CN100530671C - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
Cmos图像传感器及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100530671C CN100530671C CNB2006101397470A CN200610139747A CN100530671C CN 100530671 C CN100530671 C CN 100530671C CN B2006101397470 A CNB2006101397470 A CN B2006101397470A CN 200610139747 A CN200610139747 A CN 200610139747A CN 100530671 C CN100530671 C CN 100530671C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- depth
- degree
- photodiode
- region
- red photodiode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 108
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 41
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 32
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 24
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 22
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 abstract description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 15
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 208000034189 Sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及一种COMS图像传感器及其制造方法，其中，考虑到由三原色在波长方面的差异而引起的硅晶格结构的穿透深度，将不同颜色的光电二极管形成为具有不同深度，由此提高了图像传感器的性能。CMOS图像传感器包括第二导电型蓝色光电二极管区、第二导电型绿色光电二极管区、第三导电型红色光电二极管区、层间绝缘层、抛光层和微透镜。在第一导电型半导体衬底之上将第二导电型蓝色光电二极管区形成到第一深度。第二导电型绿色光电二极管区具有比第一深度深的第二深度，且与蓝色光电二极管区隔开一预定距离地形成在半导体衬底之上。第三导电型红色光电二极管区具有比第二深度深的第三深度，且与绿色光电二极管区隔开一预定距离地形成在半导体衬底之上。层间绝缘层和抛光层顺序地形成在半导体衬底的整个表面上。微透镜形成在抛光层上，以对应于蓝色、绿色和红色光电二极管区。
Description
本申请要求于2005年9月22日提交的韩国申请No.10-2005-0088087的权益，通过引用将其全部内容合并于此。
技术领域
本发明涉及一种COMS图像传感器，更具体而言，涉及一种具有改良特性的COMS图像传感器及其制造方法。
背景技术
通常，图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器主要分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。
CCD包括多个垂直电荷耦合器件(VCCD)、水平电荷耦合器件(HCCD)和感测放大器(sense amplifier)，在所述多个垂直电荷耦合器件中以矩阵形式设置了用于将光信号转换为电信号的多个光电二极管(PD)。VCCD形成于以矩阵形式垂直设置的光电二极管之间，并将从每个光电二极管生成的电荷传送到垂直方向上。HCCD在水平方向上传送由VCCD所传送的电荷。感测放大器对水平方向上所发送的电荷进行感测并输出电信号。
但是，这种CCD具有复杂的驱动模式，消耗大量功率并且需要多步光刻，导致了复杂的制造工艺。
此外，在传统的CCD中，难以将控制电路、信号处理器、A/D转换器等集成在一个CCD芯片上。这使得难以将CCD小型化。
近来，为了克服关于电荷耦合器件的以上缺点，作为下一代图像传感器，CMOS图像传感器正在引起广泛关注。
在CMOS图像传感器中，将控制电路、信号处理电路用作外围电路的CMOS技术被用来在半导体衬底中形成与单元像素的数目对应的MOS晶体管。这样，利用MOS晶体管顺序地对来自每个单元像素的输出进行检测，即，采用切换模式(switching mode)。
即，在CMOS图像传感器中，在单元像素中形成光电二极管和MOS晶体管。CMOS图像传感器适合于按照切换方法，通过对各个单元像素的电信号顺序地进行检测来形成图像。
由于CMOS图像传感器是通过CMOS制造技术制造的，因此它具有如下优点，如相对低的功耗，以及通过相对较少次数的光刻步骤而简化的制造工艺。
此外，CMOS图像传感器的有利之处在于，由于可以将控制电路、信号处理器和A/D转换器等集成在CMOS图像传感器芯片上，所以便于实现产品小型化。
因此，CMOS图像传感器已经被广泛用于各个领域，如数字相机和数字摄像机。
同时，按照晶体管的数量，CMOS图像传感器被分为3T型、4T型和5T型等。3T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和三个晶体管。4T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和四个晶体管。
以下将对4T型CMOS图像传感器的单元像素的等效电路和布局图进行描述。
图1为一般4T型CMOS图像传感器的等效电路图。图2为示出了一般4T型CMOS图像传感器的单元像素的布局图。
如图1所示，CMOS图像传感器的单元像素100包括作为光电变换单元的光电二极管(PD)10和四个晶体管等。
四个晶体管包括转移晶体管20、复位晶体管30、驱动晶体管40和选择晶体管50。每个单元像素100的输出端OUT电连接到负载晶体管60。
在图1中，标号FD表示漂移扩散区，Tx表示转移晶体管20的栅极电压，Rx表示复位晶体管30的栅极电压，Dx表示驱动晶体管40的栅极电压，且Sx表示选择晶体管50的栅极电压。
如图2所示，在一般的4T型CMOS图像传感器的单元像素中，限定了有源区，并且在有源区以外的部分中形成隔离层。在有源区的具有宽的宽度的部分中形成一个PD，在剩余的部分中形成四个晶体管20、30、40和50的栅电极23、33、43和53。
即，由栅电极23形成转移晶体管20，由栅电极33形成复位晶体管30，由栅电极43形成驱动晶体管40，并由栅电极53形成选择晶体管50。
将杂质离子注入到除了栅电极23、33、43和53的底部以外的各个晶体管有源区的部分中，由此形成各个晶体管的源极/漏极区S/D。
图3a到3h为沿着图2中的线I-I′截取的横截面视图，用于说明按照现有技术的制造CMOS图像传感器的方法。
参照图3a，进行外延工艺，以便在高浓度p++型半导体衬底61上形成低浓度p-型外延层62。
在半导体衬底61中限定有源区和隔离区。通过STI工艺或LOCOS工艺，在隔离区中形成隔离层63。
此后，在其中形成了隔离层63的外延层62上，顺序地沉积栅极绝缘层64和导电层(例如，高浓度多晶硅层)。选择性地剥离导电层和栅极绝缘层，从而形成栅电极65。
参照图3b，在包括栅电极65的整个表面上涂覆第一光致抗蚀剂层66。通过曝光和显影工艺将第一光致抗蚀剂层66图案化，以便覆盖光电二极管区并暴露每个晶体管的源极/漏极区。
将经过图案化的第一光致抗蚀剂层66用作掩模，把低浓度n-型杂质离子注入到所暴露的源极/漏极区中，形成n-型扩散区67。
参照图3c，在剥离第一光致抗蚀剂层66之后，在整个表面上涂覆第二光致抗蚀剂层68。通过曝光和显影工艺将第二光致抗蚀剂层68图案化，以便暴露蓝色、绿色、红色光电二极管区。
然后，利用经过图案化的第二光致抗蚀剂层68，将低浓度n-型杂质离子注入外延层62中，由此形成蓝色、绿色、红色光电二极管区69。
利用比源极/漏极区的低浓度n-型扩散区67的能量高的能量，执行用于形成各个光电二极管区69的杂质离子的实施。各个光电二极管区69具有深于低浓度n-型扩散区67深度的深度。
此外，每个光电二极管区69与复位晶体管的源极区对应(图1和2的Rx)。
同时，如果在光电二极管区69与低浓度p-型外延层62之间均施加反向偏置，则生成耗尽层。当复位晶体管关断时，由施加光的耗尽层所生成的电子降低了驱动晶体管的电势。电子继续使该电势降低，直到复位晶体管导通并随后关断为止，由此产生电压差。因此，可以将该电压差用作信号处理，来实现图像传感器的工作。
各个光电二极管区69具有2到4μm的相同深度A。
即，具有相同离子注入能量的杂质离子注入到各个光电二极管区中，使得它们具有相同的深度。
参照图3d，将第二光致抗蚀剂层68完全剥离，且然后在整个表面上沉积绝缘层。此后，进行反蚀刻(etch-back)工艺，以在栅电极65的两侧形成侧壁绝缘层70。
此后，在半导体衬底61上涂覆第三光致抗蚀剂层71。通过曝光和显影工艺将第三光致抗蚀剂层71图案化，以便涂覆光电二极管区且暴露每个晶体管的源极/漏极区。
将经过图案化的第三光致抗蚀剂层71用作掩模，把高浓度n+型杂质离子注入到所暴露的源极/漏极区中，形成n+型扩散区72。
参照图3e，剥离第三光致抗蚀剂层71。在整个表面上涂覆第四光致抗蚀剂层73。通过曝光和显影工艺将第四光致抗蚀剂层73图案化，以便暴露各个光电二极管区。
随后，将经过图案化的第四光致抗蚀剂层73用作掩模，把p0型杂质离子注入到其中形成了n-型扩散区69的光电二极管区中，由此在半导体衬底的表面内形成p0型扩散区74。
参照图3f，剥离第四光致抗蚀剂层73。为了对每个杂质扩散区进行扩散，在半导体衬底61上进行热处理工艺。
此后，在整个表面上形成层间绝缘层75。在层间绝缘层75上形成金属层，并且选择性地将金属层图案化，以形成各种金属线(没有示出)。
同时，可以在不同层中形成层间绝缘层75和金属线。
然后，在层间绝缘层75上形成第一抛光层76。
参照图3g，在第一抛光层76上涂覆蓝色、绿色、红色阻剂(resist)层。在蓝色、绿色、红色阻剂层上进行曝光和显影工艺，由此形成用于对每个波长范围的光进行过滤的滤色层77。
由于通过不同的光刻和蚀刻工艺形成各个滤色层77，因此，各个滤色层77具有不同的步骤。
参照图3h，在包括经过抛光的滤色层77的整个表面上形成第二抛光层78。在第二抛光层78上涂覆用于形成微透镜的材料层。通过曝光和显影工艺将该材料层图案化，形成微透镜图案。
此后，将微透镜图案回流(reflow)，以形成微透镜79。
但是，按照现有技术的CMOS图像传感器的制造方法具有以下问题。
即，三原色(蓝色、绿色、红色)的光电二极管形成为具有相同的深度。由于三原色在波长方面的差异，它们相对于硅晶格结构具有明显不同的关于蓝色(G)、绿色(G)、红色(R)的从硅表面的穿透深度。具体地说，由于光电二极管不起抵制蓝色、红色像素的有效作用，因此使图像传感器的性能下降。
发明内容
因此，考虑到现有技术中出现的上述问题，提出了本发明，本发明的目的是提供一种COMS图像传感器及其制造方法，其中，考虑到由三原色波长方面的差异而引起的硅晶格结构的穿透深度，将蓝色、绿色、红色光电二极管形成为具有不同的深度，由此提高了图像传感器的性能。
为了实现上述目的，按照本发明实施例的CMOS图像传感器包括第二导电型蓝色光电二极管区、第二导电型绿色光电二极管区、第三导电型红色光电二极管区、层间绝缘层、抛光层和微透镜。第二导电型蓝色光电二极管区以第一深度形成在第一导电型半导体衬底中。第二导电型绿色光电二极管区具有比第一深度深的第二深度，并与蓝色光电二极管区隔开一预定距离地形成在半导体衬底中。第三导电型红色光电二极管区具有比第二深度深的第三深度，并与绿色光电二极管区隔开一预定距离地形成在半导体衬底中。层间绝缘层和抛光层顺序地形成在半导体衬底的整个表面上。微透镜形成在抛光层上，以对应于蓝色、绿色和红色光电二极管区。具有不同深度的第一导电型杂质区形成在形成了所述蓝色、绿色和红色光电二极管区的半导体衬底中。
按照本发明的另一实施例的一种制造CMOS图像传感器的方法包括如下步骤：在半导体衬底中生长第一导电型外延层；将第二导电型杂质离子注入到外延层的预定区域中，由此形成具有第一深度的蓝色光电二极管区；通过将第二导电型杂质离子注入到外延层的预定区域中，形成具有比第一深度深的第二深度的绿色光电二极管区，其中绿色光电二极管区与蓝色光电二极管区隔开一预定距离；通过将第二导电型杂质离子注入到外延层的预定区域中，形成具有比第二深度深的第三深度的红色光电二极管区，其中红色光电二极管区与绿色光电二极管区隔开一预定距离；在半导体衬底的整个表面上顺序地形成层间绝缘层和抛光层；以及在抛光层上形成微透镜，以便与绿色、蓝色和红色光电二极管区对应。
按照本发明的另一实施例的一种制造CMOS图像传感器的方法包括如下步骤：在半导体衬底中生长第一导电型外延层；通过使用暴露蓝色光电二极管区且覆盖绿色光电二极管区和红色光电二极管区的第一图案化光致抗蚀剂层作为掩模，将第二导电型杂质离子注入到所述外延层的预定区域中，由此形成具有第一深度的所述蓝色光电二极管区；通过使用暴露所述绿色光电二极管区且覆盖所述蓝色光电二极管区和所述红色光电二极管区的第二图案化光致抗蚀剂层作为掩模，将第二导电型杂质离子注入到所述外延层的预定区域中，由此形成具有比所述第一深度深的第二深度的所述绿色光电二极管区，其中所述绿色光电二极管区与所述蓝色光电二极管区隔开一预定距离；通过使用暴露所述红色光电二极管区且覆盖所述蓝色光电二极管区和所述绿色光电二极管区的第三图案化光致抗蚀剂层作为掩模，将第二导电型杂质离子注入到所述外延层的预定区域中，由此形成具有比所述第二深度深的第三深度的所述红色光电二极管区，其中所述红色光电二极管区与所述绿色光电二极管区隔开一预定距离；在所述半导体衬底的整个表面上顺序地形成层间绝缘层和抛光层；以及在所述抛光层上形成微透镜，以对应于所述绿色、蓝色和红色光电二极管区。
附图说明
根据以下结合附图进行的详细描述，能够更充分地理解本发明的其他目的和优点，其中：
图1为一般的4T型CMOS图像传感器的等效电路图；
图2为示出了一般的4T型CMOS图像传感器的单元像素的布局图；
图3a到3h为沿着图2中的线I-I′截取的横截面图，用于说明按照现有技术制造CMOS图像传感器的方法；
图4为按照本发明实施例的CMOS图像传感器的横截面图；并且
图5a到图7b为沿着图2中的线I-I′截取的横截面图，用于说明按照本发明的实施例制造CMOS图像传感器的方法。
具体实施方式
以下将参照附图，结合特定实施例，对按照本发明的CMOS图像传感器及其制造方法进行描述。
图4为按照本发明实施例的CMOS图像传感器的横截面图。
参照图4，按照本发明实施例的CMOS图像传感器包括：在第一导电型(p++型)半导体衬底101上所形成的第一导电型(p-型)外延层102；在外延层102内形成的、具有0.5μm或更小深度的第二导电型(n-型)蓝色光电二极管区109a；在外延层102内形成的、与蓝色光电二极管区109a间隔一预定距离并具有1.5到3.0μm深度的第二导电型(n-型)绿色光电二极管区109b；在外延层102内形成的、与绿色光电二极管区109b间隔一预定距离并具有4.0到5.0μm深度的第二导电型(n-型)红色光电二极管区109c；在蓝色、绿色和红色光电二极管区109a、109b和109c内在不同深度分别形成的第一导电型(p0型)的第一到第三杂质区116a、116b和116c；在半导体衬底101上顺序形成的第一、第二、第三层间绝缘层119、121、123和抛光层124；以及在抛光层124上所形成的分别与蓝色、绿色和红色光电二极管区109a、109b和109c对应的微透镜125。
此外，第一导电型的第一杂质区116a形成为0.1μm或更小的厚度。第一导电型的第二杂质区116b形成为0.5到1.0μm或更小的厚度。第一导电型的第三杂质区116c形成为约2.0到3.0μm的厚度。
此外，外延层102形成为约4到7μm的厚度。
此外，第一和第二金属线120和122分别形成在第一和第二层间绝缘层119和121上。第三层间绝缘层123形成在包括第一和第二金属线120和122的整个表面上。
图5a到图7b为沿着图2中的线I-I′截取的横截面图，用于说明按照本发明实施例的制造CMOS图像传感器的方法。
参照图5a，通过外延工艺，在如高浓度第一导电型(p++型)单晶硅的半导体衬底101上形成低浓度第一导电型(p-型)外延层102。
外延层102具有在光电二极管中所形成的大且深的耗尽区。这是为了提高用于收集光电荷(optical charge)的低压光电二极管的能力并提高光灵敏度。
同时，半导体衬底101可以是n型衬底。可以在n型衬底中形成p型外延层。p-型外延层102可以具有4到7μm的厚度B。
此后，在半导体衬底101上所形成的外延层102中形成隔离层103。
尽管图中没有示出，但以下将对形成隔离层103的方法进行描述。
首先，在半导体衬底上顺序形成焊盘(pad)氧化物膜、焊盘氮化物膜以及原硅酸四乙酯(Tetra Ethyl Ortho Silicate，TEOS)氧化物层。在TEOS氧化物层上形成光致抗蚀剂层。
利用限定有源区和隔离区的掩模对光致抗蚀剂层进行曝光和显影，由此将光致抗蚀剂层图案化。这时，将隔离区的光致抗蚀剂层剥离。
然后，将经过图案化的光致抗蚀剂层用作掩模，选择性地把隔离区的焊盘氧化物膜、焊盘氮化物膜和TEOS氧化物层剥离。
利用经过图案化的焊盘氧化物膜、焊盘氮化物膜以及TEOS氧化物层，将隔离区的半导体衬底蚀刻到预定厚度，由此形成沟槽。将光致抗蚀剂层全部剥离。
然后，在形成了沟槽的整个表面上，薄薄地形成一牺牲氧化物层。在衬底上形成O3TEOS层，以便将沟槽填隙。牺牲氧化物层也可以形成在沟槽的内壁上，并且可以在约1000℃或更高的温度形成O3TEOS。
然后，通过化学机械抛光(CMP)工艺将O3TEOS层剥离，使得O3TEOS层只留在沟槽区以内，由此在沟槽内形成隔离层103。然后，将焊盘氧化物膜、焊盘氮化物膜以及TEOS氧化物层剥离。
此后，在其中形成了隔离层103的外延层102的整个表面上顺序形成栅极绝缘层104和导电层(例如，高浓度多晶硅层)。
可以通过热氧化工艺或CVD来形成栅极绝缘层104。
然后，将导电层和栅极绝缘层剥离，以形成栅电极105。
参照图5b，在包括栅电极105的整个表面上涂覆第一光致抗蚀剂层106。通过曝光和显影工艺将第一光致抗蚀剂层106图案化，使得其覆盖每个光电二极管区而暴露每个晶体管的源极/漏极区。
将经过图案化的第一光致抗蚀剂层106用作掩模，把低浓度第二导电型(n-型)杂质离子注入到所暴露的源极/漏极区，形成第二导电型扩散区107。
参照图5c，在将第一光致抗蚀剂层106剥离之后，在整个表面上涂覆第二光致抗蚀剂层108。通过曝光和显影工艺将第二光致抗蚀剂层108图案化，使得暴露蓝色光电二极管区。
将经过图案化的第二光致抗蚀剂层108用作掩模，把低浓度第二导电型(n-型)杂质离子注入到外延层102中，由此形成蓝色光电二极管区109a。
蓝色光电二极管区109a可以具有距离表面约0.5μm的深度A1。
参照图6a，在将第二光致抗蚀剂层108完全剥离之后，在整个表面上涂覆第三光致抗蚀剂层110。通过曝光和显影工艺将第三光致抗蚀剂层110图案化，从而暴露绿色光电二极管区。
将经过图案化的第三光致抗蚀剂层110用作掩模，把低浓度第二导电型(n-型)杂质离子注入到外延层102中，由此形成绿色光电二极管区109b。
绿色光电二极管区109b可以具有距离表面约1.5到3.0μm的深度A2。
参照图6b，在将第三光致抗蚀剂层110完全剥离之后，在整个表面上涂覆第四光致抗蚀剂层111。通过曝光和显影工艺将第四光致抗蚀剂层111图案化，使得暴露红色光电二极管区。
然后，将经过图案化的第四光致抗蚀剂层111用作掩模，把低浓度第二导电型(n-型)杂质离子注入到外延层102中，由此形成红色光电二极管区109c。
红色光电二极管区109c可以具有距离表面约4.0到5.0μm的深度A3。
利用比源极/漏极区的低浓度n-型扩散区107能量高的能量来注入用于形成各个蓝色、绿色和红色光电二极管区109a、109b和109c的杂质离子，使得各个蓝色、绿色和红色光电二极管区109a、109b和109c比低浓度n-型扩散区107深。
参照图5d，将第四光致抗蚀剂层111完全剥离，并且在整个表面上沉积绝缘层。在绝缘层上进行反蚀刻工艺，以在栅电极105的两个侧面上形成侧壁绝缘层112。
此后，在其中形成了侧壁绝缘层112的整个表面上形成第五光致抗蚀剂层113。通过曝光和显影工艺将第五光致抗蚀剂层113图案化，使得覆盖每个光电二极管区而暴露每个晶体管的源极/漏极区。
此后，将经过图案化的第五光致抗蚀剂层113用作掩模，把高浓度n+型杂质离子注入到所暴露的源极/漏极区中，由此形成n+型扩散区114。
参照图5e，在将第五光致抗蚀剂层113剥离之后，在整个表面上涂覆第六光致抗蚀剂层115。通过曝光和显影工艺将第六光致抗蚀剂层115图案化，使得暴露各个光电二极管区。
此后，将经过图案化的第六光致抗蚀剂层115用作掩模，把第一导电型(p0型)杂质离子注入到其中形成了蓝色光电二极管区109a的外延层102中，由此在外延层102内形成第一p0型扩散区116a。
第一p0型扩散区116a可以具有0.1μm或更小的深度B1。
参照图7a，在将第六光致抗蚀剂层115剥离之后，在整个表面上涂覆第七光致抗蚀剂层117。通过光刻和显影工艺将第七光致抗蚀剂层117图案化，使得暴露各个光电二极管区。
此后，将经过图案化的第七光致抗蚀剂层117用作掩模，把第一导电型(p0型)杂质离子注入到其中形成了绿色光电二极管区109b的外延层102中，由此在外延层102内形成第二p0型扩散区116b。
第二p0型扩散区116b可以具有约0.5到1.0μm的深度B2。
参照图7b，在剥离第七光致抗蚀剂层117之后，在整个表面上涂覆第八光致抗蚀剂层118。通过曝光和显影工艺将第八光致抗蚀剂层118图案化，使得暴露各个光电二极管区。
此后，将经过图案化的第八光致抗蚀剂层118用作掩模，把第一导电型(p0型)杂质离子注入到其中形成了红色光电二极管区109c的外延层102中，由此在外延层102内形成第三p0型扩散区116c。
第三p0型扩散区116c可以具有约2.0到3.0μm的深度B3。
参照图5f，在剥离第八光致抗蚀剂层118之后，为了对各个杂质扩散区域进行扩散，在半导体衬底101上执行热处理工艺。
此后，在整个表面上形成第一层间绝缘层119，并且在第一层间绝缘层119上沉积金属层。选择性地将金属层图案化，以形成第一金属线120。
在包括第一金属线120的整个表面上形成第二层间绝缘层121。然后，在第二层间绝缘层121上沉积金属层。选择性地将金属层图案化，以形成第二金属线122。
此后，在包括第二金属线122的整个表面上形成第三层间绝缘层123。在第三层间绝缘层123上形成抛光层124。
其间，第一、第二和第三层间绝缘层119、121和123以及第一和第二金属线120和122可以形成在若干层中。
此后，在抛光层124上沉积用于微透镜的材料层，然后选择性地将该材料层图案化，以形成微透镜图案。然后，在150到200℃的温度进行回流工艺，由此形成与蓝色、绿色和红色光电二极管区109a、109b和109c对应的微透镜125。
即，在把用于微透镜的材料层涂覆在抛光层124上之后，通过曝光和显影工艺将该材料层图案化，形成微透镜图案。
在这种情况下，也可以将如阻剂或TEOS的氧化物层用作用于微透镜的材料层。
对微透镜图案进行回流，以形成微透镜25。
可以利用热板或炉子来执行回流工艺。此时，根据收缩和加热方法来改变微透镜125的曲率。聚焦效率(focus efficiency)依赖于曲率。
此后，进行紫外线照射以将微透镜125硬化。因为为了使微透镜125硬化而进行了紫外线照射，所以微透镜125可以保持最佳曲率半径。
尽管已经参照具体的说明性实施例对本发明进行了描述，但是，本发明不是由这些实施例而仅由所附权利要求来加以限定。应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以改变或修改这些实施例。
如以上详细描述的，按照本发明的CMOS图像传感器及其制造方法具有以下优点。
即，蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)波长在半导体衬底的穿透深度方面不同。因此，只有这些区形成为具有高势阱(potential well)的区，使得通过对应的光能量来生成光电子。因此，可以在不需要形成附加滤色器的工艺的情况下，简化工艺并节省成本。另外，由于光能量防止在通过滤色器时降低光吸收，因此能够提高光灵敏度。
尽管已经参照具体的说明性实施例对本发明进行了描述，但是，不是由这些实施例，而是仅由所附权利要求对本发明加以限定。应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以改变或修改这些实施例。
Claims (16)
1.一种CMOS图像传感器，包括：
以第一深度在第一导电型半导体衬底中形成的第二导电型蓝色光电二极管区；
以比所述第一深度深的第二深度在所述半导体衬底中形成的第二导电型绿色光电二极管区，所述绿色光电二极管区与所述蓝色光电二极管区隔开一预定距离；
以比所述第二深度深的第三深度在所述半导体衬底中形成的第三导电型红色光电二极管区，其中所述红色光电二极管区与所述绿色光电二极管区隔开一预定距离；
在所述半导体衬底的整个表面上顺序形成的层间绝缘层和抛光层；以及
在所述抛光层上形成的与所述蓝色、绿色和红色光电二极管区对应的微透镜，
其中具有不同深度的第一导电型杂质区形成在形成了所述蓝色、绿色和红色光电二极管区的所述半导体衬底中。
2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述第一深度在0.5μm或更小的范围以内。
3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述第二深度在1.5到3.0μm的范围以内。
4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述第三深度在4到5μm的范围以内。
5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中在所述蓝色光电二极管区中所形成的所述第一导电型杂质区具有0.1μm或更小的深度。
6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中在所述绿色光电二极管区中所形成的所述第一导电型杂质区具有0.5到1.0μm的深度。
7.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中在所述红色光电二极管区中所形成的所述第一导电型杂质区具有2.0到3.0μm的深度。
8.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括如下步骤：
在半导体衬底中生长第一导电型外延层；
通过使用暴露蓝色光电二极管区且覆盖绿色光电二极管区和红色光电二极管区的第一图案化光致抗蚀剂层作为掩模，将第二导电型杂质离子注入到所述外延层的预定区域中，由此形成具有第一深度的所述蓝色光电二极管区；
通过使用暴露所述绿色光电二极管区且覆盖所述蓝色光电二极管区和所述红色光电二极管区的第二图案化光致抗蚀剂层作为掩模，将第二导电型杂质离子注入到所述外延层的预定区域中，由此形成具有比所述第一深度深的第二深度的所述绿色光电二极管区，其中所述绿色光电二极管区与所述蓝色光电二极管区隔开一预定距离；
通过使用暴露所述红色光电二极管区且覆盖所述蓝色光电二极管区和所述绿色光电二极管区的第三图案化光致抗蚀剂层作为掩模，将第二导电型杂质离子注入到所述外延层的预定区域中，由此形成具有比所述第二深度深的第三深度的所述红色光电二极管区，其中所述红色光电二极管区与所述绿色光电二极管区隔开一预定距离；
在所述半导体衬底的整个表面上顺序地形成层间绝缘层和抛光层；以及
在所述抛光层上形成微透镜，以对应于所述绿色、蓝色和红色光电二极管区。
9.如权利要求8所述的方法，其中将所述蓝色光电二极管区形成到0.5μm或更小的深度。
10.如权利要求8所述的方法，其中将所述绿色光电二极管区形成到1.5至3.0μm的深度。
11.如权利要求8所述的方法，其中将所述红色光电二极管区形成到4至5μm的深度。
12.如权利要求8所述的方法，还包括在形成了所述蓝色、绿色和红色光电二极管区的所述外延层中形成具有不同深度的第一导电型杂质区的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中将在所述蓝色光电二极管区中所形成的所述第一导电型杂质区形成到0.1μm或更小的深度。
14.如权利要求12所述的方法，其中将在所述绿色光电二极管区中所形成的所述第一导电型杂质区形成到0.5至1.0μm的深度。
15.如权利要求12所述的方法，其中将在所述红色光电二极管区中所形成的所述第一导电型杂质区形成到2.0至3.0μm的深度。
16.如权利要求8所述的方法，其中将所述外延层形成为4至7μm的厚度。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050088087A KR100710207B1 (ko) | 2005-09-22 | 2005-09-22 | 씨모스 이미지 센서의 제조방법 |
| KR1020050088087 | 2005-09-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1937235A CN1937235A (zh) | 2007-03-28 |
| CN100530671C true CN100530671C (zh) | 2009-08-19 |
Family
ID=37883226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2006101397470A Expired - Fee Related CN100530671C (zh) | 2005-09-22 | 2006-09-22 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070063299A1 (zh) |
| KR (1) | KR100710207B1 (zh) |
| CN (1) | CN100530671C (zh) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100818525B1 (ko) * | 2006-12-20 | 2008-03-31 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 이미지 센서 및 그의 제조방법 |
| KR100929349B1 (ko) * | 2007-01-30 | 2009-12-03 | 삼성전자주식회사 | 유기물 컬러 필터를 포함하지 않는 컬러 픽셀, 이미지 센서, 및 컬러 보간방법 |
| JP5159120B2 (ja) * | 2007-02-23 | 2013-03-06 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置およびその製造方法 |
| CN101459184B (zh) * | 2007-12-13 | 2011-03-23 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 在cmos上感测图像的系统和方法 |
| US20090160981A1 (en) * | 2007-12-20 | 2009-06-25 | Micron Technology, Inc. | Apparatus including green and magenta pixels and method thereof |
| JP2009158569A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Seiko Instruments Inc | 光検出半導体装置、光検出装置、及び画像表示装置 |
| FR2928490B1 (fr) * | 2008-03-07 | 2011-04-15 | St Microelectronics Sa | Circuit integre comprenant des miroirs enterres a des profondeurs differentes |
| EP2133918B1 (en) * | 2008-06-09 | 2015-01-28 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, drive method thereof and electronic apparatus |
| KR20110083936A (ko) * | 2010-01-15 | 2011-07-21 | 삼성전자주식회사 | 광자 굴절용 마이크로 렌즈를 구비하는 단위화소, 상기 단위화소를 구비하는 백사이드 일루미네이션 ｃｍｏｓ 이미지센서 및 상기 단위화소의 형성방법 |
| GB201011640D0 (en) * | 2010-07-12 | 2010-08-25 | Univ Sheffield | Radiation detection and method |
| GB201102478D0 (en) | 2011-02-11 | 2011-03-30 | Isdi Ltd | Radiation detector and method |
| US9419155B2 (en) * | 2012-01-05 | 2016-08-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Sensing product and method of making |
| CN103066084B (zh) * | 2012-11-05 | 2017-11-07 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种cmos图像传感器及其制造方法 |
| TW201501276A (zh) * | 2013-06-20 | 2015-01-01 | Upi Semiconductor Corp | 具有多個光感測器之光感測晶片及其製造方法 |
| JP6368993B2 (ja) * | 2013-07-24 | 2018-08-08 | 株式会社ニコン | 撮像装置 |
| JP2015065270A (ja) * | 2013-09-25 | 2015-04-09 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器 |
| KR102114343B1 (ko) | 2013-11-06 | 2020-05-22 | 삼성전자주식회사 | 센싱 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서 |
| CN104934491B (zh) * | 2014-03-19 | 2017-06-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 光电二极管、其制作方法及图像传感器件 |
| GB2525625B (en) | 2014-04-29 | 2017-05-31 | Isdi Ltd | Device and method |
| CN109950259A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-06-28 | 比亚迪股份有限公司 | 图像传感器及其制作方法 |
| DE102018105752B4 (de) * | 2018-03-13 | 2019-10-24 | X-Fab Semiconductor Foundries Gmbh | Elektrisch modulierte Fotodiode und Verfahren zu deren Herstellung |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61234072A (ja) * | 1985-04-10 | 1986-10-18 | Matsushita Electronics Corp | 固体撮像素子 |
| US5965875A (en) * | 1998-04-24 | 1999-10-12 | Foveon, Inc. | Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure |
| KR100399951B1 (ko) * | 1998-12-30 | 2003-12-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | 칼라이미지센서제조방법 |
| US6548833B1 (en) * | 2000-10-26 | 2003-04-15 | Biomorphic Vlsi, Inc. | Color-optimized pixel array design |
| KR100390823B1 (ko) * | 2000-12-30 | 2003-07-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | 서로 다른 색의 픽셀 내에 각기 다른 깊이의 포토다이오드를 구비하는 이미지 센서 제조 방법 |
| US6756616B2 (en) * | 2001-08-30 | 2004-06-29 | Micron Technology, Inc. | CMOS imager and method of formation |
| US7008814B2 (en) * | 2002-08-23 | 2006-03-07 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for increasing digital color imaging utilizing tandem RGB photodiodes |
| KR20040036087A (ko) * | 2002-10-23 | 2004-04-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | 광의 파장에 따라 포토다이오드의 깊이가 다른 씨모스이미지센서 및 그 제조 방법 |
| KR100464954B1 (ko) * | 2002-12-30 | 2005-01-05 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 입사광의 파장에 따른 깊이를 갖는 포토다이오드를 구비한시모스 이미지센서의 제조방법 |
| US7154157B2 (en) * | 2002-12-30 | 2006-12-26 | Intel Corporation | Stacked semiconductor radiation sensors having color component and infrared sensing capability |
| KR100560309B1 (ko) * | 2003-12-31 | 2006-03-14 | 동부아남반도체 주식회사 | 씨모스 이미지 센서 및 그 광 칼라 감도 감지 방법 |
| KR101115092B1 (ko) * | 2004-07-29 | 2012-02-28 | 인텔렉츄얼 벤처스 투 엘엘씨 | 전하운송효율을 향상시키기 위한 이미지 센서 및 제조 방법 |
| JP4507769B2 (ja) * | 2004-08-31 | 2010-07-21 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子、カメラモジュール及び電子機器モジュール |
| KR100672695B1 (ko) * | 2004-12-21 | 2007-01-24 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| KR100649009B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2006-11-27 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 시모스 이미지 센서의 광감지 소자 및 그의 제조방법 |
| JP4961111B2 (ja) * | 2005-02-28 | 2012-06-27 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換膜積層型固体撮像素子とその製造方法 |
-
2005
- 2005-09-22 KR KR1020050088087A patent/KR100710207B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-09-21 US US11/525,653 patent/US20070063299A1/en not_active Abandoned
- 2006-09-22 CN CNB2006101397470A patent/CN100530671C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20070063299A1 (en) | 2007-03-22 |
| KR20070033661A (ko) | 2007-03-27 |
| CN1937235A (zh) | 2007-03-28 |
| KR100710207B1 (ko) | 2007-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100530671C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| US7675100B2 (en) | CMOS image sensor and method for fabricating the same | |
| US7453110B2 (en) | CMOS image sensor and method for manufacturing the same | |
| US7232712B2 (en) | CMOS image sensor and method for fabricating the same | |
| KR100720503B1 (ko) | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| US9111829B2 (en) | Color-optimized image sensor | |
| US7507635B2 (en) | CMOS image sensor and method of fabricating the same | |
| KR100778856B1 (ko) | 씨모스 이미지 센서의 제조방법 | |
| KR100672669B1 (ko) | Ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 그의 제조 방법 | |
| KR20070069833A (ko) | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| CN100573892C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| CN100466283C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| CN100539170C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| KR100731095B1 (ko) | 씨모스 이미지센서의 제조방법 | |
| CN100477245C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| US6472699B1 (en) | Photoelectric transducer and manufacturing method of the same | |
| US20070145440A1 (en) | CMOS Image Sensor and Method for Fabricating the Same | |
| US7598135B2 (en) | Method for fabricating CMOS image sensor | |
| CN100499149C (zh) | Cmos图像传感器及其制造方法 | |
| JP2007180536A (ja) | Ｃｍｏｓイメージセンサ及びその製造方法 | |
| KR100720492B1 (ko) | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| KR100731066B1 (ko) | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090819 Termination date: 20130922 |