CN100370618C - 彩色影像感测装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种彩色影像感测装置，其至少包括一衬底、多个彩色滤光片以及一光线限制材料。衬底具有多个影像感测元件形成于其中。彩色滤光片位于衬底上，且彩色滤光片彼此分隔。光线限制材料位于相邻的彼此分隔的彩色滤光片间。该制造方法包括以下步骤：提供一半导体衬底；形成一第一保护层于该半导体衬底上；平坦化该第一保护层的该上表面；形成多个空气间隙穿过该第一保护层；形成多个彼此隔开的彩色滤光片于该第一保护层上；形成一光线限制材料于相邻的彼此隔开的所述多个彩色滤光片间，则位于两相邻彩色滤光片间的该光线限制材料的一部分会垂直对准所述多个空气间隙之一。
Description
技术领域
本发明是有关于一种半导体装置及其制造方法，且特别是有关于一种彩色影像感测装置及其制造方法。
背景技术
半导体彩色影像感测装置已使用于摄影机、电荷耦合(Charge-coupled)元件与互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器上。上述的影像感测器是以二维阵列的像素为基础，每一像素包括位于感测元件上的彩色滤光片。在彩色滤光片上的微透镜阵列可以将光线从光学影像，穿过彩色滤光片，聚光至影像感测元件上。各影像感测元件(感测器)可将穿过彩色滤光片的部分光学影像转换成电子讯号。随后再使用所有影像感测元件的电子讯号，以在一影像荧幕或其他类似装置上产生一光学影像。
图1是绘示习知半导体彩色影像感测装置10。该半导体彩色影像感测装置10包括一半导体衬底12，例如可以为一以硅为基础的衬底。接着，提供多个影像感测元件(感测器)，例如一第一感测器4、一第二感测器6以及一第三感测器8。然后，提供一第一层间介电层(Interlayer Dielectric)16于半导体衬底12上。第一层间介电层16的材质可为熟悉此技艺者所知的任何适当的介电材料，包括掺杂的二氧化硅或玻璃。接下来，提供一第一金属层间介电层(Intermetal Dielectric Layer)18于第一层间介电层16上。然后，提供一第二金属层间介电层20于第一金属层间介电层18上。第一金属层间介电层18与第二金属层间介电层20可为任何介电材料，例如二氧化硅。
接着，形成多个空气间隙(Air Gap)54穿过第一金属层间介电层18与第二金属层间介电层20，并停止于第一层间介电层16上。然后，提供一金属化层(Metallization Layer)22于第二金属层间介电层20上。接着，一第一保护层(Passivation Layer)24覆盖第二金属层间介电层20与金属化层22。第一保护层24包括一不平坦的上表面26。第一保护层24可为二氧化硅。随后，一第二保护层28，例如氮化硅，覆盖第一保护层24。第二保护层28包括一不平坦的上表面30。接着，一平坦化层32，例如旋涂式玻璃，形成于第二保护层28上，且平坦化层32具有一平坦的上表面34。
然后，多个彩色滤光片，例如为一红光彩色滤光片的第一彩色滤光片36、为一绿光彩色滤光片的第二彩色滤光片38、为一蓝光彩色滤光片的第三彩色滤光片40，覆盖平坦化层32。接着，一间隙层(Spacer Layer)44覆盖第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40。随后，多个微透镜46形成于间隙层44上，且一个微透镜对准一个彩色滤光片。
可以由光线48、光线50与光线52了解，彩色影像感测装置会使光线48穿过第二彩色滤光片38上的微透镜46，经过第二彩色滤光片38，并由第一金属层间介电层18或第二金属层间介电层20其中之一，在与空气间隙54接合处反射，如此一来，光线48最后会撞击对准第二彩色滤光片38的第二感测器6。然而，如光线50与光线52所示，光线可能会穿过垂直对准第二彩色滤光片38的微透镜46，但经过装置的不同层，就不会撞击第二感测器6。光线50与光线52可能会撞击另一感测元件，例如第三感测器8。此种光线散射会产生不想要的干扰。
在习知的彩色影像感测装置中，第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40有重叠区域42，例如，第二彩色滤光片38覆盖相邻的第三彩色滤光片40的一部分。图2是绘示部分的习知半导体装置的平面图，习知的半导体装置包括绘示相邻彩色滤光片的重叠区域42的一影像感测元件。
由此可见，上述现有的彩色影像感测装置在结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决彩色影像感测装置及其制造方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的彩色影像感测装置及其制造方法，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的彩色影像感测装置及其制造方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的彩色影像感测装置及其制造方法，能够改进一般现有的彩色影像感测装置及其制造方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
因此，本发明的目的就是在于提供一种彩色影像感测装置，可以限制穿透光线的路径，以减少干扰，从而更加适于实用。
本发明的另一目的就是在提供一种制造彩色影像感测装置的方法，可以制造具有较少光线散射、较少干扰的彩色影像感测装置，从而更加适于实用。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：
本发明的一实施例包括一半导体装置，至少包括一衬底；一第一保护层，设于该衬底上，其中该第一保护层具有平坦的一上表面，且该第一保护层包括多个空气间隙贯穿该第一保护层；多个彩色滤光片以及一光线限制材料。衬底具有多个影像感测元件形成于其中。彩色滤光片位于衬底上，且彩色滤光片中任相邻二者之间具有一空隙。光线限制材料位于所述多个彩色滤光片中任相邻二者之间的该空隙中，其中位于所述多个彩色滤光片中任相邻二者间的该光线限制材料会垂直对准所述多个空气间隙之一。
本发明另一实施例包括一制造一半导体装置的方法，至少包括如下步骤。首先，提供一半导体衬底，半导体衬底具有多个光感测器形成于其中。接着，形成一第一保护层于半导体衬底上，第一保护层具有不平坦的一上表面。然后，平坦化第一保护层的上表面，再形成多个空气间隙穿过第一保护层。接下来，形成多个彼此分隔的彩色滤光片于第一保护层上。接着，形成一光线限制材料于相邻的彼此分隔的彩色滤光片间，如此一来，位于两相邻彩色滤光片间的光线限制材料的一部分会垂直对准其中一空气间隙。
借由上述技术方案，本发明彩色影像感测装置及其制造方法至少具有下列优点：
本发明的彩色影像感测装置可以限制穿透光线的路径，可以减少光线的散射，进而可以减少干扰。
本发明的制造彩色影像感测装置的方法可以制造具有较少光线散射、较少干扰的彩色影像感测装置。
综上所述，本发明特殊的彩色影像感测装置及其制造方法，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品及方法中未见有类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构、方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的彩色影像感测装置及其制造方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1所示为习知具有一彩色影像感测器的一半导体装置。
图2所示为图1的部分的习知半导体装置的平面图。
图3A所示为根据本发明的一实施例的方法，包括形成一第一保护层于一金属层间介电层上。
图3B所示为根据本发明的一实施例的方法，包括平坦化第3A图的保护层。
图3C所示为本发明的一实施例，包括形成一第二保护层于第一保护层上，与形成多个彩色滤光片于第二保护层上。
图3D所示为根据本发明另一实施例的方法，包括形成一光线限制材料于图3C的彩色滤光片上。
图3E所示为根据本发明另一实施例的方法，包括回蚀光线限制材料与彩色滤光片。
图3F所示为根据本发明另一实施例的方法，包括沉积一透镜材料于图3E的各彩色滤光片上。
图3G所示为根据本发明的一实施例的方法，包括由图3F的透镜材料形成一微透镜。
图4所示为根据本发明的一实施例，具有彩色影像感测器的一半导体装置。
图5所示为根据本发明的一实施例的一平面图，显示具有彩色感测元件的一半导体装置的一部分。
4：第一感测器 6：第二感测器
8：第三感测器 10：半导体彩色影像感测装置
12：半导体衬底 16：第一层间介电层
18：第一金属层间介电层 20：第二金属层间介电层
22：金属化层 24：第一保护层
26：上表面 28：第二保护层
30：上表面 32：平坦化层
34：上表面 36：第一彩色滤光片
38：第二彩色滤光片 40：第三彩色滤光片
42：重叠区域 44：间隙层
46：微透镜 48：光线
50：光线 52：光线
54：空气间隙 56：上表面
58：空隙 60：光线限制材料
62：表面 64：透镜材料
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的彩色影像感测装置及其制造方法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
现请参阅图3A所示，其是绘示一种制造一半导体装置10的实施例，包括提供一半导体衬底12，半导体衬底12例如可为硅，其为可掺杂且可用多种元件及材料处理，以提供分离的装置，包括多个彩色影像感测元件或感测器，例如第一感测器4、第二感测器6以及第三感测器8。一第一层间介电层16可形成于半导体衬底12上。第一层间介电层16例如可为二氧化硅，其为可掺杂且可依任何熟悉此技艺者所知的方法沉积，包括化学气相沉积法。一第一金属层间介电层18形成于第一层间介电层16上，且第一金属层间介电层18可包括二氧化硅，二氧化硅可由化学气相沉积法沉积，或若需要的话，可用加强式等离子体化学气相沉积法。一第二金属层间介电层20沉积于第一金属层间介电层18上，第二金属层间介电层20例如可为二氧化硅，其可由化学气相沉积法或加强式等离子体化学气相沉积法沉积。一金属化层22，例如可为AlCu，可利用物理气相沉积法，若需要的话，再用金属蚀刻法，沉积于第二金属层间介电层20上。一第一保护层24，例如可为二氧化硅，可沉积于第二金属层间介电层20与金属化层22上。第一保护层24具有不平坦的一上表面26。第一保护层24可依任何熟悉此技艺者所知的方法沉积，包括化学气相沉积法。
现请参阅图3B所示。根据本发明，第一保护层24已使用，例如化学机械研磨法，来平坦化，以提供实质平坦的一上表面56。第一保护层24在化学机械研磨法平坦化后，仍可覆盖金属化层22的部分。之后，形成多个空气间隙54或空隙，穿过第一保护层24、第二金属层间介电层20与第一金属层间介电层18，并停止于第一层间介电层16上。空气间隙54或空隙例如可具有0.1μm至0.5μm的一宽度，且长宽比大于1、小于10，空气间隙54或空隙可由等离子体干式蚀刻形成。
现请参阅图3C所示。接着，一第二保护层28，例如可为氮化硅，沉积于第一保护层24上。一部分的第二保护层28可稍微延伸入空气间隙54。多个彩色滤光片，例如第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40，形成于第二保护层28上。第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40可由任何熟悉此技艺者所知的材料制成，例如包括选择性颜料(Selective Pigment)的一光刻胶材料。第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40是彼此隔开配置，相邻的彩色滤光片间有一空隙58。
现请参阅图3D所示。一光线限制材料60沉积于相邻的第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40的空隙58中。光线限制材料60可为一光刻胶材料，或任何其他介电材料或可限制光线或反射光线的适当材料。举例而言，光线限制材料60可为包括一黑色颜料的一光刻胶材料。例如藉由旋涂一光刻胶材料，光线限制材料60可形成于第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40上，并进入空隙58中。在一实施例中，相邻彩色滤光片间的光线限制材料60的宽度为0.1μm至0.5μm。
现请参阅图3E所示。之后，回蚀光线限制材料60、第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40，较佳的是，如此一来，第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40的厚度便会缩小。没有光线限制材料60仍留在彩色滤光片与第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38以及第三彩色滤光片40之上，且光线限制材料60提供实质平坦的一表面62。
现请参阅图3F所示。一透镜材料64形成于各第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40之上。透镜材料64可为任何熟悉此技艺者所知的可制作透镜的材料，包括一光刻胶材料。
现请参阅图3G所示。透镜材料64形成一微透镜46，以致于微透镜46可置放于第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40之上。这可藉由选择性地与控制性地加热用来作为透镜材料64的光刻胶材料，或藉由蚀刻控制，来完成。
现请参阅图4所示。可以了解的是，与图1所示的习知装置相比，微透镜46与各第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38及第三彩色滤光片40所置放的位置离第一金属层间介电层18、第二金属层间介电层20、第一感测器4、第二感测器6与第三感测器8的距离变近许多。由光线48与光线50，可以了解的是，光线可穿过微透镜46其中之一，并在第一金属层间介电层18或第二金属层间介电层20其中之一，靠近空气间隙54形成处的边缘反射，且最后会撞击第二感测器6。由光线52，可以了解的是，光线可穿过微透镜46，并被光线限制材料60限制，使它不会穿过装置，并撞击相邻的第三感测器8。
现请参阅图5所示，其是绘示一平面图，显示根据本发明的半导体装置10的一部分。各第一彩色滤光片36、第二彩色滤光片38与第三彩色滤光片40是彼此分隔，相邻的彩色滤光片间有光线限制材料60。
在此使用“之上”、“覆盖”与“位于其上”等词汇来描述本发明第一元件与第二元件的相对位置，亦可表示第一元件与第二元件是直接接触，或有一层或多层材料或元件是置于第一元件与第二元件之间。相似地，在此使用“之下”、“在下方”与“位于其下”等词汇来描述本发明第一元件与第二元件的相对位置，亦可表示第一元件与第二元件是直接接触，或有一层或多层材料或元件是置于第一元件与第二元件之间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种彩色影像感测装置，其特征在于其至少包括：
一衬底，该衬底具有多个影像感测元件形成于其中；
一第一保护层，设于该衬底上，其中该第一保护层具有平坦的一上表面，且该第一保护层包括多个空气间隙贯穿该第一保护层；
多个彩色滤光片，位于该衬底上，其中所述多个彩色滤光片中任相邻二者之间具有一空隙；以及
一光线限制材料，位于所述多个彩色滤光片中任相邻二者之间的该空隙中，其中位于所述多个彩色滤光片中任相邻二者间的该光线限制材料会垂直对准所述多个空气间隙之一。
2.根据权利要求1所述的彩色影像感测装置，其特征在于其更至少包括一微透镜位于所述多个彩色滤光片的至少一者之上。
3.根据权利要求1所述的彩色影像感测装置，其特征在于其中每一所述多个空气间隙具有0.1μm至0.5μm的一宽度，且长宽比大于1、小于10。
4.根据权利要求1所述的彩色影像感测装置，其特征在于其更至少包括一第二保护层位于所述多个彩色滤光片与该第一保护层之间。
5.根据权利要求1所述的彩色影像感测装置，其特征在于其更至少包括一第一金属层间介电层位于该第一保护层的下方。
6.根据权利要求5所述的彩色影像感测装置，其特征在于其更至少包括一第二金属层间介电层位于该第一保护层与该第一金属层间介电层之间。
7.根据权利要求1所述的彩色影像感测装置，其特征在于其中位于相邻的彼此隔开的所述多个彩色滤光片间的该光线限制材料具有0.1μm至0.5μm的一宽度。
8.一种制造彩色影像感测装置的方法，其特征在于其至少包括：
提供一半导体衬底，该半导体衬底具有多个光感测器形成于其中；
形成一第一保护层于该半导体衬底上，该第一保护层具有不平坦的一上表面；
平坦化该第一保护层的该上表面；
形成多个空气间隙穿过该第一保护层；
形成多个彼此隔开的彩色滤光片于该第一保护层上；
形成一光线限制材料于相邻的彼此隔开的所述多个彩色滤光片间，则位于两相邻彩色滤光片间的该光线限制材料的一部分会垂直对准所述多个空气间隙之一。
9.根据权利要求8所述的制造彩色影像感测装置的方法，其特征在于其更至少包括形成一微透镜于每一所述多个彩色滤光片上。
10.根据权利要求8所述的制造彩色影像感测装置的方法，其特征在于其中所述的形成该光线限制材料于相邻的彼此隔开的所述多个彩色滤光片间的步骤至少包括：
沉积该光线限制材料于每一所述多个彩色滤光片的至少一部分上与相邻的彼此隔开的所述多个彩色滤光片间；以及
平坦化该光线限制材料与所述多个彩色滤光片。
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