CN103066084A - 一种cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
一种cmos图像传感器及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103066084A CN103066084A CN 201210436969 CN201210436969A CN103066084A CN 103066084 A CN103066084 A CN 103066084A CN 201210436969 CN201210436969 CN 201210436969 CN 201210436969 A CN201210436969 A CN 201210436969A CN 103066084 A CN103066084 A CN 103066084A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photodiode
- trench isolation
- image sensor
- semiconductor substrate
- depth
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种CMOS图像传感器，包括形成于半导体衬底上的光电二极管区域，还包括浅槽隔离区域，形成于所述光电二极管区域中；深槽隔离区域，形成于所述光电二极管区域中；其中，所述浅槽隔离区域与所述深槽隔离区域填充透光介质；光电二极管及光电二极管耗尽区，形成于所述光电二极管区域中；以及层间介质层，金属互连线及微透镜，形成于所述半导体衬底上方。本发明还公开了一种CMOS图像传感器的制造方法。本发明省略了滤色层，不仅提高了CMOS图像传感器的灵敏度，同时也降低了加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器领域，特别涉及一种CMOS图像传感器。
背景技术
通常，图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置。图像传感器包括电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器芯片。
CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比具有的低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅用于消费电子领域，例如微型数码相机（DSC），手机摄像头，摄像机和数码单反（DSLR）中，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。
对普通的CMOS图像传感器而言，通常使用滤色层（color filter array）的拜亚（Bayer）形式排列来分别得到红，绿，蓝三种颜色，然后通过后续的信号处理来合成最终的图像。这种结构的每个像素单元只对应红，绿，蓝三种颜色中的一种，因此降低了图像传感器的空间分辨率，增加了颜色之间的串扰，同时滤色层的使用增加了入射光到光电二极管感光区的距离，使得传感器灵敏度降低。如图1所示，现有的CMOS图像传感器包括位于半导体衬底100上用于光电转换的光电二极管101，金属互连线105，106和107，用于金属互连线之间隔离的层间介质层108，用于分色的红色滤色层102，绿色滤色层103和蓝色滤色层104，以及用于光线聚焦的微透镜109。每个像素单元只对应红绿蓝三种颜色中的一种，因此降低了图像的空间分辨率，增加了颜色之间的串扰。此外，由于滤色层的使用，使得入射光到达光电二极管表面的距离变大，导致图像传感器的灵敏度降低。同时红绿蓝三色光在光电二极管的耗尽区被收集，由于波长不一样，它们在半导体衬底中的吸收深度是不一样的，波长越长，光线穿透能力也越强，因此会在比较深的位置被吸收。例如蓝光的波长为450纳米，绿 光波长为550纳米，红光波长为650纳米，因此红光的吸收位置最深，蓝光最浅，若使用一种光电二极管来收集三种不同波长的光线，会使得红光这样具有较长波长的颜色的吸收系数较低，而无法实现不同波长光线的收集效率都达到最优。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，无需通过滤色层即可产生彩色图像，有效地降低了工艺成本。
为达成上述目的，本发明提供了一种CMOS图像传感器，包括形成于半导体衬底上的光电二极管区域，还包括：浅槽隔离区域，形成于所述光电二极管区域中；深槽隔离区域，形成于所述光电二极管区域中；其中，所述浅槽隔离区域与所述深槽隔离区域填充透光介质；光电二极管及光电二极管耗尽区，形成于所述光电二极管区域中；以及层间介质层，金属互连线及微透镜，形成于所述半导体衬底上方。
可选的，所述透光介质为二氧化硅。
可选的，所述光电二极管区域还包括掺杂区，所述掺杂区与所述半导体衬底之间构成PN结，以形成所述光电二极管及所述光电二极管耗尽区。
可选的，所述浅槽隔离区域底部至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于绿色光在所述半导体衬底的吸收深度。
可选的，所述深槽隔离区域底部至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于蓝色光在所述半导体衬底的吸收深度。
可选的，所述半导体衬底表面至其下方的所述光电二极管的耗尽区的深度对应于红色光在所述半导体衬底的吸收深度。
本发明进一步提供一种CMOS图像传感器制造方法，包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有光电二极管区域；在所述光电二极管区域光刻和刻蚀浅槽隔离区域；在所述光电二极管区域光刻和刻蚀深槽隔离区域；在所述浅槽隔离区域及所述深槽隔离区域填充透光介质并平坦化；在所述光电二极管区域形成光电二极管及光电二极管耗尽区；以及在所述衬底上方形成层间介质层，金属互连线及微透镜。
可选的，所述透光介质为二氧化硅。
可选的，在所述光电二极管区域形成光电二极管及光电二极管耗尽区的步骤包括:在所述光电二极管区域进行杂质离子注入形成掺杂区，所述掺杂区与所述半导体衬底之间构成PN结，以形成所述光电二极管及所述光电二极管耗尽区。
可选的，所述浅槽隔离区域底部至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于绿色光在所述半导体衬底的吸收深度；所述深槽隔离区域底部至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于蓝色光在所述半导体衬底的吸收深度；可选的，所述半导体衬底表面至其下方的所述光电二极管的耗尽区的深度对应于红色光在所述半导体衬底的吸收深度。
本发明的优点在于，本发明的CMOS图像传感器及制造方法无需进行常规CMOS图像传感器的红绿蓝滤色层的制造工艺步骤，而是直接在光电二极管感光区域上加工微透镜。通过省略滤色层，不仅能够缩短入射光到光电二极管感光区的距离，提高了CMOS图像传感器的灵敏度，同时也降低了加工成本，此外更能够提高不同波长入射光的收集效率；而本发明单一的像素单元就能感应不同波长的入射光，也提高了图像的空间分辨率。
附图说明
图1所示为现有技术中CMOS图像传感器的结构剖视图。
图2所示为本发明的CMOS图像传感器的结构剖视图。
图3-6所示为本发明的CMOS图像传感器制造方法的剖视图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。此外，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
图2是本发明的CMOS图像传感器的结构剖视图。
如图2所示，CMOS图像传感器包括光电二极管区域（图未示），形成在衬底200上。光电二极管区域包括浅槽隔离区域203，深槽隔离区域204，光电二极管201以及光电二极管耗尽区202。其中，深槽隔离区域204的深度较浅槽隔离区域203深，且浅槽隔离区域203和深槽隔离区域204中填充有透光介质，较佳的，透光介质为二氧化硅。光电二极管201和光电二极管耗尽区202是在光电二极管区域中除浅槽隔离区域203和深槽隔离区域204以外的部分，形成方法为在光电二极管区域进行杂质离子注入及退火工艺等常规工艺来完成，包括在光电二极管区域进行杂质离子注入形成掺杂区，掺杂区与半导体衬底200之间构成PN结，以形成光电二极管201及光电二极管耗尽区202。光电二极管201及光电二极管耗尽区202的形成方法为本领域技术人员所熟知，在此不作详述。值得注意的是，由于浅槽隔离区域203和深槽隔离区域204的存在，光电二极管201被划分为红色感光区，绿色感光区和蓝色感光区三个部分。其中，绿色感光区为从浅槽隔离区域203底部至其下方的光电二极管耗尽区202；蓝色感光区为从深槽隔离区域204底部至其下方的光电二极管耗尽区202；红色感光区为其余部分的光电二极管201，也即是从半导体衬底200表面至其下方的光电二极管耗尽区202。显而易见，红色感光区是光电二极管耗尽区200至半导体衬底表面最远的区域，其深度最大，因此波长最长的红光可以通过此部分收集，经过光电二极管201可实现光电转换，形成电子；而对于绿色感光区，由于浅槽隔离区域203中填充的是二氧化硅等透光材料，其对于入射光而言是透明的，入射光将穿过浅槽隔离区域203进入绿色感光区而不会被浅槽隔离区域203所收集，因此入射光在半导体衬底200的吸收深度为从浅槽隔离区域203底部至光电二极管耗尽区202的深度，也即是说，波长居中的绿色光可通过绿色感光区被收集；同样的，对于蓝色感光区而言，由于深槽隔离区域204内填充有二氧化硅等透光材料，入射光的吸收深度为从深槽隔离区域204底部至光电二极管耗尽区202的深度，由于深槽隔离区域204较浅槽隔离区域203为深，蓝色感光区的深度最小，因此可用于收集波长最短的蓝色光。由此，本发明的CMOS图像传感器通过填充有透光介质的浅槽隔离区域203和深槽隔离区域204，将收集入射光的光电二极管201划分成具有不同吸收深度的红色感光区，绿色感光 区和蓝色感光区三个部分，以分别对应收集不同波长的红色光，绿色光和蓝色光。
此外，CMOS图像传感器还包括金属互连线205，206和207，用于金属互连线之间隔离的层间介质层208，以及用于光线聚焦的微透镜209，形成于光电二极管区域上方。由此可见，本发明的CMOS图像传感器省略了滤色层，能有效降低工艺成本，提高灵敏度。
下面将参照图3至图6描述本发明的用于制造上述CMOS图像传感器的方法。
请参考图3，首先，提供半导体衬底200，其中半导体衬底200具有光电二极管区域（图未示）；接着在该光电二极管区域光刻和刻蚀出浅槽隔离区203，光刻和刻蚀工艺为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。
其次，请参考图4，在光电二极管区域光刻和刻蚀出深槽隔离区域204，深槽隔离区域204的深度比浅槽隔离区域203深，且在本实施例中，深槽隔离区域204与浅槽隔离区域203相邻。
接着，如图5所示，在浅槽隔离区域203以及深槽隔离区域204中填充透光介质并平坦化，较佳的，透光介质为二氧化硅，平坦化的方法为化学机械抛光。由于浅槽隔离区域203和深槽隔离区域204中填充的是透光介质，对于入射光而言是透明的，因此入射光进入浅槽隔离区域203和深槽隔离区域204时不会被收集。
再次，如图6所示，在光电二极管区域形成光电二极管及光电二极管耗尽区。形成方法为通过进行杂质离子注入及退火工艺等常规工艺来完成，包括在光电二极管区域进行杂质离子注入形成掺杂区，掺杂区与半导体衬底200之间构成PN结，以形成光电二极管201及光电二极管耗尽区202。光电二极管201及光电二极管耗尽区202的形成方法为本领域技术人员所熟知，在此不作详述。
最后，利用常规工艺在衬底上方形成层间介质层，金属互连线以及微透镜，最终形成如图2所示包含后道互连结构的像素单元。
值得注意的是，因为浅槽隔离区域203和深槽隔离区域204的存在，将光电二极管201划分为红色感光区，绿色感光区和蓝色感光区三个部分，如图2所示，绿色感光区为从浅槽隔离区域203底部至其下方的光电二极管耗尽区202； 蓝色感光区为从深槽隔离区域204底部至其下方的光电二极管耗尽区202；红色感光区为其余部分的光电二极管201，也即是从半导体衬底200表面至其下方的光电二极管耗尽区202。由此可知，红色感光区是光电二极管耗尽区200至半导体衬底表面最远的区域，其深度最大，因此波长最长的红光可以通过此部分收集，经过光电二极管201实现光电转换，形成电子；而对于绿色感光区，由于浅槽隔离区域203中填充有二氧化硅等透光材料，入射光将穿过浅槽隔离区域203进入绿色感光区而不会被浅槽隔离区域203所收集，因此入射光在半导体衬底200的吸收深度为从浅槽隔离区域203底部至光电二极管耗尽区202的深度，也即是说，波长居中的绿色光可通过绿色感光区被收集；同样的，对于蓝色感光区而言，由于深槽隔离区域204内填充有二氧化硅等透光材料，入射光的吸收深度为从深槽隔离区域204底部至光电二极管耗尽区202的深度，由于深槽隔离区域204的深度较浅槽隔离区域203为深，也就是蓝色感光区的深度最小，因此可用于收集波长最短的蓝色光。由此，本发明的CMOS图像传感器通过填充有透光介质的浅槽隔离区域203和深槽隔离区域204，将光电二极管201划分为具有不同吸收深度的红色感光区，绿色感光区和蓝色感光区三个部分，以分别对应收集不同波长的红色光，绿色光和蓝色光。
综上所述，本发明CMOS图像传感器及制造方法通过在光电二极管感光区域中形成浅槽隔离区域和深槽隔离区域，使得像素单元能够收集不同波长的入射光，由此在后道工艺中无需进行常规CMOS图像传感器的红绿蓝滤色层的制造工艺步骤，而可直接在光电二极管感光区域上加工微透镜。如此一来，不仅能够降低了加工成本，滤色层的省略也能够缩短入射光到光电二极管感光区的距离，以提高CMOS图像传感器的灵敏度，此外更可提高不同波长入射光的收集效率。此外，根据本发明的技术方案，单一的像素单元就能感应不同波长的入射光，也提高了图像的空间分辨率。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (10)
1.一种CMOS图像传感器，包括形成于半导体衬底上的光电二极管区域，其特征在于，还包括：
浅槽隔离区域，形成于所述光电二极管区域中；
深槽隔离区域，形成于所述光电二极管区域中；其中，所述浅槽隔离区域与所述深槽隔离区域填充透光介质；
光电二极管及光电二极管耗尽区，形成于所述光电二极管区域中；以及
层间介质层，金属互连线及微透镜，形成于所述半导体衬底上方。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述透光介质为二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述光电二极管区域还包括掺杂区，所述掺杂区与所述半导体衬底之间构成PN结，以形成所述光电二极管及所述光电二极管耗尽区；
4.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述浅槽隔离区域底部至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于绿色光在所述半导体衬底的吸收深度。
5.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述深槽隔离区域底部至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于蓝色光在所述半导体衬底的吸收深度。
6.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述半导体衬底表面至其下方的所述光电二极管的耗尽区的深度对应于红色光在所述半导体衬底的吸收深度。
7.一种CMOS图像传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供半导体衬底，所述半导体衬底具有光电二极管区域；
在所述光电二极管区域光刻和刻蚀浅槽隔离区域；
在所述光电二极管区域光刻和刻蚀深槽隔离区域；
在所述浅槽隔离区域及所述深槽隔离区域填充透光介质并平坦化；
在所述光电二极管区域形成光电二极管及光电二极管耗尽区；以及
在所述衬底上方形成层间介质层，金属互连线及微透镜。
8.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器的制造方法，其特征在于，所述透光介质为二氧化硅。
9.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器的制造方法，其特征在于，在所述光电二极管区域形成光电二极管及光电二极管耗尽区的步骤包括:在所述光电二极管区域进行杂质离子注入形成掺杂区，所述掺杂区与所述半导体衬底之间构成PN结，以形成所述光电二极管及所述光电二极管耗尽区。
10.根据权利要求9所述的CMOS图像传感器的制造方法，其特征在于，所述浅槽隔离区域底部至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于绿色光在所述半导体衬底的吸收深度；所述深槽隔离区域底部至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于蓝色光在所述半导体衬底的吸收深度；所述半导体衬底表面至其下方的所述光电二极管耗尽区的深度对应于红色光在所述半导体衬底的吸收深度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210436969.4A CN103066084B (zh) | 2012-11-05 | 2012-11-05 | 一种cmos图像传感器及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210436969.4A CN103066084B (zh) | 2012-11-05 | 2012-11-05 | 一种cmos图像传感器及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103066084A true CN103066084A (zh) | 2013-04-24 |
| CN103066084B CN103066084B (zh) | 2017-11-07 |
Family
ID=48108634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210436969.4A Active CN103066084B (zh) | 2012-11-05 | 2012-11-05 | 一种cmos图像传感器及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103066084B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103364926A (zh) * | 2013-07-15 | 2013-10-23 | 南昌欧菲光电技术有限公司 | 阵列式镜头模组 |
| CN103442185B (zh) * | 2013-09-02 | 2018-06-22 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种cmos图像像素阵列 |
| CN108281449A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-13 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
| CN112885863A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-01 | 华虹半导体(无锡)有限公司 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
| CN112885860A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-01 | 华虹半导体(无锡)有限公司 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
| TWI812983B (zh) * | 2020-08-13 | 2023-08-21 | 美商豪威科技股份有限公司 | 用於ｃｍｏｓ影像感測器、成像系統、及用於提供像素單元之方法之單元深溝槽隔離金字塔結構 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100710207B1 (ko) * | 2005-09-22 | 2007-04-20 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서의 제조방법 |
| CN102723349B (zh) * | 2012-06-26 | 2015-01-21 | 中国科学院上海高等研究院 | 带有隔离层的cmos图像传感器及其制作方法 |
-
2012
- 2012-11-05 CN CN201210436969.4A patent/CN103066084B/zh active Active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103364926A (zh) * | 2013-07-15 | 2013-10-23 | 南昌欧菲光电技术有限公司 | 阵列式镜头模组 |
| CN103442185B (zh) * | 2013-09-02 | 2018-06-22 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种cmos图像像素阵列 |
| CN108281449A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-13 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
| TWI812983B (zh) * | 2020-08-13 | 2023-08-21 | 美商豪威科技股份有限公司 | 用於ｃｍｏｓ影像感測器、成像系統、及用於提供像素單元之方法之單元深溝槽隔離金字塔結構 |
| CN112885863A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-01 | 华虹半导体(无锡)有限公司 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
| CN112885860A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-01 | 华虹半导体(无锡)有限公司 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
| CN112885863B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-08-16 | 华虹半导体(无锡)有限公司 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
| CN112885860B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-08-16 | 华虹半导体(无锡)有限公司 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103066084B (zh) | 2017-11-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11264423B2 (en) | Solid-state imaging device having improved light-collection, method of manufacturing the same, and electronic apparatus | |
| CN104871527B (zh) | 包括具有提高的光谱特性的红外像素的cmos图像传感器及其制造方法 | |
| US9136298B2 (en) | Mechanisms for forming image-sensor device with deep-trench isolation structure | |
| CN102804379B (zh) | 双面图像传感器 | |
| JP4418443B2 (ja) | 半導体感光デバイス用イメージセンサー及びこれを用いたイメージセンサー処理装置。 | |
| US7208811B2 (en) | Photo-detecting device | |
| JP2009059824A (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器 | |
| US20130149807A1 (en) | Backside Illuminated CMOS Image Sensor | |
| CN103066084A (zh) | 一种cmos图像传感器及其制造方法 | |
| CN101459185A (zh) | 光电二极管、图像感测装置及图像传感器 | |
| CN107154414B (zh) | 背照式cmos图像传感器及其制作方法 | |
| US20210193706A1 (en) | Image sensor and method of fabricating same | |
| CN105428379B (zh) | 提高背照式红外图像传感器性能的方法 | |
| CN104934453A (zh) | 固体摄像装置 | |
| CN111129053A (zh) | 一种cmos图像传感器像素单元结构和形成方法 | |
| KR101305456B1 (ko) | 칼라 마이크로 렌즈를 구비한 cmos 이미지센서 및 그 제조방법 | |
| CN104079903A (zh) | 高动态范围的彩色及灰度图像传感器 | |
| CN102569327B (zh) | 内置菲涅耳透镜的图像传感器及其制造方法 | |
| CN107507842B (zh) | 优化cmos图像传感器晶体管结构的方法 | |
| US9653506B2 (en) | Image sensor and method for fabricating the same | |
| CN115513230A (zh) | 图像传感器及其制作方法 | |
| US8652868B2 (en) | Implanting method for forming photodiode | |
| KR20020048716A (ko) | 기판 뒷면에 반사층을 구비하는 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| KR20020057277A (ko) | 이중 렌즈를 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| CN109494233A (zh) | 背照式图像传感器及其形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |