专利名称：Cmos图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法，特别涉及一种通过减小CMOS图像传感器的整体厚度来提高灵敏度的CMOS图像传感器及其制造方法。
背景技术：
通常，图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器被分为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器。
CCD具有诸如驱动方法复杂和高功耗的缺点。而且，由于需要多级光学处理而使CCD的制造方法复杂。
因此，CMOS图像传感器作为克服CCD的缺点的下一代图像传感器而受到关注。
通过在单元像素中形成光电二极管和MOS晶体管，从而CMOS图像传感器通过基于切换方式顺序地检测每个单元像素的电信号来重构图像。
图1是根据现有技术的CMOS图像传感器的剖面图。
如图1所示，为了形成根据现有技术的CMOS图像传感器，以规则间隔在衬底10上形成光电二极管20，并且在光电二极管20之间形成遮光层30。
然后，在形成了遮光层的衬底10上形成层间绝缘层40。
然后，在层间绝缘层40上形成滤色器层50R、50G和50B，在滤色器层50R、50G和50B上形成平坦化层60。由于滤色器层50R、50G和50B的台阶差，所以平坦化层60的高度大约为2000。
然后，在平坦化层60上形成微透镜70。
但是，根据现有技术的CMOS图像传感器的问题在于，由于形成多重金属线的趋势而使CMOS图像传感器变厚，所以焦距A变长，其中焦距A是通过微透镜70入射的光到达光电二极管的路径。
由于焦距A变长而使图像传感器的灵敏度恶化，所以CMOS图像传感器较厚的厚度变成使CMOS传感器性能恶化的因素。
尤其是，由于根据现有技术，平坦化层60形成得稍高，例如为大约2000，以便校正滤色器层50的台阶差，所以根据现有技术的CMOS图像传感器的整体厚度增加。
发明内容
因此，本发明涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而引起的一个或者多个问题。
本发明的一个目的是提供一种CMOS图像传感器以及制造方法，通过减小CMOS图像传感器的厚度提高了灵敏度。
本发明的其它优点、目的和特征将在下面的描述中部分地提出，并且在下面的研究中对本领域普通技术人员将部分地变得明显，或者可以从本发明的实践中领会。本发明的目的和优点可以通过在说明书及其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目的和优点，并且根据本发明的目的，如在此具体实施和广义描述的，提供了一种CMOS(互补金属氧化物硅)图像传感器，其包括至少一个光电二极管，其以规则间隔形成在衬底上；层间绝缘层，其形成在衬底上，同时在与光电二极管相对应的预定位置处具有至少一个沟槽；滤色器层，其形成在每一个沟槽中；以及至少一个微透镜，其形成在包括滤色器层的衬底上，并且微透镜与滤色器层相对应。
在本发明的另一个方面中，提供一种制造CMOS图像传感器的方法，其包括以规则间隔在衬底上形成至少一个光电二极管；在具有光电二极管的衬底上形成层间绝缘层，并且在层间绝缘层中形成与光电二极管相对应的至少一个沟槽；在每个沟槽中形成滤色器层；以及在包括滤色器层的衬底上形成至少一个微透镜，并且微透镜与滤色器层相对应。
与现有技术不同，根据本发明，通过在CMOS晶体管的层间绝缘层中形成沟槽并在沟槽中形成滤色器，减少了被层间绝缘层和滤色器占据的区域，由此减小了CMOS图像传感器的厚度，从而提高了CMOS图像传感器的灵敏度。因此，增强了颜色再现能力并提高了图像质量。
应该理解，本发明的前面的概述和下面的详述是示例性和说明性的，并且意在提供对要求保护的本发明的进一步解释。
所包括的附图提供了本发明的进一步理解，并且其被引进并构成了本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例并且和说明书一起来说明本发明的原理。在附图中图1是根据现有技术的CMOS图像传感器的剖面图；图2是根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的剖面图；
图3a到3d是用于描述制造根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的方法的剖面图；以及图4是根据本发明第二实施例的CMOS图像传感器的剖面图。
具体实施例方式
现在，将详细介绍本发明的优选实施例，其例子在附图中示出。在可能之处，在所有附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似部件。
以下将参考附图来描述根据本发明的CMOS图像传感器及其制造方法。
<第一实施例>
图2是根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的剖面图。
参考图2，根据第一实施例的CMOS图像传感器包括光电二极管120，遮光层130，以及层间绝缘层140，其具有沟槽，钝化层142，滤色器层150R、150G和150B，以及微透镜170。
光电二极管120以规则间隔形成在衬底110的表面上，并且根据入射光的量产生电荷。
遮光层130可以由不透明材料制成，也就是说，不透明有机材料或者不透明金属。例如，遮光层130可以是Cr层。遮光层130形成在光电二极管120之间的衬底110上，以防止光入射到除了光电二极管120之外的周边光电二极管区域。
然后，可以在具有光电二极管120的衬底110上形成具有沟槽的层间绝缘层140，以在与光电二极管120相对应的位置处包括至少一个或多个沟槽。优选地，层间绝缘层140可以是具有低介电常数的绝缘层，并且可以使用所有种类的绝缘材料。例如，在本实施例中使用氧化物层。
尤其地，在本实施例中，通过在层间绝缘层140中形成到达预定顶部金属线(未示出)的沟槽，可以减小被层间绝缘层140占据的区域的厚度。
例如，如果在光电二极管120的区域中不包括该预定顶部金属线，则层间绝缘层140中的沟槽的深度可以在从3000到7000的范围内。因此，层间绝缘层140和滤色器150R、150G和150B所占据的区域的厚度可以减小3000到7000。
例如，如果在光电二极管120的区域中包括该预定顶部金属线，则层间绝缘层140中的沟槽的深度可以在从2000到3000的范围内。因此，层间绝缘层140和滤色器150R、150G和150B所占据的区域的厚度可以减小2000到3000。
然后，在层间绝缘层140中的沟槽内形成滤色器层150R、150G和150B。滤色器层150R、150G和150B可以是透过预定波长的光的红、绿和蓝滤色器层150R、150G和150B。
根据本实施例的CMOS图像传感器可以进一步包括形成在层间绝缘层140上的钝化层142。如果CMOS图像传感器进一步包括钝化层142，则滤色器层150R、150G和150B可以在形成有沟槽的钝化层142上形成。钝化层142可以由SiN制成。
钝化层142保护诸如滤色器层150R、150G和150B等元件并且防止湿气的渗透。
在滤色器层150R、150G和150B上形成具有恒定曲率凸面形状的微透镜170。微透镜170使光穿过相应的滤色器层150R、150G和150B聚集到光电二极管区域120。
在根据第一实施例的CMOS图像传感器中，与现有技术不同，在层间绝缘层140中形成沟槽，并且在沟槽中形成滤色器层150R、150G和150B，而不形成平坦化层60。
因此，通过去除被平坦化层60占据的区域和减少被滤色器层150R、150G和150B占据的区域，焦距B缩减了3000到7000，其中焦距B是通过微透镜170入射到达光电二极管120的光的路径。因此，通过提高入射到光电二极管120的光的灵敏度，能够提高CMOS图像传感器的性能。
在下文中，将描述制造根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的方法。
制造根据第一实施例的CMOS图像传感器的方法可以包括形成光电二极管、形成具有沟槽的层间绝缘层、形成滤色器层和形成微透镜。
图3a到3d是用于描述制造根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的方法的剖面图。
如图3a所示，可以在衬底110的表面上以规则间距形成至少一个光电二极管120。
然后，在具有光电二极管120的衬底110的整个表面上淀积例如Cr层的不透明金属层，并且通过光学处理和刻蚀处理有选择地构图Cr层以保留在衬底110上位于光电二极管120之间的Cr层，来形成遮光层130。
然后，可以在具有遮光层130的整个衬底110上形成层间绝缘层140。在此，层间绝缘层140可以是多层的。
可以通过用化学气相淀积(CVD)淀积具有低介电常数的绝缘材料，例如，氧化层，来形成层间绝缘层140。
如图3b所示，通过有选择地刻蚀层间绝缘层140，来形成与光电二极管120相对应的沟槽144、146和148中的至少一个。
在此，可以使用采用RIE(反应离子刻蚀)的干法刻蚀工艺来刻蚀层间绝缘层140。
尤其是，在本实施例中，通过在层间绝缘层140中形成到达预定顶部金属线(未示出)的沟槽，能够减少被层间绝缘层140占据的区域。
例如，如果在光电二极管120的区域内不包括预定顶部金属线，则通过在从3000到7000的范围内刻蚀层间绝缘层140来形成沟槽。
例如，如果在光电二极管120的区域内包括预定顶部金属线，则通过在从2000到3000的范围内刻蚀层间绝缘层140来形成沟槽。
如图3c所示，可以在具有沟槽144、146和148的衬底110的整个表面上形成钝化层142。钝化层可以由氮化物层制成，例如，SiN。
可以将可染性抗蚀剂(dyeability resist)涂布在形成在钝化层142中的沟槽144、146和148的内表面上。然后，通过用曝光和显影工艺对具有染色能力的抗蚀剂进行构图，可以以规则间隔来形成根据相应的波长对光进行过滤的滤色器层150R、150G和150B。
在第一实施例中，如果滤色器层150R、150G和150B形成为以规则间隔分开，则可以执行平坦化工艺以去除滤色器层150R、150G和150B之间的台阶差。在此，回刻蚀工艺或者化学机械抛光工艺可以用于滤色器层150R、150G和150B的平坦化工艺。
如图3d所示，具有预定曲率的凸面形状的微透镜170形成在滤色器层150R、150G和150B上，其中微透镜170使光通过滤色器层150R、150G和150B聚集于光电二极管区域120。也就是说，通过在滤色器层150R、150G和150B上淀积电介质材料并且用光学和刻蚀工艺有选择地去除淀积的电介质材料，相应地在滤色器层150R、150G和150B上形成微透镜170。
与现有技术不同，根据依照本发明的第一实施例的CMOS图像传感器及其制造方法，缩短了焦距B，其中焦距B是通过微透镜170入射到达光电二极管120的光的路径。因此，提高了图像传感器的灵敏度，并且由此增强了CMOS图像传感器的性能。
也就是说，根据第一实施例的CMOS图像传感器及其制造方法，通过减小平坦化层60而降低CMOS图像传感器的厚度，来提高入射到光电二极管的光的灵敏度，从而能够提高CMOS图像传感器的性能。
与现有技术不同，根据第一实施例，通过在层间绝缘层140中形成沟槽并且在沟槽中形成滤色器层150R、150G和150B，来减少由滤色器层150R、150G和150B和层间绝缘层140占据的区域，从而减小CMOS图像传感器的厚度。由于通过减小CMOS图像传感器的厚度来提高CMOS图像传感器的灵敏度，所以能够通过增强颜色再现能力来提高输出图像的质量。
<第二实施例>
图4是根据本发明的第二实施例的CMOS图像传感器的剖面图。
参考图4，根据第二实施例的CMOS图像传感器可以包括形成在衬底110上的光电二极管120，遮光层130，具有沟槽的层间绝缘层140，钝化层142，滤色器层150R、150G和150B、平坦化层160和微透镜170。
与根据第一实施例的CMOS图像传感器不同，根据第二实施例的CMOS图像传感器可以进一步包括在滤色器层150R、150G和150B上的薄的平坦化层160。
制造根据第二实施例的CMOS图像传感器的方法可以采用制造根据第一实施例的CMOS图像传感器的方法。
如图4所示，在根据第二实施例的CMOS图像传感器中，通过用光刻胶(photo resist)执行旋涂工艺，可以在具有滤色器层150R、150G和150B的衬底110上形成平坦化层160。由于滤色器层150R、150G和150B之间的台阶差减小了，所以平坦化层160的厚度可以比图1所示的现有的平坦化层60的厚度薄。
也就是说，与现有技术不同，在根据第二实施例的CMOS图像传感器中，通过在层间绝缘层140中形成沟槽，可以没有台阶差地形成滤色器层150R、150G和150B。
因此，与现有的平坦化层60的厚度相比，确定地减小了第二实施例中的平坦化层160的厚度。
例如，由于滤色器层150R、150G和150B之间的台阶差非常大，所以平坦化层60的厚度必需为大约2000。
相反，根据第二实施例，通过在层间绝缘层140的沟槽中以非常小的台阶差形成滤色器层150R、150G和150B，能够使平坦化层160的厚度减小到小于大约100。
因此，通过减小CMOS图像传感器的厚度，缩短了焦距C，其中焦距C是通过微透镜170入射到光电二极管120的的光路径。因此，通过提高入射到光电二极管的光的灵敏度，提高了CMOS图像传感器的性能。
与现有技术不同，在根据第二实施例的CMOS图像传感器中，通过在层间绝缘层140中形成沟槽减少被层间绝缘层140占据的区域，来减小CMOS图像传感器的厚度，从而提高了CMOS图像传感器的灵敏度。因此，提高了颜色再现能力，并且能够提高输出图像的质量。
显然，对于本领域技术人员来说，能够在本发明中进行各种修改和变化。因而，只要在权利要求及其等价物的范围内，本发明意图覆盖本发明的各种修改和变化。
权利要求
1.一种CMOS(互补金属氧化物硅)图像传感器，包括至少一个光电二极管，其以规则间隔形成在衬底上；层间绝缘层，其形成在衬底上，同时在与所述光电二极管相对应的预定位置处具有至少一个沟槽；滤色器层，其形成在每个所述沟槽中；以及至少一个微透镜，其形成在包括滤色器层的衬底上，并且该微透镜与滤色器层相对应。
2.根据权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括形成在具有沟槽的层间绝缘层上的钝化层。
3.根据权利要求2的CMOS图像传感器，其中该滤色器层形成在形成于沟槽上的钝化层上。
4.根据权利要求2的CMOS图像传感器，其中该钝化层由SiN形成。
5.根据权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括形成在滤色器层和微透镜之间的平坦化层。
6.根据权利要求5的CMOS图像传感器，其中该平坦化层的厚度大约小于100。
7.根据权利要求1的CMOS图像传感器，进一步包括至少一个遮光层，其形成在光电二极管之间，用于阻挡入射到除了光电二极管区域之外的其它区域的光。
8.根据权利要求7的CMOS图像传感器，其中该遮光层由不透明的电介质材料或者不透明的金属材料制成。
9.根据权利要求1的CMOS图像传感器，其中如果在光电二极管的区域内不包括顶部金属线，则层间绝缘层中的沟槽的深度在从3000到7000的范围内。
10.根据权利要求1的CMOS图像传感器，其中如果在光电二极管的区域内包括顶部金属线，则层间绝缘层中的沟槽的深度在从2000到3000的范围内。
11.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括以规则间隔在衬底上形成至少一个光电二极管；在具有所述光电二极管的所述衬底上形成层间绝缘层，并且在层间绝缘层中形成与光电二极管相对应的至少一个沟槽；在每个沟槽中形成滤色器层；以及在包括滤色器层的衬底上形成至少一个微透镜，并且所述微透镜与所述滤色器层相对应。
12.根据权利要求11的方法，进一步包括在具有沟槽的层间绝缘层上形成钝化层。
13.根据权利要求12的方法，其中在形成于沟槽上的钝化层上形成该滤色器层。
14.根据权利要求12的方法，其中该钝化层由SiN形成。
15.根据权利要求11的方法，进一步包使括使该滤色器层平坦化。
16.根据权利要求11的方法，进一步包括在滤色器层和微透镜之间形成平坦化层。
17.根据权利要求11的方法，其中在沟槽的形成中，如果在光电二极管的区域中不包括顶部金属线，则刻蚀层间绝缘层来形成在从3000到7000的范围内的沟槽的深度。
18.根据权利要求11的方法，其中在沟槽的形成中，如果在光电二极管的区域中包括顶部金属线，则刻蚀层间绝缘层来形成在从2000到3000的范围内的沟槽的深度。
19.根据权利要求11的方法，其中在层间绝缘层的刻蚀中，使用RIE对层间绝缘层执行干法刻蚀。
20.根据权利要求11的方法，进一步包括在没有形成所述光电二极管的衬底上形成至少一个遮光层，以便阻挡入射到除了光电二极管区域之外的其它区域的光。
全文摘要
本发明提供一种CMOS图像传感器及其制造方法。该CMOS图像传感器包括至少一个光电二极管，其以规则间隔形成在衬底上；层间绝缘层，其形成在衬底上，同时在与光电二极管相对应的预定位置处具有至少一个沟槽；滤色器层，其形成在每个沟槽中；以及至少一个微透镜，其形成在具有滤色器层的衬底上，以与滤色器相对应。通过在层间绝缘层中形成沟槽并且在沟槽中形成滤色器来减小CMOS图像传感器的厚度，从而提高了CMOS图像传感器的灵敏度。
文档编号H01L21/822GK1873995SQ20061008877
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月5日 优先权日2005年6月3日
发明者金昇炫 申请人:东部电子有限公司