CN101211943A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像传感器及其制造方法。在本发明的一个具体实施方式中，图像传感器包括其中形成多个光电二极管的半导体衬底，在所述半导体衬底上形成的绝缘层，在所述绝缘层上形成的滤色层，在含有所述滤色层和具有以规则间距放置的多个凹入部分的生成物的整个表面上形成的平坦化层，以及在平坦化层的每一凹入部分形成的多个微透镜并以规则间距放置。

Description

CMOS图像传感器及其制造方法

本申请要求享有2006年12月26日提出的申请号为No.10-2006-0133524的韩国专利申请的优先权，在此结合其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种具有基本上均一的微透镜的图像传感器及其制造方法。

背景技术

通常，图像传感器是能够将光学图像转换为电信号的半导体装置。图像传感器主要可以分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

图像传感器通常包括具有感光能力的光电二极管单元以及能够将光转换为电信号的逻辑电路。随着光电二极管单元接收光的数量的增加，图像传感器的感光性提高。

为了提高图像传感器的感光性，增加光电二极管所占面积和图像传感器总面积之间的比率，或可以在除了光电二极管的区域上改变入射光的路径来将光聚焦在光电二极管。

用来在光电二极管上聚光的典型器件是微透镜。微透镜是有具有良好的光透率的材料形成的凸透镜。微透镜可以位于光电二极管上，以折射入射光路径并将大量光引导到光电二极管内。如果光与微透镜的光轴平行入射，光由微透镜折射并聚焦在透镜光轴的预定位置。

通常，除了别的以外，图像传感器包括光电二极管、绝缘层、滤色层以及微透镜。光电二极管感应并将光转换为电信号。绝缘层使得金属线之间绝缘。滤色层通常将光过滤为红、绿和蓝(RGB)成分。微透镜将光聚焦在光电二极管上。

如图1所示，在其中形成多个光电二极管40的半导体衬底10上形成绝缘层20。在绝缘层20上形成与多个光电二极管40对应的RGB滤色层30。

形成平坦化层25以平面化滤色层30的非均匀表面。在平面上形成与多个光电二极管40和滤色层30对应的微透镜50。微透镜50配置为凸透镜，将光聚焦在多个光电二极管40上。可使用图2A-2C中的现有技术光刻工艺制造微透镜50。

如图2A所示，光刻胶60，为微透镜物质(substance)，涂覆在平坦化层25上并覆盖掩模61。如图2B所示，随后利用发散现象曝光光刻胶60并构图为梯形。

如图2C所示，随后加热梯形光刻胶图案到引起梯形光刻胶图案回流的熔点。在回流工艺期间，光刻胶图案具有流动性并环绕，完成微透镜50的最终形状。然而，如图2C所示，在微透镜之间出现间隙(G)，其中微透镜50由图2A-2C中的现有技术光刻工艺形成。

如图3所示，当光从任意物体70发射，入射到中间微透镜50的光被折射并准确地聚焦到光电二极管40的中央，但在微透镜50和微透镜50的左侧和右侧之间的间隙中的入射光不能准确地聚焦到光电二极管40的中央。入射到间隙上的光直接发射出去，因此，不能准确地聚焦到光电二极管40，因为微透镜50之间的间隙是平的。从而，在生成数字图像中，间隙可以产生带现象，因为通过微透镜50之间的间隙的光没有聚焦在光电二极管40的中央而直接发射出去。这种带现象导致恶化的图像质量。

使用图2A-2C中的现有技术光刻工艺，形成图1中的现有技术的微透镜50的一个难点在于很难均一形成微透镜50。

例如，使用图2A-2C中的现有技术的光刻工艺形成的微透镜50具有关键尺寸(CD)的低均一性(uniformity)。

也很难保持微透镜50之间间隙恒定。在上述的回流工艺期间，当CD中的梯形微透镜融化并是可控的，非均匀回流将引起微透镜50之间非均匀间隙距离。

另外，上述回流工艺可导致在相邻微透镜之间彼此相连的透镜桥。这些透镜桥将导致上述讨论的带现象。从图4的图片中可以看到带现象的示例。

发明内容

通常，本发明涉及一种具有基本上统一的微透镜的图像传感器及其制造方法。在此所讨论的示例性的图像传感器通常包括具有均一关键尺寸(CD)的微透镜，从而减小带现象并提高图像质量。

在本发明实施方式的一个示例中，图像传感器包括其中形成多个光电二极管的半导体衬底；形成于该半导体衬底上的绝缘层；形成于该绝缘层上的滤色层；在含有所述滤色层和具有以规则间距放置的多个凹入部分生成物(resultant)的整个表面上形成的平坦化层；以及在平坦化层的每一凹入部分中形成的多个微透镜并以规则间距放置。

在本发明实施方式的另一个示例中，图像传感器的制造方法包括几个行为。首先，在半导体衬底中形成多个光电二极管。接下来，在该半导体衬底上形成绝缘层。随后，在该绝缘层上形成滤色层。之后，在含有所述滤色层和具有以规则间距放置的多个凹入部分生成物的整个表面上形成平坦化层。随后，在平坦化层的整个表面覆盖并构图光刻胶，产生光刻胶图案。接下来，使用光刻胶图案作为掩模根据预定厚度移除所述平坦化层，产生多个凹入部分以规则间距放置。然后，移除光刻胶图案。接下来，在多个凹入部分中形成多个微透镜，并以规则间距放置。

附图说明

结合附图及具体实施方式可以更清楚地理解根据本发明的上述的或其它特征，其中：

图1示出了现有技术图像的横截面示意图；

图2A-2C示出了图1中用于制造现有技术图像传感器的现有技术方法的工艺横截面图；

图3示出了图1的通过现有技术图像传感器的微透镜的光线路径图；

图4示出了使用图1的通过现有技术图像传感器产生图像的照片；

图5示出了示例性图像传感器的横截面示意图；

图6示出了使用图5的示例性图像传感器产生图像的照片；

图7A-7D示出了用于制造图5的示例性图像传感器的示例性方法的工艺横截面图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细说明了本发明实施方式的实施例。

如图5所示，示例性图像传感器包括形成于半导体衬底100中的多个光电二极管400和形成于该半导体衬底100上的绝缘层200。在绝缘层200上形成滤色层300以对应于多个光电二极管400滤色层，在滤色层300中，形成红色滤色层300R或蓝色滤色层300B以镶嵌格式与绿色滤色层交替。

形成平坦化层250来平面化滤色层300的表面。在一个示例性实施方式中，通过在滤色层300和绝缘层200表面上涂覆光刻胶型有机材料，或沉积诸如氧化物或氮化物的无机材料形成平坦化层250。

如图5所示，在平坦化层250上以规则间距放置多个凹入部分。在凹入部分形成示例性的微透镜500，从而，微透镜500之间具有预定的间隙。这些预定的间隙防止在微透镜500之间形成任何透镜桥，从而也防止与在微透镜之间形成透镜桥相关的带现象。

图6示出了使用图5的示例性图像传感器产生照片，如图6所示，图4的带现象未在图6的图片中出现。

再次参考图5，滤色层300包括红色滤色层300R，绿色滤色层300G以及蓝色滤色层300B。在红色滤色层300R，绿色滤色层300G以及蓝色滤色层300B之间的便接触围绕凹入部分形成多个突起600。形成彼此基本具有相同的尺寸的凹入部分。形成基本具有统一预定宽度的突起600。突起600的宽度充当微透镜500之间的间隙。

如图5所示，形成对应于滤色层300和光电二极管400的微透镜500。每个微透镜500将从物体上发出的光聚焦到相应的光电二极管400上。在一个示例性实施方式中，由光刻胶或具有绝缘属性以及传输光的绝缘材料形成的每一个透镜500。绝缘层200和平坦化层250的厚度是可控的，从而改变微透镜500的焦距。

参见图7A-7D，公开了用于制造图5所示的示例性图像传感器的示例性制造方法。

如图7A所示，有选择地将杂质离子注入到半导体衬底100中，并且在衬底100的光电二极管区中形成用于感知红、绿和蓝信号的红、绿和蓝光电二极管400。接下来，在半导体衬底100上形成绝缘层200。

随后，在绝缘层200上形成RGB滤色层300。以镶嵌格式形成RGB滤色层300。形成滤色层300对应于红、绿和蓝光电二极管400。总体而言，在光刻工艺中涂覆并构图蓝色光刻胶，从而在与蓝光电二极管对应的位置形成蓝色滤色层300B。在光刻工艺中在含有红色和蓝色滤色层300R和300B的生成物的整个表面涂覆绿色光刻胶并构图，从而在与绿光电二极管对应的位置形成绿色滤色层300G。

随后，通过在含有滤色层300的生成物的整个表面上涂覆光刻胶型有机材料或沉积诸如氧化物或氮化物的无机材料，形成平坦化层250来平面化生成物表面。平坦化层250作为向导(guide)，从而均一地形成微透镜。根据平坦化层250的厚度控制微透镜的厚度，从而可以确定焦距。

随后，在光刻工艺中，在平坦化层250上涂覆光刻胶700a并构图。从而如图7B所示，形成光刻图案700分别在红、绿和蓝色滤色层、300R、300G以及300B之间的边界处具有预定的宽度。

如图7C所示，使用光刻胶图案700作为掩模，根据预定厚度灰化平坦化层250，从而形成多个凹入部分800。多个凹入部分800以规则间距放置并且彼此基本具有相同的尺寸。形成的每一个凹入部分与红色滤色层300R、绿色滤色层300G或蓝色滤色层300B中的一个对应。

如图7D所示，移除在突起600上剩余的光刻胶图案700。在移除光刻胶图案700中，同样地灰化光刻胶图案700之间的未覆盖的平坦化层250的凹入部分800(参见图7C)，从而，凹入部分800变厚并且突起600变厚。从而同时剥去光刻胶图案在平坦化层形成凹入部分。

随后，在光刻工艺中，通过用具有绝缘属性和传输光的材料涂覆含有凹入部分800的生成物的整个表面，并以梯型构图涂覆材料来形成多个微透镜500。

将梯形的微透镜500加热到熔点并回流。从而，在上隅角(upper corner)处，梯形的微透镜500是圆形的。从而，在凹入部分800中形成并完成了具有预定形状的微透镜500。

在红色滤色层300R、绿色滤色层300G以及蓝色滤色层300B之间的边界处形成围绕凹入部分800的突起600。如图7D所示，形成每一个突起600在整个图像传感器500中具有预定宽度。从而，突起600的宽度充当微透镜500之间的间隙。从而通过突起600的预定宽度一直保持微透镜500之间的间隙。除了微透镜500的过渡回流，由于突起600，在微透镜500之间没有机会形成透镜桥。

在此公开的示例的图像传感器及其制造方法在透镜之间产生间隙，能够通过多个突起的预定间隙统一控制。均一微透镜避免了由于带现象引起的图像质量降级。此外，从用于在平坦化层中形成凹入部分的灰化工艺中移除光刻胶图案。

尽管已经示出并描述了根据本发明的实施方式，本领域技术人员可以理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变形。

Claims (14)

1.一种图像传感器，包括：

其中形成多个光电二极管的半导体衬底；

形成于所述半导体衬底上的绝缘层；

形成于所述绝缘层上的滤色层；

在含有所述滤色层和具有以规则间距放置的多个凹入部分的生成物的整个表面上形成的平坦化层；以及

在平坦化层的每一凹入部分中形成并以规则间距放置的多个微透镜。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述滤色层由红色滤色层、绿色滤色层和蓝色滤色层组成。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，形成所述凹入部分以分别对应于红色滤色层、绿色滤色层和蓝色滤色层。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，形成所述凹入部分以彼此具有基本上相同的尺寸。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述微透镜由所述凹入部分之间的平坦化层的突起彼此分离。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，通过涂覆光刻胶型的有机材料或沉积无机氧化物或氮化物形成所述平坦化层。

7.一种图像传感器的制造方法，该方法包括：

在所述半导体衬底中形成多个光电二极管；

在所述半导体衬底上形成绝缘层；

在所述绝缘层上形成滤色层；

在含有所述滤色层的生成物的整个表面上形成平坦化层；

在所述平坦化层的整个表面涂覆并构图光刻胶，产生光刻胶图案；

使用所述光刻胶图案作为掩模根据预定厚度移除所述平坦化层，产生多个以规则间距放置的凹入部分；

移除所述光刻胶图案；以及

在多个凹入部分形成微透镜，产生以规则间距放置的微透镜。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过涂覆光刻胶型的有机材料或沉积无机氧化物或氮化物形成所述平坦化层。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述平坦化层中的所述凹入部分的形成中执行灰化工艺。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述滤色层由红色滤色层、绿色滤色层和蓝色滤色层组成。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，形成的所述光刻胶图案在所述红色滤色层、所述绿色滤色层以及所述蓝色滤色层之间的边界部分具有预定宽度。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在形成所述多个凹入部分的同时移除所述光刻胶图案。

13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，形成所述凹入部分分别对应于红色滤色层、绿色滤色层和蓝色滤色层。

14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述形成的凹入部分彼此具有基本上相同的尺寸。

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