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，更具體地涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其中部分光屏蔽層額外布置在可能引起過量透過的特定顏色光(例如紅色光)的路徑上，以便部分屏蔽相應(yīng)的紅色光，使得紅色光、綠色光和藍(lán)色光透入半導(dǎo)體襯底的每個(gè)光電二極管，因此紅色光的透過位置與綠色光和藍(lán)色光的透過位置一致，綠色光和藍(lán)色光各自的波長比紅色光的波長短，從而與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷一樣，在光電二極管的有效耗散區(qū)正常地產(chǎn)生由紅色光導(dǎo)致的光電荷。
背景技術(shù)：
近來，隨著電工和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，諸如攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、個(gè)人電腦等帶有小尺寸照相機(jī)的各種電子設(shè)備和帶有小尺寸照相機(jī)的蜂窩電話已經(jīng)廣泛普及。
電荷耦合裝置(CCD)通常用作現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器。但是CCD的缺點(diǎn)在于需要高驅(qū)動(dòng)電壓、需要附加電路、加工成本高。由于這些原因，CCD的應(yīng)用處于下降趨勢。
作為可以代替CCD的圖像傳感器的一個(gè)實(shí)例，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器近來已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。因?yàn)镃MOS圖像傳感器基于CMOS電路技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于低電壓驅(qū)動(dòng)是可行的、不需要附加電路、加工成本低，這與CCDE不同。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器，即用于顯示彩色圖像的CMOS圖像傳感器包括在半導(dǎo)體襯底40上形成的、從外部輸入光L產(chǎn)生并儲(chǔ)存一系列光電荷的光電二極管30，和使外部輸入光顯色并將有色光傳輸?shù)焦怆姸O管30的濾色器陣列CA。在這種情況下，在濾色器陣列和光電二極管30之間插入中間層20，以便將已經(jīng)透過濾色器陣列CA的光傳輸?shù)焦怆姸O管30。
正如所表示的，濾色器陣列CA包括具有紅、綠和藍(lán)的多個(gè)單位彩色單元C1、C2和C3的組合結(jié)構(gòu)(在圖1中表示了四個(gè)彩色單元)。
在這種狀態(tài)下，紅色單元C1、綠色單元C2和藍(lán)色單元C3使外部輸入光以紅、綠和藍(lán)顯色，并將顯色的光傳輸?shù)焦怆姸O管30。與紅色單元C1、綠色單元C2和藍(lán)色單元C3一一對(duì)應(yīng)的各個(gè)光電二極管30產(chǎn)生和儲(chǔ)存顯色的光，即對(duì)應(yīng)于紅色光、綠色光和藍(lán)色光的光電荷。
此后，靠近各個(gè)光電二極管30的信號(hào)處理晶體管(未示出)將由相應(yīng)的光電二極管30產(chǎn)生和儲(chǔ)存的光電荷傳輸/放電到插值電路(未示出)。由通過相應(yīng)插值電路進(jìn)行的插值過程以均勻分辨率的彩色圖像顯示光電荷。
在現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器系統(tǒng)中，紅色光的波長為600nm至700nm，大于波長為400nm至500nm的藍(lán)色光和波長為500nm至600nm的綠色光。所以，如圖2所示，與透過綠色單元C2的綠色光和透過藍(lán)色單元C3的藍(lán)色光相比，透過紅色單元C1的紅色光過量透入半導(dǎo)體襯底40中。如果紅色光過量透入襯底40中，則與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷e2和e3不同，由紅色光導(dǎo)致的光電荷e1不會(huì)在光電二極管30的有效耗散區(qū)DA中正常產(chǎn)生。也就是說，由紅色光導(dǎo)致的光電荷e1在遠(yuǎn)離有效耗散區(qū)DA處異常產(chǎn)生。在這種情況下，如果沒有分離步驟，則由信號(hào)處理晶體管傳遞/放電到插值電路中的光電荷e1比其他光電荷e2和e3少。因此，由插值電路最終獲得的彩色圖像不具有紅、綠和藍(lán)為1∶1∶1的正常比例，從而導(dǎo)致顏色和分辨率方面的顯示質(zhì)量低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其明顯避免由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種圖像傳感器及其制造方法，其中部分光屏蔽層額外布置在可能引起過量透過的特定顏色光(例如紅色光)的路徑上，以便部分屏蔽相應(yīng)的紅色光，使得紅色光、綠色光和藍(lán)色光透入半導(dǎo)體襯底的每個(gè)光電二極管，因此紅色光的透過位置與綠色光和藍(lán)色光的透過位置一致，綠色光和藍(lán)色光各自的波長比紅色光的波長短，從而與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷一樣，在光電二極管的有效耗散區(qū)正常地產(chǎn)生由紅色光導(dǎo)致的光電荷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種圖像傳感器及其制造方法，其中在半導(dǎo)體襯底的耗散區(qū)內(nèi)，紅色光、綠色光和藍(lán)色光的透過位置相互一致，獲得來自各種光電荷的最佳有效比，并且可以通過信號(hào)處理晶體管將均勻量的各種光電荷傳輸/放電到插值電路，從而有效地顯示紅、綠和藍(lán)比例近似為1∶1∶1的顯示質(zhì)量(在顏色和分辨率方面)優(yōu)異的彩色圖像。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的和特征部分在下面的說明書中闡述，在研究了以下說明書后會(huì)變得顯而易見，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過在說明書及權(quán)利要求書以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文所實(shí)施并概略描述的，圖像傳感器包括使外部輸入光顯色為不同顏色的多個(gè)單位彩色單元；布置在半導(dǎo)體襯底的活性區(qū)中、通過接收透過各個(gè)單位彩色單元的不同顏色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷的多個(gè)光電二極管；將透過單位彩色單元的不同顏色光傳輸?shù)焦怆姸O管的中間層；和部分屏蔽通過中間層傳輸?shù)焦怆姸O管的特定顏色光的部分光屏蔽層。
優(yōu)選地，部分光屏蔽層是硅基薄層，例如厚度為300至5000的多晶硅薄層。
優(yōu)選地，被部分光屏蔽層部分屏蔽的特定顏色光是紅色光或綠色光。如果被部分光屏蔽層部分屏蔽的特定顏色光是綠色光，則該部分光屏蔽層的厚度為紅色光的部分光屏蔽層厚度的1/20至1/10。
另一方面，圖像傳感器包括布置在半導(dǎo)體襯底的活性區(qū)中、通過接收透過單位彩色單元的不同顏色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷的多個(gè)光電二極管；傳輸/放電在光電二極管中儲(chǔ)存的光電荷的信號(hào)處理晶體管；在半導(dǎo)體襯底上形成的覆蓋光電二極管和信號(hào)處理晶體管的金屬預(yù)絕緣層；在金屬預(yù)絕緣層上形成的與信號(hào)處理晶體管電連接的金屬線；和埋在金屬預(yù)絕緣層中、部分屏蔽從單位彩色單元傳輸?shù)焦怆姸O管的特定顏色光的部分光屏蔽層。
在另一個(gè)方面，圖像傳感器包括布置在半導(dǎo)體襯底的活性區(qū)中、通過接收透過單位彩色單元的不同顏色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷的多個(gè)光電二極管；傳輸/放電在光電二極管中儲(chǔ)存的光電荷的信號(hào)處理晶體管；在半導(dǎo)體襯底上形成的覆蓋光電二極管和信號(hào)處理晶體管的金屬預(yù)絕緣層；在金屬預(yù)絕緣層上形成的多層金屬線；選擇性絕緣多層金屬線的多層絕緣夾層；和埋在多層絕緣夾層之一中、部分屏蔽從單位彩色單元傳輸?shù)焦怆姸O管的特定顏色光的部分光屏蔽層。
在另一個(gè)方面，一種制造圖像傳感器的方法包括在半導(dǎo)體襯底活性區(qū)中形成多個(gè)光電二極管和信號(hào)處理晶體管；在半導(dǎo)體襯底上形成第一金屬預(yù)絕緣層，以覆蓋光電二極管和信號(hào)處理晶體管；在第一金屬預(yù)絕緣層上形成部分屏蔽傳輸?shù)焦怆姸O管的特定顏色光的部分光屏蔽層；和在第一金屬預(yù)絕緣層上形成第二金屬預(yù)絕緣層，以覆蓋部分光屏蔽層。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的前述一般描述和下文的詳細(xì)描述是示例性和解釋性的，并且旨在提供如權(quán)利要求所述的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


用來提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解并引入構(gòu)成本申請一部分的

本發(fā)明的實(shí)施方案并且與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1和圖2是說明現(xiàn)有技術(shù)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3和圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的圖像傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5至圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的部分光屏蔽層的布置的示意圖；圖8A至圖8E是說明根據(jù)本發(fā)明制造圖像傳感器的工藝步驟的截面圖；圖9至圖10是說明根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的圖像傳感器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)闡述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其實(shí)施例在附圖中說明。只要有可能，相同的附圖標(biāo)記將在全部附圖中用來表示相同或類似的部件。
下文中，根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器及其制造方法描述如下。
如圖3所示，本發(fā)明的CMOS圖像傳感器100，即用于顯示彩色圖像的CMOS圖像傳感器，包括在半導(dǎo)體襯底40上形成的、產(chǎn)生和儲(chǔ)存來自外部輸入光L的一系列光電荷的光電二極管30，和將外部輸入光顯色并將有色光傳輸?shù)焦怆姸O管30的濾色器陣列CA。在這種情況下，中間層20插在濾色器陣列CA與光電二極管30之間，以便將透過濾色器陣列CA的光傳輸?shù)焦怆姸O管30。
濾色器陣列CA包括具有紅、綠和藍(lán)的多個(gè)單位彩色單元C1、C2和C3的組合結(jié)構(gòu)，如圖所示。
在這種狀態(tài)下，紅色單元C1、綠色單元C2和藍(lán)色單元C3將外部輸入光以紅、綠和藍(lán)色顯色，將有色光傳輸?shù)焦怆姸O管30。與紅色單元C1、綠色單元C2和藍(lán)色單元C3相對(duì)應(yīng)的各個(gè)光電二極管30一一對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生和儲(chǔ)存所述有色光，即與紅色光、綠色光和藍(lán)色光相對(duì)應(yīng)的光電荷。
此后，靠近各個(gè)光電二極管30的信號(hào)處理晶體管60(在圖5中表示)將由相應(yīng)的光電二極管30產(chǎn)生和儲(chǔ)存的光電荷傳輸/放電到插值電路。由通過相應(yīng)插值電路進(jìn)行的插值過程以均勻分辨率的彩色圖像顯示光電荷。
在這種情況下，由于用戶一般對(duì)綠色光敏感，在所示的本發(fā)明中，在濾色器陣列CA中布置比紅色單位彩色單元C1和藍(lán)色單位彩色單元C3更多的綠色單位彩色單元C2。
在本發(fā)明的CMOS圖像傳感器系統(tǒng)中，如上所述，紅色光的波長為600nm至700nm，大于波長為400nm至500nm的藍(lán)色光和波長為500nm至600nm的綠色光。所以，如果沒有分離步驟，則與透過綠色單元C2的綠色光和透過藍(lán)色單元C3的藍(lán)色光相比，透過紅色單元C1的紅色光過量透入半導(dǎo)體襯底40。
在這些情況下，如所表明的，在特定單位彩色單元的某一部分上，例如在與可能導(dǎo)致過量透過的紅色單位彩色單元C1相對(duì)應(yīng)的中間層20的某一部分上，額外形成部分光屏蔽層50，以便部分屏蔽通過相應(yīng)中間層20傳輸?shù)焦怆姸O管30的相應(yīng)紅色光。
在與紅色單位彩色單元C1相對(duì)應(yīng)的中間層20的某一部分上形成部分光屏蔽層50的條件下，如果已經(jīng)透過紅色單位彩色單元C1的紅色光輸入到光電二極管30，如圖4所示，則由于部分光屏蔽層50，相應(yīng)的紅色光不會(huì)過量透入到襯底40，盡管其具有600nm至700nm的長波長。因此，紅色光的透過位置與波長比紅色光短的綠色光和藍(lán)色光的透過位置一致。
在現(xiàn)有技術(shù)中，由于紅色光具有較長的波長，與透過綠色單元的綠色光和透過藍(lán)色單元的藍(lán)色光相比，透過紅色單元的紅色光過量透入半導(dǎo)體襯底中。由于這一原因，與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷不同，由紅色光導(dǎo)致的光電荷不能在光電二極管的有效耗散區(qū)中正常產(chǎn)生。也就是說，由紅色光導(dǎo)致的光電荷遠(yuǎn)離有效耗散區(qū)異常地產(chǎn)生。
但是，在本發(fā)明中，由于部分光屏蔽層50形成在特定顏色光的路徑上，例如可能導(dǎo)致過量透過的紅色光的路徑上，紅色光的透過位置與波長比紅色光短的綠色光和藍(lán)色光的透過位置一致。因此，與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷e2和e3一樣，由紅色光導(dǎo)致的光電荷e1可以正常地在光電二極管30的有效耗散區(qū)中產(chǎn)生。
在本發(fā)明中，紅色光、綠色光和藍(lán)色光的透過位置在半導(dǎo)體襯底40的有效耗散區(qū)DA內(nèi)彼此一致，以獲得來自各種光電荷e1、e2和e3的最佳有效比。在這種情況下，可以通過信號(hào)處理晶體管60將均勻量的各種光電荷傳輸/放電到插值電路。因此，紅、綠和藍(lán)的比例近似為1∶1∶1的具有優(yōu)異顯示質(zhì)量(在顏色和分辨率方面)的彩色圖像可以被插值電路最終顯示出來。
在本發(fā)明中，部分光屏蔽層50的厚度作為敏感性因素起作用。在這方面，可能產(chǎn)生如下某些問題。也就是說，如果部分光屏蔽層50太厚，則透過紅色單位彩色單元C1的光可能不能到達(dá)光電二極管30。相比之下，如果部分光屏蔽層50太薄，則不能實(shí)現(xiàn)其光屏蔽功能?？紤]這些問題，在本發(fā)明中，部分光屏蔽層50的厚度為300至5000。在這種情況下，可以事先避免上述問題。
同時(shí)，在本發(fā)明中，部分光屏蔽層50的材料也作為一個(gè)敏感性因素起作用。與上述厚度的情況類似，可能產(chǎn)生如下某些問題。也就是說，如果部分光屏蔽層50接近于不透明材料，則透過紅色單位彩色單元C1的光可能不能到達(dá)光電二極管30。相比之下，如果部分光屏蔽層50接近于透明材料，則不能實(shí)現(xiàn)其光屏蔽功能。考慮這些問題，部分光屏蔽層50用具有適當(dāng)透明度的硅基薄層制成，例如多晶硅薄層。在這種情況下，可以事先避免上述問題。
如圖5至圖7所示，根據(jù)情況，可以改變部分光屏蔽層50在中間層20中的位置。
例如，如圖5所示，部分光屏蔽層50可以埋在中間層20的金屬預(yù)絕緣層21中。在這種情況下，圖像傳感器100包括布置在半導(dǎo)體襯底40的活性區(qū)中的多個(gè)光電二極管30，所述活性區(qū)由器件隔離層41限定，所述多個(gè)光電二極管通過接受透過紅色單位彩色單元C1的紅色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷e1，圖像傳感器100還包括傳輸/放電儲(chǔ)存在光電二極管30中的光電荷e1的信號(hào)處理晶體管60，在半導(dǎo)體襯底40上形成的覆蓋光電二極管30并暴露柵電極62的第一金屬預(yù)絕緣層21a，在第一金屬預(yù)絕緣層21a上形成的、部分屏蔽從紅色單位彩色單元C1傳輸?shù)焦怆姸O管30的紅色光的部分光屏蔽層50，在第一金屬預(yù)絕緣層21a上形成、覆蓋部分光屏蔽層50的第二金屬預(yù)絕緣層21b，在第二金屬預(yù)絕緣層21b上形成的、通過觸點(diǎn)插頭71與信號(hào)處理晶體管60電連接的第一金屬線72，在第二金屬預(yù)絕緣層21b上形成的、覆蓋第一金屬線72的第一絕緣夾層22，在第一絕緣夾層22上形成的第二金屬線73，在第一絕緣夾層22上形成的、覆蓋第二金屬線73的第二絕緣夾層23，和在第二絕緣夾層23上形成的鈍化層24。
信號(hào)處理晶體管60包括柵絕緣層61、通過柵絕緣層61與半導(dǎo)體襯底40絕緣的柵電極62，在柵電極62兩側(cè)上形成的隔離物63，在隔離物63一側(cè)的半導(dǎo)體襯底40中形成的雜質(zhì)離子層64。
在這種結(jié)構(gòu)中，利用部分光屏蔽層50，已經(jīng)透過紅色單位彩色單元C1的紅色光的透過位置可以自然與波長比紅色光短的綠色光和藍(lán)色光的透過位置一致。因此，與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷e2和e3一樣，由紅色光導(dǎo)致的光電荷e1可以在光電二極管30的有效耗散區(qū)DA中正常產(chǎn)生。
此外，如圖6所示，部分光屏蔽層50可以埋在中間層20的絕緣夾層中，例如第一絕緣夾層22中。在這種情況下，圖像傳感器100包括布置在半導(dǎo)體襯底40中由器件隔離層41限定的活性區(qū)中、通過接收透過紅色單位彩色單元C1的紅色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷的多個(gè)光電二極管30，傳輸/放電在光電二極管30中儲(chǔ)存的光電荷e1的信號(hào)處理晶體管60，在半導(dǎo)體襯底40上形成的覆蓋光電二極管30和信號(hào)處理晶體管60的金屬預(yù)絕緣層21，在金屬預(yù)絕緣層21上形成的、通過觸點(diǎn)插頭71與信號(hào)處理晶體管60電連接的第一金屬線72，在金屬預(yù)絕緣層21上形成的、暴露第一金屬線72的第一下絕緣夾層22a，在第一下絕緣夾層22a上形成的、部分屏蔽從紅色單位彩色單元C1傳輸?shù)焦怆姸O管30的紅色光的部分光屏蔽層50，在第一下絕緣夾層22a上形成的、覆蓋部分光屏蔽層50的第一上絕緣夾層22b，在第一上絕緣夾層22b上形成的第二金屬線73，在第一上絕緣夾層22b上形成的、覆蓋第二金屬線73的第二絕緣夾層23，以及在第二絕緣夾層23上形成的鈍化層24。
在這種結(jié)構(gòu)中，用與上述圖5的情況相同的方式，利用部分光屏蔽層50，已經(jīng)透過紅色單位彩色單元C1的紅色光的透過位置可以自然與波長比紅色光短的綠色光和藍(lán)色光的透過位置一致。因此，與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷e2和e3一樣，由紅色光導(dǎo)致的光電荷e1可以在光電二極管30的有效耗散區(qū)DA中正常產(chǎn)生。
此外，如圖7所示，部分光屏蔽層50可以埋在中間層20的絕緣夾層中，例如第二絕緣夾層23中。在這種情況下，圖像傳感器100包括布置在半導(dǎo)體襯底40中由器件隔離層41限定的活性區(qū)中、通過接收透過紅色單位彩色單元C1的紅色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷e1的多個(gè)光電二極管30，傳輸/放電在光電二極管30中儲(chǔ)存的光電荷e1的信號(hào)處理晶體管60，在半導(dǎo)體襯底40上形成的覆蓋光電二極管30和信號(hào)處理晶體管60的金屬預(yù)絕緣層21，在金屬預(yù)絕緣層21上形成的、通過觸點(diǎn)插頭71與信號(hào)處理晶體管60電連接的第一金屬線72，在金屬預(yù)絕緣層21上形成的、覆蓋第一金屬線72的第一絕緣夾層22，在第一絕緣夾層22上形成的第二金屬線73，在第一絕緣夾層22上形成的暴露第二金屬線73表面的第二下絕緣夾層23a，在第二下絕緣夾層23a上形成的、部分屏蔽從紅色單位彩色單元C1傳輸?shù)焦怆姸O管30的紅色光的部分光屏蔽層50，在第二下絕緣夾層23a上形成的、覆蓋部分光屏蔽層50的第二上絕緣夾層23b，以及在第二上絕緣夾層23b上形成的鈍化層24。
在這種結(jié)構(gòu)中，用與上述情況相同的方式，利用部分光屏蔽層50，已經(jīng)透過紅色單位彩色單元C1的紅色光的透過位置可以自然與波長比紅色光短的綠色光和藍(lán)色光的透過位置一致。因此，與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷e2和e3一樣，由紅色光導(dǎo)致的光電荷e1可以在光電二極管30的有效耗散區(qū)DA中正常產(chǎn)生。
現(xiàn)在參考埋在中間層20的金屬預(yù)絕緣層21中的部分光屏蔽層50來描述制造上述圖像傳感器的方法。
首先，如圖8A所示，通過選擇性進(jìn)行淺槽隔離法(STI)或硅局部氧化法(LOCOS)形成場效應(yīng)區(qū)的器件隔離層41，以限定半導(dǎo)體襯底40的活性區(qū)。在這種情況下，P型外延層(未示出)可以預(yù)先形成在P++型重?fù)诫s單晶硅襯底的半導(dǎo)體襯底40上，以增大耗散區(qū)的尺寸(深度)。
隨后，通過進(jìn)行低壓CVD法在活性區(qū)用于晶體管的區(qū)域上按要求厚度形成用于信號(hào)處理晶體管柵電極62的柵絕緣層61。在這種情況下，柵絕緣層61可以通過熱氧化法由熱氧化物層形成。
然后，通過進(jìn)行低壓CVD法在柵絕緣層61上形成用于柵電極62的導(dǎo)電層。對(duì)于導(dǎo)電層的實(shí)例，可以按預(yù)定厚度形成重?fù)诫s多晶硅層。此外，在重?fù)诫s多晶硅層上可以另外形成硅化物層。
此后，使用光刻膠圖案(未示出)通過光刻法去除不需要的部分，然后在柵電極62的兩側(cè)形成隔離物63。結(jié)果，可以在半導(dǎo)體襯底的晶體管區(qū)域內(nèi)完成柵絕緣層61、柵電極62和隔離物63的沉積結(jié)構(gòu)。
盡管未示出，上述沉積結(jié)構(gòu)也可以在半導(dǎo)體襯底40的預(yù)定部分上形成。
此后，使用光刻膠圖案作為掩模層注入雜質(zhì)離子，從而分別在半導(dǎo)體襯底40的晶體管區(qū)和光電二極管區(qū)形成用于信號(hào)處理晶體管60和光電二極管30的雜質(zhì)層64，所述光電二極管用于產(chǎn)生/儲(chǔ)存光電荷。
通過根據(jù)情況另外進(jìn)行CVD過程，可以在包括隔離物63和柵電極62的半導(dǎo)體襯底40上另外形成蝕刻停止層(未示出)，其中，蝕刻停止層防止柵電極62由于蝕刻過程而損壞。在這種情況下，蝕刻停止層可以用氮化物層或氮化物氧化物層制成。
其中，在通過上述過程完成信號(hào)處理晶體管60和光電二極管30后，如圖8B所示，進(jìn)行沉積過程以形成第一金屬預(yù)絕緣層21a來覆蓋半導(dǎo)體襯底40上的信號(hào)處理晶體管60和光電二極管30。
在這種情況下，第一金屬預(yù)絕緣層21a可以用未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)層、硼硅酸鹽玻璃(BSG)層、磷硅酸鹽玻璃(PSG)層、硼-磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層、臭氧原硅酸四乙酯(O3-TEOS)層、或其組合層制成。
然后，在第一金屬預(yù)絕緣層21a上按300至5000的厚度，通過進(jìn)行CVD過程形成硅基薄層，例如多晶硅薄層。然后將多晶硅薄層圖案化，以選擇性形成用于部分防止紅色光傳輸?shù)焦怆姸O管30的部分光屏蔽層50。
如圖8C所示，通過進(jìn)行沉積過程，在包括部分光屏蔽層50的第一金屬預(yù)絕緣層21a上另外形成第二金屬預(yù)絕緣層21b。與第一金屬預(yù)絕緣層21a一樣，第二金屬預(yù)絕緣層21b可以用USG層、BSG層、PSG層、BPSG層、O3-TEOS層或其組合層制成。在完成第二金屬預(yù)絕緣層21b之后，在金屬預(yù)絕緣層21內(nèi)基本形成了部分光屏蔽層50。
然后，通過光刻法蝕刻第二金屬預(yù)絕緣層21b，以暴露柵電極62，從而形成接觸孔70。
然后，如圖8D所示，在接觸孔70的內(nèi)表面上形成阻擋金屬層(未示出)，在其上厚厚地形成耐火金屬層，例如鎢層，從而用耐火金屬層填充接觸孔70。然后，通過化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)過程使耐火金屬層平坦化，因此形成電連接第一金屬線72和柵電極62的接觸插頭71。
通過另外依次進(jìn)行沉積過程、圖案化過程和平坦化過程，如圖8E所示，可以制成圖像傳感器100，圖像傳感器100包括在第二金屬預(yù)絕緣層21b上形成的第一金屬線72、在第二金屬預(yù)絕緣層21b上形成的覆蓋第一金屬線72的第一絕緣夾層22、在第一絕緣夾層22上形成的第二金屬線73、在第一絕緣夾層22上形成的覆蓋第二金屬線73的第二絕緣夾層23、在第二絕緣夾層23上形成的鈍化層24，以及在鈍化層上形成的單位彩色單元C1。
由于在中間層20的第一絕緣夾層22中埋入部分光屏蔽層50的方法和在中間層20的第二絕緣夾層23中埋入部分光屏蔽層50的方法可以根據(jù)在金屬預(yù)絕緣層21中埋入部分光屏蔽層50的方法來理解，因此省略其詳細(xì)描述。
同時(shí)，在本發(fā)明的圖像傳感器100中，由于綠色光的波長比藍(lán)色光的波長更長，盡管比紅色光的波長短，但是透過綠色單位彩色單元C2的綠色光可能不期望地過量透入半導(dǎo)體襯底40中。在這種情況下，由綠色光導(dǎo)致的光電荷e2的透過位置可能與由藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷e3的透過位置不一致。
在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中考慮上述事實(shí)，如圖9所示，在與綠色單位彩色單元C2相對(duì)應(yīng)的中間層20的某些部分中以及在與紅色單位彩色單元C1相對(duì)應(yīng)的中間層20的某些部分中另外形成部分光屏蔽層51。
在與綠色單位彩色單元C2相對(duì)應(yīng)的中間層20的某些部分中形成部分光屏蔽層51的條件下，如果透過綠色單位彩色單元C2的綠色光被輸入到光電二極管30中，如圖10所示，則由于部分光屏蔽層51的存在，相應(yīng)的綠色光不會(huì)過量透入襯底40中，盡管其波長比藍(lán)色光長。因此，綠色光的透過位置與波長比綠色光短的藍(lán)色光的透過位置一致。
在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中，在半導(dǎo)體襯底40的有效耗散區(qū)DA內(nèi)，紅色光、綠色光和藍(lán)色光的透過位置彼此一致，以獲得來自各種光電荷e1、e2和e3的最佳有效比。在這種情況下，可以通過信號(hào)處理晶體管60將均勻量的各種光電荷傳輸/放電到插值電路。因此，紅、綠和藍(lán)的比例近似為1∶1∶1的具有優(yōu)異顯示質(zhì)量(在顏色和分辨率方面)的彩色圖像可以被插值電路最終顯示出來。
在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中，與綠色光對(duì)應(yīng)的部分光屏蔽層51的厚度T2作為敏感因素起作用。在這方面，可能發(fā)生如下問題。也就是說，如果與綠色光相對(duì)應(yīng)的部分光屏蔽層51和與紅色光相對(duì)應(yīng)的部分光屏蔽層50具有相同的厚度，但是綠色光的波長比紅色光短，則透過綠色單位彩色單元C2的光可能不能到達(dá)光電二極管30。
考慮這些問題，與綠色光相對(duì)應(yīng)的部分光屏蔽層51的厚度T2為與紅色光相對(duì)應(yīng)的部分光屏蔽層50的厚度的1/20至1/10。在這種情況下，與綠色光相對(duì)應(yīng)的部分光屏蔽層51的光屏蔽作用比與紅色光相對(duì)應(yīng)的部分光屏蔽層50的光屏蔽作用差。因此，綠色光能夠正常到達(dá)光電二極管30而不產(chǎn)生任何問題。
如上所述，所述圖像傳感器及其制造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。
由于在特定顏色光路徑上，例如在可能導(dǎo)致過量透過的紅色光路徑上，額外設(shè)置部分光屏蔽層，來部分屏蔽相應(yīng)紅色光，因此紅色光、綠色光和藍(lán)色光透入到半導(dǎo)體襯底的每個(gè)光電二極管中，紅色光透過位置與波長比紅色光短的綠色光和藍(lán)色光的透過位置一致，從而與由綠色光和藍(lán)色光導(dǎo)致的光電荷一樣，在光電二極管有效耗散區(qū)內(nèi)正常產(chǎn)生由紅色光導(dǎo)致的光電荷。
此外，在半導(dǎo)體襯底的有效耗散區(qū)內(nèi)，紅色光、綠色光和藍(lán)色光的透過位置彼此一致，以獲得來自各種光電荷的最佳有效比。在這種情況下，由于可以通過信號(hào)處理晶體管將均勻量的各種光電荷傳輸/放電到插值電路。因此，紅、綠和藍(lán)的比例近似為1∶1∶1的具有優(yōu)異顯示質(zhì)量(在顏色和分辨率方面)的彩色圖像可以被插值電路有效地顯示出來。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本發(fā)明中可進(jìn)行各種改進(jìn)和變化是顯而易見的。因此本發(fā)明旨在覆蓋本領(lǐng)域技術(shù)人員在所附權(quán)利要求及其等同物范圍內(nèi)提供的本發(fā)明的各種改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包含使外部輸入光顯色為不同顏色的多個(gè)單位彩色單元；布置在半導(dǎo)體襯底的活性區(qū)中、通過接收透過各個(gè)單位彩色單元的不同顏色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷的多個(gè)光電二極管；將透過單位彩色單元的不同顏色光傳輸?shù)焦怆姸O管的中間層；和部分屏蔽通過中間層傳輸?shù)焦怆姸O管的特定顏色光的部分光屏蔽層。
2.權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中，被部分光屏蔽層部分屏蔽的特定顏色光是紅色光或綠色光。
3.權(quán)利要求2的圖像傳感器，其中，如果被部分光屏蔽層部分屏蔽的特定顏色光是綠色光，則該部分光屏蔽層的厚度為紅色光的部分光屏蔽層厚度的1/20至1/10。
4.權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中，部分光屏蔽層是硅基薄層。
5.權(quán)利要求4的圖像傳感器，其中，部分光屏蔽層是多晶硅薄層。
6.權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中，部分光屏蔽層的厚度為300至5000。
7.一種圖像傳感器，包含布置在半導(dǎo)體襯底的活性區(qū)中、通過接收透過單位彩色單元的不同顏色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷的多個(gè)光電二極管；傳輸/放電在光電二極管中儲(chǔ)存的光電荷的信號(hào)處理晶體管；在半導(dǎo)體襯底上形成的覆蓋光電二極管和信號(hào)處理晶體管的金屬預(yù)絕緣層；在金屬預(yù)絕緣層上形成的與信號(hào)處理晶體管電連接的金屬線；和埋在金屬預(yù)絕緣層中、部分屏蔽從單位彩色單元傳輸?shù)焦怆姸O管的特定顏色光的部分光屏蔽層。
8.一種圖像傳感器，包含布置在半導(dǎo)體襯底的活性區(qū)中、通過接收透過單位彩色單元的不同顏色光而產(chǎn)生和儲(chǔ)存一系列光電荷的多個(gè)光電二極管；傳輸/放電在光電二極管中儲(chǔ)存的光電荷的信號(hào)處理晶體管；在半導(dǎo)體襯底上形成的覆蓋光電二極管和信號(hào)處理晶體管的金屬預(yù)絕緣層；在金屬預(yù)絕緣層上形成的多層金屬線；選擇性絕緣多層金屬線的多層絕緣夾層；和埋在多層絕緣夾層之一中、部分屏蔽從單位彩色單元傳輸?shù)焦怆姸O管的特定顏色光的部分光屏蔽層。
9.一種制造圖像傳感器的方法，包括在半導(dǎo)體襯底活性區(qū)中形成多個(gè)光電二極管和信號(hào)處理晶體管；在半導(dǎo)體襯底上形成第一金屬預(yù)絕緣層，以覆蓋光電二極管和信號(hào)處理晶體管；在第一金屬預(yù)絕緣層上形成部分屏蔽傳輸?shù)焦怆姸O管的特定顏色光的部分光屏蔽層；和在第一金屬預(yù)絕緣層上形成第二金屬預(yù)絕緣層，以覆蓋部分光屏蔽層。
全文摘要
公開了圖像傳感器及其制造方法，其中在特定顏色光路徑上，例如在可能導(dǎo)致過量透過的紅色光路徑上，額外設(shè)置部分光屏蔽層，來部分屏蔽相應(yīng)紅光，因此紅光、綠光和藍(lán)光透入到半導(dǎo)體襯底的每個(gè)光電二極管中，紅光透過位置與波長比紅光短的綠光和藍(lán)光的透過位置一致，從而與由綠光和藍(lán)光導(dǎo)致的光電荷一樣，在光電二極管有效耗散區(qū)內(nèi)正常產(chǎn)生由紅光導(dǎo)致的光電荷。在半導(dǎo)體襯底耗散區(qū)內(nèi)，紅光、綠光和藍(lán)光的透過位置彼此一致，獲得各種光電荷的最佳有效比，并且可以通過信號(hào)處理晶體管將均勻量的各種光電荷傳輸/放電到插值電路，從而有效地顯示紅、綠和藍(lán)比例近似為1∶1∶1的具有優(yōu)異顯示質(zhì)量(在顏色和分辨率方面)的彩色圖像。
文檔編號(hào)H04N5/374GK1697191SQ20041010361
公開日2005年11月16日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者韓昌勛 申請人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社