专利名称：Cmos图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及图像传感器，更具体，涉及具有微镜头中的改进的聚光能力的CMOS图像传感器，及其制造方法。
背景技术：
图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器的例子包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
当前，为了克服CCD的缺陷，广泛将CMOS图像传感器用作下一代图像传感器。
在CMOS图像传感器中，通过使用CMOS技术，在半导体衬底中形成对应于单位像素的数目的MOS晶体管。在CMOS技术中，控制电路和信号处理电路用作外围电路。此外，CMOS图像传感器是采用开关方法的器件。在开关方法中，MOS晶体管顺序地检测每个单位像素的输出。
即，CMOS图像传感器包括单位像素中的光电二极管和MOS晶体管，并顺序地检测每个单位像素的电信号，以显示图像。
由于CMOS图像传感器使用CMOS技术，具有低功耗和少数目的光刻工序的优势。
此外，CMOS传感器广泛用于例如数字静态照相机和数字视频照相机的应用器件中。
另一方面，根据晶体管的数目，CMOS图像传感器分类为3T型、4T型和5T型的各种类型。4T型包括一个光电二极管和四个晶体管。将描述用于3T型CMOS图像传感器中的单位像素的等效电路和布局。
图1是现有技术3T型CMOS图像传感器的等效电路的图。图2是说明现有技术3T型CMOS图像传感器的单位像素的布局的图。
现有技术3T型CMOS图像传感器的单位像素包括一个光电二极管PD，以及三个NMOS晶体管T1、T2和T3。光电二极管PD的阴极连接到第一NMOS晶体管T1的漏和第二NMOS晶体管T2的栅。
第一和第二NMOS晶体管T1和T2的源连接到施加基准电压VR的电源线，以及第一NMOS晶体管T1的栅连接到施加重置信号RST的重置线。
此外，第三NMOS晶体管T3的源连接到第二NMOS晶体管T2的漏，并且第三NMOS晶体管T3的漏通过信号线连接到读出电路(未示出)。此外，第三NMOS晶体管T3的栅连接到施加选择信号SLCT的列选择线。
因此，第一NMOS晶体管T1、第二NMOS晶体管T2以及第三NMOS晶体管T3分别被称为重置晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx。
在现有技术3T类型CMOS图像传感器的单位像素中，如图2所示，在限定有源区10之后，在有源区10的较大宽度上形成一个光电二极管20，并且各个重叠的三个晶体管的栅电极120、130和140的每一个形成在剩余有源区10上。
即，通过使用栅电极120形成重置晶体管Rx，并且通过使用栅电极130形成驱动晶体管Dx。此外，通过使用栅电极140形成选择晶体管Sx。
在除了有源区10中的栅电极120、130和140的底的部分上注入杂质离子，使得形成每个晶体管的源区和漏区。
因此，电源供电电压Vdd施加到重置晶体管Rx和驱动晶体管Dx之间的源区和漏区，并且在选择晶体管Sx的一侧的源区和漏区连接到读出电路(未示出)。
栅电极120、130和140的每一个连接到每个信号线，并且信号线的每一个在端部具有焊盘，其连接到外部驱动电路(未示出)。
将描述具有焊盘的每个信号线和下面的处理。
图3A至3D是说明根据现有技术的制造CMOS图像传感器的方法的截面图。
如图3A所示，在由单位像素区和焊盘区限定的半导体衬底100上形成例如栅绝缘层和层间绝缘的绝缘层101(例如，氧化物层)。在对应于半导体衬底100的焊盘区的绝缘层101上形成每个信号线的金属焊盘102。
这样，可以在与每个栅电极120、130和140相同的层上和由与每个栅电极120、130和140相同的材料形成如图2所示的金属焊盘102。此外，金属焊盘102可通过额外的接触由其他的材料形成，典型地由铝(Al)所形成。
另一方面，在下一工序中，在金属焊盘102的表面上执行UV臭氧工序和溶液合成工序，以增加由Al构成的金属焊盘102的腐蚀阻抗。
在半导体衬底100的焊盘区上形成金属焊盘102。在单位像素区上形成滤色镜层和微镜头。
在具有金属焊盘102的半导体衬底100的整个表面上形成氧化物层103。在氧化物层103的整个表面上执行化学机械抛光(CMP)工序。
接下来，通过光学和蚀刻工序，选择性地除去氧化物层103，以露出金属焊盘102的预设部分表面。然后，形成金属焊盘开口部分104。
如图3B所示，在具有金属焊盘开口部分104的半导体衬底100上形成用于钝化的氮化物层105。
如图3C所示，在将牺牲微镜头施加到氮化物层105上之后，通过使用曝光和显影工序选择性地构图牺牲微镜头。然后，通过在预设温度下执行回流(reflow)工序形成半球形的牺牲微镜头106。
如图3D所示，在具有牺牲微镜头的整个表面上执行蚀刻工序，以在氧化物层103上形成具有彼此相距预设距离的微镜头107。
通过使用蚀刻工序，蚀刻牺牲微镜头106的整个表面，并且同时蚀刻露出的氮化物层105。因此，在牺牲微镜头106的底上形成的氮化物层105保留，使得形成半球形微镜头。
另外，除去在焊盘区上形成的氮化物层105，以露出金属焊盘开口部分104。
制造现有技术CMOS图像传感器的方法具有下面的问题。
即，当通过使用牺牲微镜头作为蚀刻掩模形成微镜头时，出现微镜头之间的间隙。该间隙减小了聚光的能力。因此，对于半导体工业难以满足减小芯片尺寸的需求。
发明内容
因此，本发明涉及CMOS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足所导致的一个或多个问题。
本发明的目标是提供一种CMOS图像传感器，通过除去微镜头之间的间隙，具有微镜头中的改进的聚光能力，及其制造方法。
本发明的额外的优势、目标和特性，部分地将在下面的说明中阐述，部分地对于本领域普通技术人员来说在审查下文时是显而易见的，或者可以从本发明的实践中学习。通过在文本说明及其权利要求以及附图中具体指明的结构，可以实现并获得本发明的目标和其他优势。
为了获得这些目标和其他优势，并且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CMOS图像传感器，包括金属焊盘，形成在分为单位像素区和焊盘区的衬底的焊盘区上；绝缘层，形成在衬底的整个表面上，并具有金属焊盘开口部分，以露出金属焊盘的表面的预设部分；多个第一微镜头，形成在单位像素区的绝缘层上，彼此具有预设距离；以及多个第二微镜头，形成在具有第一微镜头的单位像素区的整个表面上。
在本发明的另一方面，提供了一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括在分为单位像素区和焊盘区的衬底的焊盘区上形成金属焊盘；在具有金属焊盘的衬底的整个表面上形成绝缘层；在绝缘层上形成第一微镜头材料层；在单位像素区的第一微镜头材料层上形成牺牲微镜头，彼此具有预设距离；蚀刻具有牺牲微镜头的整个表面，以在单位像素区的绝缘层上形成多个第一微镜头，彼此具有预设距离；在具有第一微镜头的衬底的整个表面上形成第二微镜头材料层；以及选择性地除去第二微镜头材料层，以露出金属焊盘的预设部分，使得形成金属焊盘开口部分。
应理解，本发明的上述概括说明以及下面详细描述是示例性和说明性的，并且旨在提供如权利要求的本发明的进一步说明。
附图，被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是现有技术3T型CMOS图像传感器的等效电路的图；图2是说明现有技术3T型CMOS图像传感器的单位像素的布局的图；图3A至3D是说明根据现有技术的制造CMOS图像传感器的方法的截面图；图4是根据本发明的实施例的CMOS图像传感器的截面图；以及图5A至5F是说明根据本发明的实施例的制造CMOS图像传感器的方法的截面图。
具体实施例方式
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4是根据本发明的实施例的CMOS图像传感器的截面图。
如图4所示，CMOS图像传感器包括绝缘层201、金属焊盘202、氧化物层203、多个第一微镜头207和多个第二镜头208。在分为单位像素区和焊盘区的半导体衬底200上形成绝缘层201。在焊盘区的绝缘层201上形成金属焊盘202。氧化物层203形成在半导体衬底200的整个表面上，并包括露出半导体衬底200的预设部分的金属焊盘开口部分210。在单位像素区的氧化物层203上，将多个第一微镜头207形成为具有预设距离。在具有多个第一微镜头207的单位像素区的整个表面上形成多个第二微镜头208。
图5A至5F是说明根据本发明的实施例的制造CMOS图像传感器的方法的截面图。
如图5A所示，在由单位像素区和焊盘区所限定的半导体衬底200上形成绝缘层(例如氧化物层)201，例如栅绝缘层和层间绝缘层。在对应于半导体衬底200的焊盘区的绝缘层201上形成每个信号线的焊盘202。
这样，如图1所示的金属焊盘202由与每个栅电极120、130和140相同的材料构成，并在与每个栅电极120、130和140相同的层上形成。金属焊盘202通过额外的接触由另一材料形成，典型地由铝(Al)形成。
另一方面，为了减小由Al形成的金属焊盘202的腐蚀阻抗，在金属焊盘202的表面上执行UV臭氧工序和溶液合成工序。
在半导体衬底200的焊盘区上形成金属焊盘202，然后在单位像素区上形成滤色镜层和微镜头。
在具有金属焊盘202的半导体衬底200的整个表面上形成氧化物层203。在氧化物层203的整个表面上执行化学机械抛光(CMP)。
在抛光的氧化物层203的整个表面上形成第一微镜头材料层204。
第一微镜头材料层204由氮化物层所构成，并且氮化物层具有1000至4000的厚度，以用作现有技术钝化层。
另一方面，可以在第一微镜头材料层204的底上形成用于平整化的额外的氮化物层(未示出)。
如图5B所示，在第一微镜头材料层204上形成牺牲微镜头材料层205。
如图5C所示，通过使用曝光和显影工序，选择性地蚀刻牺牲微镜头材料层205，然后通过在预设温度执行回流工序形成半球牺牲微镜头206。
如图5D所示，在具有牺牲微镜头206的整个表面上执行整个蚀刻工序，以在单位像素区的氧化物层203上形成第一微镜头207。第一微镜头207彼此具有预设距离。
当通过整个蚀刻工序蚀刻牺牲微镜头206时，露出并蚀刻第一微镜头材料层204。因此，第一微镜头材料层204剩余在牺牲微镜头206上，以形成半球微镜头207。
另一方面，同时除去焊盘区上的第一微镜头材料层204。
执行整个蚀刻工序，同时保持牺牲微镜头206和第一微镜头材料层204的蚀刻选择性为1∶1。
如图5E所示，在具有第一微镜头207的半导体衬底200的表面上形成第二微镜头材料层208。
第二微镜头材料层208形成为相邻第一微镜头207之间的距离的一般的厚度。
此外，第二微镜头材料层208具有80％或更高的透射率，并可使用从包括氮化物层、原硅酸四乙酯(TEOS)基层、低温氧化物(LTO)层和氧化铟锡(ITO)层的组中选择的一种。
如图5F所示，通过使用光学和蚀刻工序，选择性地除去第二微镜头材料层208和氧化物层203，以露出金属焊盘202的预设部分。然后，形成金属焊盘开口部分210。
通过使用干法蚀刻工序，蚀刻金属焊盘202上的第二微镜头材料层208和氧化物层203。
剩余在半导体衬底200的单位像素区上的第二微镜头材料层208变为第二微镜头209。
根据本发明，CMOS图像传感器及其制造方法提供了下面的优势。
第一，通过除去微镜头间的间隙增加了聚光能力。因此，尽管芯片尺寸减小，可以改进显示图像的能力。
第二，通过在与通常逻辑工序相同的图像传感器的最终工序之后执行金属焊盘的开口工序，不污染金属焊盘。因此，可以防止金属焊盘的腐蚀，以改进图像传感器的可靠性和产量。
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CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，包括金属焊盘，形成在分为单位像素区和焊盘区的衬底的焊盘区上；绝缘层，形成在衬底的整个表面上，并具有露出金属焊盘的表面的预设部分的金属焊盘开口部分；多个第一微镜头，形成在位于单位像素区中的部分绝缘层上，具有预设距离；以及多个第二微镜头，形成在包括第一微镜头的单位像素区的整个表面上。
2.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中每个第一微镜头由氮化物层构成。
3.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中每个第二微镜头由选自包括氮化物层、TEOS(原硅酸四乙酯)基层以及LTO(低温氧化物)层的组中的一种所构成。
4.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中第二微镜头的厚度形成为相邻第一微镜头之间距离的一半。
5.一种制造CMOS图像传感器的方法，该方法包括在分为单位像素区和焊盘区的衬底的焊盘区上形成金属焊盘；在包括金属焊盘的衬底的整个表面上形成绝缘层；在绝缘层上形成第一微镜头材料层；在单位像素区的第一微镜头材料层上形成牺牲微镜头，具有预设距离；蚀刻包括牺牲微镜头的整个表面，以在位于单位像素区中的部分绝缘层上形成多个第一微镜头，具有预设距离；在包括第一微镜头的衬底的整个表面上形成第二微镜头材料层；以及选择性地除去第二微镜头材料层和绝缘层，以露出金属焊盘的预设部分，使得形成金属焊盘开口部分。
6.如权利要求5的方法，其中执行蚀刻整个表面，使得牺牲微镜头和第一微镜头材料层的蚀刻选择性保持在1∶1。
7.如权利要求5的方法，其中第一微镜头材料层由氮化物层构成。
8.如权利要求5的方法，其中第二微镜头由选自包括氮化物层、TEOS基层和LTO层的组的一种构成。
9.如权利要求5的方法，还包括在第一微镜头材料层的底上形成用于平整化的氮化物层。
10.如权利要求5的方法，其中第一微镜头材料层形成为1000至4000的厚度。
11.如权利要求5的方法，其中第二微镜头材料层的厚度形成为相邻第一微镜头之间的距离的一半。
全文摘要
提供了一种CMOS图像传感器及其制造方法。CMOS图像传感器包括金属焊盘，形成在分为单位像素区和焊盘区的衬底的焊盘区上；绝缘层，形成在衬底的整个表面上，并具有金属焊盘开口部分，以露出金属焊盘的表面的预设部分；多个第一微镜头，形成在单位像素区的绝缘层上，彼此具有预设距离；以及多个第二微镜头，形成在具有第一微镜头的单位像素区的整个表面上。
文档编号H01L21/82GK1921132SQ20061012162
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月23日 优先权日2005年8月23日
发明者韩昌勳 申请人:东部电子有限公司