专利名称：具有棱镜的cmos图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器；并且更具体地，涉及一种具有棱镜而不是微透镜的COMS图像传感器及其制造方法。
背景技术：
一般来说，图像传感器是一种将光学图像转换为电信号的半导体器件。在各种图像传感器中，电荷耦合器件(CCDs)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是具有代表性的图像传感器类型。
在电荷耦合器件中，金属氧化物半导体(MOS)电容器被彼此紧密地配置，并且电荷载流子被传输并存贮到该MOS电容器中。同时，该COMS图像传感器是一种采用开关模式的器件，其中输出是由通过运用使用控制电路和信号处理电路作为外围电路的CMOS技术制成的具有相同数量象素的MOS晶体管顺序地检测。
然而，该CCD具有几个问题，它们是复杂的驱动模式，大量的功率消耗和需要掩模过程的复杂制造过程。另外，该电荷耦合器件在实现单芯片系统(one-chip system)中有困难，因为信号处理电路不能在CCD芯片内被实现。因此，为了克服这些缺点，已经有运用亚微米CMOS制造技术来发展COMS图像传感器的积极尝试。
特别地，COMS图像传感器通过使用开关模式连同MOS晶体管和在单元象素内形成的光电二极管一起顺序地检测信号来再现图像。该CMOS技术在减少功率消耗和简化制造过程方面提供效用。在该CMOS技术下，该CMOS制造过程只需要大约20个掩模，相比较地，CCD制造过程需要大约30到40个掩模。另外，CMOS技术使在一个芯片内实现各种信号处理电路成为可能。作为这些效用的结果，COMS图像传感器已经被突出作为下一代图像传感器。
图1A是电路图，其显示传统CMOS图像传感器中的包括一个光电二极管和四个MOS晶体管的单元象素。
如所示的，光电二极管100在接收光之后产生光电电荷。这四个MOS晶体管为传送晶体管101，复位晶体管103，驱动晶体管104和选择晶体管105。具体来说，传送晶体管101是用于将在光电二极管100处收集的光电电荷传送到浮动扩散区102。复位晶体管103在以想要的电平设置浮动扩散区102的电势中充当角色并释放该光电电荷以复位该浮动扩散区102。此外，驱动晶体管104作为源跟随器缓冲放大器。选择晶体管105提供切换功能以执行寻址程序。除了这四个晶体管以外，还有另外的负载晶体管106用于读取输出信号。
特别地，对于用于实现彩色图像的图像传感器，滤色器阵列(CFA)被设置在光检测部分的顶部，该光检测部分在从外部源接收光之后产生光电电荷并储存所产生的光电电荷。该CFA包括用于红、绿和蓝的三个滤色器或者用于黄、洋红和青的其它三个滤色器。
此外，该图像传感器包括用于检测入射光的光检测部分和用于将所检测的光处理为电信号的逻辑电路部分，所述电信号依次转换为数据。为了提高光灵敏度，已经尝试增加额定填充系数(nominal fill factor)，该系数为光检测部分的面积与单元象素的总面积之比。一个通常被运用的增加该额定填充系数的方法是运用微透镜。
就是说，为了增加光灵敏度，已经开发了光收集方法，其用于改变碰撞到除了光检测部分以外区域的光的路径并将这些光收集到该光检测部分中。对于这种光收集方法，微透镜被形成在图像传感器的滤色器上。
典型地，该微透镜通过使用光阻材料被形成。具体来说，图1B截面图，显示传统COMS图像传感器，其包括滤色器和微透镜。参照图1B，该传统COMS图像传感器的结构将被详细描述。
首先，限定活性区和场区的器件隔离层11被形成在基底10上。对于每个单元象素，有光检测单元12，其包括光电二极管等。在图1B中，包括在单元象素中的晶体管没有被示出。
然后，层间(inter-layer)绝缘层13被形成在上面所得到的基底结构上，并且多个第一金属线14被形成在层间绝缘层13上。然后，另一个层间绝缘层15被形成在多个第一金属线14上。然后，多个第二金属线16被形成在所述另一个层间绝缘层15上。
这时，尽管图1B说明两层的金属线，形成多于两层的金属线是可能的。此外，第一金属线14和第二金属线16被有意设置为不阻挡入射光进入光检测单元12。此外，所述另一层间绝缘层15作为内金属绝缘层使第一金属线14和第二金属线16彼此电绝缘。
在形成第二金属线16之后，钝化层17被形成在第二金属线16上以保护器件不受潮和刮伤。然后用于实现彩色图像的多个滤色器18被形成在钝化层17上。这时，滤色器18一般通过使用染色的光阻来形成，并且对于每个单元象素，一个滤色器18被形成，用来从入射到对应的光检测单元12的光中分色。
由于相邻安置的滤色器18彼此重叠，典型的是完全形成的滤色器18具有不同的高度。这时，将被随后形成的微透镜20当被形成在平面化表面上时能正常地行使功能。因此要求消除滤色器18的高度之间的差别。为了实现这种效果，平面化层19被形成在滤色器18上，并且微透镜20然后被形成在平面化层19上。
用于形成微透镜20的典型方法将在下面被描述。首先，具有好的光透射性的光阻层被形成在平面化层19上并以矩形形状图案化。
下一步，热过程被应用使光阻层流动，并且通过该热过程，获得圆屋顶形状的微透镜成为可能。在形成微透镜20之后，低温氧化物(LTO)层21被形成以保护微透镜20。然后，一般的芯片制造过程诸如垫开口(padopening)过程，封装过程等被进行。
通过上述步骤所制造的芯片被用来构造用于相机，蜂窝电话，CCTV等的模块。一般来说，当这样的模块被配置时外部透镜被使用。
图1C是显示入射到使用外透镜的传统COMS图像传感器的光路图解。具体来说，图1C显示了到象素阵列中心部分的入射光路和到该象素阵列的边缘部分的另一入射光路。
如所示，经过外透镜到象素阵列中心部分的入射光经过微透镜无任何光损失地进入到光电二极管PD的中心部分。在该情形中的结果是光收集效率非常高。然而，经过外透镜到象素阵列边缘部分的入射光即使经过其它微透镜也被较经常地收集到远离光电二极管PD中心部分的位置。
就是说，到单元象素的入射光的角度是彼此不同的，其取决于单个单元象素和外透镜的中心点之间的距离。因此，将入射光聚焦到光电二极管PD的中心是不可能的。因为这个原因，在象素阵列的中心和在象素阵列的边缘部分光灵敏度是不同的。
除了这个缺点以外，当使用微透镜时，对于这种图像传感器所构造的结构的上部轮廓由于该微透镜而是粗糙的，并且因此污染物容易粘附到微透镜。这些污染物亦难以清除。
此外，当通过使用光阻制造微透镜时，由于微透镜的特性，常规使用的光阻材料不能被使用。替代地，需要使用昂贵的光阻材料。此外，还必须使用像微透镜图案化过程、烘焙过程、流动过程、LTO沉积过程等这样的附加过程，因此增加制造成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种使用棱镜而不是由光阻材料制成的微透镜来收集光的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
根据本发明的一个方面，一种用于制造具有包括多个单元象素的象素阵列的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法被提供，该方法包括如下步骤对应基底上相应的单元象素形成多个光电二极管；在该基底和光电二极管上顺序形成层间绝缘层和最上的金属线；以预定深度刻蚀该层间绝缘层来形成多个与相应光电二极管对应的沟槽；沉积高密度等离子体(HDP)氧化物层使得设置在所述沟槽之间的该HDP氧化物层具有锥形化的轮廓；沉积具有比所述层间绝缘层更高折射率的氮化物层来填充具有预定深度的所述沟槽；以及沉积具有比该氮化物层更低折射率的绝缘层来填充该沟槽，从而形成棱镜，其中该棱镜引起入射到设置在该象素阵列边缘区域中的光电二极管的光的全反射。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造具有包括多个单元象素的象素阵列的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法，该方法包括如下步骤对应相应的单元象素形成多个光电二极管；在该基底和多个光电二极管上顺序形成层间绝缘层和最上的金属线；以预定深度刻蚀该层间绝缘层来形成多个与相应光电二极管对应的沟槽；沉积高密度等离子体(HDP)氧化物层使得设置在所述沟槽之间的该HDP氧化物层的部分具有锥形化的轮廓；将具有比所述层间绝缘层更高折射率的氮化物层填充到所述沟槽中，从而形成棱镜；在所述绝缘层上形成平面化层；以及在该平面化层上形成多个滤色器阵列，其中该棱镜包括入射到设置在该象素阵列边缘区域中的光电二极管的光的全反射。
此外，根据本发明的另一个方面，提供了一种具有包括多个单元象素的象素阵列的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，该COMS图像传感器包括多个光电二极管，其形成在基底上并且与相应的单元象素对应；层间绝缘层，其形成在该基底和光电二极管上；最上金属线，其形成在该层间绝缘层上；多个沟槽，其是通过以预定深度并且与相应光电二极管对应来刻蚀该层间绝缘层而形成的；高密度等离子体(HDP)氧化物层，其设置在所述沟槽之间的部分具有锥形化的轮廓；氮化物层，其以预定厚度填充到所述沟槽中并具有比所述层间绝缘层更高的折射率；棱镜，其具有堆叠结构，该堆叠结构是通过在该氮化物层上沉积绝缘层而得到的，该绝缘层具有比该氮化物层更低的折射率，并且该棱镜引起入射到设置在该象素阵列边缘区域中的光电二极管的光的全反射；平面化层，其形成在所述绝缘层上；以及多个滤色器阵列，其形成在该平面化层上。
根据本发明的进一步方面，提供一种具有包括多个单元象素的象素阵列的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，该COMS图像传感器包括多个光电二极管，其形成在基底上并且与相应的单元象素对应；层间绝缘层，其形成在该基底和光电二极管上；最上金属线，其形成在该层间绝缘层上；多个沟槽，其是通过以预定深度并且与相应光电二极管对应来刻蚀该层间绝缘层而形成的；高密度等离子体(HDP)氧化物层，其设置在所述沟槽之间的部分具有锥形化的轮廓；棱镜，其通过将具有比所述层间绝缘层更高折射率的氮化物层填充到所述沟槽中而形成并引起入射到设置在该象素阵列边缘区域中的光电二极管的光的全反射；平面化层，其形成在所述绝缘层上；以及多个滤色器阵列，其形成在该平面化层上。
通过下面对优选实施例的描述并结合附图本发明的上述和其它目的与特征将被更好地理解。其中图1A是显示包括一个光电二极管和四个晶体管的常规图像传感器的单元象素的电路图；图1B是显示具有微透镜的常规图像传感器的截面图；图1C是说明在具有微透镜的常规图像传感器中在象素阵列的中心部分和象素阵列的边缘部分光灵敏度不同的问题的图解；图2A到2G是说明根据本发明的优选实施例制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法的截面图。
具体实施例方式
根据本发明优选实施例的具有棱镜的CMOS图像传感器及其制造方法将参考附图被详细描述。
图2A到2G是说明根据本发明的优选实施例制造CMOS图像传感器的方法的截面图。
参阅图2A，通过运用硅的局部氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)方法和浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)方法之一在基底21上形成限定活性区和场区的器件隔离层22。
此时，基底21是P-型半导体。此外，通过在高掺杂的P-型基底上形成低掺杂的P-型外延层而得到的堆叠结构也能用作基底21。该堆叠结构的使用，通过能够扩大光电二极管的耗尽区，提供了增加光电二极管容量的效果。此外，高掺杂的P-型基底防止在单元象素处产生的光电子向其它相邻单元象素的移动并且结果是进一步有可能防止串扰问题。
接下来，尽管没有说明，用于图形化包括在单元象素中的晶体管的栅(gate)电极的过程被执行。随后，在活性区的预定部分上形成多个光电二极管23。
典型地，光电二极管是通过在基底的深区内形成N-型离子注入区并在该N-型离子注入区的顶部上形成P-型离子注入区而被构造的。在这里，N-型离子注入区和P-型离子注入区被分别称作深N和P0区。除了P-型基底21以外，P/N/P的光电二极管结构也被经常使用。注意，图2A中所说明的是光电二极管23的简化结构。
随后，在光电二极管23和栅电极(未示出)上形成基于氧化物的层间绝缘层，多层金属线和用于将上下金属线彼此绝缘的内金属绝缘层。
此时，对于金属线来说，通常使用三层金属线，并且该金属线被设置成使到光电二极管23的入射光路不被阻挡。在图2A中，多层金属线和金属间绝缘层(inter-metal insulation layer)被作为一个层间绝缘层24来说明。
在下文中，在层间绝缘层24的最上区上形成的金属线被称作最上金属线25。一般来说，在最上金属线25形成之后执行形成钝化层的过程。与通常的钝化过程不同，在本发明的该优选实施例中应用了不同的过程。就是说，原硅酸四乙酯(tetraethylorthosilicate，TEOS)氧化物层26覆盖最上金属线25而形成。这时，第一TEOS氧化物层26具有几千埃()的厚度。
参阅图2B，在对应光电二极管23的区域内通过以预定深度刻蚀第一TEOS氧化物层26和层间绝缘层24来形成多个沟槽27。这时，沟槽27单独地对应于光电二极管23，并且具有倒梯形形状。
图2B说明两个沟槽27；在右侧的一个是与设置在象素阵列中心区的光电二极管23对应的沟槽，以及左侧的另一个是与象素阵列的边缘区对应的沟槽。在这里，参考符号X和Y分别代表象素阵列的边缘区和象素阵列的中心区。
此外，应该注意的是，沟槽27是形成棱镜的区域并且单个沟槽27的尺寸是基于光电二极管和单元象素的尺寸来设定的。例如，如果单元象素的间距(pitch)是大约3μm，那么沟槽27的上部直径的范围优选地在大约2.0μm到大约2.8μm，并且沟槽27之间距离C的范围在大约0.2μm到大约1.0μm。如果存在于单元象素内的光电二极管23的直径是大约2.0μm，那么沟槽27的底部直径的范围优选地在大约1.0μm到大约1.6μm。此外，从沟槽27的底部表面到光电二极管23的另一个距离H在大约1000到大约10000的范围内。
参阅图2C，高密度等离子体(HDP)氧化物层28沉积在第一TEOS氧化物层26和沟槽27上。这时，HDP氧化物层28具有范围在大约2000到大约5000的厚度。由于HDP氧化物层28的沉积特性，HDP氧化物层28以锥形化的轮廓沉积在设置于沟槽27之间的第一TEOS氧化物层26的部分上。相反，HDP氧化物层28平坦地沉积在沟槽27的底部表面。
使用HDP氧化物的理由是通过使HDP氧化物在沟槽27之间的间隔上具有锥形化的轮廓来减少光损失。就是说，如果沟槽27之间的间隔通过具有平的轮廓而是宽的，那些入射到该间隔的光由于没有用于实现图像而被浪费。
然而，根据本发明的优选实施例，在沟槽27之间的空间HDP氧化物层28的锥形化轮廓提供了将光损失最小化的效果。
参阅图2D，具有高折射率的材料被填入沟槽27中以形成棱镜。在这里，氮化物层29被用于该高折射材料。就是说，由于通过刻蚀基于氧化物的层间绝缘层24形成了沟槽27，所以有必要使用具有比层间绝缘层24的折射率更高的沟槽填充材料以形成引起全反射的棱镜结构。
在该优选实施例中，氮化硅(SiN)被用作一种典型的沟槽填充材料。在这里，氮化硅具有大约2.0的折射率和近似0的吸收系数。而用于层间绝缘层24的氧化硅(SiO2)具有大约1.46的折射率。
根据这些值，该氮化物层29被填充到沟槽27直到该氮化物层29的厚度范围在大约0.2μm到大约1.5μm。由于沟槽27的上部直径在大约2.0μm到大约2.8μm的范围内，如果该氮化物层29的厚度大于大约1.5μm，那么沟槽27被该氮化物层29完全填充。
尽管用氮化物层29完全填冲沟槽27是有可能的，但是考虑到氮化物层29的光透射性，另一种填充沟槽的方法被提出。就是说，由于氮化物具有比氧化物低的光透射性，所以除了氮化物层29以外，另一种材料被优选地填充到沟槽27中。
因此，在本发明的该优选实施例中氮化物层29的厚度被设定在大约0.2μm到大约1.5μm的范围内。在沉积氮化物层29之后，绝缘层30被填充到沟槽27的没有被填入氮化物层29的部分中。这时，绝缘层30是从由场氧化物层(FOX)、氢倍半硅氧烷(hydrogen silsesquioxane，HSQ)层和旋涂玻璃(SOG)层组成的组中选择的一层。
在这里，FOX层是用于器件隔离过程的氧化物层并具有与氧化物类似的大约1.41的折射率。此外，HSQ层和SOG层也具有与氧化物类似的折射率。具体来说，在绝缘层30形成之后，在大约350℃到大约450℃的温度范围使绝缘层30流动以填充沟槽27。
结果，那些入射到沟槽27的光透过折射率与氧化物类似的绝缘层30并且然后撞到氮化物层29。然后，透过氮化物层29的光撞到层间绝缘层24。由于不同的折射率和入射角，在氮化物层29和层间绝缘层24之间的界面发生全反射。
那些被全反射的光不能从该棱镜中出去，因此被收集到光电二极管23。所以该棱镜能够代替在常规图像传感器中用作光收集器的微透镜。就是说，如果单元象素配置在象素阵列的中心区Y，那么透过外透镜的入射光被高效率地收集到光电二极管23的中心部分。
当使用常规的微透镜时，那些到配置在象素阵列边缘区X的单元象素的入射光不能经常收集到光电二极管。因此，本发明的优选实施例使用棱镜来代替微透镜。作为使用该棱镜的结果，在那些到配置在象素阵列边缘区X的单元象素的入射光中具有大入射角的入射光能够被收集到光电二极管23。因此，减少象素阵列中心区Y和象素阵列边缘区X之间光灵敏度的差别是有可能的。
参阅图2E，在关于绝缘层30的流动过程之后，第二TEOS氧化物层31被形成在绝缘层30上。这时，第二TEOS氧化物层31具有大约1000的厚度。此外，第二TEOS氧化物层31还充当防止容易被污染的绝缘层30的性能退化的角色。第二TEOS氧化物层31帮助随后的过程被稳定地执行。然后，充当平面化层的上涂层(OCL)32被形成在第二TEOS氧化物层31上。在下文中，OCL 32被称作平面化层。
参阅图2F，多个滤色器阵列(CFAs)33被形成在平面化层32上。如果通过使用单层的平面化层32没有达到想要的平面化水平，那么在覆盖有CFA33的上述平面化层32上形成另一层平面化层。
参阅图2G，钝化层34被形成在CFA 33上用于保护器件元件不受潮湿和灰尘的影响。在这里，钝化层34是通过使用诸如低温氧化物(LTO)，珊瑚等材料来形成的。
此外，图2G还显示了CMOS图像传感器中入射光的路径。如所示，入射到设置在象素阵列中心区X中的光电二极管23的光被平行发射，因此导致高的光收集效率。相反地，如上所述，那些入射到设置在象素阵列边缘区X中的光电二极管23的光具有大的入射角并且不被平行发射。因此，常规使用的微透镜不充分地聚焦大入射角的光并且结果是光灵敏度降低。
然而，引起全反射的该棱镜的使用使得有可能高效率地收集甚至具有大入射角的光。结果，进一步有可能在CMOS图像传感器象素阵列的中心和边缘区Y和X获得一致的光灵敏度。
此外，由于微透镜没被用在本优选实施例中，由此引起的器件结构具有平面化的上部轮廓。因此，被颗粒污染的机会较少。
此外，还有另一个降低制造成本的效果，上述器件结构能够以低分辨率条件形成，因为具有I-线型和高栅格尺寸的标线板(reticle)被用于形成用于形成棱镜的沟槽的刻蚀过程。
此外，根据本发明的优选实施例，不必执行光学模拟，并且结果有可能减少设计器件所用的时间。
本申请包含关于在2004年5月6日提交到韩国专利局的韩国专利申请No.KR 2004-0032009的主题内容，其全部内容被并入到这里用于参考。
尽管本发明已经关于某种优选实施例来被描述，对于本领域的技术人员来说，可以进行各种变化和修改而不背离如下列权利要求中所限定的本发明的精神和范围将是显而易见的。
权利要求
1.一种用于制造具有包括多个单元象素的象素阵列的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法，所述方法包括如下步骤在基底上对应于相应单元象素形成多个光电二极管；在所述基底和所述光电二极管上顺序地形成层间绝缘层和最上的金属线；以预定深度刻蚀所述层间绝缘层以形成对应于相应光电二极管的多个沟槽；沉积高密度等离子体(HDP)氧化物层使得设置在所述沟槽之间的该HDP氧化物层具有锥形化的轮廓；以预定的厚度沉积具有比所述层间绝缘层的折射率高的氮化物层来填充所述沟槽；和沉积具有比所述氮化物层的折射率低的绝缘层来填充所述沟槽，由此形成棱镜，其中该棱镜引起到设置在所述象素阵列边缘区域中的光电二极管的入射光的全反射。
2.权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤在所述绝缘层上形成TEOS氧化物层；在所述绝缘层上形成平面化层；和在所述平面化层上形成多个滤色器阵列。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述氮化物层是氮化硅层并具有大约2.0的折射率。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述绝缘层是从由场氧化物层、氢倍半硅氧烷(HSQ)层和旋涂玻璃(SOG)层组成的组中选择的一层。
5.如权利要求4所述的方法，其中在沉积所述绝缘层的步骤中，在沉积所述绝缘层的步骤之后，在大约350℃到大约450℃的温度范围执行流动过程。
6.如权利要求1所述的方法，其中形成多个沟槽的步骤被执行使得从所述光电二极管顶部表面到所述沟槽底部表面的距离范围在大约1000到大约10000。
7.如权利要求1所述的方法，其中形成多个沟槽的步骤被执行使得所述沟槽的上部直径范围在大约2.0μm到大约2.8μm。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述氮化物层具有范围在大约0.2μm到大约1.5μm的厚度。
9.如权利要求1所述的方法，其中在形成多个沟槽的步骤中，如果所述沟槽的上部直径是大约2.0μm，所述沟槽的底部直径范围在大约1.0μm到大约1.6μm。
10.如权利要求1所述的方法，其中沉积所述HDP氧化物层的步骤被执行成直到所述HDP氧化物层具有范围在大约1000到大约10000的厚度。
11.如权利要求1所述的方法，其中在所述层间绝缘层上形成所述最上金属线的步骤进一步包括在所述最上金属线上形成TEOS氧化物层的步骤。
12.如权利要求2所述的方法，其中形成多个滤色器阵列的步骤进一步包括在所述多个滤色器阵列上形成钝化层的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述钝化层是低温氧化物层。
14.如权利要求2所述的方法，其中在形成多个滤色器阵列的步骤中，在所述平面化层上形成另一个平面化层，并且然后在所述另一个平面化层上形成多个滤色器阵列。
15.一种用于制造具有包括多个单元象素的象素阵列的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的方法，所述方法包括如下步骤对应于相应单元象素形成多个光电二极管；在所述基底和所述多个光电二极管上顺序地形成层间绝缘层和最上金属线；以预定深度刻蚀所述层间绝缘层以形成对应于相应光电二极管的多个沟槽；沉积高密度等离子体(HDP)氧化物层使得设置在所述沟槽之间的该HDP氧化物层的部分具有锥形化的轮廓；填充具有比所述层间绝缘层的折射率高的氮化物层到所述沟槽中，由此形成棱镜；在所述绝缘层上形成平面化层；和在所述平面化层上形成多个滤色器阵列，其中所述棱镜包括入射到设置在所述象素阵列边缘区域中的光电二极管的光的全反射。
16.一种具有包括多个单元象素的象素阵列的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，所述COMS图像传感器包括多个光电二极管，其形成在基底上并且与相应的单元象素对应；层间绝缘层，其形成在所述基底和所述光电二极管上；最上金属线，其形成在所述层间绝缘层上；多个沟槽，其是通过以预定深度并且与相应光电二极管对应来刻蚀所述层间绝缘层而形成的；高密度等离子体(HDP)氧化物层，其设置在所述沟槽之间的部分具有锥形化的轮廓；氮化物层，其具有比所述层间绝缘层更高的折射率并以预定厚度填充到所述沟槽中；棱镜，其引起入射到设置在所述象素阵列边缘区域中的光电二极管的光的全反射，并且其具有堆叠结构，该堆叠结构是通过在所述氮化物层上沉积绝缘层而得到的，所述绝缘层具有比所述氮化物层更低的折射率；平面化层，其形成在所述绝缘层上；以及多个滤色器阵列，其形成在所述平面化层上。
17.一种具有包括多个单元象素的象素阵列的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，所述COMS图像传感器包括多个光电二极管，其形成在基底上并且与相应的单元象素对应；层间绝缘层，其形成在所述基底和所述光电二极管上；最上金属线，其形成在所述层间绝缘层上；多个沟槽，其是通过以预定深度并且与相应光电二极管对应来刻蚀所述层间绝缘层而形成的；高密度等离子体(HDP)氧化物层，其设置在所述沟槽之间的部分具有锥形化的轮廓；棱镜，其通过将具有比所述层间绝缘层更高折射率的氮化物层填充到所述沟槽中而形成并引起入射到设置在该象素阵列边缘区域中的光电二极管的光的全反射；平面化层，其形成在所述绝缘层上；以及多个滤色器阵列，其形成在所述平面化层上。
18.如权利要求16所述的CMOS图像传感器，其中所述氮化物层是氮化硅(SiN)层并具有大约2.0的折射率。
19.如权利要求17所述的CMOS图像传感器，其中所述氮化物层是SiN层并具有大约2.0的折射率。
20.如权利要求16所述的CMOS图像传感器，其中所述绝缘层是从由场氧化物层、氢倍半硅氧烷(HSQ)层和旋涂玻璃(SOG)层组成的组中选择的一层。
21.如权利要求16所述的CMOS图像传感器，进一步包括原硅酸四乙酯(TEOS)氧化物层，其形成在所述平面化层的下面；以及钝化层，其形成在多个滤色器阵列上。
22.如权利要求17所述的方法，进一步包括原硅酸四乙酯(TEOS)氧化物层，其形成在所述平面化层的下面；以及钝化层，其形成在多个滤色器阵列上。
全文摘要
一种用于制造具有棱镜的CMOS图像传感器的方法，包括如下步骤在基底上对应于相应单元象素形成多个光电二极管；在所述基底和所述光电二极管上顺序地形成层间绝缘层和最上的金属线；刻蚀所述层间绝缘层以形成对应于相应光电二极管的多个沟槽；沉积高密度等离子体(HDP)氧化物层使得设置在所述沟槽之间的该HDP氧化物层具有锥形化的轮廓；沉积具有比所述层间绝缘层的折射率高的氮化物层来填充所述沟槽；以及沉积具有比所述氮化物层的折射率低的绝缘层来填充所述沟槽，由此形成棱镜，其中该棱镜引起入射到设置在象素阵列边缘区域中的光电二极管的光的全反射。
文档编号H04N5/365GK1694259SQ20051005379
公开日2005年11月9日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年5月6日
发明者洪希桢 申请人:美格纳半导体有限会社