專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件，更具體地，涉及一種CMOS圖像 傳感器及其制造方法。
背景技術：
通常，圖像傳感器是將光學圖像轉化為電信號的半導體器件。 這樣的圖像傳感器可以被大致地分為電荷耦合器件(CCD )圖像傳 感器和互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。
CMOS圖^f象傳感器由光電二^^管部分和CMOS邏輯電^各部分 構成，其中，光電二才及管部分用以4企測所照射的光，而CMOS邏輯 電路4卩分用以卩夸4全測到的光處J里為用于凝:」悟形成(data formation ) 的電信號。由光電二極管接收到的光的量越多，圖像傳感器的光敏 性(photo-sensitivity )就越高。
為了增強光敏性，使用了用以提高所謂的"填充系數"的技術， 或者使用了用以改變射入到除了光電二極管之外的區(qū)域中的光的 路徑以從而將光聚集到光電二極管的技術，其中填充系數指的是光 電二極管相對于圖像傳感器的整個區(qū)域的占有比。聚光技術 (condensing technology)的一個典型示例是用于形成纟效透4竟的方法，在該方法中，通過4吏用高透光率(light transmittance )才才并+在 光電二極管上方形成常規(guī)的凸微透鏡，該凸微透鏡用來折射入射光 的路徑以允許更多的光量照射到光電二極管。在這種情況下，與微 透鏡的光軸水平的光被該微透鏡折射，從而在光軸上的預定位置上 聚焦。
在制造用于圖像傳感器的器件中，用于圖像接收的光電二極管 的凄t量決定了圖i象分辨率。由于這個原因，已經改進地使像素具有 更小的尺寸，并提供更多數量的像素。利用這尺寸更小和數量更多 的像素，輸入到圖像平面(image plane)中的外部圖像經由微透鏡 聚焦。
關于濾色器，原色型 (primary color type )或4卜色型 (complementary color type )的濾色器層^皮形成用于l貞色分離(color separation )。更具體地，為了實現顏色分離以及隨后的顏色再現 (color reproduction),在原色型的情形下以片上(On-Chip )方式 來形成紅色、綠色和藍色濾色器層，以及在互補色型的情形下以片 上方式來形成青色(Cyan)、黃色和品紅色(Magenta)濾色器層。
注意的是，微透鏡被設置用來提高聚光效率(condensing efficiency),以實現對入射光的有效利用，也就是，實現對入射光 的最大利用。典型地，通過光刻月交熱回流來形成這樣的孩i透鏡。然 而，如果實施光刻膠熱回流以使用于聚集更多光量的微透鏡的尺寸 最大化，可能會在相鄰的微透鏡之間引起橋接(bridge )。因此，就 良好的均勻性(uniformity)而言，必須提供一定程度的臨界尺寸 (CD )。
基于晶體 管的數量，CMOS圖像傳感器被分為3T型、4T型、 5T型等。3T型CMOS圖像傳感器包括一個光電二極管和三個晶體管，而4T型CMOS圖像傳感器包括一個光電二極管和四個晶體管。 現在，將描述關于3T型CMOS圖像傳感器的單元像素的布局。
圖1是常規(guī)3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖，而圖2是 示出了常失見3T型CMOS圖^f象傳感器的單元^f象素的布局圖。
如圖1所示，常身見3T型CMOS圖<象傳感器的單元<象素包括一 個光電二極管PD和三個nMOS晶體管T1、 T2和T3。光電二才及管 PD的陰極連接至第一 nMOS晶體管Tl的漏極和第二 nMOS晶體 管T2的才冊才及。第一 nMOS晶體管Tl和第二 nMOS晶體管T2兩者 的源極都連接至用于提供參考電壓VR的電源線。第一 nMOS晶體 管Tl的柵極連接至用于提供復位信號RST的復位線。同樣，第三 nMOS晶體管T3的源才及連4妄至第二 nMOS晶體管T2的漏才及，第三 nMOS晶體管T3的漏極經由信號線連接至讀出電路(reading circuit)(未示出)，而第三nMOS晶體管T3的柵極連接至用于提供 選擇信號SLCT的4亍選擇線(row selection line )。這樣，第一 nMOS 晶體管Tl稱作復位晶體管Rx，第二 nMOS晶體管T2稱作驅動晶 體管Dx，而第三nMOS晶體管T3稱作選擇晶體管Sx。
如圖2所示，用有源區(qū)10來限定常^L 3T型CMOS圖像傳感 器的單元像素。在有源區(qū)10的大寬度部分(large-width portion )上 形成一個光電二4及管20,而在有源區(qū)10的剩余部分上形成重疊 (overlapping)的三個晶體管的柵電極120、柵電極130、柵電極 140。特別地，通過柵電極120來形成復位晶體管Rx,通過柵電極 130來形成驅動晶體管Dx,以及通過柵電極140來形成選4奪晶體管 Sx。這里，將摻雜離子注入到除了柵電極120、柵電極130、柵電 極140各自的下面之外的各個晶體管的有源區(qū)10中，從而形成各 個晶體管的源/漏區(qū)。從而，電源電壓Vdd被施加到位于復位晶體 管Rx和驅動晶體管Dx之間的源/漏極區(qū)，而位于選4奪晶體管Sx — 側的源/漏極區(qū)被連接至讀出電路(未示出)。盡管在圖中未示出，4旦上述4冊電4及120、 4冊電才及130、辟冊電才及140分別^皮連4妄至信號線， 而每個信號線在其端部設置有一個襯墊(pad)以連接至外部驅動 電路。
圖3是示出了相關的CMOS圖l象傳感器的截面圖。
如圖3所示，在pw型半導體^)"底100上生長p-型外延層101， 其中，在半導體襯底IOO中限定了器件隔離區(qū)和有源區(qū)(包括光電 二極管區(qū)和晶體管區(qū))。在半導體襯底100的器件隔離區(qū)中形成場 氧化膜102，該場氧化膜102用于隔開綠光輸入區(qū)、紅光輸入區(qū)和 藍光輸入區(qū)。在半導體襯底100的光電二極管區(qū)中形成M型擴散區(qū) 103。
其次，在半導體襯底100的晶體管區(qū)中形成4冊電4 l 105，其中 在半導體襯底100和4冊電極105之間插入有柵極絕緣膜104。在每 個柵電極105的相對的側表面上形成絕緣膜側壁106。
在包括4冊電才及105的半導體襯底100的整個表面上方形成第一 層間絕鄉(xiāng)彖膜108，在第一層間絕多彖膜108上形成多個金屬布線109， 其中，金屬布線109之間具有預定的間隔。
在包括金屬布線109的半導體^J"底100的整個表面上方形成厚 度大約為4000埃的第二層間絕緣膜110,并在第二層間絕緣膜110 上形成氮化膜111。在氮化膜111上形成紅色、綠色和藍色濾色器 層112，以與各個N-型擴散區(qū)103相對應。
在包括各個濾色器層112的半導體襯底100的整個表面上方形 成平坦4匕層(flattening layer) 113，并在平坦4匕層113上形成孩丈透 鏡114，以與各個濾色器層112相對應。這里，參考標號107指的
是晶體管的源極和漏極摻雜區(qū)。在上述的CMOS圖像傳感器中，為了實現更高的靈壽文度，必須 在圖樣化微透鏡114之后實現微透鏡114之間的零間隙。然而，在 實際的應用中，很難在微透鏡114之間獲得零間隙。這是因為降低 微透鏡114之間的間隙以實現零間隙可能引起微透鏡114之間的橋 接，從而導致;徵透鏡114的散焦誤差(defocusing error)和其他性 能的惡化。目前，微透鏡114之間的間隙是幾十微米。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明涉及一種CMOS圖傳J專感器及其制造方法，該 CMOS圖像傳感器及其制造方法基本上消除了由于相關技術的局 限和^:點而導致的一個或多個問題。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種CMOS圖像傳感器及其制造 方法，在該CMOS圖像傳感器中，最小化了微透鏡之間的間隙，從 而使CMOS圖像傳感器的性能提高。
本發(fā)明的其他優(yōu)點、目的和特征一部分將在下文中闡述， 一部 分對于本領域的普通^支術人員而言通過下文的實一驗將變得顯而易
見或者可以從本發(fā)明的實踐中獲得。通過所 的說明書及其權利要 求以及附圖中特別指出的結構，可以了解和獲知本發(fā)明的這些目的 和其他優(yōu)點。
為了實現這些目的和其他優(yōu)點以及^4居本發(fā)明的目的，如在本 文中所體現和概括描述的， 一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法 包括在其中形成有多個光電二極管的半導體襯底上形成層間絕緣 膜，在層間絕緣膜上形成多個與光電二極管相對應的濾色器層，在 包括各個濾色器層的半導體襯底的整個表面上方形成平坦化層，在 位于濾色器層的邊界(boundary)上方的平坦化層上形成一個以上的間隙絕緣膜，以及在間隙絕緣膜之間的平坦化層上形成一個以上 的微透鏡，以與各個光電二極管相對應。
根據本發(fā)明的另一個方面， 一種CMOS圖像傳感器包括在其 中形成有多個光電二極管的半導體襯底上形成的層間絕緣膜，在層 間絕緣膜上形成的多個濾色器層，在包括各個濾色器層的半導體襯 底的整個表面上方形成的平坦化層，在位于濾色器層的邊界上方的 平坦化層上形成的一個以上的間隙絕緣膜，以及在間隙絕緣膜之間 的平坦化層上形成的一個以上的孩t透4竟，其與各個光電二才及管相對 應。
可以理解的是，本發(fā)明的上述總體描述和以下的具體描述都是 示例性的和說明性的，并且旨在提供對所要求的本發(fā)明的進一步解 釋。


附圖示出了本發(fā)明的實施例并與說明書 一起用來解釋本發(fā)明 的原理，其中，附圖包括在本申請中以提供對本發(fā)明的進一步理解 并結合在本申請中且組成本申請的一部分。在附圖中
圖1是常規(guī)3T型CMOS圖像傳感器的等效電路圖2是示出了常^見3T型CMOS圖^f象傳感器的單元^f象素的布局
圖3是示出了相關CMOS圖像傳感器的截面圖；以及 CMOS圖 <象傳感器的方法的過禾呈截面圖(process sectional view )。
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具體實施例方式
現在將詳細地參照本發(fā)明的示例性實施方式，其實施例在附圖 中示出。在所有可能的地方，在整個附圖中使用相同的標號以表示
^目同^ NH以的,^f牛。
CMOS圖^f象傳感器的方法的過程截面圖。
參照圖4A,在其中形成有多個光電二才及管202的半導體4于底 200上形成層間絕鄉(xiāng)彖膜204。這里，半導體村底200由器件隔離區(qū) (未示出)和有源區(qū)(未示出)所限定，并且依次地，有源區(qū)由光 電二極管區(qū)和晶體管區(qū)所限定。在光電二極管區(qū)中形成多個光電二 極管202。光電二極管202和多個晶體管以非常簡化的結構示出， 由于該結構在本領i或中是7>知的，因而在此將省略對其具體的描 述?？梢砸愿鞣N結構(configuration )來表示光電二4及管202和晶體 管，例如，如圖3所示的結構。這里，可以通過4吏用無雜質》圭酸鹽 玻璃(Undoped Silicate Glass ) ( USG )、磷娃酸鹽玻璃(Phosphor Silicate Glass ) ( PSG )、硼娃酸鹽玻璃(Boron Silicate Glass ) ( BSG ) 和硼石粦石圭酸鹽iE皮璃(Boron Phosphor Silicate Glass ) ( BPSG )中的寸壬 意 一種來形成層間絕緣膜204 。
然后，參照圖4B，在層間絕^彖膜204上形成〗呆護膜206。該保 護膜206用來保護器件免受濕氣和劃痕。在形成保護膜206后，在 保護膜206上形成多個紅色、藍色和綠色濾色器層208,以與各個 光電二才及管202相對應。例如，在用可燃光刻月交(flammable resist) 》余覆^f呆護力莫206的整個表面后，實施曝光和顯影工藝(exposure and developing processes ),從而形成濾色器層208，其中，濾色器層208 基于各波長范圍來過濾光。這里，可以省略保護膜206。在這種情 況下，在層間絕緣膜204上形成多個濾色器層208。如圖4B所示，濾色器層208;f皮此可以具有不同的厚度，因而，可以實施諸如化學 機械拋光(CMP)工藝的平坦化工藝。
其次，如圖4C所示，在包括各個濾色器層208的半導體襯底 200的整個表面上方形成平坦化層210。
其次，如圖4D和圖4E所示，在位于濾色器層208的邊界上方 的平坦^f匕層210上形成間隙絕》彖月莫(gap insulating film ) 212A。具 體地，分別在藍色濾色器層和綠色濾色器層之間的邊界上方以及在 綠色濾色器層和紅色濾色器層之間的邊界上方形成間隙絕緣膜 212A。
更具體地，在平坦化層210的整個表面上方沉積氧化膜212。 IU匕膜212經受感光和刻々蟲工藝(photographing and etching processes ), /人而在用來形成孩t透4竟214的空間(space )之間的間 隙中形成氧化月莫212A以作為間隙絕多彖力莫212A,該間隙絕《彖膜212A 中具有最小的寬度。對于本發(fā)明，相對于在感光和刻蝕工藝中使用 的掩模，間隙絕緣膜212A的寬度t在允許的臨界尺寸(CD )范圍 內^皮最小^:,侈'W口，可以為10 nm到20 nm。
其次，如圖4F所示，在間隙絕纟彖膜212A之間的平坦化層210 上形成樣t透4竟214，以與各個光電二才及管202相對應。例如，以用 于微透鏡的光刻膠來涂覆平坦化層210的上表面，然后通過曝光和 顯影工藝來選擇性地圖樣化所涂覆的光刻膠，從而形成微透鏡圖 樣。將其上形成有微透鏡圖樣的半導體襯底200放在熱板(hot plate ) (未示出)上，在這種情況下，在例如150。C到300。C的溫度下對半 導體村底200進行熱處理，以引起微透鏡圖樣的回流。隨著微透鏡 圖樣的回流，在間隙絕緣膜212A之間形成了半球形的微透鏡214。 隨后，可以對通過熱回流獲得的孩t透鏡214進行冷卻處理(coolingprocess )?？梢栽诎雽w襯底200被》文在冷卻板上的情況下實施冷 卻處理。
通常，在對微透鏡圖樣進行加熱時，如果相鄰的微透鏡214之 間沒有間隙，則加熱回流的光刻月交會聚集(colligate)而引起孩史透 鏡214變畸形，這使得很難制造沒有間隙的微透鏡。然而，在本發(fā) 明中，由于在形成微透鏡214之前，在用于形成微透鏡214的區(qū)域 之間形成了間隙絕纟彖膜212A，所以可以防止在熱處理期間孩t透4竟 變畸形。
在下文中，將參照圖4F來描述^^艮據本發(fā)明示例性實施例的 CMOS圖像傳感器的整個結構。
參照圖4F，才艮據本發(fā)明的CMOS圖像傳感器可以包括半導體 4十底200、多個光電二才及管202、層間絕纟彖力莫204、 4呆護月莫206、多 個濾色器層208、平坦4b層210、 一個以上的間隙絕全彖力莫212A和一 個以上的微透鏡214。
這里，在其中形成有多個光電二才及管202的半導體襯底200上 形成層間絕緣膜204,該層間絕緣膜204可以采用多層的形式。
在層間絕緣膜204上形成平坦化的保護膜206,以保護器件免 受濕氣和劃痕，以及在〗呆護膜206上形成多個濾色器層208。此處， 可以選擇性i也形成4呆護力莫206。
在包括各個濾色器層208的半導體襯底200的整個表面上方形 成平坦化層210，以及在位于濾色器層208的邊界上方的平坦化層 210上形成間隙絕纟彖膜212A。這里，間隙絕緣膜212A可以由氧化 膜形成。在間隙絕緣膜212A之間的平坦化層210上形成4效透鏡214, 以與各個光電二才及管202相對應。從以上描述顯而易見的是，本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感 器及其制造方法，在該CMOS圖像傳感器及其制造方法中，最小化 了微透鏡之間的間隙，從而使傳感器的特性增強。此外，即使由于 例如工藝的變化(variations)而使得微透鏡的尺寸增大，也可以防 止相鄰孩吏透4竟之間的橋接，乂人而防止了散焦誤差(defocusing error ) 等。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內可以作各種修改及變形，這對 于本領域的技術人員而言是顯而易見的。因此，本發(fā)明意在涵蓋在 所附權利要求及其等同替換的范圍內的對本發(fā)明的修改和變形。
權利要求
1.一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括在其中形成有多個光電二極管的半導體襯底上形成層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上形成多個與所述光電二極管相對應的濾色器層；在包括所述各個濾色器層的所述半導體襯底的整個表面上方形成平坦化層；在位于所述濾色器層的邊界上方的所述平坦化層上形成一個以上的間隙絕緣膜；以及在所述間隙絕緣膜之間的所述平坦化層上形成一個以上的微透鏡，以與所述各個光電二極管相對應。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述間隙絕緣膜的所述形 成包括在所述平坦化層的整個表面上方形成氧化力莫；以及通過在所述氧化膜上實施感光和刻蝕工藝來圖樣化位于 所述微透鏡之間的間隙中的所述氧化層，以形成所述間隙絕緣 膜。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述間隙絕緣膜的寬度在 10nm到20nm的范圍內。
4. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述層間絕緣膜上形成保護膜，其中，在所述保護膜上形成所述濾色器層。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述間隙絕緣膜的寬度在 允許的臨界尺寸(CD)范圍內具有最小值。
6. —種CMOS圖像傳感器，包括層間絕緣膜，形成在其中形成有多個光電二極管的半導體 襯底上；多個濾色器層，形成在所述層間絕緣膜上；平坦化層，形成在包括所述各個濾色器層的所述半導體4于 底的整個表面上方；一個以上的間隙絕纟彖力莫，形成在位于所述濾色器層的邊界 上方的所述平坦4b層上；以及一個以上的孩i透4竟，形成在所述間隙絕纟彖力莫之間的所述平 坦化層上以與所述各個光電二極管相對應。
7. 根據權利要求6所述的傳感器，其中，所述間隙絕緣膜的寬度 在10nm到20nm的范圍內。
8. 根據權利要求6所述的傳感器，其中，所述間隙絕緣膜由氧化 膜形成。
9. 才艮據4又利要求6所述的傳感器，進一步包括保護膜，形成在所述層間絕緣膜上，其中，在所述保護膜上形成所述多個濾色器層。
10. 根據權利要求6所述的傳感器，其中，所述間隙絕緣膜的寬度 在允許的臨界尺寸(CD)范圍內具有最小值。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種CMOS圖像傳感器及其制造方法。該方法包括在其中形成有多個光電二極管的半導體襯底上形成層間絕緣膜，在層間絕緣膜上形成多個與光電二極管相對應的濾色器層，在包括各個濾色器層的半導體襯底的整個表面上方形成平坦化層，在位于濾色器層的邊界上方的平坦化層上形成一個以上的間隙絕緣膜，以及在間隙絕緣膜之間的平坦化層上形成一個以上的微透鏡，以與各個光電二極管相對應。
文檔編號H01L21/8222GK101615595SQ20091014648
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權日2008年6月27日
發(fā)明者姜旻圭 申請人:東部高科股份有限公司