专利名称：Cmos图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明实施例涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种互补 金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
背景技术：
用来将光学图像转换为电信号的图像传感器一般可以分为两 种类型互补金属氧化物半导体(CMOSs )和电荷耦合器件(CCDs )。 CMOS图像传感器应用开关方式并且使用MOS晶体管检测输出， 其中开关方式产生与像素的数量相对应的金属氧化物半导体 (MOS)晶体管。相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器在 多个方面都有优势。例如，由于信号处理电i 各可以-故集成到单个芯 片上，所以CMOS图像传感器在操作上更方便并且能够应用各种扫 描方式，以及实玉见尺寸压缩(紧凑型，compact-sized)的产品。此 外，通过使用兼容的CMOS技术可以降低制造成本，并可以显著地 减小功耗。因此，对CMOS图像传感器的使用越来越多。
0.18|am的CMOS图像传感器需要包括具有4层线结构(line structure)的传感器驱动器的逻辑器件。更具体地，逻辑器件不l又 需要4层线结构还需要三层金属间电介质(inter-metal dielectric)(IMD)和一层层间电介质(interlayer dielectric) (ILD )。现在将 参照图1说明与现有技术的CMOS图像传感器有关的问题。
图l是示意地示出了现有技术的CMOS图像传感器的结构的截 面图。如图1所示，现有4支术的CMOS图^象传感器包括半导体衬底 1、形成于半导体衬底1上的层间电介质4、形成于层间电介质4上 的钝化层6、形成于层间电介质4上的滤色器(color filter) 7、形 成于滤色器7上的平坦层(planarization layer ) 8以及形成于平坦层 8上的微透镜9。半导体衬底1包括器件隔离层2和光电二极管3。 层间电介质4包括多个金属线5a、 5b和5c。
如图l所示，金属线5a、 5b和5c具有多层结构，该多层结构 增加了置于微透镜9和光电二极管3之间的层间电介质4的厚度。 增加的厚度阻碍了穿过微透镜9传播的光的聚焦。用来改善光的聚 焦的尝试已经包括减小微透镜9的曲率。然而，这些尝试已经证实 是无效的，而并没有充分地解决从纟效透4竟9至光电二才及管3的光传 播的恶化(deterioration )。此外，由于光聚焦在光电二极管3的上 部上，所以在现有技术的CMOS图像传感器中存在感光度的劣化。 同样，由于入射光不规则的漫射和反射，导致了诸如像素间串扰 (cross-talk)的缺陷。
发明内容
总体而言，本发明示例性实施例涉及一种互补金属氧化物半导 体(CMOS)图像传感器及其制造方法。通过在其中光从微透镜传 #番至光电二才及管的；也方增加具有相对高的导光性(light guiding property )材料至层间电介质，本发明的 一些示例性实施例能够提高 感光度。同样，本发明的一些示例性实施例减小了串扰(cross-talk )。在本发明一个示例性实施例中，用于制造CMOS图像传感器的 方法包括多个步骤。首先，在包括光电二极管的半导体衬底上形成 包括多个金属线的层间电介质。接下来，在层间电介质中形成沟槽。 然后，在沟槽中形成l屯化层。接下来，通过在钝化层上气相沉积 (vapor-d印ositing )附加介电层来填充沟槽。然后，在附加介电层 上形成滤色器。接下来，在滤色器上形成平坦层。最后，在平坦层 上形成微透镜。
在本发明另一个示例性实施例中，CMOS图〗象传感器包括半导 体衬底和形成于半导体衬底上的层间电介质，其中半导体衬底包括 光电二极管。层间电介质包括多个金属线和与到光电二极管的光3各 (lightpath)相对应布置的沟槽。CMOS图Y象传感器还包4舌形成于 沟槽中的钝化层、填充在沟槽中的附加介电层、形成于附加介电层镜。
提供这些概要的目的在于以筒单的形式介绍一种概念的选择， 这些概念将在以下的具体实施方式
中作进一步描述。这些概要不是 为了确定所要求的主题内容的关键特征或本质特性，也不是为了用 作确定所要求的主题内容的范围的辅助。此外，可以理解的是，本 发明的上述总体描述和以下的具体描述都是示例性的和说明性的， 并且旨在提供对所要求的本发明的进一步解释。
附图被包括用来提供对本发明示例性实施例的进一步理解，并 结合于此而构成本申i青的一部分，示出了本发明的示例性实施例。 在附图中图l是示意地示出了现有技术的CMOS图像传感器的结构的截 面图；以及
图2A至图2C是示出了示例性CMOS图像传感器的结构的截 面图。
具体实施例方式
在以下本发明实施例的详细描述中，现在将详细地参照本发明 的优选实施方式和在附图中示出的实施例。。在所有可能的地方， 在整个附图中使用相同的标号以表示相同或相似的部件。这些具体 实施方式描述的足够详细以使本领域技术人员能够实施本发明。可 以利用其他的具体实施方式
，并在不脱离本发明的范围内可以作结 构的、逻辑的和电的改变。而且，可以理解的是，本发明的各种具 体实施方式，尽管不同，^旦不是一定互相独立的。例如，在一个具 体实施方式中描述的显著特征、结构或特性也可能包含在其他的具 体实施方式中。因此，以下的具体描述不应该^皮局限的理解，而本 发明的范围仅通过所附的权利要求以及这些权利要求所享有的等 同替换的全部范围来限定。
图2A至图2C是示出了示例性互补金属氧化物半导体(CMOS ) 图像传感器的结构的截面图。如图2A中所披露，通过首先在半导 体衬底10上形成包括多个金属线21、 22和23的层间电介质20来 制造示例性CMOS图像传感器。半导体衬底10包括器件隔离层11 和光电二才及管12。层间电介质20可以例如由非摻杂石圭酸盐if皮璃 (undoped silicate glass) ( USG )层、氟掺杂石圭酸盐3皮璃(fluorine doped silicate glass ) (FUSG)层或其若干纟且合形成。
形成在层间电介质20中的金属线21、 22和23包4舌用于驱动 图像传感器的金属线和用于驱动逻辑电路的金属线。金属线21、 22和23可以形成在多层中，其中例如多层在大约2层到大约5层之 间。更具体地，当在层间电介质20中形成多层的金属线21、 22和 23时，重复一系列工艺，这些工艺包括USG的气相沉积、平坦化、 氮化层的气相沉积、氮化层的退火和去除。
接下来，现在参照图2B,在层间电介质20上形成光刻胶图样 (未示出)。然后，使用光刻胶图样作为蚀刻掩膜来部分蚀刻层间 电介质20,从而在其中光被传播至光电二极管12的地方形成沟槽。 如下所述，沟槽的深度可以同于或大于随后将形成的附加介电层的 厚度。在沟槽具有比附加介电层大的深度的情况下，如下所述，形 成于沟槽中的钝化层30的厚度同样可以被认为是附加介电层厚度 的一部分。在用于形成沟槽的蚀刻期间，光刻胶图样也可以被同时 蚀刻并/人而#皮去除。
接下来，在层间电介质20的整个表面上，包括在形成于层间 电介质20中的沟槽内形成钝化层30。通过等离子增强化学气相沉 禾只(plasma-enhanced chemical vapor deposition ) ( PECVD )来气相 沉积氮4b义圭层，可以以4于垫(liner)的形式制造4屯4b层30。在形成 钝化层30之后，可以对半导体衬底10实施退火以固化(cure )钝 化层30。
现在参照图2C, 4妄下来，在4屯化层30的整个表面上气相沉积 附加介电层40，从而填充形成于层间电介质20中的沟槽。附加介 电层40可以具有比层间电介质20高的折射率。同样，附加介电层 40可以由具有比层间电介质20高的导光性的介电才才冲牛(dielectric material)形成。在形成附加介电层40之后，为了平坦化附加介电 层40的表面，可以对附加介电层40的表面实施-走涂(spin coating )。
接下来，在附加介电层40上施加用于滤色器的抗蚀剂(resist), 然后形成滤色层。在本发明实施例中，滤色器50包括三种颜色红(R)、绿(G)和蓝(B),并且通过多次实施滤色器制造工艺来 形成该滤色器50。 R、 G和B滤色器50根据他们各自的抗蚀特性 (resist properties ) 4皮jt匕呈卩介牙弟;R ( stepped )。
才妄下来，形成例如由氮化石圭制成的平坦层60以补偿滤色器50 的高度差。此外，在平坦层60上形成抗蚀图才羊(resist pattern )，该 抗蚀图样用于形成微透镜70。接下来，通过在平坦层60上施加用 于微透镜70的抗蚀剂并且对抗蚀剂实施光刻来形成微透镜抗蚀图 样。然后，对樣i透镜抗蚀图样实施退火以致;微透4fe抗蚀图样回流 (reflows)。从而，形成具有圆顶形的微透镜70。
如上所述，是本发明的一些实施例，在其中光^M殷透4竟70传 播至光电二极管12的地方形成沟槽。然后，施加具有比层间电介 质高的导光性的介电材料以填充沟槽。该结构使得图像传感器的聚 光岁文率(light condensing efficiency )和感光度才是高，同时也减小了 滤色器中串扰。
尽管已经示出并描述了本发明的多个示例性实施例，但是可以 对本发明的这些示例性实施例作改变。因此，本发明的范围由下述 权利要求及其等同替换来限定。
权利要求
1. 一种用于制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法，包括在包括光电二极管的半导体衬底上形成包括多个金属线的层间电介质；在所述层间电介质中形成沟槽；在所述沟槽中形成钝化层；通过在所述钝化层上气相沉积附加介电层来填充所述沟槽；在所述附加介电层上形成滤色器；在所述滤色器上形成平坦层；以及在所述平坦层上形成微透镜。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述层间电介质中形成 沟槽包括在所述层间电介质上形成光刻胶图样；以及使用所述光刻胶图样作为蚀刻掩膜来部分蚀刻所述层间 电介质以形成所述沟槽。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述层间电介质包括非掺 杂石圭酸盐玻璃(USG)层、氟掺杂石圭酸盐^皮璃(FUSG)层或 其若干组合。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过等离子增强化学气相 沉积(PECVD)气相沉积氮化石圭层来形成所述4M匕层。
5. 纟艮据4又利要求1所述的方法，在形成所述4屯化层之后，进一步 包括对所述半导体衬底实施退火。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述附加介电层包括具有 比所述层间电介质高的导光性的介电材料。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述附加介电层包括具有 比所述层间电介质高的折射率的材料。
8. 4艮据4又利要求1所述的方法，其中，通过PECVD气相沉积氮 化石圭层来形成所述附加介电层。
9. 根据权利要求8所述的方法，在气相沉积所述附加介电层之 后，进一步包4舌，通过S走涂来平坦化所述附加介电层。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述层间电介质上光被 传播至所述光电二一及管的地方布置所述沟槽。
11. 一种CMOS图像传感器，包括半导体衬底，包括光电二才及管；层间电介质，形成于所述半导体4于底上，所述层间电介 质包括多个金属线和与到所述光电二极管的光路相对应地布 置的沟槽；4屯4b层，形成于所述沟槽中；附加介电层，填充在所述沟槽中；滤色器，形成于所述附加介电层上；平坦层，形成于所述滤色器上；以及微透镜，形成于所述平坦层上。
12. 才艮据;》又利要求11所述的CMOS图^f象传感器，其中，所述层间 电介质包括USG层、FUSG层或其若干組合。
13. 才艮据权利要求11所述的CMOS图像传感器，其中，通过 PECVD气相沉积氮4匕石圭层来形成所述4屯4匕层。
14. 根据权利要求11所述的CMOS图像传感器，其中，所述附加 介电层包括具有比所述层间电介质高的导光性的介电材料。
15. 根据权利要求11所述的CMOS图像传感器，其中，所述附加 介电层由具有比所述层间电介质高的折射率的材料形成。
16. 根据权利要求11所述的CMOS图像传感器，其中，通过 PECVD气相沉积氮化硅层来形成所述附加介电层。
全文摘要
一种CMOS图像传感器及其制造方法。在本发明的一个示例性实施例中，用于制造CMOS图像传感器的方法包括多个步骤。首先，在包括光电二极管的半导体衬底上形成包括多个金属线的层间电介质。接下来，在层间电介质中形成沟槽。然后，在沟槽中形成钝化层。接下来，通过在钝化层上气相沉积附加介电层来填充沟槽。然后，在附加介电层上形成滤色器。接下来，在滤色器上形成平坦层。最后，在平坦层上形成微透镜。
文档编号H01L21/70GK101414579SQ20081017025
公开日2009年4月22日 申请日期2008年10月16日 优先权日2007年10月17日
发明者俊 黄 申请人:东部高科股份有限公司