Cmos圖像傳感器及其製造方法
2023-08-06 16:28:46
專利名稱：Cmos圖像傳感器及其製造方法
技術領域：
本發明實施例涉及一種半導體器件，更具體地，涉及一種互補 金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器及其製造方法。
背景技術：
用來將光學圖像轉換為電信號的圖像傳感器一般可以分為兩 種類型互補金屬氧化物半導體(CMOSs )和電荷耦合器件(CCDs )。 CMOS圖像傳感器應用開關方式並且使用MOS電晶體檢測輸出， 其中開關方式產生與像素的數量相對應的金屬氧化物半導體 (MOS)電晶體。相比於CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器在 多個方面都有優勢。例如，由於信號處理電i 各可以-故集成到單個芯 片上，所以CMOS圖像傳感器在操作上更方便並且能夠應用各種掃 描方式，以及實玉見尺寸壓縮(緊湊型，compact-sized)的產品。此 外，通過使用兼容的CMOS技術可以降低製造成本，並可以顯著地 減小功耗。因此，對CMOS圖像傳感器的使用越來越多。
0.18|am的CMOS圖像傳感器需要包括具有4層線結構(line structure)的傳感器驅動器的邏輯器件。更具體地，邏輯器件不l又 需要4層線結構還需要三層金屬間電介質(inter-metal dielectric)(IMD)和一層層間電介質(interlayer dielectric) (ILD )。現在將 參照圖1說明與現有技術的CMOS圖像傳感器有關的問題。
圖l是示意地示出了現有技術的CMOS圖像傳感器的結構的截 面圖。如圖1所示，現有4支術的CMOS圖^象傳感器包括半導體襯底 1、形成於半導體襯底1上的層間電介質4、形成於層間電介質4上 的鈍化層6、形成於層間電介質4上的濾色器(color filter) 7、形 成於濾色器7上的平坦層(planarization layer ) 8以及形成於平坦層 8上的微透鏡9。半導體襯底1包括器件隔離層2和光電二極體3。 層間電介質4包括多個金屬線5a、 5b和5c。
如圖l所示，金屬線5a、 5b和5c具有多層結構，該多層結構 增加了置於微透鏡9和光電二極體3之間的層間電介質4的厚度。 增加的厚度阻礙了穿過微透鏡9傳播的光的聚焦。用來改善光的聚 焦的嘗試已經包括減小微透鏡9的曲率。然而，這些嘗試已經證實 是無效的，而並沒有充分地解決從糹效透4竟9至光電二才及管3的光傳 播的惡化(deterioration )。此外，由於光聚焦在光電二極體3的上 部上，所以在現有技術的CMOS圖像傳感器中存在感光度的劣化。 同樣，由於入射光不規則的漫射和反射，導致了諸如像素間串擾 (cross-talk)的缺陷。
發明內容
總體而言，本發明示例性實施例涉及一種互補金屬氧化物半導 體(CMOS)圖像傳感器及其製造方法。通過在其中光從微透鏡傳 #番至光電二才及管的；也方增加具有相對高的導光性(light guiding property )材料至層間電介質，本發明的 一些示例性實施例能夠提高 感光度。同樣，本發明的一些示例性實施例減小了串擾(cross-talk )。在本發明一個示例性實施例中，用於製造CMOS圖像傳感器的 方法包括多個步驟。首先，在包括光電二極體的半導體襯底上形成 包括多個金屬線的層間電介質。接下來，在層間電介質中形成溝槽。 然後，在溝槽中形成l屯化層。接下來，通過在鈍化層上氣相沉積 (vapor-d印ositing )附加介電層來填充溝槽。然後，在附加介電層 上形成濾色器。接下來，在濾色器上形成平坦層。最後，在平坦層 上形成微透鏡。
在本發明另一個示例性實施例中，CMOS圖〗象傳感器包括半導 體襯底和形成於半導體襯底上的層間電介質，其中半導體襯底包括 光電二極體。層間電介質包括多個金屬線和與到光電二極體的光3各 (lightpath)相對應布置的溝槽。CMOS圖Y象傳感器還包4舌形成於 溝槽中的鈍化層、填充在溝槽中的附加介電層、形成於附加介電層鏡。
提供這些概要的目的在於以筒單的形式介紹一種概念的選擇， 這些概念將在以下的具體實施方式
中作進一步描述。這些概要不是 為了確定所要求的主題內容的關鍵特徵或本質特性，也不是為了用 作確定所要求的主題內容的範圍的輔助。此外，可以理解的是，本 發明的上述總體描述和以下的具體描述都是示例性的和說明性的， 並且旨在提供對所要求的本發明的進一步解釋。
附圖被包括用來提供對本發明示例性實施例的進一步理解，並 結合於此而構成本申i青的一部分，示出了本發明的示例性實施例。 在附圖中圖l是示意地示出了現有技術的CMOS圖像傳感器的結構的截 面圖；以及
圖2A至圖2C是示出了示例性CMOS圖像傳感器的結構的截 面圖。
具體實施例方式
在以下本發明實施例的詳細描述中，現在將詳細地參照本發明 的優選實施方式和在附圖中示出的實施例。。在所有可能的地方， 在整個附圖中使用相同的標號以表示相同或相似的部件。這些具體 實施方式描述的足夠詳細以使本領域技術人員能夠實施本發明。可 以利用其他的具體實施方式
，並在不脫離本發明的範圍內可以作結 構的、邏輯的和電的改變。而且，可以理解的是，本發明的各種具 體實施方式，儘管不同，^旦不是一定互相獨立的。例如，在一個具 體實施方式中描述的顯著特徵、結構或特性也可能包含在其他的具 體實施方式中。因此，以下的具體描述不應該^皮局限的理解，而本 發明的範圍僅通過所附的權利要求以及這些權利要求所享有的等 同替換的全部範圍來限定。
圖2A至圖2C是示出了示例性互補金屬氧化物半導體(CMOS ) 圖像傳感器的結構的截面圖。如圖2A中所披露，通過首先在半導 體襯底10上形成包括多個金屬線21、 22和23的層間電介質20來 製造示例性CMOS圖像傳感器。半導體襯底10包括器件隔離層11 和光電二才及管12。層間電介質20可以例如由非摻雜石圭酸鹽if皮璃 (undoped silicate glass) ( USG )層、氟摻雜石圭酸鹽3皮璃(fluorine doped silicate glass ) (FUSG)層或其若干糹且合形成。
形成在層間電介質20中的金屬線21、 22和23包4舌用於驅動 圖像傳感器的金屬線和用於驅動邏輯電路的金屬線。金屬線21、 22和23可以形成在多層中，其中例如多層在大約2層到大約5層之 間。更具體地，當在層間電介質20中形成多層的金屬線21、 22和 23時，重複一系列工藝，這些工藝包括USG的氣相沉積、平坦化、 氮化層的氣相沉積、氮化層的退火和去除。
接下來，現在參照圖2B,在層間電介質20上形成光刻膠圖樣 (未示出)。然後，使用光刻膠圖樣作為蝕刻掩膜來部分蝕刻層間 電介質20,從而在其中光被傳播至光電二極體12的地方形成溝槽。 如下所述，溝槽的深度可以同於或大於隨後將形成的附加介電層的 厚度。在溝槽具有比附加介電層大的深度的情況下，如下所述，形 成於溝槽中的鈍化層30的厚度同樣可以被認為是附加介電層厚度 的一部分。在用於形成溝槽的蝕刻期間，光刻膠圖樣也可以被同時 蝕刻並/人而#皮去除。
接下來，在層間電介質20的整個表面上，包括在形成於層間 電介質20中的溝槽內形成鈍化層30。通過等離子增強化學氣相沉 禾只(plasma-enhanced chemical vapor deposition ) ( PECVD )來氣相 沉積氮4b義圭層，可以以4於墊(liner)的形式製造4屯4b層30。在形成 鈍化層30之後，可以對半導體襯底10實施退火以固化(cure )鈍 化層30。
現在參照圖2C, 4妄下來，在4屯化層30的整個表面上氣相沉積 附加介電層40，從而填充形成於層間電介質20中的溝槽。附加介 電層40可以具有比層間電介質20高的折射率。同樣，附加介電層 40可以由具有比層間電介質20高的導光性的介電才才衝牛(dielectric material)形成。在形成附加介電層40之後，為了平坦化附加介電 層40的表面，可以對附加介電層40的表面實施-走塗(spin coating )。
接下來，在附加介電層40上施加用於濾色器的抗蝕劑(resist), 然後形成濾色層。在本發明實施例中，濾色器50包括三種顏色紅(R)、綠(G)和藍(B),並且通過多次實施濾色器製造工藝來 形成該濾色器50。 R、 G和B濾色器50根據他們各自的抗蝕特性 (resist properties ) 4皮jt匕呈卩介牙弟;R ( stepped )。
才妄下來，形成例如由氮化石圭製成的平坦層60以補償濾色器50 的高度差。此外，在平坦層60上形成抗蝕圖才羊(resist pattern )，該 抗蝕圖樣用於形成微透鏡70。接下來，通過在平坦層60上施加用 於微透鏡70的抗蝕劑並且對抗蝕劑實施光刻來形成微透鏡抗蝕圖 樣。然後，對樣i透鏡抗蝕圖樣實施退火以致;微透4fe抗蝕圖樣回流 (reflows)。從而，形成具有圓頂形的微透鏡70。
如上所述，是本發明的一些實施例，在其中光^M殷透4竟70傳 播至光電二極體12的地方形成溝槽。然後，施加具有比層間電介 質高的導光性的介電材料以填充溝槽。該結構使得圖像傳感器的聚 光歲文率(light condensing efficiency )和感光度才是高，同時也減小了 濾色器中串擾。
儘管已經示出並描述了本發明的多個示例性實施例，但是可以 對本發明的這些示例性實施例作改變。因此，本發明的範圍由下述 權利要求及其等同替換來限定。
權利要求
1. 一種用於製造互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的方法，包括在包括光電二極體的半導體襯底上形成包括多個金屬線的層間電介質；在所述層間電介質中形成溝槽；在所述溝槽中形成鈍化層；通過在所述鈍化層上氣相沉積附加介電層來填充所述溝槽；在所述附加介電層上形成濾色器；在所述濾色器上形成平坦層；以及在所述平坦層上形成微透鏡。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，在所述層間電介質中形成 溝槽包括在所述層間電介質上形成光刻膠圖樣；以及使用所述光刻膠圖樣作為蝕刻掩膜來部分蝕刻所述層間 電介質以形成所述溝槽。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述層間電介質包括非摻 雜石圭酸鹽玻璃(USG)層、氟摻雜石圭酸鹽^皮璃(FUSG)層或 其若干組合。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，通過等離子增強化學氣相 沉積(PECVD)氣相沉積氮化石圭層來形成所述4M匕層。
5. 糹艮據4又利要求1所述的方法，在形成所述4屯化層之後，進一步 包括對所述半導體襯底實施退火。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述附加介電層包括具有 比所述層間電介質高的導光性的介電材料。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述附加介電層包括具有 比所述層間電介質高的折射率的材料。
8. 4艮據4又利要求1所述的方法，其中，通過PECVD氣相沉積氮 化石圭層來形成所述附加介電層。
9. 根據權利要求8所述的方法，在氣相沉積所述附加介電層之 後，進一步包4舌，通過S走塗來平坦化所述附加介電層。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中，在所述層間電介質上光被 傳播至所述光電二一及管的地方布置所述溝槽。
11. 一種CMOS圖像傳感器，包括半導體襯底，包括光電二才及管；層間電介質，形成於所述半導體4於底上，所述層間電介 質包括多個金屬線和與到所述光電二極體的光路相對應地布 置的溝槽；4屯4b層，形成於所述溝槽中；附加介電層，填充在所述溝槽中；濾色器，形成於所述附加介電層上；平坦層，形成於所述濾色器上；以及微透鏡，形成於所述平坦層上。
12. 才艮據;》又利要求11所述的CMOS圖^f象傳感器，其中，所述層間 電介質包括USG層、FUSG層或其若干組合。
13. 才艮據權利要求11所述的CMOS圖像傳感器，其中，通過 PECVD氣相沉積氮4匕石圭層來形成所述4屯4匕層。
14. 根據權利要求11所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述附加 介電層包括具有比所述層間電介質高的導光性的介電材料。
15. 根據權利要求11所述的CMOS圖像傳感器，其中，所述附加 介電層由具有比所述層間電介質高的折射率的材料形成。
16. 根據權利要求11所述的CMOS圖像傳感器，其中，通過 PECVD氣相沉積氮化矽層來形成所述附加介電層。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器及其製造方法。在本發明的一個示例性實施例中，用於製造CMOS圖像傳感器的方法包括多個步驟。首先，在包括光電二極體的半導體襯底上形成包括多個金屬線的層間電介質。接下來，在層間電介質中形成溝槽。然後，在溝槽中形成鈍化層。接下來，通過在鈍化層上氣相沉積附加介電層來填充溝槽。然後，在附加介電層上形成濾色器。接下來，在濾色器上形成平坦層。最後，在平坦層上形成微透鏡。
文檔編號H01L21/70GK101414579SQ20081017025
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月16日 優先權日2007年10月17日
發明者俊 黃 申請人:東部高科股份有限公司