CN1770463A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种CMOS图像传感器及其制造方法，通过给予滤色器层以微透镜层的功能来改善光敏性。CMOS图像传感器包括：半导体衬底；形成在半导体衬底中的多个光敏元件；以及滤色器层，包括多个用于根据波长过滤光的滤色器，其中多个滤色器对应多个感光元件并且各滤色器具有用于根据对应的波长聚焦光并传输所聚焦的光的预定曲率。

Description

CMOS图像传感器及其制造方法
相关申请及其交叉参考
本申请要求于2004年10月18日提交的韩国专利申请第10-2004-0083062号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种CMOS图像传感器，更具体地，涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法。CMOS图像传感器通过提供具有微透镜功能的滤色器层以及通过除去对微透镜光刻胶层的需求来改善光敏性。
背景技术
图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的半导体器件，并且可被大致地分类为电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。CMOS图像传感器包括用于接收光的光敏元件和用户将所接收的光转换成电信号的逻辑电路。为了改善光敏性，应当改善CMOS图像传感器的填充因数(fill factor)。也就是，应当相对于整个CMOS图像传感器的总面积增加由光敏元件占据的面积。由于CMOS图像传感器本身具有有限的大小，因此对于增加光敏元件区域有限制。
可选地，通过将入射光集中或聚焦到光敏元件上可以有效地改善光敏性。在光敏元件区域之外的CMOS图像传感器上的入射光被改变方向照射到光敏元件上。在相关技术中为了实现这一点，提供了对应于光敏元件的微透镜。该微透镜典型地位于滤色器阵列上。
如图1所示，根据相关技术的CMOS图像传感器包括：半导体衬底10；绝缘中间层11；滤色器层12，形成在绝缘中间层11上；平面层13，形成在滤色器层12上；以及多个微透镜14，形成在平面层13上。半导体衬底10包括金属线的下层(未示出)，其根据入射光的数量与多个产生电荷的光电二极管相互连接。此外，下层的整个表面被绝缘中间层11覆盖。
滤色器层12包括红色、绿色、和蓝色图样的阵列，用于根据波长或颜色过滤光。每个微透镜14形成为具有预定曲率和高度的凸形，用于通过滤色器层12的图样之一将光聚焦到对应的光电二极管上。一般地，微透镜14由基于聚合体的树脂(典型地，光刻胶)形成，并且可以通过沉积、形成图样和回流处理完全地形成。微透镜形成和滤色器阵列形成的处理与CMOS图像传感器的颜色特性相关。
在上述的制造CMOS图像传感器的方法中，在形成包括多个透镜形成块的基本透镜阵列图样后，通过回流给予透镜图样的各块以预定曲率。各透镜形成块具有矩形截面并以固定间隔分开。然而，在回流处理中，难以保持透镜之间的适当间距。此外，由于用于形成微透镜的材料(例如，光刻胶)的特性，入射光的一些能量在传输到下层的过程中损失或衰减。光损失的数量随波长变化。也就是，大约有2-5％的光没有被微透镜材料传输。因此，就降低了图像传感器的光敏性。
发明内容
因此，本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法，其能够基本上消除由于相关技术的局限性和缺陷而导致的一个或多个问题。
本发明的一个优点在于提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能够通过给予滤色器层以微透镜层的功能来改善光敏性。
本发明的另一个优点在于提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其简化了图像传感器的制造。
本发明的另一个优点在于提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其防止了可归因于微透镜光刻胶层的光能损失。
本发明的另一个优点在于提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能够降低器件的总高度。
本发明的其他优点、目的和特征将作为说明书的一部分随后阐述，在本领域技术人员分析以下内容的基础上变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了实现这些优点和其它优点，并根据本发明的目的，如本文中所体现和概括描述的，提供了一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底；多个感光元件，形成在半导体衬底中；以及滤色器层，包括多个滤色器，用于根据波长过滤光，其中，多个滤色器对应于多个感光元件并且各滤色器具有用于根据对应的波长聚焦光并传输聚焦光的预定曲率。
在本发明的另一方面中，提供了一种包括由有色抗蚀剂制成的微透镜层的CMOS图像传感器。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于制造CMOS图像传感器的方法。该方法包括：形成滤色器层，该层包括用于根据波长过滤光的多个滤色器，其中多个滤色器对应于形成在半导体衬底上的多个感光元件；在滤色器层上形成用于微透镜形成的牺牲层；使牺牲层形成图样，以形成对应于多个滤色器的多个透镜形成块；回流形成图样的牺牲层以给予各透镜形成块以预定曲率；并通过蚀刻形成图样的牺牲层和滤色器层以完全去除形成图样的牺牲层，来给予多个滤色器中的各滤色器以对应于透镜形成块的预定曲率的期望预定曲率。
本发明涉及CMOS图像传感器制造中的滤色器阵列处理和微透镜形成处理。本发明克服了当使用光刻胶作为微透镜材料时发生的光能损失的问题。在根据本发明的CMOS图像传感器中，滤色器层或阵列的滤色器或图样的每个均具有通过湿蚀刻形成的预定曲率，使得滤色器层同样能起到聚焦光的作用。也就是，滤色器层的每个单独的滤色器均被给予预定曲率并因此除了执行光分离之外还起到透镜的功能。由于滤色器层形成为多个透镜的图样，因此可以使用单一层聚焦光并根据波长有选择地传输光。因此，提高了光透射率。
本发明的CMOS图像传感器包括由用于形成滤色器阵列的各个图样的材料(即，红色、绿色和蓝色的有色抗蚀剂)制成的微透镜层，因此传统微透镜层的聚焦功能被给予滤色器层。由于滤色器层的各透镜状的滤色器具有用于根据对应的波长聚焦光的期望预定曲率，没有必要形成用于聚焦通过滤色器层的各个滤色器的光的附加层。也就是，无需在滤色器层上形成微透镜光刻胶层。因此，完全防止了由微透镜光刻胶层引起的任何潜在光能损失。
应该了解，前面的概括描述以及随后的详细描述均是示范性和说明性的，目的在于进一步地说明权利要求中的本发明。
附图说明
附图提供了对本发明的进一步理解，其被结合于此并构成说明书的一部分，描述了本发明的实施例并与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据相关技术的CMOS图像传感器的横截面视图；
图2是根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的处理的流程图；以及
图3A-3E是根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的处理的横截面视图。
具体实施方式
以下将详细描述附图所描述的本发明的实施例。任何可能的情况下，附图中将使用相同的参考标号来表示相同或相似的部件。
参照图2，根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的处理步骤包括：形成多个感光元件(例如，光电二极管)的下层以及CMOS逻辑电路(S1)；形成绝缘中间层以保护下层(S2)；形成包括滤色器阵列的滤色器层(S3)；可选地在滤色器层上形成平面层(S4)；沉积并图样化牺牲层，用于微透镜形成(S5)；通过回流形成图样的牺牲层形成多个微透镜(S6)；以及执行湿蚀刻以将预定曲率传递到滤色器层(S7)。
图3A-3E示出了根据本发明的用于制造CMOS图像传感器的方法。
参照图3A，在半导体衬底40中形成下层(未示出)并形成绝缘中间层41以保护下层。在绝缘中间层上形成用于保护装置免受湿气和磨损的平面化的钝化层(未示出)。通过用有色的抗蚀剂层顺序涂覆钝化层形成滤色器层42，其中各个层对应于红色、绿色和蓝色的各个颜色。然后使有色抗蚀剂的各个层形成图样，以形成用于根据波长过滤光的多个滤色器。半导体衬底40的下层包括多个光电二极管(其可以是多个光栅的形式)，用于根据入射光的数量产生电荷。半导体衬底40的下层还包括：金属布线层，用于与光电二极管相互连接；以及CMOS逻辑电路(未示出)，用于检测电荷并根据由光电二极管接收的光信号输出图像信号。形成滤色器层42的滤色器以对应于光电二极管的排列。绝缘中间层41可以形成为覆盖下层的整个表面的多层结构。绝缘中间层41可以包括：第一绝缘中间层，形成于半导体衬底的整个表面上；遮光层，形成在第一绝缘层上，用于阻止光到达光电二极管之外的部分；以及第二绝缘中间层，形成在遮光层上。
参照图3B，平面层43形成在滤色器层42上。平面层43提供用于形成透镜层的表面并控制聚焦距离。
参照图3C，形成用于透镜形成的牺牲层(未示出)并选择性地使之形成图样以形成多个透镜形成块，其中各块具有矩形截面并以固定或规则间隔分开。这形成了牺牲层图样(未示出)，其经历回流处理以形成透镜状的牺牲层44，其中各透镜结构被给予预定曲率。可以根据相对于牺牲层图样执行的热处理，用具有回流特性的光刻胶材料形成牺牲层。滤色器层42本身可以平面化并且牺牲层可以形成在没有平面层43的平面化滤色器层上。
参照图3D，对透镜状的牺牲层44执行诸如湿蚀刻的各向同性蚀刻处理。
参照图3E，作为湿蚀刻处理的结果，透镜状牺牲层44的预定曲率被直接传递给下面的滤色器层42，从而形成包括透镜状滤色器45a、45b、和45c的透镜状滤色器层。在执行湿蚀刻处理中，透镜状牺牲层44和平面层43(如果使用)完全被去除。
在根据本发明的CMOS图像传感器及其制造方法中，滤色器层的各滤色器具有用于聚焦入射光的预定曲率。入射光还被传输到对应的光电二极管上，并根据波长被滤色器层过滤。因此，光在没有由于微透镜光刻胶层而造成损失的情况下被传输。由于在根据本发明的CMOS图像传感器中滤色器层起到微透镜的作用，因此在本发明中消除了损失。因此，提高了光的透射率。
在本发明的示例性实施例中，形成预定曲率的牺牲层图样的湿蚀刻处理被用于在滤色器层中形成相同的预定曲率。还可以通过直接使用于形成滤色器层的有色抗蚀剂形成图样，然后回流形成图样的有色抗蚀剂，在不形成牺牲层的情况下实现滤色器层中的预定曲率。
通过采用根据本发明的CMOS图像传感器及其制造方法，没有在滤色器层上形成造成光传输能量损失的微透镜层，因此可以获得在光电二极管上聚焦的最大光量。从而，改善了器件的光敏性。因此，根据本发明，没有必要形成用于聚焦通过滤色器层的各个滤色器的光的附加层。特别地，没有必要在滤色层上形成微透镜光刻胶层。因此，避免了由于微透镜光刻胶层的存在而引起的光能的衰减，并且光在没有由于该层而造成相应损失的情况下被传输。此外，滤色器层的各滤色器在没有形成附加微透镜层的情况下具有期望的预定曲率，因此能够减少器件的总高度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种CMOS图像传感器，包括：
半导体衬底；
多个感光元件，形成在所述半导体衬底中；以及
滤色器层，包括多个滤色器，用于根据波长过滤光，其中，所述多个滤色器对应所述多个感光元件，并且每个滤色器具有用于根据对应的波长聚焦光并传输所述聚焦光的预定曲率。
2.一种CMOS图像传感器，包括：
微透镜层，由有色抗蚀剂制成。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，进一步包括：
绝缘中间层，用于覆盖包括所述多个感光元件的所述半导体衬底，
其中所述滤色器层形成在所述绝缘中间层上。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，以固定间隔设置所述滤色器层的所述滤色器。
5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，平面化所述滤色器层，以接收透镜层。
6.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：
形成包括多个用于根据波长过滤光的滤色器的滤色器层，其中，所述多个滤色器对应于形成在半导体衬底中的多个感光元件；
在所述滤色器层上形成用于微透镜形成的牺牲层；
使所述牺牲层形成图样，以形成对应于所述多个滤色器的多个透镜形成块；
回流所述形成图样的牺牲层，以给予每个透镜形成块以预定曲率；以及
通过蚀刻所述形成图样的牺牲层和滤色器层以完全去除所述形成图样的牺牲层，来给予所述多个滤色器的每个滤色器以对应于所述透镜形成块的所述预定曲率的期望预定曲率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述蚀刻是各向同性蚀刻。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述各向同性蚀刻是湿蚀刻处理。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在形成所述牺牲层之前平面化所述滤色器层。
10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
在形成所述牺牲层之前在所述滤色器层上形成平面层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述蚀刻去除所述平面层。
12.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
形成绝缘中间层，用于覆盖包括所述多个感光元件的所述半导体衬底，
其中，所述滤色器层形成在所述绝缘中间层上。
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