专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本申请涉及图像传感器，更具体，涉及图像传感器及其制造方法，能够最小化由光的入射角所导致的光损失。
背景技术：
通常，图像传感器是将光图像转换为电信号的半导体器件。在电荷耦合器件(CCD)中，金属氧化物半导体(MOS)电容器彼此非常靠近，并且载荷子存储在电容器中并从电容器发送。互补MOS(CMOS)图像传感器使用CMOS技术，采用将MOS晶体管形成为与像素的数目一样多的开关方法，其使用控制电路和信号处理电路作为外围电路，并使用MOS晶体管顺序地检测输出。
在各种图像传感器的制造中，做出了例如聚光技术的努力，来改进图像传感器的光敏性。例如，CMOS图像传感器包括光电二极管101，检测光并将所检测的光转换为电信号，以及CMOS逻辑电路，处理所转换的电信号以提供相应的数据。为了改进CMOS图像传感器的光敏性，做出努力来增加光电二极管的面积对所制造的图像传感器的整个面积的比率(通常称为“填充因数”)，但基本上逻辑电路不能被除去，因此对限定的面积做出的努力有限制。因此，研究了许多聚光技术，来改变入射到光检测部分之外的其它区域的光的路径，使得可以将光聚光到光检测部分。例如，可在滤色镜上形成微镜头(microlens)105。
下面，将参照
具有微镜头的现有技术图像传感器。
图1是根据现有技术的具有微镜头的图像传感器的截面图。
参照图1，具有微镜头105的图像传感器包括衬底100，具有多个单元区、光电二极管101，分别形成在衬底100的单元区中、绝缘层102，形成在包括光电二极管101的衬底100的整个表面上、滤色镜层103，形成在绝缘层102上以对应于单元区的光电二极管101、平整层104，形成在包括滤色镜层103的衬底100的整个表面上、多个微镜头105，形成在平整层104上以对应于单元区的光电二极管101、以及物镜106，设置在微镜头105上。
穿过物镜106的光入射到多个微镜头105上。这样，光以大约90°的角度入射到位于图像传感器的中心部分的一个显微透镜上。因此，穿过位于中心部分的微镜头105的光几乎垂直地入射到绝缘层102。因此，光几乎不反射，通过绝缘层102，并被提供到光电二极管101。即，将穿过位于中心位置的微镜头105的光完全提供到光电二极管101，几乎没有损失。
然而，光以锐角入射到位于远离图像传感器中心的微镜头105。具体，微镜头越远，入射角越小，使得光以大约30°的角度入射到位于图像传感器的边缘部分的微镜头105。这里，穿过位于图像传感器边缘部分的微镜头105并且具有较小入射角的光到达位于下部的绝缘层102，并容易地被绝缘层1002所反射。因此，穿过位于图像传感器的边缘部分的微镜头105的光不能完全提供给光电二极管101。即，提供到位于图像传感器的边缘部分的微镜头105的光量显著减小。
因此，图像传感器的边缘部分的单元区不能正确显示相应原始图像。
发明内容
因此，本发明涉及图像传感器及其制造方法，其基本上避免了由于现有技术的限制和不利所导致的一个或多个问题。
本发明的一个目标是提供一种图像传感器及其制造方法，能够通过在其中形成光电二极管的衬底和滤色镜之间形成至少两个分别具有不同折射率的绝缘层以减小反射，来增加聚光效率。
本发明的额外的优势、目标和特性，将部分地在下面的说明中阐述，部分地对于本领域技术人员来说在审查下文时是显而易见的，或可以通过本发明的实践学习。通过在文本说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构，实现并获得本发明的目标和其它优势。
为了获得这些目标和其它优势以及与本发明的目标相一致，如在此实施并概括说明，提供了一种图像传感器，包括衬底，具有多个单元区；光电二极管，分别形成在衬底的单元区中；抗反射层，形成在其中形成光电二极管的衬底的整个表面上，并包括至少两个分别具有不同折射率的绝缘层；滤色镜层，形成在抗反射层上，以对应于单元区的光电二极管；平整层，形成在包括滤色镜层的衬底的整个表面上；以及多个微镜头，形成在平整层上，以对应于单元区的光电二极管。
在本发明的另一方面，提供了制造图像传感器的方法，该方法包括制备具有多个单元区的衬底，分别在衬底的每个单元区中形成光电二极管；在其中形成光电二极管的衬底的整个表面上形成抗反射层，其包括至少两个分别具有不同折射率的绝缘层；在抗反射层上形成滤色镜层，以对应于单元区的光电二极管；在包括滤色镜层的整个表面上形成平整层；以及在平整层上形成多个微镜头，以对应于单元区的光电二极管。
应理解，本发明的上述概括说明和下面的详细说明是示例性和解释性的，并旨在提供如权利要求的本发明的进一步解释。
附图，包括以提供本发明的进一步理解并引入并且构成本申请的一部分，说明本发明的实施例，并且连同说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中图1是根据现有技术的具有微镜头的图像传感器的截面图；图2是根据本发明的实施例的图像传感器的截面图；图3是示出图2中所示的抗反射层的另一结构的截面图；图4A至4C是示出基于抗反射层的厚度的反射率的图；以及图5是示出基于入射到微镜头的波长的折射率的差异的图；图6A至6B是示出图5中的微镜头的折射率的图；图7是示出基于图像传感器的位置的输出差异的图；图8A至8E是示出根据本发明的另一实施例的图像传感器的方法的截面图。
具体实施例方式
及现在将详细参照本发明的优选实施例，在附图中说明其实例。只要可能，在整个附图中使用相同的参考标号指示相同或相似部件。
图2是根据本发明的实施例的图像传感器的截面图。
参照图2，根据本发明的实施例的图像传感器包括衬底200，具有多个单元区、光电二极管201，分别形成在衬底200的单元区中、抗反射层202，形成在包括光电二极管201的衬底200的整个表面上，并具有至少两个具有不同折射率的绝缘层、滤色镜层203，形成在抗反射层202上，以对应于单元区的光电二极管201、平整层204，形成在包括滤色镜层203的衬底200的整个表面上、多个微镜头205，形成在平整层204上，以对应于单元区的光电二极管201、以及物镜206，形成在微镜头205上。
抗反射层202包括三个绝缘层两个第一绝缘层202a和一个第二绝缘层202b。两个第一绝缘层202a之一形成在其中形成光电二极管201的衬底200的整个表面上，以及第二绝缘层202b形成在第一绝缘层202a上。另一个第一绝缘层202a形成在第二绝缘层202b上。即，第二绝缘层202b位于第一绝缘层202a之间。
第一绝缘层202a具有大于第二绝缘层202b的折射率。
光通过物镜206和微透镜205入射到抗反射层202。这样，由于包括在抗反射层202中的第一绝缘层202a和第二绝缘层202b具有不同的折射率，光几乎不从绝缘层202a和202b中的界面反射出。
抗反射层202可由三个绝缘层或更多而形成。
图3是示出图2中所示的抗反射层的另一结构的截面图。
参照图3，抗反射层202可包括两个第一绝缘层202a和两个第二绝缘层202b。第一绝缘层202a的数目可与第二绝缘层202b的数目不同。可在抗反射层202中交替层叠第一绝缘层202a和第二绝缘层202b。同样，第一绝缘层202a可具有比第二绝缘层202b大的折射率。
第一绝缘层202a和第二绝缘层202b之间的折射率的差异可以从0.5至0.7。第一绝缘层202a的折射率从2.0至2.25，以及第二绝缘层202b的折射率从1.45至1.55。
第一绝缘层202a可由氮化硅所形成，以及第二绝缘层202b可由氧化硅所形成。
第一绝缘层202a可由氧化钛(TiO)或氧化锌(ZnO)所形成，具有大约2.0的折射率。
下面，将参照实验结果描述抗反射层202的厚度和反射率的关系。
图4A至4C是示出基于抗反射层的厚度的反射率的图。
这里，抗反射层包括两个第一绝缘层202a以及一个第二绝缘层202b。图4A至4C示出当第二绝缘层202b的厚度保持恒定而第一绝缘层的厚度变化时，抗反射层的反射率的变化。
图4A示出当第二绝缘层202b的厚度保持恒定，而在第二绝缘层202b之下形成的第一绝缘层202a的厚度从0到1000变化，以及在第二绝缘层202b之上形成的第一绝缘层202a的厚度变化为100、2500、4000、5500、7000和8500时，抗反射层的反射率的变化。
图4B示出当第二绝缘层202b的厚度保持恒定，在第二绝缘层202b之下形成的第一绝缘层202a的厚度从0到1000变化，以及在第二绝缘层202b之上形成的第一绝缘层202a的厚度变化为0、1500、3000、4500、6000、7500和9000时，抗反射层的反射率的变化。
图4C示出当第二绝缘层202b的厚度保持恒定，在第二绝缘层202b之下形成的第一绝缘层202a的厚度从0到1000变化，以及在第二绝缘层202b之上形成的第一绝缘层202a的厚度变化为500、2000、3500、5000、6500、8000和9500时，抗反射层的反射率的变化。
参照图4A至4C，当在第二绝缘层202b之下形成的第一绝缘层202a的厚度在大约200至400的范围内变化时，抗反射层具有最小反射率。即，当在第二绝缘层202b之下形成的第一绝缘层202a形成为大约200至400的厚度时，抗反射层202可具有最高透射率。
第一绝缘层202a由氮化硅所形成，而第二绝缘层202b由氧化硅所形成。
在上述结构的图像传感器中，穿过物镜206和多个微镜头205的光大多通过抗反射层202提供到单元区的光电二极管201，而没有损失。
即，穿过物镜206的光入射到多个微镜头205，这样，光以大约90°的角度入射到位于图像传感器的中心部分的微镜头205。因此，穿过中心部分的微镜头205的光几乎垂直于抗反射层202入射，并且因此几乎不被反射，并穿过抗反射层202，以提供到光电二极管201。即，穿过中心部分的微镜头205的光基本上提供到光电二极管201，而没有损失。
同时，光以锐角入射到远离图像传感器的中心部分的微镜头205。具体，微镜头离中心部分越远，入射角越小，因此光以大约30°的角度入射到位于图像传感器边缘部分的微镜头205。穿过位于图像传感器的边缘部分的微镜头205的光到达在其之下形成的抗反射层202。这样，由于光穿过包括在抗反射层202中的第一绝缘层202a和第二绝缘层202b，其反射率显著减小。因此，光基本上被提供到位于图像传感器的边缘部分的光电二极管201，而没有损失。
在下文，将详细描述制造本发明的图像传感器的方法。
图5是示出基于入射到微镜头的光波长的折射率的差异的图。图6A至6B是示出图5中的微镜头的折射率的图。图7是示出基于图像传感器的位置的输出差异的图。
参照图5，入射到微镜头的可见光的根据红、绿和蓝光的波长，出现折射的差异。
例如，参照图6A和6B，假设第一媒介的折射率是n1，第二媒介的折射率是n2，微镜头位于第一和第二媒介之间，并且微镜头的折射率是nL，下面等式给出这些参数之间的关系R=[n1-n2n1+n2]2]]>R=[(nL2-(n1×n2))(nL2+(n1×n2))]2]]>nL=(n1×n2)]]>D=λ4×nL]]>图7示出基于图像传感器的图像输出区的位置的输出差异。参照图7，在图像输出区的中心位置的输出高于在边缘位置的。
即，基于光波长，对于某位置可以通过调整入射角度和折射率来设置输出差异。
例如，可以调整厚度来控制在具有相对低折射率的长的波长范围中的反射率。
同样，可以通过设置厚度使得中心位置的反射率高于边缘部分的，来调整根据在长的波长范围中的光的入射角，由折射率的差异所导致的基于图像传感器的位置的输出差异。
图8A至8E是示出根据本发明的另一实施例的图像传感器的方法的截面图。
参照图8A，在其中形成例如光电二极管201的多个光检测器件的半导体衬底上形成第一绝缘层202a。接下来，在第一绝缘层202a上形成具有不同于第一绝缘层202a的折射率的第二绝缘层202b。接下来，在第一绝缘层202b上形成另一第一绝缘层202a。因此，在半导体衬底200上形成包括具有不同折射率的第一和第二绝缘层202a和202b的抗反射层202。
这里，第一绝缘层202a可由氮化硅所形成，以及第二绝缘层202b可由氧化硅所形成。
参照图8B，将染料阻挡(dye resist)施加到抗反射层202上，特别是第一绝缘层202上，然后曝光并显影，以形成用于过滤不同波长范围的光的滤色镜层203。
通过在包括滤色镜层203的半导体衬底200的整个表面上淀积氮化硅层，形成平整层204，以增强可靠性、防止在封装工序中环氧模制化合物(EMC)穿透、以及防止外界的湿气或者重金属穿透。
参照图8C，在平整层204上施加用于微镜头的阻抗层205a，以及其中具有开口的标度线(reticle)(M)在阻抗层205a上对齐。
接下来，例如激光的光照射标度线(M)的整个表面，以选择性地将阻抗层205a暴露于光，使得阻抗层205a的露出部分对应于标度线(M)的开口。
参照图8D，显影曝光的阻抗层205a，以形成微镜头图形205b。
参照图8E，在预设温度下回流(reflow)微镜头图形205b，以形成微镜头205。
根据本发明的图像传感器具有下述优势。
在图像传感器的半导体衬底和滤色镜层之间形成抗反射层，以减小光的反射率。抗反射层包括至少两个具有不同折射率的绝缘层。因此，本发明的图像传感器能够通过减小以小的角度入射到图像传感器的两个边缘部分的光的反射率，来最小化光损失。
对于本领域技术人员，很明显可以在本发明中做出各种改进和变化。因此，本发明旨在包括本发明的改进和变化，只要它们落入所附权利要求及其等效的范围中。
权利要求
1.一种图像传感器，包括衬底，具有多个单元区；光电二极管，分别形成在衬底的单元区中；抗反射层，形成在其中形成光电二极管的衬底的整个表面上，并包括至少两个分别具有不同折射率的绝缘层；滤色镜层，形成在抗反射层上，以对应于单元区的光电二极管；平整层，形成在包括滤色镜层的衬底的整个表面上；以及多个微镜头，形成在平整层上，以对应于单元区的光电二极管。
2.如权利要求1的图像传感器，其中抗反射层包括第一绝缘层，形成在其中形成光电二极管的衬底的整个表面上；第二绝缘层，形成在第一绝缘层上，并具有小于第一绝缘层的折射率；以及另一第一绝缘层，形成在第二绝缘层上。
3.如权利要求2的图像传感器，其中第一绝缘层和第二绝缘层之间的折射率的差异从0.5到0.7。
4.如权利要求2的图像传感器，其中第一绝缘层由SiNx(氮化硅)构成，以及第二绝缘层由SiOx(氧化硅)构成。
5.如权利要求2的图像传感器，其中第一绝缘层由TiO(氧化钛)或ZnO(氧化锌)的一种构成。
6.如权利要求1的图像传感器，还包括设置在微镜头上的物镜，以聚集来自外界的光并将所聚集的光提供到微镜头。
7.如权利要求1的图像传感器，其中基于入射光的波长，通过调节微镜头的厚度来控制反射率。
8.一种制造图像传感器的方法，该方法包括制备具有多个单元区的衬底；分别在衬底的每个单元区中形成光电二极管；在其中形成光电二极管的衬底的整个表面上，形成抗反射层，该抗反射层包括至少两个分别具有不同折射率的绝缘层；在抗反射层上形成滤色镜层，以对应于单元区的光电二极管；在包括滤色镜层的整个表面上形成平整层；以及在平整层上形成多个微镜头，以对应于单元区的光电二极管。
9.如权利要求8的方法，其中抗反射层包括两个分别具有不同折射率的第一绝缘层，以及设置在第一绝缘层之间的第二绝缘层，并且形成抗反射层包括在其中形成光电二极管的衬底的整个表面上形成第一绝缘层；在第一绝缘层上形成第二绝缘层；以及在第二绝缘层上形成另一第一绝缘层。
10.如权利要求8的方法，其中第一绝缘层由SiNx(氮化硅)构成，以及第二绝缘层由SiOx(氧化硅)构成。
11.如权利要求8的方法，其中第一绝缘层由TiO(氧化钛)和ZnO(氧化锌)的一种构成。
12.如权利要求8的方法，其中第一绝缘层和第二绝缘层之间的折射率的差异从0.5到0.7。
13.如权利要求8的方法，其中基于入射光的波长，通过调节微镜头的厚度来控制反射率。
全文摘要
提供了一种图像传感器。该图像传感器包括衬底，具有多个单元区；光电二极管，分别形成在衬底的单元区中；抗反射层、滤色镜层、平整层以及多个微镜头。抗反射层形成在包括光电二极管的衬底的整个表面上，并包括至少两个具有不同折射率的绝缘层。滤色镜层形成在抗反射层上，以对应于单元区的光电二极管。平整层形成在包括滤色镜层的衬底的整个表面上。多个微镜头形成在平整层上，以对应于单元区的光电二极管。
文档编号H01L21/82GK1917223SQ20061012136
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月21日 优先权日2005年8月19日
发明者金相植 申请人:东部电子有限公司