DE102005047127A1 - CMOS-Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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DongbuAnam Semiconductor Inc
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Abstract

Es werden ein CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben, bei dem die Herstellungskosten durch Verringern der Anzahl von Fotolithografieprozessen verringert ist und die Ausbeute durch Vermeiden eines Ausrichtungsproblems zwischen Farbfilterschichten und Mikrolinsen verbessert ist. Bei einer Ausführungsform enthält der CMOS-Bildsensor eine Unterschicht (100), welche mit einem Einheitspixel (beispielsweise einer Fotodiode und verschiedenen Transistoren) versehen ist, eine Planarisierungsschicht (110) auf der Unterschicht (100) und auf der Planarisierungsschicht (110) in konstanten Abständen gebildete Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130).

Description

  • Für diese Anmeldung wird der Vorteil der koreanischen Patentanmeldung Nr. P2004-90795, eingereicht am 9. November 2004, in Anspruch genommen, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen wird, als wäre sie hier vollständig ausgeführt.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bildsensor und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die Erfindung betrifft insbesondere einen komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, bei dem die Herstellungskosten durch Reduzieren von fotolithographischen Prozessen verringert sind und bei dem die Ausbeute durch Umgehen bzw. Vermeiden eines Ausrichtungsproblems zwischen Farbfilterschichten und Mikrolinsen verbessert ist.
  • Erörterung der verwandten Technik
  • Generell stellt ein Bildsensor eine Halbleitervorrichtung dar, die optische Bilder in elektrische Signale umsetzt. Halbleiter-Bildsensoren können in ladungs-gekoppelte Vorrichtungs-(CCD)-Bildsensoren und CMOS-Bildsensoren eingeteilt werden.
  • Der CMOS-Bildsensor enthält einen Fotodiodenbereich zur Lichterfassung und einen CMOS-Logikschaltungsbereich zur Verarbeitung des erfassten Lichtes für die Erzeugung von elekt rischen Signalen. Die Lichtempfindlichkeits-Charakteristiken einer Fotodiode können von den Abmessungen der Fotodiode abhängen. Generell weist der Bildsensor ausgezeichnete Lichtempfindlichkeits-Charakteristiken auf, falls der Lichterfassungsbereich der Diode groß ist.
  • Um die Lichtempfindlichkeit zu steigern bzw. zu verbessern, ist es notwendig, den Füllfaktor bzw. -grad zu erhöhen (das ist der Bereich, der von Diode innerhalb des Gesamtbereichs des Bildsensors eingenommen wird). Alternativ kann es notwendig sein, den Pfad des einfallenden Lichtes zu ändern, welches auf einen anderen Bereich als den der Fotodiode gerichtet sein kann, um das Licht auf der Fotodiode konvergieren zu lassen.
  • Generell wird eine Mikrolinse dazu benutzt, das Licht auf der Fotodiode konvergieren zu lassen. Eine konvexe Mikrolinse aus einem Material mit guten Lichtdurchlass-Charakteristiken ist über der Fotodiode gebildet, um einen Pfad des einfallenden Lichtes zu brechen und um dadurch mehr Licht zu der Fotodiode hin zu übertragen und/oder auf diese abzustrahlen. In diesem Fall wird Licht parallel zu einer Lichtachse der Mikrolinse mittels der Mikrolinse so gebrochen, dass an einer bestimmten Stelle oder längs der Lichtachse ein Brennpunkt gebildet ist.
  • CMOS-Bildsensoren können in Abhängigkeit von der Anzahl der Transistoren pro Einheitspixel oder Fotodiode in einen Drei-Transistor-(3T)-Typ, einen Vier-Transistor-(4T)-Typ und in einen Fünf-Transistor-(5T)-Typ eingeteilt werden. Der CMOS-Bildsensor vom 3T-Typ enthält eine Fotodiode und drei Transistoren. Der CMOS-Bildsensor vom 4T-Typ enthält eine Fotodiode und vier Transistoren. Der CMOS-Bildsensor vom 5T-Typ enthält eine Fotodiode und fünf Transistoren. Ein Ersatzschaltbild und ein Layout eines Einheitspixels des CMOS-Bildsensors vom 3T-Typ werden nunmehr unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
  • 1 veranschaulicht in einem Ersatzschaltbild einen gewöhnlichen CMOS-Bildsensor vom 3T-Typ. 2 veranschaulicht ein Layout eines gewöhnlichen CMOS-Bildsensors vom 3T-Typ. 3 zeigt in einer Schnittansicht den CMOS-Bildsensor gemäß der verwandten Technik.
  • Ein Einheitspixel des CMOS-Bildsensors vom 3T-Typ enthält, wie in 1 veranschaulicht, eine Fotodiode PD und drei NMOS-Transistoren, T1, T2 und T3. Eine Kathode der Fotodiode ist mit einer Drain des ersten NMOS-Transistors T1 und einem Gate des zweiten NMOS-Transistors T2 verbunden. Die Source-Elektroden der ersten und zweiten NMOS-Transistoren T1 und T2 sind mit einer Versorgungsspannungsleitung verbunden, der eine Referenzspannung VR zugeführt wird. Ein Gate des ersten NMOS-Transistors T1 ist mit einer Rücksetzleitung verbunden, der ein Rücksetzsignal RST zugeführt wird. Ferner ist eine Source bzw. Source-Elektrode des dritten NMOS-Transistors T3 mit einer Drain des zweiten NMOS-Transistors T2 verbunden. Die Drain des dritten NMOS-Transistors T3 ist mit einer (nicht dargestellten) Lese- bzw. Erfassungsschaltung über eine Signalleitung verbunden, und das Gate des betreffenden Transistors ist mit einer Lese-Auswahlleitung verbunden, der ein Lese-Auswahlsignal SLCT zugeführt wird. Daher kann der erste NMOS-Transistor T1 als Rücksetz-Transistor Rx bezeichnet werden; der zweite NMOS-Transistor T2 kann als Treiber-Transistor Dx bezeichnet werden und der dritte NMOS-Transistor T3 kann als Auswahl-Transistor Sx bezeichnet werden.
  • In dem Einheitspixel des CMOS-Bildsensors vom 3T-Typ ist, wie in 2 gezeigt, eine Fotodiode 20 in einem breiten Teil eines aktiven Bereichs 10 gebildet, und Gate-Elektroden 30, 40 und 50 der drei Transistoren Rx, Dx bzw. Sx sind den übrigen Teil des aktiven Bereichs 10 überlappend gebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, dass der Rücksetz-Transistor Rx zum Teil durch die Gate-Elektrode 30 festgelegt ist, dass der Treiber-Transistor Dx zum Teil durch die Gate-Elektrode 40 festgelegt ist und dass der Auswahl-Transistor Sx zum Teil durch die Gate-Elektrode 50 festgelegt ist. Verunreinigungs-Fremdionen sind in dem aktiven Bereich 10 des jeweiligen Transistors mit Ausnahme der Bereiche unterhalb der Gate-Elektroden 30, 40 und 50 implantiert, um die Source- und Drain-Bereiche des jeweiligen Transistors Rx, Dx und Sx zu bilden. Eine Versorgungsspannung Vdd wird den Source-Bereichen zwischen dem Rücksetz-Transistor Rx und dem Treiber-Transistor Dx zugeführt. Die Drain des Auswahl-Transistors Sx ist mit einer (nicht dargestellten) Erfassungs- bzw. Leseschaltung verbunden.
  • Die Gate-Elektroden 30, 40 und 50 sind jeweils an einem Ende mit einem Ballen bzw. einer Unterlage versehen, um eine Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Signalleitung von einer entsprechenden (nicht dargestellten) externen Treiberschaltung zu ermöglichen.
  • Nachstehend wird unter Bezug auf 3 ein CMOS-Bildsensor mit Mikrolinsen entsprechend der verwandten Technik beschrieben. 3 veranschaulicht in einer Schnittansicht den CMOS-Bildsensor gemäß der verwandten Technik.
  • Wie in 3 gezeigt, enthält der CMOS-Bildsensor gemäß der verwandten Technik eine Unterschicht (oder ein Substrat) 11 mit Fotodiodenbereichen und Metallleitungen, die in einem (nicht dargestellten) Halbleitersubstrat gebildet sind, um auf einfallendes Licht hin Ladungen zu erzeugen, eine dielektrische Zwischenschicht 12, die auf der gesamten Oberfläche der Unterschicht 11 gebildet ist, Farbfilterschichten 13 von Rot (R), Grün (G) und Blau (B), die auf der dielektrischen Zwischenschicht 12 gebildet sind, um jeweils Licht von bestimmten Wellenlängen zu den Fotodiodenbereichen durchzulassen, eine Planarisierungsschicht 14, die auf den Farbfilterschichten 13 gebildet ist, und konvexe Mikrolinsen 15, die eine bestimmte Krümmung aufweisen und die auf der Planarisierungsschicht 14 gebildet sind, um Licht auf ihr entsprechendes Farbfilter in den Farbfilterschichten 13 konvergieren zu lassen und um dadurch nach Farben getrenntes Licht auf den Fotodiodenbereichen konvergieren zu lassen.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann eine Lichtabschirmungsschicht in der dielektrischen Zwischenschicht 12 gebildet sein, um zu verhindern, dass Licht in einen anderen Bereich als die Fotodiodenbereiche eintritt. Der CMOS-Bildsensor kann anstelle von Fotodioden Foto-Gatter bzw. -Verknüpfungsglieder zur Lichterfassung enthalten.
  • Jede der R-, G-, B-Farbfilterschichten 13 ist unter Verwendung einer gesonderten Maske nach Niederschlagung eines entsprechenden lichtempfindlichen Materials durch einen Fotolithographie-Ätzprozess gebildet.
  • Ferner sind die Krümmung und die Höhe der Mikrolinsen 15 unter Berücksichtigung von verschiedenen Faktoren, wie des Brennpunktes des zur Konvergenz gebrachten Lichtes bestimmt. Zur Bildung der Mikrolinsen 15 wird generell ein Fotolack verwendet. Die Mikrolinsen 15 werden durch Niederschlagungs-, Musterungs- und Aufschmelzprozesse gebildet.
  • Der CMOS-Bildsensor gemäß der verwandten Technik und das Verfahren zu dessen Herstellung weisen jedoch mehrere Probleme auf.
  • Zum Ersten kann mit Rücksicht darauf, dass die Farbfilterschichten unterhalb der Mikrolinsen gebildet sind, ein Fehlausrichtungsproblem beim Betrieb des Bildsensors auftreten, falls die Ausrichtung der Mikrolinsen 15 und der Farbfilterschichten 13 jenseits eines Grenzbereichs liegt, woraus möglicherweise ein Ausfall bei der Anzeige normaler Farbe resultiert.
  • Zum Zweiten sind die Mikrolinsen 15 mit Rücksicht darauf, dass sie durch Aufschmelzen des Fotolacks bei einer Temperatur zwischen 150°C und 200°C gebildet sind, empfindlich ge genüber Veränderungen in der Temperatur und der Dicke des Fotolacks. Derartige Faktoren können zu Ausrichtungsfehlern zwischen den Mikrolinsen 15 und den Farbfilterschichten 13 führen und dadurch die Ausbeute verringern.
  • Schließlich ist mit Rücksicht darauf, dass die Farbfilterschichten 13 und die Mikrolinsen 15 jeweils durch gesonderte Fotolithographieprozesse gebildet sind, die Anzahl der Fotolithographieprozesse erhöht. Dies steigert die Herstellungskosten.
    •
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Demgemäß ist die vorliegende Erfindung auf einen CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung gerichtet, wobei der betreffenden CMOS-Bildsensor und das Verfahren zu dessen Herstellung eines oder mehrere Probleme aufgrund von Beschränkungen und Nachteilen der verwandten Technik im wesentlichen vermeiden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, bei dem die Herstellungskosten durch Reduzieren der Fotolithographieprozesse verringert sind und bei dem die Ausbeute dadurch verbessert ist, dass ein Ausrichtungsproblem zwischen Farbfilterschichten und Mikrolinsen vermieden ist.
  • Weitere Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden zumindest zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt, und sie werden zum Teil für Durchschnittsfachleute auf eine Überprüfung des Folgenden ersichtlich werden oder sie können aus der praktischen Umsetzung der Erfindung erfahren werden. Die Aufgaben und weitere Vorteile der Erfindung können durch die Struktur bzw. den Aufbau realisiert und erzielt werden, die bzw. der insbesondere in der Beschreibung und den Patent ansprüchen sowie in den beigefügten Zeichnungen besonders ausgeführt ist.
  • Um diese Aufgaben zu lösen bzw. um diese Ziele und weitere Vorteile in Übereinstimmung mit dem Zweck der Erfindung zu erreichen, wie sie hier verkörpert und in weitem Umfang beschrieben wird, umfasst ein CMOS-Bildsensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Unterschicht mit einer Fotodiode und einer Vielzahl von Transistoren, eine Planarisierungsschicht auf der Unterschicht und einheitliche Mikrolinsen-Farbfilterstrukturen auf der Planarisierungsschicht in konstanten Abständen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors die Bildung einer Planarisierungsschicht auf einer gesamten Oberfläche einer Unterschicht, die mit einer Fotodiode und einer Vielzahl von Transistoren versehen ist, die Bildung einer Vielzahl von Farbfilterschichten auf der Planarisierungsschicht in konstanten Abständen und die Bildung von Mikrolinsen aus den Farbfilterschichten durch Aufschmelzen der Farbfilterschichten.
  • Es dürfte einzusehen sein, dass sowohl die vorstehende generelle Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft und erläuternd sind und dazu dienen, für eine weitere Erläuterung der Erfindung, wie sie beansprucht wird, zu sorgen.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die beigefügten Zeichnungen, die beigeschlossen sind, um für ein weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen, und die einbezogen sind und einen Teil dieser Anmeldung bilden, veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel bzw. Ausführungsbeispiele der Erfindung, und sie dienen zusammen mit der Be schreibung dazu, das Prinzip der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Ersatzschaltbild, welches einen gewöhnlichen CMOS-Bildsensor von 3T-Typ veranschaulicht,
  • 2 ein Layout, welches einen gewöhnlichen CMOS-Bildsensor des 3T-Typs veranschaulicht,
  • 3 eine Schnittansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß der verwandten Technik,
  • 4 eine Schnittansicht, die einen CMOS-Bildsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und
  • 5A und
  • 5B Schnittansichten, die Prozess-Schritte zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Nunmehr wird auf Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. wo immer möglich, werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet, um auf dieselben oder entsprechende Einzelteile Bezug zu nehmen.
  • 4 zeigt eine Schnittansicht eines CMOS-Bildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 4 veranschaulicht, umfasst der CMOS-Bildsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Planarisierungsschicht 110, die auf einer gesamten Oberfläche einer Unterschicht 100 gebildet ist, und eine Vielzahl von Mikrolinsen 130, die in im Wesentlichen konstanten Abständen auf der Planarisierungsschicht 110 gebildet sind und eine Farbfilterfunktion aufweisen oder diese bereitstellen. Die Unterschicht 100 ist mit einem (nicht dargestellten) Ein heitspixel versehen, der (i) einen Lichtaufnahmebereich, wie eine Fotodiode und (ii) eine CMOS-Logik enthält, wie die verschiedenen Transistoren, die oben beschrieben worden sind (beispielsweise Rx, Dx und Sx in 1 und 2). Die Fotodioden können durch andere Lichtwandler, wie Foto-Gatter bzw. -Verknüpfungsglieder ersetzt sein. Der Einheitspixel kann irgendeine Verknüpfungsschaltung aus einer Vielzahl von CMOS-Verknüpfungsschaltungen enthalten, beispielsweise der 3T-, 4T-, 5T-Typen.
  • Die Mikrolinsen-Farbfilterstrukturen 130 können als Farbfilterschichten R, G und B oder als Farbfilterschichten in anderen Farbsystemen dienen, wie bei Gelb, Magenta und Cyan.
  • Die 5A und 5B veranschaulichen in Schnittansichten Prozessschritte zur Herstellung des CMOS-Bildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 5A veranschaulicht, ist eine Planarisierungsschicht 110 auf einer gesamten Oberfläche einer Unterschicht 100 gebildet, die mit einem Lichtempfangs- bzw. Lichtaufnahmebereich, wie einer Fotodiode und verschiedenen Transistoren versehen ist, um einen (nicht dargestellten) Einheitspixel zu bilden. Eine Reihe bzw. eine Matrix von Einheitspixeln (nicht dargestellt) kann auf und/oder in der Unterschicht 100 gebildet sein.
  • Die Planarisierungsschicht 110 kann beispielsweise durch ein CVD-Verfahren (chemische Dampfniederschlagung) gebildet sein. Die Oberfläche der Planarisierungsschicht 110 kann beispielsweise mittels eines CMP-Verfahrens (chemisch-mechanisches Polieren), Aufschmelzen, Rückätzen, etc. planarisiert bzw. eben gemacht sein. Die Planarisierung kann ausgeführt werden, um Änderungen in der Überzugdicke und/oder Schichthöhe (beispielsweise vom Fotosensor) zu entfernen, die zu Leistungs- bzw. Betriebsproblemen führen können (beispielsweise zu einer Verfärbung, die durch die variierende Topographie einer unte ren Schicht hervorgerufen wird). Die Dicken- und/oder Höhenvariationen können Intensitätsvariationen in der übertragenen Strahlung hervorrufen, um unvorhersagbare Fotodiodenantworten hervorzurufen, wodurch die Produktleistung herabgesetzt ist.
  • Auf der Planarisierungsschicht 110 sind Farbfilterschichten 120, beispielsweise R, G und B, aufeinander folgend gebildet. Die Farbfilter 120 sind generell in Entsprechung oder Ausrichtung zu den Einheitspixeln gebildet (die nicht dargestellt sind, allerdings sich generell in einem darunter liegenden Bereich der Unterschicht 100 befinden); die betreffenden Einheitspixel sind dabei so konfiguriert bzw. gestaltet, dass sie die Beleuchtung aufnehmen, die durch die Farbfilter 120 abgestrahlt wird. Jede der Farbfilterschichten 120 kann eine Dicke von 1μm bis 5μm aufweisen und dadurch gebildet sein, dass ein entsprechendes Fotolackmaterial niedergeschlagen wird und dass das Fotolackmaterial durch einen Fotoätzprozess unter Verwendung einer gesonderten Maske (generell für jede Farbfilterschicht) gemustert wird. Die Farbfilterschichten 120 dienen jeweils zur Filterung von Licht in Abhängigkeit von den Wellenlängen-Absorptions-/-Übertragungscharakteristiken der jeweiligen Farbfilterschicht.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die Farbfilterschichten 120 dadurch gebildet sein, dass zuerst eine (nicht dargestellte) Oxid-Opferschicht auf der Planarisierungsschicht 110 gebildet wird, beispielsweise durch eine Auskleidungs-Niederschlagung (beispielsweise durch eine einen CVD-Prozess, wie einen PE-CVD- oder HDP-CVD-Prozess von Silizium-Quellen, wie TEOS oder Silan (SiH4), und Sauerstoffquellen, wie Ozon (O3) oder Sauerstoff (O2)), wie dies in der Technik bekannt ist. Dieser Prozess ist in weiteren Einzelheiten in der US-Anmeldung Nr. 11/..(Anwaltsakte Nr. OPP-GZ-2005-0074-US-00), eingereicht am 16. August 2005 beschrieben, wobei die relevanten Teile dieser Anmeldung hier durch Bezugnahme einbezogen werden; der betreffende Prozess kann in vorteilhafter Weise in Fällen ausgeführt werden, in denen die Planarisierungsschicht 110 ein Material enthält, welches eine niedrigere Ätzrate aufweist als die Oxid-Opferschicht.
  • Nachdem die (nicht dargestellte) Oxidschicht auf der Planarisierungsschicht 110 gebildet ist, wird darauf ein (nicht dargestellter) Fotolacküberzug aufgebracht. Sodann wird ein Belichtungs- und Entwicklungsprozess ausgeführt. Unter Verwendung des Fotolackmusters als Ätzmaske wird die (nicht dargestellte) Oxidschicht geätzt, wodurch die Oxidschicht ein bestimmtes Muster aufweist oder mit diesem versehen ist. Die gemusterte Oxidschicht kann durch einen selektiven Ätzprozess nach Abschluss der Bildung der Farbfilterschicht 120 leicht entfernt werden.
  • Ist die (nicht dargestellte) Oxidschicht gemustert, wird ein Fotolack (nicht dargestellt) für ein Blau-Farbfilter in einer oder mehreren Öffnungen der gemusterten Oxidschicht aufgebracht oder niedergeschlagen, die Bereiche der Planarisierungsschicht 110 freilegt. Ein Belichtungs- und Entwicklungsprozess (und optional ein Planarisierungsprozess) werden auf dem Blau-Farbfilter-Fotolack ausgeführt, um dadurch ein blaues Fotolackmuster zu bilden, welches als eine der Farbfilterschichten 120 festgelegt ist.
  • Diese Prozedur wird für die anderen Farbfilter, beispielsweise Rot und Grün, wiederholt. Somit werden auf bzw. in den freigelegten Bereichen der Planarisierungsschicht 110 und in den Öffnungen der (nicht dargestellten) gemusterten Oxidschicht Fotolacke für Blau-, Rot- und Grün-Farbfilter gebildet. Danach wird die gemusterte Oxidschicht (nicht dargestellt) entfernt.
  • Alternativ werden die individuellen Farbfilter (zum Beispiel Rot, Grün und Blau oder Gelb, Magenta und Cyan) jeweils zu einem Zeitpunkt durch konventionelle Fotolithographie und Entwicklung oder Ätzung direkt auf der Planarschicht 110 ohne die Verwendung einer Opferschicht gebildet. Selbstverständ lich kann die Reihenfolge der Herstellung der Farbfilter und der Farben und der Farbsysteme selbst von einer Ausführungsform zur nächsten geändert werden.
  • Wie in 5B dargestellt, werden bzw. sind die Mikrolinsen 130 für die einheitlichen Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen durch Aufschmelzen der Farbfilterschichten 120 gebildet, die auf der Planarisierungsschicht 110 gebildet sind. Die Aufschmelztemperatur kann zwischen 100°C und 250°C liegen; sie liegt jedoch vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 150°C und 200°C. In der Praxis können die tatsächliche Aufschmelztemperatur oder der tatsächliche Aufschmelztemperaturbereich von einer Anzahl von Variablen (beispielsweise von dem verwendeten besonderen Material, der gewünschten Linsenform etc.) abhängen, die Durchschnittsfachleuten bekannt sind. Eine Reihe bzw. Matrix von Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen kann auf der Planarisierungsschicht 110 in Ausrichtung zu einer Reihe bzw. Matrix von Einheitspixeln auf der Unterschicht 100 gebildet sein. Bei einigen Ausführungsformen werden bzw. sind die Mikrolinsen 130 gesondert in einer solchen Weise gebildet, dass sie voneinander in Abstand vorgesehen sind. Der Abstand kann von einer Ausführungsform zur nächsten variieren, bis herab zu einem Null-Abstand. Der Abstand hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, die eine Ausrichtung mit bzw. zu (nicht dargestellten) darunter liegenden Bildsensorelementen umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Abstand durch im wesentlichen konstante Intervalle gegeben sein.
  • Wie oben beschrieben, weisen der CMOS-Bildsensor und das Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile auf.
  • Da die Farbfilterschichten und die Mikrolinsen in einem einzigen Körper gebildet sind, ist es möglich, eine Fehlausrichtung zwischen den Farbfilterschichten und den Mikrolinsen zu minimieren, wodurch die Ausbeute gesteigert wird.
  • Da die Mikrolinsen durch Aufschmelzen der Farbfilterschichten gebildet sind, können überdies die Farbfilterschichten und die Mikrolinsen durch Ausführen eines Fotolithographieprozesses gleichzeitig gebildet werden. Daher ist es möglich, die Herstellungskosten zu senken.
  • Ferner kann der selbstausgerichtete Bildsensor gemäß der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Lichtübertragungs-Wirkungsgrad bzw. eine verbesserte Übertragungs-Lichtausbeute aufweisen, da es keine zwischenliegenden Schichten oder Grenzflächen zwischen den Mikrolinsen und dem Farbfilter gibt (die unter typischen Bedingungen einen Anteil des Lichts zur Oberfläche eines konventionellen CMOS-Bildsensors zurückreflektieren).
  • Es dürfte für Durchschnittsfachleute ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen bezüglich der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass vom Schutzumfang der Erfindungen abgewichen wird. Somit ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Abwandlungen dieser Erfindung abdeckt, vorausgesetzt, dass sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

Claims (20)

  1. CMOS-Bildsensor, gekennzeichnet durch eine Unterschicht (100), die eine Fotodiode (PD) und eine Vielzahl von Transistoren (Rx, Dx, Sx) aufweist, durch eine Planarisierungsschicht (110) auf der betreffenden Unterschicht (100) und durch Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) auf der Planarisierungsschicht (110) mit im Wesentlichen in konstanten Abständen.
  2. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) eine Dicke von 1μm bis 5μm aufweisen.
  3. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) Licht auf einer entsprechenden Fotodiode (PD) konvergieren lassen und als Farbfilter dienen.
  4. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Transistoren (Rx, Dx, Sx) einen Erfassungs- bzw. Lese-Transistor (Rx), einen Treiber-Transistor (Dx) und einen Auswahl-Transistor (Sx) umfassen.
  5. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) Rot-, Blau-, und Grün-Farbfilter umfassen.
  6. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) Gelb-, Magenta- und Cyan-Farbfilter umfassen.
  7. Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberfläche einer Unterschicht (100) eine Planarisierungsschicht (110) mit einer Fotodiode (PD) und einer Vielzahl von Transistoren (Rx, Dx, Sx) gebildet wird, dass auf der Planarisierungsschicht (110) eine Vielzahl von Farbfilterschichten (120) in konstanten Abständen gebildet wird und dass durch Aufschmelzen der Farbfilterschichten (120) einheitliche Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) gebildet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen bei einer Temperatur von 100°C bis 250°C ausgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschmelzprozess bei einer Temperatur von 150°C bis 200°C ausgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass die Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) eine Dicke von 1ìm bis 5ìm aufweisen.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Planarisierungsschicht (110) eine Schicht aus eine Nitridschicht und eine Oxidschicht umfassenden Schichten aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Farbfilter-Musterungsschicht (120) vor Bildung der Vielzahl von Farbfiltern gebildet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilter-Musterungsschicht (120) nach Bildung der Vielzahl von Farbfiltern entfernt wird.
  14. CMOS-Bildsensor, gekennzeichnet durch ein Substrat (100), welches eine Reihe bzw. Matrix von Fotosensoren (PD) und einer CMOS-Logik (Rx, Dx, Sx) aufweist, durch eine Planarisierungsschicht (110) auf dem Substrat (100) und durch eine Vielzahl von einheitlichen Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) auf der betreffenden Planarisierungsschicht (110).
  15. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) eine Dicke von 1ìm bis 5ìm aufweisen.
  16. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) Licht auf einer entsprechenden Fotodiode (PD) konvergieren lassen und als Farbfilter dienen.
  17. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotosensoren (PD) jeweils eine Fotodiode (PD) aufweisen.
  18. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die CMOS-Logik eine Vielzahl von Transistoren (Rx, Dx, Sx) aufweist.
  19. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Transistoren (Rx, Dx, Sx) einen Erfassungs- bzw. Lesetransistor (Rx), einen Treiber-Transistor (Dx) und einen Auswahl-Transistor (Sx) aufweist.
  20. CMOS-Bildsensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen-Farbfilter-Strukturen (130) Rot-, Blau- und Grün-Farbfilter oder Gelb-, Magenta- und Cyan-Farbfilter umfassen.
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