專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器及其制造方法。
技術(shù)背景圖像傳感器是一種將光圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器典型劃分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)圖像傳感器(CIS)。在CIS各單元像素中，包含光電二極管和金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體 管，并且通過(guò)切換法順序檢測(cè)各單元像素的電信號(hào)來(lái)顯示圖像。典型的CIS包含像素陣列，層間電介質(zhì)，濾色鏡以及微透鏡。像素陣 列的各單元像素包含晶體管和光電二極管，并且層間電介質(zhì)的像素陣列包含 多層布線。在這些CMOS圖像傳感器中，隨著設(shè)計(jì)規(guī)則逐漸地縮減，單元像素的尺 寸也減小，因此減少了光電二極管的感光性。此外，因?yàn)閷娱g電介質(zhì)由多個(gè)層組成，所以可能發(fā)生入射光漫反射現(xiàn)象。 因此，入射光可能入射到鄰近預(yù)期光電二極管的光電二極管中，引起串?dāng)_和 噪聲。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例提供一種圖像傳感器及其制造方法，該圖像傳感器能夠 減少入射光的光程。在一實(shí)施例中， 一種圖像傳感器可包括半導(dǎo)體襯底，包括光電二極管; 金屬布線層，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上，并且包括金屬布線和層間電介質(zhì)；溝槽， 形成在層間電介質(zhì)中，以與光電二極管相對(duì)應(yīng)；以及濾色鏡，形成在溝槽中。 可在濾色鏡上設(shè)置電介質(zhì)，以填充溝槽。另外，可在位于濾色鏡之上的電介 質(zhì)上設(shè)置微透鏡。在另一實(shí)施例中， 一種圖像傳感器的制造方法可包括步驟在半導(dǎo)體襯 底上形成光電二極管；在半導(dǎo)體襯底上形成金屬布線層，金屬布線層包括金 屬布線和層間電介質(zhì)；在層間電介質(zhì)中形成溝槽，以與光電二極管相對(duì)應(yīng)； 以及在溝槽中形成濾色鏡。本發(fā)明的圖像傳感器及其制造方法，可減少串?dāng)_，同時(shí)因?yàn)闇p少了光電 二極管和濾色鏡之間的距離，因此可顯著地減少折射和反射，從而可改善圖 像傳感器的特征。以下附圖和說(shuō)明書中將闡述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)說(shuō)明書和附 圖以及根據(jù)權(quán)利要求書，其他特征將變得清楚。


圖1至圖6是示出根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法的橫截面圖。
具體實(shí)施方式
將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器及其制造方法。 應(yīng)該理解，為了達(dá)到清楚的目的，本發(fā)明實(shí)施例的附圖和說(shuō)明書簡(jiǎn)化示 出了用于清楚理解本發(fā)明的相關(guān)元件，而除去了其他可能已經(jīng)公知的元件。 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他元件可能是預(yù)期的和/或需 要的。然而，因?yàn)檫@些元件是本領(lǐng)域公知的，并且由于他們不會(huì)促進(jìn)對(duì)本發(fā) 明更好的理解，所以在這里沒有提供關(guān)于這些元件的討論。 圖6是根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。參見圖6，圖像傳感器可包含半導(dǎo)體襯底10，其包含有光電二極管30;金屬布線層，其設(shè)置在半導(dǎo)體襯底10上并且包括金屬布線50和層間電介質(zhì) 40;溝槽65，其形成在層間電介質(zhì)40中以與光電二極管30相對(duì)應(yīng)；以及濾 色鏡70，其形成在溝槽65中。金屬布線層可包括多個(gè)層。也就是說(shuō)，層間電介質(zhì)40可由多個(gè)層組成， 并且穿過(guò)層間電介質(zhì)40的金屬布線50也可包括多個(gè)層(例如，Ml, M2以 及M3)。例如，層間電介質(zhì)40可由一個(gè)或多個(gè)氧化層和/或氮化層組成。 此外，金屬布線50可由本領(lǐng)域已知的、包含有金屬、合金或者硅化物的任 意適合的導(dǎo)電材料(例如，鋁，銅，鈷或鎢)所組成。可在層間電介質(zhì)40中安排金屬布線50，以避免阻擋光線入射到光電二 極管30中。因此，可在光電二極管30上設(shè)置層間電介質(zhì)40。溝槽65形成在層間電介質(zhì)40中，并且形成在與光電二極管30相對(duì)應(yīng) 的位置處。在一實(shí)施例中，可形成溝槽65以暴露半導(dǎo)體襯底10。在另一實(shí) 施例中，可形成溝槽65以暴露層間電介質(zhì)40具有金屬布線50中最下層金 屬布線M1的一部分。在一具體實(shí)施例中，可在低于層間電介質(zhì)40的具有最 下層金屬布線Ml的部分處形成溝槽65，同時(shí)維持不會(huì)損害光電二極管30 的表面的深度?？稍跍喜?5中設(shè)置濾色鏡70。為了分離來(lái)自于入射光的顏色，通過(guò)形 成在光電二極管30上的溝槽65，可為各單元像素形成濾色鏡70。例如，濾 色鏡70可以是紅色，綠色以及藍(lán)色濾色鏡中的一種。電介質(zhì)80可形成在溝槽65中，包括位于濾色鏡70上。當(dāng)在具有濾色 鏡70的溝槽65和層間電介質(zhì)40的上表面之間保留間隙時(shí)，通過(guò)用絕緣材 料填充溝槽65的內(nèi)部可形成電介質(zhì)80。電介質(zhì)80可由具有低折射率或反射 率的材料形成。例如，可通過(guò)用氧化層或感光材料填充溝槽65的內(nèi)部來(lái)形 成電介質(zhì)80。微透鏡90可設(shè)置在電介質(zhì)80上，與濾色鏡70相對(duì)應(yīng)。如上所述，可在溝槽65中形成濾色鏡70，以最大限度減少光電二極管30和濾色鏡70之間的光程，從而可改善圖像特征。此外，濾色鏡70可設(shè)置在靠近光電二極管30處，從而減少串?dāng)_。 將參照?qǐng)D1至圖6描述根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法。 參見圖1 ，可在其上定義有單元像素的半導(dǎo)體襯底10上形成金屬布線層。 雖然未示出，但可在半導(dǎo)體襯底10中形成器件隔離區(qū)20，以定義有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)(field region)。包含有光電二極管和CMOS電路的單元像素可形成在有源區(qū)上。單元像素可包括光電二極管30和與光電二極管30相連接的CMOS電 路(未示出)，光電二極管30用于接收光線以產(chǎn)生光電荷，CMOS電路用 于將所接收的光電荷轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在形成包含有光電二極管30的相關(guān)器件后，可在半導(dǎo)體襯底10上形成 包含有層間電介質(zhì)40和金屬布線M1， M2和M3的金屬布線層。層間電介質(zhì)40可由多個(gè)層組成，金屬布線50也可由多個(gè)層組成。可形成多個(gè)金屬布線50，并且金屬布線50可用于連接電力線和信號(hào)線 與單元像素和外圍電路。可有意地安排金屬布線50以避免阻擋光入射到光 電二極管30中。因此，層間電介質(zhì)40設(shè)置在上述光電二極管30上。在某些實(shí)施例中，層間電介質(zhì)40可由一個(gè)或多個(gè)氧化層和/或氮化層組 成。此外，金屬布線50可由本領(lǐng)域已知的、包含有金屬、合金或者硅化物 的任意適合的導(dǎo)電材料(例如，鋁，銅，鈷或鎢)所組成。在形成金屬布線50中最后的金屬布線M3后，可在層間電介質(zhì)40上形 成硬掩模層60。在后續(xù)工藝中，當(dāng)在層間電介質(zhì)40中形成溝槽時(shí)，硬掩模 層60可充當(dāng)蝕刻掩模。例如，硬掩模層60可由氧化層或氮化層形成。當(dāng)然， 也可以省略硬掩模層60。參見圖2，可在層間電介質(zhì)40中形成溝槽65。在一實(shí)施例中，可在硬掩模層60上形成光致抗蝕劑圖案100，以暴露硬 掩模層60與光電二極管30的頂部區(qū)域(top area)相對(duì)應(yīng)的表面。然后，可采用光致抗蝕劑圖案100作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻硬掩模層60和 層間電介質(zhì)40，以形成溝槽65。溝槽65可通過(guò)濕蝕刻工藝或干蝕刻工藝來(lái) 形成。在此處，溝槽65的底部表面可具有第一深度，該第一深度不暴露光 電二極管30。在一實(shí)施例中，溝槽65的底部表面可暴露半導(dǎo)體襯底10的表 面，同時(shí)避免損害光電二極管30。在另一實(shí)施例中，為了不暴露光電二極管 30，溝槽65的底部表面可暴露層間電介質(zhì)40具有金屬布線M1的底部區(qū)域。此后，可將光致抗蝕劑圖案100和硬掩模層60移除。參見圖3，可對(duì)溝槽65執(zhí)行熱處理工藝和表面處理工藝。可執(zhí)行熱處理 工藝以減少由蝕刻工藝對(duì)溝槽65引起的表面損害。而且，可執(zhí)行表面處理工藝來(lái)改變溝槽65的內(nèi)表面以使其是疏水的 (hydrophobic)，從而在后續(xù)工藝中，可以很容易地在溝槽65中形成濾色 鏡。例如，在一實(shí)施例中，通過(guò)在溝槽表面涂覆有機(jī)材料，可執(zhí)行表面處理 工藝。參見圖4，可在溝槽65中形成濾色鏡70。通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆工藝，可在半 導(dǎo)體襯底10上形成濾色鏡70。旋轉(zhuǎn)涂覆工藝?yán)冒泄獠牧虾皖伭匣蚋?光材料和染料的濾色鏡材料(未顯示)。接下來(lái)，為了僅在溝槽65的內(nèi)部形成濾色鏡70，通過(guò)圖案掩模(未顯示)將濾色鏡材料暴露在光線下并將其 顯影?？稍跍喜?5中設(shè)置濾色鏡70。為了分離來(lái)自于入射光的顏色，通過(guò)形 成在光電二極管30上的溝槽65，可在各單元像素中形成濾色鏡70。例如， 濾色鏡70可以是紅色，綠色以及藍(lán)色濾色鏡中的一種。如上所述，可在溝槽65中形成濾色鏡70，以最大限度減少光電二極管 30和濾色鏡70之間的光程，從而可改善圖像特征。此外，可在光電二極管30上形成濾色鏡70，以抑制光線入射到鄰近的 單元像素，從而可減少串?dāng)_和噪聲。參見圖5，可在具有濾色鏡70的溝槽65中形成電介質(zhì)80。當(dāng)濾色鏡70 和層間電介質(zhì)40的上表面之間有間隙時(shí)，可形成電介質(zhì)80以填充溝槽65。通過(guò)用透明材料填充半導(dǎo)體襯底10的間隙，然后執(zhí)行平坦化工藝可形 成電介質(zhì)80。例如，電介質(zhì)80可由氧化層或感光材料形成。參見圖6，可在電介質(zhì)80上形成微透鏡90?？刹捎酶泄獾墓庵驴刮g劑 或具有高透光率的硅氧化層系列來(lái)形成微透鏡90。在一實(shí)施例中，可涂覆然 后圖案化光致抗蝕劑以形成與各單元像素相對(duì)應(yīng)的微透鏡圖案。然后，可執(zhí) 行回流工藝以形成穹頂形狀(dome shape)的微透鏡90。此外，微透鏡可由 低溫氧化層形成?？稍谖挥跒V色鏡70之上的電介質(zhì)80上形成微透鏡90，以將光線收集到 光電二極管30中。在根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法中，可在位于層間電介質(zhì)40 內(nèi)的溝槽65內(nèi)部形成濾色鏡70，以靠近在半導(dǎo)體襯底10中形成的光電二極 管30。因?yàn)榭梢燥@著地減少光電二極管30和濾色鏡70之間的距離，所以透 過(guò)濾色鏡70的光線可直接入射到光電二極管30。而且，由于濾色鏡70形成在靠近光電二極管30的界面的位置，從而可 減少串?dāng)_。同時(shí)，因?yàn)闇p少了光電二極管30和濾色鏡70之間的距離，因此可顯著 地減少折射和反射。所以，可改善圖像傳感器的特征。在本說(shuō)明書中對(duì)于"一個(gè)實(shí)施例"、"一實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例" 等的任意引用表示結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書中各個(gè)位置中的這種短語(yǔ)的出現(xiàn)不必都涉 及相同的實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任意實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)， 可認(rèn)為在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所屬范圍內(nèi)，可結(jié)合其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這種特 征、結(jié)構(gòu)或特性。盡管參照本發(fā)明多個(gè)示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是應(yīng)該理 解，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所設(shè)計(jì)的各種其它修改和實(shí)施例也屬于本發(fā)明原 理的精神和范圍內(nèi)。更具體地，在本發(fā)明、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)， 可以對(duì)主要組成配置的組件部分和/或排列進(jìn)行各種改變和修改。除了對(duì)組成 部分和/或排列的改變和修改之外，替代物的使用對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也 是清楚的。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，其包括光電二極管；金屬布線層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上，所述金屬布線層包括金屬布線和層間電介質(zhì)；溝槽，其形成在所述層間電介質(zhì)中，以與所述光電二極管相對(duì)應(yīng)；以及濾色鏡，其形成在所述溝槽中。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述金屬布線層包括多個(gè)層。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述金屬布線層包括第一金屬 互連層，位于所述第一金屬互連層上的第二金屬互連層，以及位于所述第二 金屬互連層上的第三金屬互連層。
4. 如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述溝槽延伸至所述第一金屬 互連層之下。
5. 如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述濾色鏡層的頂部表面的高 度低于所述第三金屬互連層的高度。
6. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，還包括位于所述濾色鏡上的電介質(zhì)， 所述電介質(zhì)用于填充所述溝槽。
7. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，還包括設(shè)置在所述濾色鏡之上的微 透鏡。
8. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述溝槽暴露與所述光電二極 管相對(duì)應(yīng)的所述半導(dǎo)體襯底。
9. 一種圖像傳感器的制造方法，所述方法包括以下步驟 在半導(dǎo)體襯底上形成光電二極管；在所述半導(dǎo)體襯底上形成金屬布線層，所述金屬布線層包括金屬布線和 層間電介質(zhì)；在所述層間電介質(zhì)中與所述光電二極管相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中形成溝槽；以及 在所述溝槽中形成濾色鏡。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述金屬布線層包括多個(gè)層。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述溝槽包括以下步驟 在所述金屬布線上形成光致抗蝕劑圖案，以暴露與所述光電二極管相對(duì)應(yīng)的所述層間電介質(zhì)；以及通過(guò)采用所述光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，蝕刻所述層間電介質(zhì)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中形成所述溝槽的底部以暴露所述半 導(dǎo)體襯底。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中形成所述溝槽的底部以暴露所述層 間電介質(zhì)的下層。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述濾色鏡上形成電介質(zhì)，以填 充所述溝槽。
15. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述濾色鏡上形成微透鏡。
16. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括對(duì)所述溝槽執(zhí)行熱處理工藝，以減 少由形成所述溝槽引起的對(duì)所述溝槽的表面的損害。
17. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括對(duì)所述溝槽執(zhí)行表面處理，為所述 濾色鏡提供疏水表面。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中執(zhí)行所述表面處理包括 在所述溝槽中形成所述濾色鏡之前，在所述溝槽的表面上涂覆有機(jī)材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器及其制造方法。該圖像傳感器可包括半導(dǎo)體襯底，其包括光電二極管；金屬布線層，其設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上并且包括金屬布線和層間電介質(zhì)；溝槽，其形成在層間電介質(zhì)中，以與光電二極管相對(duì)應(yīng)；以及濾色鏡，其形成在溝槽中。因此，通過(guò)在溝槽中形成濾色鏡，可以顯著地減少光電二極管和濾色鏡之間的距離。從而本發(fā)明的圖像傳感器及其制造方法可減少串?dāng)_，同時(shí)可改善圖像傳感器的特征。
文檔編號(hào)H01L21/822GK101404289SQ200810168090
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月4日
發(fā)明者樸東彬 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司