专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及图像传感器，并且更具体地，涉及具有斜界面的滤色器的图像传感器及其制造方法，其中聚光透镜的面积被最大化，并且未会聚的光的相位信号被吸收以不产生光电转换，从而获得较好的分辨率和光灵敏度。
背景技术：
通常，在制造图像传感器时，分辨率由存在于接收图像的图像平面中光电二极管的数目决定。因此，在业界在图像传感器中有朝高像素数目和单元像素的小型化发展的趋势。在将外部图像会聚到图像平面时，单元像素的尺寸变小并且接收光的部分减小，从而减少光灵敏度。要提高光灵敏度，可使用聚光透镜。
聚光透镜形成于滤色器层下或滤色器层上。由于入射光的聚光效率取决于聚光透镜的截面积，聚光透镜的面积被最大化以会聚更多的光。未会聚的光被减少以减少相位信号，从而获得高分辨率的图像。
如上所述，利用图像传感器的小型化和多像素结构，可形成每单位面积更多的像素。随着像素尺寸的减小，以芯片内模式形成的微透镜层和滤色器层的尺寸也变得更小。由于单元像素的尺寸减小，接收光的光电二极管的面积也减少，从而减少了光灵敏度。为补偿减少的光灵敏度，可另外形成内透镜。在这种情况下，内透镜诱导入射光以适应由于F-数目所引起的聚光角度的变化，并补偿在从光电二极管区增加的距离处的杂散光。可替换地，为了补偿减小的光灵敏度，微透镜层的尺寸被最大化。
另外，为补偿光灵敏度的任何减少，光电二极管区应接收尽可能多的光。为增加由光电二极管区所接收的光的量，可增加开口并可形成聚光微透镜。开口通过用作接线并用于光屏蔽的金属层而形成。在使通过单元像素进入光屏蔽层的入射光折射通过聚光透镜之后，在将光会聚到开口时，聚光透镜之间的粘附依赖于聚光透镜的尺寸而改变。为此，图像一致性恶化。聚光透镜可受滤色器层影响使得相邻滤色器层之间的信息被混合，从而恶化了色再现和对比度。此外，当滤色器层形成时，由于颜料(pigment)混合所引起的不良光分辨率，难于在对准曝光期间形成精确的图案。由于滤色器层之间的重迭或间隙，另外需要平坦化层。
图1A到1D是说明制造传统图像传感器的工艺的截面视图。
参考图1A，光电二极管12形成于基片10中，而金属层14形成于基片10之上。
参考图1B，平坦化层20形成于包括金属层14的基片的整个表面之上，以使随后形成的滤色器图案之间的任何重迭或间隙最小化。
参考图1C到1E，滤色器图案通过光刻工艺而形成于平坦化层20上以执行滤色。换句话说，光刻工艺被执行三次以顺序形成R/G/B滤色器图案。
图2A到2D是更详细地说明形成传统图像传感器的滤色器图案的工艺的截面视图。
图2A说明传统图像传感器中第一滤色器图案60的剖面。图2B说明形成于钝化层20上的第二滤色器层70的轮廓，包括第一滤色器图案60。图2C说明传统图像传感器中相应的滤色器图案之间的轮廓。参考图2C，重迭80形成于邻近第一滤色器图案60的第二过滤器图案70上。图2D是说明传统图像传感器中形成于滤色器图案60、70上的涂覆层(overcoatinglayer)90的截面视图。
当滤色器图案通过顺序执行光刻工艺三次而形成时，第一滤色器图案的轮廓可在确定图像传感器的特性中起作用。通常，滤色器图案的侧壁以90°或更大的角以负性图案形成。当第二滤色器图案形成时，由于表面布局，阶梯差形成于第一滤色器图案的边缘。由于阶梯差，第二滤色器图案在与第一滤色器图案的重迭部分变得更厚。此外，图2C的图案轮廓通过各种工艺因素而获得，如在对准曝光期间的掩模设计、晶片对准、显影及其它因素。
发明内容
因此，本发明指向图像传感器及其制造方法，其可基本上消除了由相关技术的局限性和缺点所引起一个或多个的问题。
本发明提供图像传感器，其可最大化聚光透镜的面积并吸收未会聚的光的相位信号以不产生光电转换，从而获得良好的分辨率和光灵敏度。
本发明也提供用于制造具有在其之间有斜界面的滤色器图案的图像传感器的方法，其中，聚光透镜的面积被最大化，并且未会聚的光的相位信号被吸收以不产生光电转换，从而获得良好的分辨率和光灵敏度。
本发明的另外的优点及特征将在随后的描述的部分中提出，并且通过研究以下内容对本领域普通技术人员将变得显而易见。本发明的这些和其它优点可通过在书面描述和权利要求以及附图中所特别指出的结构来实现并获得。
为了实现这些目的和其它优点并根据本发明的目的，如于此具体化及广泛描述的，提供有图像传感器，包括半导体基片；形成于基片之上的第一滤色器图案，第一滤色器图案具有带有第一倾斜的边缘部分；以及紧邻第一滤色器图案而形成的第二滤色器图案，第二滤色器图案具有带有第二倾斜的边缘部分。
第一滤色器图案可与第二滤色器图案接合以与之产生斜界面。在这种情况下，斜界面可具有倾斜长度，所述倾斜长度小于形成在第一和第二滤色器图案上的微透镜的死区(dead space)长度的两倍。
图像传感器可进一步在第一和第二滤色器图案之间具有楔形界面层。在这种情况下，楔形层可由有机材料形成。
在本发明的另一方面，提供有用于制造图像传感器的方法，包括在基片之上形成第一滤色器层；以及使用掩模曝光第一滤色器层，所用掩模具有比第一滤色器图案的预定面积小的面积以使预定的倾斜在第一滤色器图案侧方获得。
所述方法进一步包括以下步骤在包括第一滤色器图案的基片的整个表面上形成第二滤色器层；以及选择性地曝光第二滤色器层以形成第二滤色器图案。
第二滤色器层可使用面积小于第二滤色器图案预定面积的掩模来选择性地曝光以使预定倾斜在第二滤色器图案侧方获得，并且楔形空间形成在第一和第二滤色器图案之间。在这种情况下，所述方法可进一步包括用有机材料填充楔形空间的步骤。
可以理解本发明的前述一般性描述和以下详细描述二者是示范性和说明性的，且意图是提供如所要求的本发明的进一步解释。
附图被包括以提供对本发明的深入理解，其说明本发明的实施例并连同说明书用于解释本发明的原理。在附图中图1A到1E是说明用于制造传统图像传感器的工艺的截面图；图2A到2D是说明根据相关技术形成用于传统图像传感器的滤色器层的工艺的截面图；图3说明根据本发明的掩模的示范性尺寸；图4A到4C是说明根据本发明的用于形成图像传感器滤色器层的示范性工艺的截面图；图5是根据本发明的说明第一和第二滤色器图案之间的示范性界面的详细视图；
图6是说明通用基色的光谱图；以及图7是说明覆盖G/R色的光谱图。
具体实施例方式
将详细参考本发明的优选实施例，其实例在附图中说明。在任何可能的地方，相同参考数字将被用于所有附图以指示相同或相似部件。
根据本发明的图像传感器可通过CMOS或CCD的典型工艺步骤而形成于硅晶片上。滤色器层形成于图像传感器中以使能滤色及色分离。因此，图像传感器使能色识别。
图像传感器通过已知工艺步骤以CMOS或CCD类型形成于硅晶片上。平坦化层由在可见光波长区内具有良好透明度的有机材料形成。当被钝化层钝化后，平坦化层改进形成于图像传感器上部的滤色器图案的轮廓和均匀性。
本发明可顺序形成三个滤色器图案以阻止或减少具有滤色器图案重迭或间隙的传统问题。
参考图3和图4A，如果绿滤色器图案110首先形成，第一色掩模100被设计为具有小于其它色掩模102的尺寸以便形成余量104以在曝光过程中产生相对高量的曝光能量。因此，第一滤色器图案110的侧壁在曝光和显影过程后具有正倾斜112。
滤色器层的第一色掩模100小于其它色掩模102以获得余量104。正倾斜112通过曝光工艺在第一滤色器层110侧方形成。因此，在执行光刻工艺时，在对准余量、曝光或掩模制图方面，可加工指数增加。
参考图4B和4C，第二滤色器层120被涂覆于包括第一滤色器图案110的钝化层20的整个表面上。第二滤色器层120由于第一滤色器图案110的正倾斜112，没有厚覆于第一滤色器图案110的边缘上。
第二滤色器层120然后使用掩模选择性地曝光以形成第二滤色器图案120a。可替换地，回蚀刻或CMP工艺可在第二滤色器层120上执行，直到第一滤色器图案110的上表面被曝露，从而形成第二滤色器图案120a。随后，第一和第二滤色器图案110、120a间的界面具有倾斜130。
第二滤色器图案120a通过第一滤色器图案110的图案轮廓而形成以具有倾斜130。因此，在曝光和显影工艺中的工艺中，处理余量增加。第一和第二滤色器图案110、120a的界面得以形成而在其之间不存在阶梯差。脱色(decoloring)效应可在所述界面部分获得，导致光屏蔽效应。
优选地，所述第一和第二滤色器层以光阻材料(photoresist material)形成。
参考图5，倾斜130以预定角度θ倾斜以具有重迭水平长度‘d’，所述重迭水平长度”d”代表第一和第二滤色器图案110、120a间的界面厚度。该水平界面长度可以以随后形成的微透镜的死区的两倍而形成。
图6是说明通用基色的光谱图，图7是说明覆盖G/R色的光谱图。如图6和7所示，光学黑效应可通过吸收各像素间界面处不清晰的色信息来改善。因此，可获得更准确、清晰的图像信息。
根据本发明的另一实施例，第二滤色器图案可利用面积小于第二滤色器图案设计面积的掩模来形成。如上所述，第二滤色器层可被曝光以成为具有预定倾斜的第二滤色器图案以使楔形空间在第一和第二滤色器图案间的界面形成。然后，楔形空间可填充以有机材料。可获得如上所述的相同效果。
由于通过上述工艺，滤色器图案被形成为平面的，微透镜可直接形成于滤色器层上而不形成单独的涂覆层。
如上所述，在制造根据本发明的图像传感器的滤色部分时，滤色器层可被稳定方便地形成于每一像素中以获得较清晰的图像。
换句话说，在本发明中，用于滤色器图案的掩模图案的余量增加足以容纳精细像素尺寸。各滤色器层之间的重迭或间隙可被有效去除，并且光屏蔽效应可通过吸收界面处不清晰的而获得。当滤色器层形成时，曝光工艺余量增加以改善生产率和质量。
因为滤色器图案充分形成为平面的，不需要用于附加平坦化的涂覆层。因此，工艺步骤可被减少。
对本领域的技术人员来说显而易见的是，在本发明中可进行各种修改和变化而不背离本发明的精神或范围。因此，意图是，倘若这样的修改和变化在所附权利要求及其等价的范围内，本发明将涵盖这样的修改和变化。
权利要求
1.一种图像传感器，包括半导体基片；形成于所述基片上的第一滤色器图案，所述第一滤色器图案具有带有第一倾斜的边缘部分；以及紧邻所述第一滤色器图案而形成的第二滤色器图案，所述第二滤色器图案具有带有第二倾斜的边缘部分。
2.如权利要求1的图像传感器，进一步包括直接形成于所述第一和第二滤色器图案上的微透镜。
3.如权利要求1的图像传感器，其中所述第一滤色器图案与所述第二滤色器图案接合以与之产生斜界面。
4.如权利要求3的图像传感器，其中所述斜界面具有一水平倾斜长度，所述水平倾斜长度小于分别顺序形成在所述第一和第二滤色器图案上的微透镜间死区长度的两倍。
5.如权利要求1的图像传感器，进一步包括所述第一和第二滤色器图案间的楔形界面层。
6.如权利要求5的图像传感器，其中所述楔形界面层由有机材料形成。
7.如权利要求1的图像传感器，所述第一和第二滤色器图案以光阻材料形成。
8.一种用于制造图像传感器的方法，包括以下步骤在基片之上形成第一滤色器层；以及使用掩模来曝光所述第一滤色器层，所述掩模具有比所述第一滤色器图案的预定面积小的面积以在所述第一滤色器图案侧方获得预定的倾斜。
9.如权利要求8的方法，进一步包括以下步骤在所述包括所述第一滤色器图案的基片的整个表面上形成第二滤色器层；以及选择性地曝光所述第二滤色器层以形成第二滤色器图案。
10.如权利要求8的方法，进一步包括以下步骤在所述包括所述第一滤色器图案的基片的整个表面上形成第二滤色器层；以及执行回蚀刻工艺直到所述第一滤色器图案的上表面被暴露。
11.如权利要求8的方法，进一步包括以下步骤在包括所述第一滤色器图案的所述基片的整个表面上形成第二滤色器层；以及使用面积小于所述第二滤色器图案的预定面积的掩模来曝光所述第二滤色器层，以在所述第二滤色器图案侧方获得预定倾斜，并且在所述第一和第二滤色器图案间形成楔形空间。
12.如权利要求11的方法，进一步包括用有机材料填充楔形空间的步骤。
13.如权利要求8的方法，其中所述第一滤色器层由光阻材料形成。
14.如权利要求9的方法，其中所述第二滤色器层由光阻材料形成。
15.如权利要求9的方法，进一步包括直接在所述第一滤色器图案上形成微透镜的步骤。
16.如权利要求8的方法，其中所述第一滤色器图案侧方的倾斜具有水平长度，所述水平长度小于待形成于其上的随后形成的微透镜间死区长度的两倍。
全文摘要
图像传感器包括半导体基片；形成于基片之上的第一滤色器图案，所述第一滤色器图案具有带有第一倾斜的边缘部分；以及紧邻第一滤色器图案而形成的第二滤色器图案，所述第二滤色器图案具有带有第二倾斜的边缘部分。
文档编号H01L27/146GK1822380SQ20051009752
公开日2006年8月23日 申请日期2005年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者金相植 申请人:东部亚南半导体株式会社