DE102005063114B4 - CMOS-Bildsensor und Herstellungsverfahren desselben - Google Patents

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Abstract

CMOS-Bildsensor, umfassend:
ein Halbleiter-Substrat (20);
eine Mehrzahl von in/auf dem Halbleiter-Substrat (20) ausgebildeten Fotodioden (21);
eine, auf dem Substrat (20) inklusive der Fotodioden (21) ausgebildete erste Isolier-Schicht (22);
eine in/auf der ersten Isolier-Schicht (22) ausgebildete Mehrzahl von Metall-Leitungen (23);
eine in/auf der ersten Isolier-Schicht (22) inklusive der Metall-Leitungen (23) ausgebildete zweite Isolier-Schicht (24);
eine Mehrzahl von, auf der zweiten Isolier-Schicht (24) ausgebildeten Licht-Abschirm-Schichten (27); und
auf der zweiten Isolier-Schicht (24) zwischen den Licht-Abschirm-Schichten (27) ausgebildete Mikro-Linsen (29),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Licht-Abschirm-Schichten (27) derart ausgebildet sind, dass sie zumindest die gleiche Dicke wie diejenige der Mikro-Linsen (29) aufweisen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zum Herstellen desselben und insbesondere einen CMOS-Bildsensor, in welchem Licht-Abschirm-Schichten zwischen Mikro-Linsen ausgebildet sind, um Reflexions-Merkmale zu verbessern, und die Mikro-Linsen beim Packen zu schützen, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.
  • Diskussion des Standes der Technik
  • Allgemein ist ein Bildsensor eine Halbleiter-Vorrichtung, welche ein optisches Bild in ein elektrisches Signal konvertiert. In einem CCD(”Charge-Coupled-Device”, Ladungsgekoppelte Vorrichtung) Bildsensor ist eine Mehrzahl von MOS (Metall-Oxid-Metall) Kondensatoren nahe beieinander angeordnet, um elektrische Ladungsträger zu übertragen und zu speichern. Bei einem CMOS(komplementärer MOS)-Bildsensor wird eine Mehrzahl von MOS-Transistoren, welche einer Pixel-Anzahl entspricht, durch die CMOS-Technologie erzeugt, wobei eine Steuerschaltung und einer Signal-Verarbeitungs-Schaltung als periphere Schaltung verwendet werden, und ein Schalt-System zum schrittweisen Detektieren von Ausgaben unter Verwendung der MOS-Transistoren eingesetzt wird.
  • Im Folgenden werden ein CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zum Herstellen desselben gemäß dem Stand der Technik im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine Querschnitts-Ansicht, welche einen CMOS-Bildsensor gemäß dem Stand der Technik zeigt.
  • Eine Mehrzahl von Fotodioden 11 ist auf einem Halbleiter-Substrat 10 ausgebildet, und erste Isolier-Schichten 12 und Metall-Leitungen 13 sind alternierend auf dem Halbleiter-Substrat 10 ausgebildet, welche die Fotodioden 11 in Mehrzahl umfassen.
  • Ferner wird eine zweite Isolier-Schicht 14, welche aus einer Oxid-Schicht besteht, auf der ersten Isolier-Schicht 12, inklusive einer obersten Metall-Leitung 13, ausgebildet und eingeebnet. Ein Licht-Abschirm-Material ist auf der zweiten Isolier-Schicht 14 ausgebildet und strukturiert, um Licht-Abschirm-Schichten 15 zu bilden. Um ferner die Licht-Abschirm-Schichten 15 zu schützen, wird eine dritte Isolier-Schicht 16, welche aus einer Oxid-Schicht und einer Nitrit-Schicht besteht/zusammengesetzt ist, auf den Licht-Abschirm-Schichten 15 ausgebildet und eingeebnet. Die Einebnung verwendet ein Chemisch-Mechanisches-Polier(CMP)-Verfahren. Anschließend werden Mikro-Linsen 17 auf der dritten Isolier-Schicht 16 zwischen den Licht-Abschirm-Schichten 15 ausgebildet. Hierbei überlappen die Mikro-Linsen 17 teilweise die Enden der Licht-Abschirm-Schichten 15.
  • Der CMOS-Bildsensor und das Verfahren zum Herstellen desselben gemäß dem Stand der Technik weisen die folgenden Probleme auf.
  • Da die Isolier-Schicht zum Schutz der Licht-Abschirm-Schichten ausgebildet wird, erhöht sich im Falle eines Verwendens der Licht-Abschirm-Schichten die Anzahl der Schritte und daher vermindert sich die Effizienz.
  • Da ferner (ein) Packungs-Prozess auf den Mikro-Linsen ausgeführt wird, ist es schwierig, die Mikro-Linsen zu schützen.
  • US 2004/0238908 A1 offenbart einen CMOS-Bildsensor, der Linsen in Zwischenlagen enthält und dadurch fähig ist, die Lichteffizienz ohne Reduktion der Sensitivität zu verbessern. Die Linsen liegen dabei oberhalb fotoelektrischer Elemente und befinden sich zwischen Licht-Abschirm-Elementen.
  • JP 03173472 A beschreibt eine Methode um Mikro-Linsen herzustellen. Die Mikro-Linsen werden dabei zwischen lichtabschirmenden Filmen angeordnet.
  • JP 09222505 A beschreibt ein Bauelement, das Mikro-Linsen enthält und die Form der Mikro-Linsen wird genauer präsentiert. Die Mikro-Linsen besitzen eine planokonvexe Form und werden zwischen lichtabschirmenden Filmen angeordnet.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf einen CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zum Herstellen desselben gerichtet, welche im Wesentlichen eines oder mehrere Probleme aufgrund von Begrenzungen und Nachteilen des Standes der Technik vermeiden.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen CMOS-Bild-Sensor und ein Verfahren zum Herstellen desselben bereitzustellen, bei welchem Licht-Abschirm-Schichten zwischen Mikro-Linsen ausgebildet werden/sind, um Reflexions-Merkmale zu verbessern, und die Mikro-Linsen beim Packen zu schützen.
  • Weitere Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt, und werden Fachleuten teilweise bei Untersuchen des Folgenden offensichtlich werden, oder können durch Ausführen der Erfindung gelernt werden. Die Ziele und andere Merkmale der Erfindung können durch die Struktur, welche insbesondere in der geschriebenen Beschreibung und den Ansprüchen hiervon, sowie in den beifügten Zeichnungen, aufgezeigt ist, realisiert und ausgeführt werden.
  • Um diese Ziele und andere Vorteile zu erreichen, und gemäß dem Zweck der Erfindung, wie er/sie hierin ausgeführt und in Breite beschrieben ist, beinhaltet ein CMOS-Bildsensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Halbleiter-Substrat, eine Mehrzahl von Fotodioden auf dem Halbleiter-Substrat, eine auf dem Substrat inklusive der Fotodioden ausgebildete erste Isolier-Schicht, eine auf der ersten Isolier-Schicht ausgebildete Mehrzahl von Metall-Leitungen, eine auf der ersten Isolier-Schicht inklusive der Metall-Leitungen ausgebildete zweite Isolier-Schicht, eine auf der zweiten Isolier-Schicht ausgebildete Mehrzahl von Licht-Abschirm-Schichten, und auf der zweiten Isolier-Schicht zwischen den Licht-Abschirm-Schichten ausgebildete Mikro-Linsen, wobei die Licht-Abschirm-Schichten derart ausgebildet sind, dass sie zumindest die gleiche Dicke wie diejenige der Mikro-Linsen (29) aufweisen.
  • Bevorzugt werden die Licht-Abschirm-Schichten so auf der zweiten Isolier-Schicht ausgebildet, dass sie den Metall-Leitungen entsprechen. Bevorzugt können die Licht-Abschirm-Schichten und die Mikro-Linsen einander nicht überlappen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines CMOS-Bildsensors Ausbilden einer Mehrzahl von Fotodioden auf einem Halbleiter-Substrat, Ausbilden einer ersten Isolier-Schicht auf dem Substrat inklusive der Fotodioden, Ausbilden einer Mehrzahl von Metall-Leitungen auf der ersten Isolier-Schicht, Ausbilden einer zweiten Isolier-Schicht auf der ersten Isolier-Schicht inklusive der Metall-Leitungen, Ausbilden einer Mehrzahl von Licht-Abschirm-Schichten auf der zweiten Isolier-Schicht, und Ausbilden von Mikro-Linsen auf der zweiten Isolier-Schicht zwischen den Licht-Abschirm-Schichten, wobei die Licht Abschirm-Schichten derart ausgebildet werden, dass sie zumindest die gleiche Dicke wie diejenige der Mikro-Linsen aufweisen.
  • Bevorzugt kann der Schritt zum Ausbilden der Mikro-Linsen ferner Ausbilden eines Mikro-Linsen-Materials auf der zweiten Isolier-Schicht inklusive den Licht-Abschirm-Schichten, Ätzen des Mikro-Linsen-Materials zum Einebnen und Ausbilden der Mikro-Linse durch Ausführen eines Back-Prozesses umfassen.
  • Bevorzugt werden die Licht-Abschirm-Schichten auf der zweiten Isolier-Schicht derart ausgebildet, dass sie der Lage der Metall-Leitungen entsprechen.
  • Bevorzugt überlappen die Licht-Abschirm-Schichten und die Mikro-Linsen einander nicht.
  • Bevorzugt kann der Schritt zum Ausbilden der Mikro-Linsen ferner Ausbilden eines Mikro-Linsen-Materials auf der zweiten Isolier-Schicht inklusive den Licht-Abschirm-Schichten, Ätzen des Mikro-Linsen-Materials zum Einebnen, selektives Ätzen des eingeebneten Mikro-Linsen-Materials und Ausbilden der Mikro-Linse durch Ausführen eines Back-Prozesses beinhalten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die begleitenden Zeichnungen, welche beinhaltet sind, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und welche in dieser Anmeldung eingearbeitet sind und einen Teil von ihr bilden, zeigen Ausführungsform(en) der Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, das Prinzip der Erfindung zu erklären. In den Zeichnungen:
  • ist 1 eine Querschnitt-Ansicht, welche einen CMOS-Bildsensor gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
  • sind 2a bis 2g Querschnitt-Ansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines CMOS-Bildsensors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Es wird nun auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von welchen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Wo immer möglich, werden die gleichen Bezugszeichen innerhalb der Zeichnungen verwendet, um die gleichen oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
  • 2a bis 2g sind Querschnitt-Ansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines CMOS-Bildsensors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Wie in 2a gezeigt, wird eine Mehrzahl von Fotodioden 21 auf einem Halbleiter-Substrat 20 ausgebildet, und erste Isolier-Schichten 22 und Metall-Leitungen 13 werden alternierend auf dem Halbleiter-Substrat 20, inklusive der Fotodioden 21 in Mehrzahl ausgebildet. Nachdem eine oberste Metall-Leitung 23 ausgebildet ist, wird eine zweite Isolier-Schicht 24, welche aus einer Oxid-Schicht oder einer Nitrit-Schicht besteht/zusammengesetzt ist, auf der ersten Isolier-Schicht 22 inklusive der obersten Metall-Leitung 23 ausgebildet und eingeebnet. Das Einebnen verwendet ein chemisch-mechanisches Polier-Verfahren (CMP). Dann wird das Licht-Abschirm-Schicht-Material 25 auf der zweiten Isolier-Schicht 24 ausgebildet. Dann wird, nachdem ein Fotolack auf das Licht-Abschirm-Schicht-Material 25 unter Verwendung einer Mikro-Linsen-Maske beschichtet und belichtet und entwickelt ist, der Fotolack in Mikro-Linsen-Regionen entfernt, um eine Fotolack-Struktur 26 auszubilden.
  • Wie in 2b gezeigt, wird das Licht-Abschirm-Schicht-Material 25 unter Verwendung einer Fotolack-Struktur 26 als eine Maske geätzt, um Licht-Abschirm-Schichten 27 zu bilden.
  • Wie in 2c gezeigt, wird das Fotolack-Muster 26 entfernt, wird ein Mikro-Linsen-Material auf den Licht-Abschirm-Schichten 27 und der zweiten Isolier-Schicht 24 ausgebildet, und unter Verwendung des CMP-Verfahrens eingeebnet, um Mikro-Linsen-Schichten 28 zwischen den Licht-Abschirm-Schichten 27 auszubilden. Hierbei wird, unter Berücksichtigung des beim Einebnen geätzten Ausmaßes, das Mikro-Linsen-Material dicker als die Mikro-Linsen ausgebildet.
  • Bevorzugt wird das Mikro-Linsen-Material 28 derart ausgebildet, dass es eine Dicke aufweist, welche kleiner oder gleich der Dicke der Licht-Abschirm-Schichten 27 ist, um die Mikro-Linsen während des Packungs-Prozesses zu schützen.
  • Wie in 2d gezeigt, werden die Mikro-Linsen-Schichten 28 bei einer vorbestimmten Temperatur gebacken, um Mikro-Linsen 29 auszubilden.
  • Ferner werden, in einer anderen Ausführungsform, die Mikro-Linsen durch selektives Ätzen des Mikro-Linsen-Materials 28 ausgebildet. Wie in 2e gezeigt, wird insbesondere das Fotolack-Muster 30 auf dem Mikro-Linsen-Material 28 so ausgebildet, dass ein vorbestimmter Abschnitt des Mikro-Linsen-Materials 28 freigelegt wird.
  • Wie in 2f gezeigt, wird anschließend das Mikro-Linsen-Material 28, unter Verwendung der Fotolack-Struktur 30 als Maske selektiv geätzt und die Fotolack-Struktur 30 wird von (den) Mikro-Linsen-Material-Strukturen 28a entfernt.
  • Wie in 2g gezeigt, werden die Mikro-Linsen-Schicht-Strukturen 28a bei einer vorbestimmten Temperatur gebacken, um Mikro-Linsen 29 auszubilden.
  • Da die Mikro-Linsen gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen den Licht-Abschirm-Schichten unter Verwendung einer Selbst-Ausrichtungs-Weise ausgebildet werden/sind, werden/sind die Mikro-Linsen ausgerichtet und der Platz für die Mikro-Linsen kann leicht sichergestellt werden. Da darüber hinaus die Licht-Abschirm-Schichten zwischen den Mikro-Linsen ausgebildet werden/sind, kann die Lichteffizienz sich erhöhen, wenn Merkmale verwendet werden, dass Licht zwischen den Mikro-Linsen transmittiert, und von den Metall-Leitungen reflektiert wird.
  • Da ferner die Mikro-Linsen derart ausgebildet werden/sind, dass sie eine Dicke kleiner oder gleich der Dicke der Licht-Abschirm-Schichten aufweisen, können die Mikro-Linsen beim Packen geschützt werden, und daher können Ausstoß und Produktion verbessert werden.

Claims (8)

  1. CMOS-Bildsensor, umfassend: ein Halbleiter-Substrat (20); eine Mehrzahl von in/auf dem Halbleiter-Substrat (20) ausgebildeten Fotodioden (21); eine, auf dem Substrat (20) inklusive der Fotodioden (21) ausgebildete erste Isolier-Schicht (22); eine in/auf der ersten Isolier-Schicht (22) ausgebildete Mehrzahl von Metall-Leitungen (23); eine in/auf der ersten Isolier-Schicht (22) inklusive der Metall-Leitungen (23) ausgebildete zweite Isolier-Schicht (24); eine Mehrzahl von, auf der zweiten Isolier-Schicht (24) ausgebildeten Licht-Abschirm-Schichten (27); und auf der zweiten Isolier-Schicht (24) zwischen den Licht-Abschirm-Schichten (27) ausgebildete Mikro-Linsen (29), dadurch gekennzeichnet, dass die Licht-Abschirm-Schichten (27) derart ausgebildet sind, dass sie zumindest die gleiche Dicke wie diejenige der Mikro-Linsen (29) aufweisen.
  2. CMOS-Bildsensor gemäß Anspruch 1, wobei die Licht-Abschirm-Schichten (27) so auf der zweiten Isolier-Schicht (24) ausgebildet sind, dass sie der Lage der Metall-Leitungen (23) entsprechen.
  3. CMOS-Bildsensor gemäß Anspruch 1, wobei die Licht-Abschirm-Schichten (27) und die Mikro-Linsen (29) einander nicht überlappen.
  4. Verfahren zum Herstellen eines CMOS-Bildsensors, umfassend: Ausbilden einer Mehrzahl von Fotodioden (21) auf einem Halbleiter-Substrat (20); Ausbilden einer ersten Isolier-Schicht (22) auf dem Substrat inklusive der Fotodioden (21); Ausbilden einer Mehrzahl von Metall-Leitungen (23) in/auf der ersten Isolier-Schicht (22); Ausbilden einer zweiten Isolier-Schicht (24) auf der ersten Isolier-Schicht (22) inklusive den Metall-Leitungen (23); Ausbilden einer Mehrzahl von Licht-Abschirm-Schichten (27) auf der zweiten Isolier-Schicht (24); und Ausbilden von Mikro-Linsen (29) auf der zweiten Isolier-Schicht (24) zwischen den Licht-Abschirm-Schichten (27), dadurch gekennzeichnet, dass die Licht-Abschirm-Schichten (27) derart ausgebildet werden, dass sie zumindest die gleiche Dicke wie diejenige der Mikro-Linsen (29) aufweisen.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Schritt zum Ausbilden der Mikro-Linsen (29) ferner umfasst: Ausbilden eines Mikro-Linsen-Materials (28) auf der zweiten Isolier-Schicht (24) inklusive der Licht-Abschirm-Schichten (27); Ätzen des Mikro-Linsen-Materials (28) zum Einebnen; und Ausbilden der Mikro-Linse (29) durch Ausführen eines Back-Prozesses.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Licht-Abschirm-Schichten (27) auf der zweiten Isolier-Schicht (24) derart ausgebildet sind, dass sie der Lage der Metall-Leitungen entsprechen.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Licht-Abschirm-Schichten (27) und die Mikro-Linsen (29) einander nicht überlappen.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Schritt zum Ausbilden der Mikro-Linsen (29) ferner umfasst: Ausbilden eines Mikro-Linsen-Materials (28) auf der zweiten Isolier-Schicht (24) inklusive der Licht-Abschirm-Schichten (27); Ätzen des Mikro-Linsen-Materials (28) zum Einebnen; selektives Ätzen des eingeebneten Mikro-Linsen-Materials (28); und Ausbilden der Mikro-Linse (29) durch Ausführen eines Back-Prozesses.
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