMOS圖像傳感器被廣泛應用于各種應用領(lǐng)域，比如數(shù)字靜態(tài)相機、智能電話、PDA、筆記本計算機、監(jiān)控攝像機、條碼檢測器和玩具。
為了加強CMOS圖像傳感器的光敏度，已經(jīng)努力提高圖像傳感器的整個面積中由光電二極管占據(jù)的面積的填充因子。然而，這樣的努力由于用于信號處理的邏輯電路所造成的有限面積而具有局限。因而，有必要改變到達光電二極管之外的區(qū)域的入射光的路徑，以將入射光聚集到光電二極管。為了將入射光聚集到光電二極管，通常使用微透鏡。微透鏡被形成于用作鈍化層的氮化物層上。氮化物層與用作微透鏡的主要元件的光刻膠具有不良粘附性。為此，發(fā)生了造成微透鏡提升的問題。并且，如果圖像傳感器的金屬線被形成于光路中，則發(fā)生漫反射，使得圖像傳感器質(zhì)量惡化。
此后，將參照附圖，詳細描述相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器。
圖1是說明相關(guān)技術(shù)CMOS圖像傳感器的截面圖。
如圖1所示，紅光電二極管11被形成于其內(nèi)生長有第一外延層(未示出)的半導體襯底10上。第二外延層12在包括紅光電二極管11的第一外延層上生長。綠光電二極管13在第二外延層12中形成，第三外延層14在包括綠光電二極管13的第二外延層12上生長。藍光電二極管15和溝槽分別在第三外延層14中形成。該溝槽起到將場相互絕緣的作用。形成了以絕緣材料填充的淺溝槽隔離(STI)16。
在第三外延層14上沉積層間絕緣層17。第一金屬層(未示出)被形成于層間絕緣層17上，然后圖案化以形成金屬線23。形成層間絕緣層17和金屬線23的工藝步驟被重復若干次，以沉積所需數(shù)目的金屬線23。第二金屬層(未示出)被形成于最后沉積的層間絕緣層17上，然后圖案化以形成金屬墊23。第一絕緣層19在最后沉積的層間絕緣層17上由氧化物層形成，在第一絕緣層19上形成第二絕緣層20。第二絕緣層20起鈍化層的作用，其保護圖像傳感器免受水或物理沖擊。隨后，選擇性地蝕刻第一絕緣層19和第二絕緣層20以開放金屬墊24。然后執(zhí)行熱退火工藝。對應于光電二極管11、13和15，在第二絕緣層20上形成微透鏡22。
用作鈍化層的第二絕緣層20由氮化物形成，微透鏡22主要由光刻膠形成。在此情況中，由于氮化物層和光刻膠(photoresist)層之間的不良粘附性，可能發(fā)生提升效應。并且，如果金屬線在光路徑中形成，則發(fā)生漫反射，使得圖像傳感器的質(zhì)量惡化。
上述相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器及其制造方法具有如下問題。
由于微透鏡在氮化物層上主要由光刻膠形成，可能由于氮化物層和微透鏡之間的不良粘附性而發(fā)生提升效應。這樣的微透鏡提升效應造成了移動粒子、產(chǎn)生不良像素，從而降低產(chǎn)出。并且，由于微透鏡被相互遠離地間隔開，它們?nèi)菀讖牡飳臃蛛x。
此外，如果金屬線在光路徑中形成，則發(fā)生漫反射，使得圖像傳感器的質(zhì)量惡化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明針對于CMOS圖像傳感器及其制造方法，其基本上消除了由于相關(guān)技術(shù)的局限和缺點而造成的一個或多個問題。
本發(fā)明的目的是提供CMOS圖像傳感器及其制造方法，其中選擇性地蝕刻用作鈍化層的氮化物層，以在氮化物層下面的氧化物層上形成微透鏡，由此防止發(fā)生微透鏡的提升。
本發(fā)明的另一目的是提供CMOS圖像傳感器及其制造方法，其中在氮化物層上形成防漫反射層，以減少不良像素和改善圖像傳感器的質(zhì)量，由此提高產(chǎn)出。
本發(fā)明的附加優(yōu)點、目的和特征將在隨后的說明中被部分地闡明，并且對于察閱下文的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將部分地變得明顯，或者可通過本發(fā)明的實踐來獲悉。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點將通過在書面的描述及其權(quán)利要求以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
為了實現(xiàn)這些及其他優(yōu)點和根據(jù)本發(fā)明的意途，如這里具體化和廣義描述的，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器包括光電二極管，形成于半導體襯底中；層間絕緣層，形成于半導體襯底上；金屬線，形成于層間絕緣層中，以將相應的光電二極管電與邏輯電路電連接；氧化物層，形成于層間絕緣層上；鈍化層，形成于氧化物層上，以保護CMOS圖像傳感器免受外部源；以及微透鏡，形成為在與光電二極管相應的部分處穿過鈍化層。
優(yōu)選地，微透鏡形成于氧化物層上，穿過鈍化層。
該CMOS圖像傳感器還包括形成于鈍化層上的不透明層，其中微透鏡形成為在與光電二極管相應的部分處穿過不透明層和鈍化層。
在本發(fā)明的另一方面中，一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法包括在半導體襯底中形成光電二極管；在半導體襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層中形成金屬線，以將相應的光電二極管與邏輯電路電連接；在層間絕緣層上形成氧化物層；在氧化物層上形成鈍化層，以保護CMOS圖像傳感器免受外部源；以及形成微透鏡以在相應于光電二極管的部分處穿過鈍化層。
優(yōu)選地，該方法還包括在鈍化層上形成不透明層。
形成微透鏡的步驟包括通過選擇性地蝕刻不透明層和鈍化層來形成開放區(qū)域，以暴露與光電二極管相應的氧化層的部分；以及在開放區(qū)域中形成微透鏡圖案。
形成微透鏡圖案的步驟包括在包括開放區(qū)域的不透明層上涂敷光刻膠層；以及通過選擇性地曝光和顯影光刻膠層，在開放區(qū)域中形成光刻膠圖案。
該方法還包括同時進行成型和燒結(jié)工藝以將光刻膠圖案變?yōu)槲⑼哥R。
應當理解，本發(fā)明的前面一般性描述和下面詳細描述是示范性和說明性的，旨在于提供所請求保護的本發(fā)明的進一步解釋。


附示了本發(fā)明的實施例，與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理，這些附圖被囊括用以提供本發(fā)明的進一步理解以及并入和構(gòu)成本申請的一部分。在附圖中圖1是說明相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的截面圖以及圖2A至圖2D是說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例用于制造CMOS圖像傳感器的方法的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細地參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例在附圖中被圖示。如有可能，相似的參考標記在整個附圖中被用于指代相同或相似部分。
圖2A至圖2D是說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例用于制造CMOS圖像傳感器的方法的截面圖。
如圖2A所示，在其中生長有第一外延層(未示出)的半導體襯底30上形成紅光電二極管31。第二外延層32在包括紅光電二極管31的半導體襯底30上生長。在第二外延層32中形成綠光電二極管33，在包括綠光電二極管33的第二外延層32上生長第三外延層34。在第三外延層34中分別形成藍光電二極管35和溝槽。該溝槽起使場相互絕緣的作用。形成了以絕緣材料填充的淺溝槽隔離(STI)36。
如圖2B所示，在第三外延層34上沉積層間絕緣層47。第一金屬層(未示出)被形成于層間絕緣層47上，然后圖案化以形成金屬線46。形成層間絕緣層47和金屬線46的工藝步驟被重復若干次，以沉積所需數(shù)目的金屬線46。第二金屬層(未示出)被形成于最后沉積的層間絕緣層47上，然后圖案化以形成金屬墊41。第一絕緣層39在最后沉積的層間絕緣層47上由氧化物層形成，第二絕緣層40在第一絕緣層39上由氮化物層形成。第二絕緣層40起鈍化層的作用，其保護圖像傳感器免受水或物理沖擊。隨后，在第二絕緣層40上沉積不透明(opaque)層48，以防止金屬線46引起的漫反射發(fā)生。光刻膠層(未示出)被形成于不透明層48上，然后通過曝光和顯影工藝來選擇性地移除，以形成光刻膠圖案42，其開放用于微透鏡的部分以及對應于金屬墊41的部分。
如圖2C所示，利用光刻膠圖案42作為掩模，選擇性地蝕刻不透明層48、第一絕緣層39和第二絕緣層40，直到暴露所述金屬墊41為止。因而，在用于微透鏡和金屬墊41的部分中分別形成第一開口44和第二開口43。第一絕緣層39通過第一開口44來暴露，金屬墊41通過第二開口43來暴露。在移除光刻膠圖案42之后，光刻膠層(未示出)被涂敷于包括第一開口44和第二開口43的不透明層48上，然后通過曝光和顯影工藝來選擇性地移除，以保留于第一開口44中，從而形成微透鏡圖案45。
如圖2D所示，微透鏡圖案45經(jīng)歷成型和燒結(jié)工藝以形成微透鏡50。微透鏡50之間的部分在用于開放墊41的圖案被形成時發(fā)阻擋作用。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器及其制造方法具有如下優(yōu)點。
選擇性地蝕刻用作鈍化層的氮化物層，在蝕刻的部分中形成微透鏡。在此情況中，微透鏡不是在氮化物層上形成，而是在氮化物層下面的氧化物層上形成。因此，避免微透鏡的提升，以減少不良像素和提高產(chǎn)出。并且，由于不透明層在氮化物層上形成，就有可能避免金屬線導致的漫反射，由此改善圖像傳感器的質(zhì)量。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，不脫離本發(fā)明的精神或范圍，可在本發(fā)明中做出各種改型和變形。由此，旨在于本發(fā)明覆蓋本發(fā)明的這些改型和變形，只要它們落入所附權(quán)利要求及其等效的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括光電二極管，形成于半導體襯底中；層間絕緣層，形成于半導體襯底上；金屬線，形成于層間絕緣層中，以將相應的光電二極管電與邏輯電路電連接；氧化物層，形成于層間絕緣層上；鈍化層，形成于氧化物層上，以保護CMOS圖像傳感器免受外部源；以及微透鏡，形成為在與光電二極管相應的部分處穿過鈍化層。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中微透鏡形成于氧化物層上，微透鏡穿過鈍化層。
3.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，還包括形成于鈍化層上的不透明層，其中微透鏡形成為在與光電二極管相應的部分處穿過不透明層和鈍化層。
4.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中半導體襯底包括第一外延層、形成于第一外延層上的第二外延層、以及形成于第二外延層上的第三外延層。
5.如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器，其中光電二極管包括形成于第一外延層中的紅光電二極管、形成于第二外延層中的綠光電二極管、以及形成于第三外延層中的藍光電二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中鈍化層是氮化物層。
7.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在半導體襯底中形成光電二極管；在半導體襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層中形成金屬線，以將相應的光電二極管與邏輯電路電連接；在層間絕緣層上形成氧化物層；在氧化物層上形成鈍化層，以保護CMOS圖像傳感器免受外部源；以及形成微透鏡以在相應于光電二極管的部分處穿過鈍化層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在鈍化層上形成不透明層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中形成微透鏡的步驟包括通過選擇性地蝕刻不透明層和鈍化層來形成開放區(qū)域，以暴露與光電二極管相應的氧化層的部分；以及在開放區(qū)域中形成微透鏡圖案。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成微透鏡圖案的步驟包括在包括開放區(qū)域的不透明層上涂敷光刻膠層；以及通過選擇性地曝光和顯影光刻膠層，在開放區(qū)域中形成光刻膠圖案。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括同時進行成型和燒結(jié)工藝以將光刻膠圖案變?yōu)槲⑼哥R。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中形成光電二極管的步驟包括在半導體襯底中形成第一外延層，在第一外延層中形成紅光電二極管，在包括紅光電二極管的第一外延層上形成第二外延層，在第二外延層中形成綠光電二極管，在包括綠光電二極管的第二外延層上形成第三外延層，以及在第三外延層中形成藍光電二極管。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其中鈍化層是氮化物層。
全文摘要
公開了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其中防止發(fā)生微透鏡的提升和漫反射。該CMOS圖像傳感器包括光電二極管，形成于半導體襯底中；層間絕緣層，形成于半導體襯底上；金屬線，形成于層間絕緣層中，以將相應的光電二極管與邏輯電路電連接；氧化物層，形成于層間絕緣層上；鈍化層，形成于氧化物層上，以保護CMOS圖像傳感器免受外部源；以及微透鏡，形成為在與光電二極管相應的部分處穿過鈍化層。
文檔編號H01L21/822GK1819241SQ200510137499
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者李昌恩 申請人:東部亞南半導體株式會社