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及其制造方法，更具體地，涉及一種在CMOS圖像傳感器的微透鏡陣列形成過程中，微透鏡陣列的均勻性能夠得到改善的圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般而言，圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。在圖像傳感器中，CMOS圖像傳感器通過以使用了控制電路和信號(hào)處理電路的CMOS技術(shù)，制造出與像素?cái)?shù)目差不多的光電二極管，以及通過以光電二極管依次檢測輸出，來適應(yīng)于開關(guān)模式。
對于制造這樣的圖像傳感器，正在作出各種努力來改善圖像傳感器的光敏感度。
例如，CMOS圖像傳感器由光電二極管和CMOS邏輯電路組成，其中光電二極管用于感測光，CMOS邏輯電路用于將感測到的光處理為電信號(hào)，以將其變?yōu)閿?shù)據(jù)。為了獲得更好的光敏感度，提出了兩種方法。在第一種方法中，試圖增加圖像傳感器的總面積中光電二極管所占的面積。在第二種方法中，采用了各種技術(shù)來縮短光的入射路徑，在光電二極管的上部形成微透鏡，以及在光電二極管區(qū)接收更多的光。
另一方面，根據(jù)晶體管的數(shù)量，CMOS圖像傳感器分為3T型，4T型和5T型。3T型CMOS圖像傳感器包括一個(gè)光電二極管和三個(gè)晶體管，而4T型CMOS圖像傳感器包括一個(gè)光電二極管和四個(gè)晶體管。以下參照其等效電路圖和布局，說明3T CMOS圖像傳感器。
圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的3T CMOS圖像傳感器的等效電路圖。圖2為示出3T CMOS圖像傳感器的單元像素的布局示意圖。
如圖1所示，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型3T CMOS圖像傳感器的單元像素包括一個(gè)光電二極管(PD)和三個(gè)NMOS晶體管T1、T2以及T3。光電二極管的陰極連接至第一NMOS晶體管T1的漏極以及第二NMOS晶體管T2的柵極。
此外，第一和第二NMOS晶體管T1和T2的源極連接至提供基準(zhǔn)電壓的電源線，而第一NMOS晶體管T1的柵極連接至提供復(fù)位信號(hào)的復(fù)位線。
此外，第三NMOS晶體管T3的源極連接至第二NMOS晶體管的漏極，第三NMOS晶體管T3的漏極通過信號(hào)線連接至讀取電路(未示出)。第三NMOS晶體管T3的柵極連接至一組提供選擇信號(hào)SLCT的選擇線。
因此，第一NMOS晶體管T1作為復(fù)位晶體管Rx運(yùn)行，第二NMOS晶體管T2作為驅(qū)動(dòng)晶體管Dx運(yùn)行。第三NMOS晶體管T3作為選擇晶體管Sx運(yùn)行。
如圖2所示，在3T CMOS圖像傳感器的普通單元像素中限定有源區(qū)10。在有源區(qū)10的較寬部分形成一個(gè)光電二極管20。晶體管的三個(gè)柵電極120、130與有源區(qū)10的剩余部分重疊。
圖3a至圖3f為CMOS傳感器的剖視圖，用于說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的制造具有垂直光電二極管結(jié)構(gòu)的CMOS傳感器的方法。
如圖3a所示，通過在半導(dǎo)體襯底31的光電二極管區(qū)選擇性地注入雜質(zhì)離子形成像素陣列32。該像素陣列32包括以不同的深度形成于半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)光電二極管，這些光電二極管分別感測紅色、綠色和藍(lán)色信號(hào)。
接下來，在形成有像素陣列32的半導(dǎo)體襯底31上，依次形成用于處理信號(hào)的器件(未示出)和多層金屬導(dǎo)線(未示出)。該多層金屬導(dǎo)線用于相互連接各自的部分。
接著，在半導(dǎo)體襯底31的整個(gè)表面上形成層間介電質(zhì)33。在層間介電質(zhì)33上形成氧化層以獲得鈍化層34，從而保護(hù)器件不受潮濕和外部物理震動(dòng)。
如圖3b所示，將光致抗蝕劑35涂覆在鈍化層34上之后，通過曝光和顯影工藝，選擇性地圖案化光致抗蝕劑35，以暴露出像素陣列32的上部。
如圖3c所示，使用圖案化的光致抗蝕劑35作為掩模，選擇性地去除形成于像素陣列32上部的鈍化層34。
另一方面，選擇性地去除鈍化層34的過程包括用于為金屬焊盤開口的焊盤開口過程，該金屬焊盤形成于半導(dǎo)體襯底31的焊盤區(qū)。
如圖3d所示，去除光致抗蝕劑35，并且通過進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，將布置在像素陣列32上部的層間介電質(zhì)33經(jīng)干法刻蝕選擇性地去除，從而形成與表面相距預(yù)定深度的溝槽36。
如圖3e所示，在半導(dǎo)體襯底31的整個(gè)表面上涂覆用于微透鏡的光致抗蝕劑層37a。
如圖3f所示，將用于微透鏡的光致抗蝕劑37a選擇性地圖案化之后，對所得物進(jìn)行回流工藝，從而在溝槽內(nèi)的層間介電質(zhì)33上以預(yù)定間隔形成多個(gè)微透鏡37。
但是，在傳統(tǒng)的制造半導(dǎo)體器件的方法中，如圖3e所示，在涂敷光致抗蝕劑層37a時(shí)，位于溝槽側(cè)面的層間介電質(zhì)33和鈍化層34為垂直分布。因此，光致抗蝕劑層37a不是以相同的厚度涂覆的，并產(chǎn)生條紋。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在保護(hù)一種充分避免由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)所產(chǎn)生的一或多個(gè)問題的CMOS圖像傳感器及其制造方法。
本發(fā)明的目的在于提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，其減少光通過微透鏡到達(dá)光電二極管的距離，并防止在涂覆用于微透鏡的光致抗蝕劑層時(shí)產(chǎn)生條紋，從而提高厚度的均勻性。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將會(huì)在隨后的說明書中部分地提出，并且通過隨后的細(xì)查，其中的一部分對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而得到了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過說明書和權(quán)利要求中具體指出的結(jié)構(gòu)以及附圖實(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，如在此具體表達(dá)和廣泛描述的，提供了一種CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，上面形成有像素陣列，所述像素陣列包括多個(gè)光電二極管，所述光電二極管以不同的深度形成于所述半導(dǎo)體襯底上，用于分別感測紅色、綠色以及藍(lán)色信號(hào)；層間介電質(zhì)，形成于所述像素陣列的上部，具有預(yù)定深度的溝槽；絕緣層側(cè)壁，形成于所述層間介電質(zhì)的所述溝槽的側(cè)面；以及多個(gè)微透鏡，以預(yù)定間隔形成于所述溝槽內(nèi)的所述層間介電質(zhì)上。
在本發(fā)明的另一方案中，提供一種用于制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上以不同的深度形成用于感測紅色、綠色以及藍(lán)色信號(hào)的像素陣列；在包括所述像素陣列的所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上依次形成層間介電質(zhì)和鈍化層；選擇性地去除在所述像素陣列上部的所述鈍化層和所述層間介電質(zhì)，從而形成與表面相距預(yù)定深度的溝槽；在所述層間介電質(zhì)的所述溝槽的側(cè)面形成絕緣層側(cè)壁；以及在所述溝槽內(nèi)的所述層間介電質(zhì)上形成多個(gè)微透鏡。
應(yīng)理解的是，對于本發(fā)明的以上概括性說明以及隨后的具體說明都是示例性和解釋性的，并且意在提供對于所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


附圖包括于并合并在說明書中，提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，組成本申請的一部分，示出本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
在附圖中圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的3T CMOS圖像傳感器的等效電路圖；圖2為示出3T CMOS圖像傳感器的單元像素的布局示意圖；圖3a至圖3f為CMOS傳感器的剖視圖，用于說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的制造CMOS傳感器的方法；以及圖4a至圖4g為CMOS傳感器的剖視圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的制造CMOS傳感器的方法。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。只要可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或相似的部分。
以下，結(jié)合附圖詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器及其制造方法。
圖4g為示出根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的剖視圖。
如圖4g所示，該CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底101，層間介電質(zhì)103，絕緣層側(cè)壁107，以及多個(gè)微透鏡108。像素陣列形成于半導(dǎo)體的襯底101中。該像素陣列包括以不同的深度形成于半導(dǎo)體襯底101上的多個(gè)光電二極管，這些光電二極管分別感測紅色R，綠色G，以及藍(lán)色B信號(hào)。該層間介電質(zhì)103形成于像素陣列的上部，以在半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上具有預(yù)定深度的溝槽。該絕緣層側(cè)壁107形成于層間介電質(zhì)103的溝槽的側(cè)面。多個(gè)微透鏡108以預(yù)定間隔形成于溝槽106中的層間介電質(zhì)103上。
在此，在半導(dǎo)體襯底101上，除了像素陣列102的上部以外，還形成多個(gè)器件和金屬導(dǎo)線。進(jìn)而在半導(dǎo)體襯底101上形成鈍化層104，以保護(hù)器件不受潮濕和外部物理震動(dòng)。
此外，該絕緣層側(cè)壁具有一坡度角，范圍在40到70度之間。
圖4a至圖4g為CMOS傳感器的剖視圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的制造CMOS傳感器的方法。
如圖4a所示，通過選擇性地在半導(dǎo)體襯底100中注入雜質(zhì)離子，形成像素陣列。該像素陣列102包括多個(gè)光電二極管，這些光電二極管以不同的深度形成于光電二極管區(qū)，并感測紅色R、綠色G以及藍(lán)色B信號(hào)。
在此，紅色R光電二極管形成于最深的位置，并且綠色G光電二極管和藍(lán)色B光電二極管依次形成于紅色光電二極管之上。
此外，紅色R光電二極管可以以預(yù)定深度形成于半導(dǎo)體襯底101的表面內(nèi)，并且綠色G光電二極管可以以預(yù)定深度形成于第一外延層的表面內(nèi)，其中該第一外延層通過半導(dǎo)體襯底101的第一外延處理形成。此外，藍(lán)色B光電二極管可以以預(yù)定深度形成于第二外延層的表面內(nèi)，其中該第二外延層通過半導(dǎo)體襯底101的第二外延處理形成在第一外延層上。
接下來，在形成有像素陣列102的半導(dǎo)體襯底101上依次形成用于處理信號(hào)的器件(未示出)和多層金屬導(dǎo)線(未示出)。該多層金屬導(dǎo)線用于相互連接各自的部分。
接著，在半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上形成層間介電質(zhì)103。在層間介電質(zhì)103上形成氧化層以獲得鈍化層104，從而保護(hù)器件不受潮濕和外部物理震動(dòng)。
如圖4b所示，將光致抗蝕劑105涂覆在鈍化層104上之后，通過曝光和沖洗工藝選擇性地圖案化光致抗蝕劑105，以暴露出像素陣列102的上部。
如圖4c所示，使用圖案化的光致抗蝕劑105作為掩模，選擇性地去除形成于像素陣列102上部的鈍化層104。
另一方面，選擇性地去除鈍化層104的過程包括為金屬焊盤開口的焊盤開口過程，該金屬焊盤形成于半導(dǎo)體襯底101的焊盤區(qū)。
如圖4d所示，去除光致抗蝕劑105，并且通過進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，將布置在像素陣列102上部的層間介電質(zhì)103經(jīng)干法刻蝕選擇性地去除，從而形成與表面相距預(yù)定深度的溝槽36。
在此，在形成于像素陣列102上部的層間介電質(zhì)103處形成溝槽106是為了減少微透鏡和之后形成的像素陣列101之間的間隔，從而改善敏感度。
另一方面，本發(fā)明已經(jīng)說明了通過分別進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，去除層間介電質(zhì)103。但是，本發(fā)明并不局限于此。例如，可以使用光致抗蝕劑105作為掩模來形成溝槽，不需要去除光致抗蝕劑105。
此外，可以通過使用鈍化層104作為硬掩模層，選擇性地去除層間介電質(zhì)103來形成溝槽。
如圖4e所示，通過以絕緣層涂覆具有溝槽106的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面，以及回蝕具有溝槽106的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面，在層間介電質(zhì)103和鈍化層104的側(cè)壁形成絕緣層側(cè)壁107。
在此，形成絕緣層側(cè)壁107是為了減少溝槽106側(cè)面的陡坡度，其中溝槽106形成于層間介電質(zhì)103處。
優(yōu)選地，該絕緣層側(cè)壁的坡度角范圍在40到70度之間。為此，優(yōu)選形成該絕緣層的厚度范圍在1到2μm之間。
另外，在由HDP(高密度等離子體)氧化物層、氧化物系統(tǒng)PSG(磷硅玻璃)或USG(未摻雜的硅玻璃)、PETEOS(等離子體增強(qiáng)正硅酸乙酯)層、以及氮化硅Si3N4所組成的集合中任選一個(gè)用作絕緣層。
如圖4f所示，將用于微透鏡的光致抗蝕劑層108a涂覆在包括絕緣層側(cè)壁107和溝槽106的半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上。
在此，在將用于微透鏡的光致抗蝕劑層108a涂覆在半導(dǎo)體的襯底101的整個(gè)表面上的時(shí)候，因?yàn)闇喜?06的側(cè)面由于絕緣層側(cè)壁107而具有預(yù)定坡度，所以在光致抗蝕劑層108a中沒有條紋形成，并且涂覆在半導(dǎo)體襯底101的整個(gè)表面上的光致抗蝕劑層108a厚度均勻。
如圖4g所示，將用于微透鏡的光致抗蝕劑層108a選擇性地圖案化之后，進(jìn)行回流工藝，從而在溝槽106中的層間介電質(zhì)103上以預(yù)定間隔形成多個(gè)微透鏡108。
在此，回流工藝可以通過電熱板或爐來進(jìn)行。此時(shí)，微透鏡108的曲率根據(jù)壓縮和加熱的方法而變化。校準(zhǔn)效果也根據(jù)微透鏡的曲率而變化。
接著，向待固化的微透鏡108照射紅外線。在此，通過向待固化的微透鏡108照射紅外線可以保持最佳的曲率半徑。
對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以對本發(fā)明做各種修改和變化。因此，本發(fā)明意在覆蓋落入所附權(quán)利要求及其等同物范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有修改和變化。
從前面的說明清楚可見，根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器及其制造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。
也就是，由于絕緣層側(cè)壁形成于溝槽的側(cè)面，縮短了通過微透鏡入射至光電二極管的光的路徑，增加了光效率。此外，在涂覆用于微透鏡的光致抗蝕劑層時(shí)，本發(fā)明防止了產(chǎn)生條紋，從而形成厚度均勻的微透鏡。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，上面形成有像素陣列，所述像素陣列包括多個(gè)光電二極管，所述光電二極管以不同的深度形成于所述半導(dǎo)體襯底上，用于分別感測紅色、綠色以及藍(lán)色信號(hào)；層間介電質(zhì)，形成于所述像素陣列的上部，具有預(yù)定深度的溝槽；絕緣層側(cè)壁，形成于所述層間介電質(zhì)的所述溝槽的側(cè)面；以及多個(gè)微透鏡，以預(yù)定間隔形成于所述溝槽內(nèi)的所述層間介電質(zhì)上。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，還包括鈍化層，形成于除所述像素陣列上部之外的所述層間介電質(zhì)上。
3.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述絕緣層側(cè)壁的坡度角范圍在40至70度之間。
4.一種制造CMOS圖像傳感器的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上以不同的深度形成用于感測紅色、綠色以及藍(lán)色信號(hào)的像素陣列；在包括所述像素陣列的所述半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上依次形成層間介電質(zhì)和鈍化層；選擇性地去除在所述像素陣列上部的所述鈍化層和所述層間介電質(zhì)，從而形成與表面相距預(yù)定深度的溝槽；在所述層間介電質(zhì)的所述溝槽的側(cè)面形成絕緣層側(cè)壁；以及在所述溝槽內(nèi)的所述層間介電質(zhì)上形成多個(gè)微透鏡。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括照射并固化所述微透鏡。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述絕緣層側(cè)壁的厚度范圍在1到2μm之間。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述絕緣層側(cè)壁通過回蝕HDP氧化物層、氧化物系統(tǒng)PSG或USG、PETEOS層、以及氮化硅Si3N4中的任一個(gè)形成。
全文摘要
一種CMOS傳感器及其制造方法，其減少光通過微透鏡到達(dá)光電二極管的距離，并防止在涂覆用于微透鏡的光致抗蝕劑層時(shí)產(chǎn)生條紋，從而提高厚度的均勻性。該CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底，上面形成有像素陣列，所述像素陣列包括多個(gè)光電二極管，所述光電二極管以不同的深度形成于所述半導(dǎo)體襯底上，用于分別感測紅色、綠色以及藍(lán)色信號(hào)；層間介電質(zhì)，形成于所述像素陣列的上部，具有預(yù)定深度的溝槽；絕緣層側(cè)壁，形成于所述層間介電質(zhì)的所述溝槽的側(cè)面；以及多個(gè)微透鏡，以預(yù)定間隔形成于所述溝槽內(nèi)的所述層間介電質(zhì)上。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1992310SQ20061017018
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者安熙均 申請人:東部電子股份有限公司