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，更具体而言，涉及一种包括一个滤色器层的图像传感器及其制造方法，其中该滤色器层基于用于色分离的光子晶体。
背景技术：
通常，图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的半导体模块。图像传感器是用于储存并传输图像信号并将其显示在显示装置中。图像传感器可分为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
CCD和CMOS图像传感器都使用光学检测模式的光电转换装置。为了使图像传感器显示颜色，光电转换装置上需要滤色器层。换句话说，因为光电转换装置对颜色没有辨别力，滤色器层被选择性地形成于每个单位像素上来控制颜色信息。然而，因为滤色器层由有机材料构成，由于工艺问题，很难通过染色法或颜料分散法在沉积的有机材料和所使用的低分辨率光刻胶之间形成精确图样。由于颜料或染料的滤色特性不理想，并且颜色透射率低，从而光损耗增加。这削弱了输入外部图像信息时的输出。
此外，补色滤色器层或原色滤色器层，通过三到四种颜色的组合、分离或合成颜色信息来输入或输出原始图像。这样，形成三到四种颜色需要三次或更多次的颜色形成处理。因此，在整个漫长、复杂并需要很多辅助材料的过程中会产生问题。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种图像传感器及其制造方法，其能够基本消除由于相关技术的局限性和缺陷导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种图像传感器及其制造方法，其中滤色器层由光子晶体构成来获得没有空间限制的简单的结构，并且减少了处理步骤中所需要的层来获得高质量的滤色器层。
本发明的其它优点、目的和特征将至少部分地在随后的说明书中阐述，部分地在本领域普通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。本发明的目的和其它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达到。
为了实现这些目标和其它优点，并根据本发明的目的，如本文中所体现和概括描述的，提供了一种图像传感器，包括滤色器层，具有用于色分离的光子晶体。该光子晶体由(包括)一种材料的网格图样构成，该材料的折射率与内部材料的折射率不同。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于制造图像传感器的方法，该方法包括在光透射层上，形成用于滤色器层的平坦化层，该光透射层透射在硅衬底上的光电二极管中所接收的光；在平坦化层上喷涂或沉积金层，并在金层上沉积光刻胶层以使用电子束蚀刻来形成网格图样；在金层中进行各向异性蚀刻，去除光刻胶层，并蚀刻或选择性地生长除了金层的网格图样之外的部分以形成沟道；并在该沟道中填入具有不同折射率的材料，沉积光刻胶层，并使用干深蚀刻处理来平坦化光刻胶层，从而形成滤色器层。
应该了解，本发明的前面的概述以及随后的详述是示范性和说明性的，目的在于提供对所要求的本发明的进一步的说明。
附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入并且构成本申请的一部分。
本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。在附图中图1是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了该图像传感器的黑白处理；图2是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了待平坦化的钝化层；图3是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了用于平坦化的深蚀刻光刻胶的沉积；图4是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了被平坦化的表面；图5是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了金的沉积；
图6是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了用于形成金图样的光刻胶的沉积；图7是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了金图样的形成；图8是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了选择性氧化；图9是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了间隙(gap)的填充；图10是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了深蚀刻间隙的填充；图11是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了保护层的形成；以及图12是根据本发明的图像传感器的纵向结构视图，示出了保护层上的微透镜的形成。
具体实施例方式
以下将详细参照本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。任何可能的情况下，在所有附图中使用相同的附图标号表示相同或相似的部件。
根据本发明的图像传感器具有一个光子晶体层作为滤色器，其形成于使用片内技术的图像传感器中使滤色成为可能，即，使色分离成为可能。也就是说，该图像传感器可以通过与典型的CMOS或CCD图像传感器的工序类似的工序形成。这样的图像传感器包括形成于硅衬底上用于光电转换的光电二极管，具有形成多个栅极图样的金属线层；以及相互连接线，用于控制和读取光电二极管的电信号并形成用作光屏蔽层的金属线。因为仅使用为灰度(grayscale)装置的光电二极管而不存在色分离，所以这些基本步骤被称为黑白处理。因此，如图1所示，在将金属线制成图样来制造图像传感器时，产生了对应于金属线厚度的步骤。
参考图2，使用二氧化硅或氮化硅来钝化该步骤的材料，以保护该器件并提高可靠性，随后平坦化以提高均匀性并使随后该结构的诸如内透镜和滤色器的其它部分的形成更容易。也就是，使用对可见波长表现很好透射率和适当折射率的材料形成平坦化层2。在本发明中，平坦化层2是厚度为0.5μm到2.0μm的二氧化硅材料。
参考图3，光刻胶层4沉积厚度为1.0μm到0.5μm，并随后使用化学机械抛光或干深蚀刻处理使之平坦化。
图4示出了平坦化的完成。
如图5所示，喷涂或沉积金以形成沉积层14。
如图6所示，使用电子束光刻或其他已知光刻技术，将光刻胶沉积在沉积层14上以形成光刻胶图样16。光刻胶图样16按固定标准传递每个像素的颜色信息。换句话说，图像是由有固定位置的红，蓝，绿像素构成的。
如图7所示，在光刻胶图样16形成以后，使用光刻胶层作为掩模对沉积层14(即金层)进行各向异性蚀刻，该掩模随后被去除。这样，对应于每个像素的颜色信息，金图样14a形成在平坦化层的二氧化硅(即，暴露在金图样之间的氧化层)上。通过以纳米级排列光子晶体形成的拟色来获得颜色信息。换句话说，通过控制氧化层的厚度、高度、宽度、和排列间距来选择性地透射和反射可见波长是可能的。金图样14a保留使用一个缺陷周期。
如图8所示，氧化层的氧化物被生长为0.5μm到2.0μm的厚度，以形成氧化物生长层18，其包括一系列对应于金图样14a的沟道。
该沟道被氮化硅金属或其它具有在金图样被移走或保留的状态下折射率比氧化物的折射率大的材料层6填充，以获得由折射率与内部材料的折射率不同的材料的网格图样构成的光子晶体结构12。图9示出了这种状态。作为上述氧化层的替换物，可采用单晶材料，可获得与氧化物相同的效果。
在另一个实施例中，在形成金图样14a之后，使用金图样14a作为掩模，通过选择性各向异性蚀刻形成氧化层。
沟道(间隙)被填充后，沉积光刻胶(图中未示出)，并通过干深蚀刻处理来执行平坦化。图10示出了这种状态。
如图11所示，通过在平坦化层上沉积厚度为0.5μm到2.0μm的聚酰亚胺材料，并基于退火处理进行固化形成保护层20。聚酰亚胺材料是用于控制焦距并且对可见波长具有良好的透射率。
每个滤色器都被设计为使金图样成三角形排列。图样的大小和排列间距取决于过滤器的颜色，即，待通过的光的波长。
如图12所示，通过传统微透镜形成处理将多个微透镜10置于保护层20的顶上。因此，光子晶体层12作为滤色器被形成于微透镜10的下面。
根据光子能隙原理，因为光被辐射时被规律的网格散射在光子晶体中的光之间的重叠干扰，波长类似于网格晶体的网格大小的光，没有被透射到光子晶体的内侧。换句话说，只要光子晶体不吸收光，辐射光被完全反射。这种散射光的干扰可以使用Maxwell的电磁传播方程来解释。
该光子晶体连同光子能隙具有与其有用的特征之一相对应的缺陷模式。该缺陷模式基于光子晶体应用在大多数领域。该缺陷模式是通过局部地打破光子晶体内的周期性来故意地产生缺陷而局部产生的。可以根据该缺陷模式是如何被设计的来控制该缺陷模式的频率。缺陷模式决定于金图样的大小及其周期排列。缺陷模式可通过只有红色、绿色、和蓝色被反射，其余颜色被传递的方式的拟色被设计。
通过采用根据本发明的图像传感器及其制造方法，因为通过短过程而一次形成滤色器层，所以有可能减少处理中的错误并降低材料成本。并且，因为滤色器的透射率比有机材料的涂料或染料的透射率高，并能很容易地控制在不需要的波长区域内，所以可制造出具有高灵敏度及良好彩色再生的图像传感器。
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。
权利要求
1.一种图像传感器，包括滤色器层，具有用于色分离的光子晶体。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述光子晶体包括网格图样的材料，所述材料的折射率不同于内部材料的折射率。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述材料选自于单晶硅，二氧化硅和氮化硅。
4.一种用于制造图像传感器的方法，包括在光透射层上形成用于滤色器层的平坦化层，所述光透射层透射在硅衬底上的光电二极管中所接收的光；在所述平坦化层上喷涂或沉积金层，并在所述金层上沉积光刻胶层以使用电子束蚀刻形成网格图样；在所述金层中进行各向异性蚀刻，去除所述光刻胶层，并蚀刻或选择性地生长不同于所述金层的所述网格图样的部分以形成沟道；以及在所述沟道中填充具有不同折射率的材料，沉积光刻胶层，并使用干深蚀刻处理平坦化所述光刻胶层，从而形成所述滤色器层。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述平坦化层是由二氧化硅构成，并且填充所述沟道的材料是氮化硅。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述平坦化层具有0.5μm到2.0μm的厚度。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述光刻胶层具有1.0μm到0.5μm的厚度。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述沟道通过选择性地在所述网格图样上生长单晶硅或二氧化硅而形成。
9.根据权利要求4所述的方法，还包括在所述平坦化层上沉积聚酰亚胺材料，并基于退火处理进行固化形成保护层。
10.根据权利要求4所述的方法，其中沉积所述聚酰亚胺材料的厚度为0.5μm到2.0μm。
全文摘要
本发明提供了一种图像传感器及其制造方法。该图像传感器包括滤色器层，具有用于色分离的光子晶体。因为滤色器层的透射率高于有机材料的涂料或染料的透射率，并能很容易地控制在不需要的波长区域内，所以可制造出具有高灵敏度和良好彩色再生的图像传感器。
文档编号H01L31/18GK1825606SQ20051013599
公开日2006年8月30日 申请日期2005年12月29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