CN100474606C - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种CMOS图像传感器及其制造方法。该图像传感器包括层间绝缘层，滤色层，第一平滑层，以及至少一个微透镜。该层间绝缘层形成在包括至少一个光电二极管的半导体衬底上。该滤色层形成在层间绝缘层上并且包括至少一个具有预定波长的滤色片。该第一平滑层形成在包括滤色层的半导体衬底的整个表面上，并且具有通过预定热处理被硬化之后的均匀表面张力。该至少一个微透镜与光电二极管相对应地形成在第一平滑层上。

Description

CMOS图像传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
背景技术
通常，光学图像传感器是一种把光学图像转换成电信号的半导体器件。光学图像传感器大致分为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)。
由于CCD具有复杂的驱动方法，耗能多，要求多步骤光刻法，因此CCD的制造方法复杂。为了克服CCD的缺点，CMOS图像传感器受到欢迎，作为产业中的下一代图像传感器。
CMOS图像传感器在像素单元内部形成光电二极管和MOS晶体管，并使用切换法顺序检测每个像素单元的电信号，并形成图像。
下面，将参考附图描述根据现有技术的CMOS图像传感器的制造方法。
图1A到1C是剖面图，示出了根据现有技术CMOS图像传感器的制造过程。
参考图1A，多个光电检测模块，例如，光电二极管11形成在半导体衬底上，在其上形成层间绝缘层12。
然后，在层间绝缘层12上涂覆染料抗蚀剂之后，进行曝光和显影处理以形成滤色层14，该滤色层14由用于过滤每种波长的光的滤光片构成。
接着，为了获得平滑度以调节焦距并形成透镜层，在滤色层14上形成平滑层15。
接着，通过在200℃以上的温度的热处理，平滑层15被硬化。
接着，参考图1B，在平滑层15上涂覆用于微透镜的抗蚀剂层16a，并在抗蚀剂层16a上排列具有开口的中间掩模17。
进一步，激光照射在刻度片17的整个表面上，使用中间掩模17作为掩模，以有选择地对对应于中间掩模17的开口的抗蚀剂层16a进行曝光。
参看图1C，显影出曝光后的抗蚀剂层16a，以形成微透镜图案。在预定的温度下对该微透镜图案进行重熔，以形成微透镜16。
接着，当为了增加微透镜16的聚光能力而形成更大的微透镜16时，在平滑层15的硬化期间，平滑层15上表面张力的不均匀性导致了非常邻近的微透镜16之间的重叠区(A)或微透镜16之间的宽间隙(B)。
也就是说，在加热板上进行热处理，以对平滑层进行硬化，并且当该平滑层被硬化时，由于来自密闭炉子中使用的溶剂的物质，表面层的物理特性会发生变化。因此，在平滑层上形成的微透镜的流动能力变得不均匀，并且在整个晶片上均匀地凝结微透镜的形成变得很困难。当(区域A和B的)不均匀性很严重时，就会形成有缺陷的微透镜，从而降低图像传感器的成品率。
发明内容
因此，本发明涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法，它们充分地消除了由于现有技术的局限和缺点而导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的就是提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，用于通过在平滑层的硬化过程中校正平滑层表面张力的均匀性来增加微透镜的均匀度，并通过防止微透镜的缺陷来增加图像传感器的成品率和可靠性。
为了实现这些目的和其它优点以及根据本发明的目的，如这里的具体和概括所述，提供了一种CMOS图像传感器，包括：形成在半导体衬底上的层间绝缘层，该半导体衬底包括至少一个光电二极管；形成在该层间绝缘层上的滤色层，包括至少一个具有预定波长的滤色片；形成在包括滤色层的半导体衬底的整个表面上的第一平滑层，并且具有通过预定的热处理被硬化之后的均匀表面张力；以及形成在第一平滑层上的与光电二极管相对应的至少一个微透镜，其中通过在第一平滑层被硬化之后照射UV射线到该第一平滑层的整个表面来使得该第一平滑层具有均匀表面张力。
在本发明的另一个方面中，提供了一种CMOS图像传感器的制造方法，包括：在包括至少一个光电二极管的半导体衬底上形成层间绝缘层；在层间绝缘层上形成包括至少一个具有预定波长的滤色片的滤色层；在包括滤色层的半导体衬底的整个表面上形成第一平滑层；对半导体衬底上形成的第一平滑层进行热处理并对该第一平滑层进行硬化；将UV射线照射到硬化后的第一平滑层的整个表面上；以及在被UV射线照射的第一平滑层上形成至少一个与光电二极管相对的微透镜。
可以理解，本发明前面的一般性描述和后面的详细描述都是示范性和解释性的，用于提供如所要求的本发明的进一步解释。
附图说明
所包含的附图提供对本发明的进一步分理解，并结合构成本申请的一部分，说明本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1A至1C为剖面图，示出了根据现有技术的CMOS图像传感器的制造过程；以及
图2A至2D为剖面图，示出了根据本发明的CMOS图像传感器的制造过程。
具体实施方式
通过下面将详细参考本发明的优选实施例，其例子在附图中说明。
图2A至2D为剖面图，示出了根据本发明的CMOS图像传感器的制造过程。
参看图2A，该半导体衬底的整个表面上形成层间绝缘层32，该半导体衬底上形成至少一个或多个光电二极管31(该光电二极管根据入射光的量产生电荷)。
这里，层间绝缘层32可以被形成为多层，或者可以被首先形成为单层，在其上形成用于阻碍入射光的阻光层(而不是光电二极管)，并且在其上形成另一个层间绝缘层。
进一步，在层间绝缘层32上形成第二平滑层33，以保护后者不受潮和被划伤。
该第二平滑层33为被沉积作为薄膜的有机层，其厚度为大约50nm或更薄，并接着被硬固化。
特别地，为了将在后面形成的滤色层34的轮廓和均匀性，可以通过有机物质来形成该第一平滑层33，其中该有机物质对于可见光波长具有更强的可透性。
还有，在第二平滑层33上使用染料抗蚀剂，并进行构图，以形成用于对各个波长的光进行过滤的滤色层R、G和B。
这里，通过在三个阶段进行光刻法来完成滤色层34，以形成用于每个颜色—红(R)，绿(G)和蓝(B)的滤色片。
这里，在形成用于每个颜色—R，G和B的滤色片之后，可以进行UV曝光，以生成不稳定的表面。
接着，为了调整焦点和在滤色层34上形成透镜层，形成厚度为0.5-1.5μm的第一平滑层3，用以确保均匀性。
为了对第一平滑层35进行硬化，在150-300℃之间的温度下对其进行热处理。
参看图2B，UV被照射在第一平滑层35的整个表面上。
这里，照射在第一平滑层35上的UV波长范围为350nm-450nm。
在本发明中，通过使用波长范围为350nm-450nm的UV，使得第一平滑层35被稳定，之后形成微透镜38。当在形成微透镜38的过程中使用365nm的I线，405nm的H线，以及436nm的G线时，第一平滑层35上的UV效应被最小化，使得能够稳定地形成微透镜38。
还有，照射在第一平滑层35上的UV的能量可以为0.1-1焦耳。在本发明中，通过将0.1-1焦耳的UV能量照射在第一平滑层35上，该第一平滑层35能够最优地被稳定。
在第一平滑层35的硬化期间，第一平滑层35的上表面由于渗气现象而变得不稳定。
为了补偿由于渗气现象而引起的第一平滑层35的表面张力的不稳定性，本发明照射该UV穿过第一平滑层35的整个表面。
因此，照射在第一平滑层35上的UV改进了具有局部变化表面特性的第一平滑层35的表面特性，并且促成均匀表面张力，以允许在第一平滑层35上形成的微透镜的具有均匀流动性。
参看图2C，用于微透镜的抗蚀剂层36被用于第一平滑层35，并且具有开口的中间掩模37被布置在抗蚀剂层36的顶部。
此外，使用了掩模，并将激光照射到中间掩模37的整个表面上，并且有选择地对与中间掩模37的开口相对的抗蚀剂层36进行曝光。
参看图2D，形成曝光后的抗蚀剂层36，并形成微透镜图案。
在形成微透镜图案之后，为了对微透镜图案中出现的感光化合物(PAC)的吸收材料进行漂白，需要进行底板曝光。
接着，在预定的温度下对微透镜图案进行重熔，以形成多个微透镜38。
这里，为了形成微透镜38，在温度300-700℃下进行重熔。
形成的微透镜38的数量对应于图像传感器的像素的数量，或者光电二极管31的数量，并且形成的微透镜38的尺寸更大些，以放入更多的入射光。
在根据本发明的CMOS图像传感器的制造方法中，UV被照射在微透镜38下面形成的第一平滑层35上，以使得表面张力均匀，并接着形成微透镜38。即使微透镜38的尺寸增加了，由于在紧密邻近的微透镜之间没有跨接，因此就可以形成均匀的微透镜。
现在将对根据本发明的上述CMOS图像传感器及其制造方法的优点进行阐述。
特别地，在对平滑层进行硬化期间，平滑层的上表面受到了由于其渗气而引起的不稳定的环境的影响，并且为了补偿平滑层的均匀表面张力，UV射线照射在平滑层上，以缩小局部的不均匀表面区域，并促成均匀的表面张力。这样，上面形成的微透镜就能够具有均匀的流动性。
另外，本发明简化了形成微透镜以及它们的均匀性，使得它们的灵敏度、均匀性以及色彩重现能力增加，提高了产品成品率和可靠性。
对本领域的技术人员来说，显然可以在本发明中进行各种修改和变化。因此，本发明试图覆盖落入所附权利要求及其等同范围内的对本发明的修改和变化。

Claims (19)

1.一种CMOS图像传感器，包括：
形成在半导体衬底上的层间绝缘层，该半导体衬底包括至少一个光电二极管；
形成在该层间绝缘层上的滤色层，包括至少一个具有预定波长的滤色片；
形成在包括滤色层的半导体衬底的整个表面上的第一平滑层，并且具有通过预定的热处理被硬化后的均匀表面张力；以及
形成在第一平滑层上的与光电二极管相对应的至少一个微透镜，其中通过在第一平滑层被硬化之后照射UV射线到该第一平滑层的整个表面来使得该第一平滑层具有均匀表面张力。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中该平滑层的厚度为0.5-1.5μm。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中对每个滤色片进行UV射线照射，以改进滤色片的表面稳定性。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，还包括第二平滑层，该第二平滑层包括形成在半导体衬底上的层间绝缘层上的有机材料。
5.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器，其中该第二平滑层的厚度为50nm或更小。
6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，还包括层间绝缘层中形成的阻光层，用于阻止光入射到除了光电二极管之外的区域。
7.一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括：
在包括至少一个光电二极管的半导体衬底上形成层间绝缘层；
在层间绝缘层上形成包括至少一个具有预定波长的滤色片的滤色层；
在包括滤色层的半导体衬底的整个表面上形成第一平滑层；
对半导体衬底上形成的第一平滑层进行热处理以硬化该第一平滑层；
将UV射线照射在硬化后的第一平滑层的整个表面上；以及
在已经被UV射线照射的第一平滑层上形成至少一个与光电二极管相对应的微透镜。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中该第一平滑层的厚度为0.5-1.5μm。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其中通过对红R，绿G，和蓝B滤色层进行三步光刻法处理来形成滤色片，
并且为了改进其表面稳定性，R、G和B滤色片中的每一个都被暴露给UV射线。
10.根据权利要求7所述的制造方法，进一步包括，在半导体衬底上形成层间绝缘层之后，形成由有机材料构成的第二平滑层。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中该第二平滑层的厚度为50nm或更小。
12.根据权利要求7所述的制造方法，其中在温度150-300℃对第一平滑层进行硬化。
13.根据权利要求7所述的制造方法，其中形成微透镜包括：在第一平滑层上涂覆用于透镜的抗蚀剂层，并接着通过曝光和显影处理对抗蚀剂层进行构图；以及
在预定的温度对构图后的抗蚀剂层进行重熔处理。
14.根据权利要求13所述的制造方法，进一步包括，在对抗蚀剂层进行构图之后，对抗蚀剂层的整个表面进行曝光处理。
15.根据权利要求13所述的制造方法，其中在温度300-700℃下进行重熔处理。
16.根据权利要求7所述的制造方法，其中层间绝缘层包括多个层间绝缘层，并且形成该层间绝缘层包括：
在形成层间绝缘层的第一层之后，形成阻光层，用于阻止光入射到除了光电二极管之外的区域上，以及
在包括阻光层的半导体衬底上形成层间绝缘层的第二层。
17.根据权利要求7所述的制造方法，其中照射UV射线包括照射UV射线在第一平滑层上，用于改进具有局部不同表面特性的第一平滑层的表面特性，并且促成第一平滑层的均匀表面张力。
18.根据权利要求7所述的制造方法，其中使用波长范围为350nm-450nm的UV射线来进行在硬化后的第一平滑层上的UV射线照射。
19.根据权利要求7所述的制造方法，其中使用0.1焦耳-1焦耳的UV能量来进行UV射线的照射。
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