CN101202248B - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图像传感器及其制造方法，其减小像素中心和像素边缘之间的亮度差异并防止色度亮度干扰。该图像传感器可包括多个设置在钝化层中并与相应的光电二极管垂直对准的凸透镜，每个凸透镜包括滤色片；具有预定的颜色阵列，以及多个设置在钝化层上方，并与相应的滤色片垂直对准的微透镜。
Description
本申请要求享有2006年12月12日在韩国提交的申请号为No.10-2006-0126105的韩国专利申请的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种图像传感器。更具体地说，本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是一种用于将图像传感器探测到的光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器可分为电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。
CCD图像传感器设置有金属氧化硅(MOS)电容，该电容在空间上彼此接近，并且电荷载体存储在并传输到电容。
CMOS图像传感器可设置有多个MOS晶体管，该晶体管对应于具有作为外围电路的控制电路和信号处理电路的半导体器件的像素。控制电路和信号处理单元可集成在一起，以利用探测经过MOS晶体管的输出的开关方法。在CMOS图像传感器中，随着光电二极管的光强度增加，图像传感器的光敏度将进一步增强。
CCD图像传感器在光敏度和降噪方面优于CMOS图像传感器，但在实现高集成度和低功耗方面存在困难。而CMOS图像传感器更易于制造，并更适于实现高集成度和低功耗。因此，由于CMOS图像传感器的特性以及改善的制造技术，半导体制造技术的诸方面已聚焦于开发CMOS图像传感器。
为了提高诸如CMOS图像传感器的图像传感器的光敏度，可增加指示光电二极管尺寸与整个图像传感器尺寸比例的填充因子(fill factor)，或者可提供微透镜以通过改变入射到除了光电二极管以外区域的光的光路而将光会聚至光电二极管。
如图1的示例所示，图像传感器可包括形成于半导体衬底10上和/或上方的器件隔离层12。器件隔离层12可限定半导体衬底10上的有源区域。
在半导体衬底10上和/或上方可设置多个光电二极管14。为了根据入射光强度产生电荷，可在半导体衬底10上的有源区域中，形成光电二极管14。
在包含器件隔离层12和光电二极管14的半导体衬底10上和/或上方可形成绝缘夹层16和绝缘层18。绝缘夹层16可形成为覆盖光电二极管14，而绝缘层18可形成在绝缘夹层16上和/或上方。钝化层20可形成在包含绝缘层18的半导体衬底10上和/或上方。
在半导体衬底10上和/或上方可形成多个滤色片22。滤色片22可包括由红色R、绿色G、蓝色B组成的滤色片。在包含钝化层20和滤色片22的半导体衬底10上和/或上方可形成平整层24。平整层24将用于平坦化滤色片22的表面。
随后，在包含滤色片22和平整层24的半导体衬底10上和/或上方可提供多个微透镜26。每个微透镜26可形成于平整层24上和/或上方，以与对应的滤色片22相对，并向相应的光电二极管14会聚光。为了将外部光入射至滤色片22，每个微透镜26可制造为具有预定曲率的凸起形状。随后，滤色片22可传输投射入的特定波长的红色R、绿色G、蓝色B光，以实现色彩。随后，光电二极管14将所传输的光能转化为电能。
在图像传感器上可执行封装工艺。如图2的示例所示，随后在图像传感器上方可附着外部透镜30。来自外部透镜30的入射光，通常在图像传感器中心形成图像。但是，因为入射到光电二极管14上的光强度，朝向图像传感器的边缘A和B减弱，所以难以形成正常图像。因而，如果入射到单元像素上的光强度根据图像传感器的中心或边缘而改变，则产生自光电二极管14的电子数量也将改变。
虽然，原始图像具有相同颜色，但在图像传感器中心的图像颜色将显示不同于图像传感器边缘处的图像颜色。而且，可产生色度亮度干扰，即在图像传感器边缘的像素之间的光干涉，其将严重降低图像传感器的可靠性。
发明内容
本发明的实施方式涉及一种图像传感器及其制造方法，其减小像素中心和像素边缘之间的亮度差异并防止不需要的色度亮度干扰。
本发明的实施方式涉及一种制造CMOS图像传感器的方法，其包括以下步骤：提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成间隔分开的多个器件隔离层；在相邻的器件隔离层之间的空间中形成多个光电二极管；在所述半导体衬底上方形成绝缘夹层；在包括所述绝缘夹层的半导体衬底上方形成绝缘层；在包括所述绝缘层的半导体衬底上方形成钝化层；在所述钝化层中形成与相应的光电二极管垂直对准的多个凸透镜；在所述多个凸透镜的每一个上形成滤色片；以及在所述钝化层上方设置与相应的滤色片垂直对准的多个微透镜。
附图说明
图1和图2示出了图像传感器以及图像传感器与外部透镜之间的光路。
图3至图6D示出了根据本发明实施方式的图像传感器。
具体实施方式
如示例图3所示，依据实施方式的图像传感器包括多个设置在半导体衬底110中的器件隔离层112。器件隔离层112可限定半导体衬底110的有源区域。在相邻的器件隔离层112之间的间隙或空间中可设置多个光电二极管114。在半导体衬底110的有源区域中，形成光电二极管114，以根据入射光强度产生电荷。
在半导体衬底110上和/或上方，可形成绝缘夹层116和绝缘层118。绝缘夹层116可形成为覆盖光电二极管114，而绝缘层118可形成在绝缘夹层116上和/或上方。在绝缘层118上和/或上方可形成钝化层120。使用干刻工艺，可在钝化层120中形成多个包含凸透镜124的凹槽125。形成在钝化层120中的每个凹槽125中可填充滤色片122。滤色片122可包括由红色R、绿色G、蓝色B组成的滤色片。在相应的滤色片122上和/或上方可形成微透镜126，以向相应的光电二极管114会聚光。
微透镜126可制造为具有预定曲率的凸起外形。微透镜126有用于会聚来自外部透镜的光，以使会聚的光传播至相应的滤色片122。
如示例图4A所示，应用电子遮掩效应(electro-shading effect)，钝化层120可增加对应于微透镜126的区域中的边缘部分的蚀刻速度。因此每个包括凸透镜124的凹槽125可形成于钝化层120上和/或上方。在电子遮掩效应中，电子可沿蚀刻面的侧壁以及光刻胶的侧壁感生。因此，如示例图4B所示，特定图案边缘的蚀刻速率可高于中心的速率，从而，图案的形状成为凸起的。
凸透镜124可会聚相对微透镜126的区域上形成的光。凸透镜124可会聚入射光以使经会聚的光传播至对应的光电二极管114。凸透镜124可形成于图像传感器的边缘区域上和/或上方，更确切的说，形成于从整个区域两边缘起的1/4区域上。凸透镜124可增加提供至图像传感器的边缘区域的像素的光强度。因此，可减小图像传感器的中心和边缘之间的像素光强度差异。此外，由于可会聚图像传感器的边缘像素中的光，可防止色度亮度干扰以增强图像传感器的可靠性。
滤色片122可可透射来自微透镜126的特定波长的红色R、绿色G以及蓝色B光以实现颜色。滤色片122可设置在具有凸透镜124的钝化层120的凹槽125中。如果滤色片122设置在凹槽125中，则可不需要形成平整层以平坦化滤色片122。
如示例图5中所示，滤色片122的折射率n1可小于钝化层120的折射率n2。钝化层120的折射率n2可在大约1.4至4.0之间，而滤色片122的折射率n1可在大约1.2至3.0之间。钝化层120的折射率n2可为大约2.0，而滤色片122的折射率n1可为大约1.6。
根据斯奈尔定律，当光从具有相对较小的折射率的媒质进入具有相对较大的折射率的媒质时，光的入射角变为小于折射角。特别是，根据斯奈尔定律，当光从具有相对较小的折射率的滤色片122进入具有相对较大的折射率且其中形成凸透镜124的钝化层120时，光的折射角θ2变为小于入射角θ1。因此，来自微透镜126的入射光可进入光电二极管114，从而其可将所传输光的能量转化为电能。
如示例图6A所示，根据实施方式，制造图像传感器的方法可包括在设置有多个光电二极管114的半导体衬底110上和/或上方形成绝缘夹层116。绝缘层118可沉积于绝缘夹层116上和/或上方。绝缘层118可由诸如等离子增强TEOS(PE-TEOS)的氧化层形成。
随后，在绝缘层118上和/或上方形成钝化层120。钝化层120可包括诸如等离子增强氮化物(PE-nitride)的氮化层。包括绝缘层118的钝化层120的厚度可在大约500至
之间。
如图示例6B所示，可在钝化层120中形成凸透镜124。特别是，可应用光刻工艺在钝化层120上和/或上方形成光刻胶图案130。光刻胶图案130可形成于未形成凸透镜124的区域上和/或上方。随后，通过执行干刻工艺，包括凸透镜124的凹槽125形成于钝化层120中。可应用诸如Ar、He、O2和N2气的之一来执行干刻工艺。干刻中，可将CxHyFz(x，y，z：0和自然数)用作蚀刻剂。干刻的深度可设置为大约500至
之间。随后，应用灰化工艺去除光刻胶图案130。
在钝化层120上执行干刻时，可同时蚀刻绝缘层118。作为另一种选择，可分别蚀刻绝缘层118和绝缘夹层116。干刻的深度的范围可在大约500至
之间。
如示例图6C所示，滤色片122可具有形成于钝化层120的凹槽125中的预定的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)阵列。
如图6D所示，在包括滤色片122的钝化层120的一部分上和/或上方，形成光刻胶图案，该部分只与滤色片122相对。可通过在温度约150至200℃之间，在光刻胶图案上执行软熔(reflow)，形成具有充分凸起形状的微透镜126。
随后，微透镜126上和/或上方形成电介质层，以保护其顶部表面。可在大约100℃至450℃之间应用低温氧化(LTO)工艺形成电介质层。可在300℃或以下应用LTO工艺形成电介质层。
根据本发明的实施方式的图像传感器可包括在钝化层中设置的凸透镜，从而减小了图像传感器的像素中心和像素边缘之间的光强度差异。根据本发明实施方式的图像传感器通过将光会聚在其边缘来防止色度亮度干扰，从而增强了可靠性。
尽管已在这里对本发明的实施方式进行了描述，可以理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对本发明做出各种改进和变形。更具体地说，在本发明的说明，附图以及附加权利要求的范围内，可对本发明的部件和/或排列做出各种改进和变形。显然，除对部件和/或设置的改进和变形之外，技术人员也可对其进行选择应用。
Claims (14)
1.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括：
提供半导体衬底；
在所述半导体衬底中形成间隔分开的多个器件隔离层；
在相邻的器件隔离层之间的空间中形成多个光电二极管；
在所述半导体衬底上方形成绝缘夹层；
在包括所述绝缘夹层的所述半导体衬底上方形成绝缘层；
在包括所述绝缘层的所述半导体衬底上方形成钝化层；
在所述钝化层中形成与相应的光电二极管垂直对准的多个凸透镜；
在所述多个凸透镜的每一个上形成滤色片；以及在所述钝化层上方提供与相应的滤色片垂直对准的多个微透镜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层包括氧化层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化层包括等离子增强TEOS。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钝化层包括氮化层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氮化层包括等离子增强氮化物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述凸透镜包括：
使用光刻工艺，在未与光电二极管垂直对准的所述钝化层的区域上方形成多个光刻胶图案；
使用干刻工艺，在所述钝化层的上方形成多个凹槽；以及随后
使用灰化工艺去除所述光刻胶图案。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述干刻通过使用惰性气体来执行。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述惰性气体选自包括氩气和氦气的组中的其中之一。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述干刻的深度在500至
之间。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光电二极管形成于所述半导体衬底的有源区域中，以根据入射光的强度产生电荷。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤色片的折射率小于所述钝化层的折射率。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述钝化层的所述折射率在1.4至4.0之间，而所述滤色片的所述折射率在1.2至3.0之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述钝化层的所述折射率为2.0，而所述滤色片的所述折射率为1.6。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在相应的微透镜的最上部的表面上方形成电介质层。
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