專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及CMOS圖像傳感器及其制造方法。
背景技術：
通常，圖像傳感器是將光學信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導體器件。圖像傳感器通常分為電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)。
CIS包括用于感測輻射光的光電二極管以及用于將所感測的光處理為數(shù)據(jù)的電信號的CMOS邏輯電路。由于光電二極管中的光量增加。圖像傳感器的光靈敏度增加。
為了增加光靈敏度，一種技術是增加填充因數(shù)(光電二極管面積與圖像傳感器的整個面積的比)。另一種是其中改變?nèi)肷涞讲皇枪怆姸O管的區(qū)域的光的路徑，以將光聚焦到光電二極管的技術。
聚焦技術的典型例子包括微透鏡形成。在微透鏡形成中，凸起的(convex)微透鏡由光電二極管上的優(yōu)異光透射材料所形成，使得可以通過折射入射光將光引導到光電二極管區(qū)。
在這種情況下，通過微透鏡折射平行于微透鏡的光軸的光，因此在光軸的預設位置上形成微透鏡的焦點。
典型地，根據(jù)像素中晶體管的數(shù)目來分類CIS。例如，CIS可以分為3T、4T或5T型。3T包括1個光電二極管和3個晶體管。4T包括一個光電二極管和4個晶體管。
在下文中，將參照圖1描述現(xiàn)有技術CIS。
圖1是現(xiàn)有技術CIS的截面圖。
如圖1所示，在襯底11上順序地形成光電二極管層13、濾色鏡層14和平整層15。然后，在平整層15上形成微透鏡16。
然而，現(xiàn)有技術CIS具有下面的問題。
例如，如圖1所示，包括在通過微透鏡16入射到濾色鏡層14的光中的不平行于微透鏡的光軸的傾斜的入射光，被減小進入另一像素的光電二極管12，以及不是對應于濾色鏡的光電二極管。因此，發(fā)生互擾，使得光變得混合并且光敏感性降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及CIS及其制造方法，其解決和/或避免現(xiàn)有技術的一個或多個問題、限制和/或缺點。
本發(fā)明的目標是提供一種CIS，其沒有由通過微透鏡入射到濾色鏡的、入射到不相關的光電二極管的光所導致的互擾，及其制造方法。
本發(fā)明的其他優(yōu)勢、目標和特性，將部分地在下面的說明書中闡述，部分地對于本領域普通技術人員來說是顯而易見的，或者可以在審查下文時是顯而易見的或者可以從本發(fā)明的實踐中學習。通過在文本說明和其權利要求以及附圖中特別指出的結構，實現(xiàn)本發(fā)明的目標和其他優(yōu)勢。
為了獲得這些目標和其他優(yōu)勢，以及與本發(fā)明的目標相一致，如在此實施并概括說明，提供一種CIS，包括在其上形成有光電二極管和晶體管的襯底上形成的層間絕緣層；多個濾色鏡，形成在層間絕緣層上并彼此分隔預設間隔；金屬側(cè)壁，形成為填充多個濾色鏡之間的預設間隔；以及微透鏡，形成在多個濾色鏡的每一個上。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種CIS，包括在其上形成有光電二極管和晶體管的襯底上形成的層間絕緣層；第一濾色鏡，形成在層間絕緣層上；金屬側(cè)壁，形成在第一濾色鏡的兩個側(cè)面上；第二濾色鏡，形成在第一濾色鏡的一側(cè)，在其中間插入金屬側(cè)壁；第三濾色鏡，形成在第一濾色鏡的另一側(cè)，在其中間插入金屬側(cè)壁；以及微透鏡，形成在第一、第二和第三濾色鏡上。
在本發(fā)明的還一方面，提供一種制造CIS的方法，該方法包括在具有光電二極管和晶體管的襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層上形成第一濾色鏡、在第一濾色鏡的兩側(cè)形成金屬側(cè)壁；在第一濾色鏡的一側(cè)形成第二濾色鏡，在第一濾色鏡和第二濾色鏡之間插入金屬側(cè)壁；在第一濾色鏡的另一側(cè)形成第三濾色鏡，在第一濾色鏡和第三濾色鏡之間插入金屬側(cè)壁；以及在第一、第二和第三濾色鏡的每一個上形成微透鏡。
在本發(fā)明的還一方面，提供了一種制造CIS的方法，該方法包括在具有光電二極管和晶體管的襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層上形成綠、紅和藍濾色鏡，該綠、紅和藍濾色鏡彼此分開預設間隔；在綠、紅和藍濾色鏡的每一個的側(cè)面形成金屬側(cè)壁；在綠、紅和藍濾色鏡的每一個上形成微透鏡。
應理解，本發(fā)明的上述概括說明和下面詳細描述是示例性和說明性的，并旨在提供如所要求的本發(fā)明的進一步解釋。


附圖，包括以提供本發(fā)明的進一步理解并在此引入并構成本申請的一部分，說明本發(fā)明的實施例，并且連同說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是現(xiàn)有技術CIS的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的CIS的截面圖；圖3至7是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的制造CIS的方法的截面圖；以及圖8至10是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的制造CIS的方法的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中說明實施例的例子。只要可能，在整個附圖中使用相同的參考標號來指示相同或相似的部件。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的CIS的截面圖。
如圖2所示，可以在半導體襯底101上形成為CIS中的部分單位像素的光電二極管102以及各種晶體管(未示出)?？梢栽诎雽w襯底101的整個表面上形成層間絕緣層103。然后，可以在層間絕緣層103上形成濾色鏡層。濾色鏡層可以包括彼此分開預設間隔的綠濾色鏡104、紅濾色鏡106和藍濾色鏡107。
在濾色鏡104、106和107之間形成金屬側(cè)壁105。
在實施例中，可以在綠濾色鏡103的兩側(cè)形成金屬側(cè)壁105。即，由于綠濾色鏡105與其他濾色鏡106和107共用接觸點，當在綠濾色鏡104的兩側(cè)上形成金屬側(cè)壁105時，在濾色鏡104、106和107之間形成金屬側(cè)壁105。
在一個實施例中，金屬側(cè)壁105可以由不透明金屬所形成。在特定實施例中，可以將金屬側(cè)壁105形成為500至2000的厚度。因此，可以有效地全反射傾斜的光。當金屬側(cè)壁105的厚度小于500時，難以執(zhí)行光的全反射。當金屬側(cè)壁105大于2000時，難以采集光，由于濾色鏡所占據(jù)的面積由于金屬側(cè)壁所占據(jù)的面積增大而減小。
在一個實施例中，不透明金屬可以選自包括Al、Cr、Mo和Ti的組。當不透明金屬形成為1000的厚度時，可以有效地全反射傾斜的光。
即，由于在濾色鏡104、106和107之間金屬側(cè)壁105由不透明金屬層構成，全反射通過微透鏡109入射到光電二極管102的光。因此，當投射傾斜入射光時，通過防止互擾增加圖像傳感器的靈敏度。
可以在具有濾色鏡104、106和107的半導體襯底的整個表面上形成平整層108。可以對應于每個濾色鏡104、106和107形成微透鏡109。
在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的制造CIS的方法。
圖3至7是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的制造CIS的方法的截面圖。
如圖3所示，可以在半導體襯底101上形成光電二極管102和各種晶體管(未示出)，以構成CIS的單位像素。
接下來，可以在具有光電二極管102的半導體襯底101上形成層間絕緣層103。
在實施例中，可以以多層結構形成層間絕緣層103。在特定實施例中，在形成一個層間絕緣層之后，可以形成光阻擋層(未示出)，用于防止光入射到光電二極管102，然后可以在其上形成另一層間絕緣層。
在一個實施例中，層間絕緣層103可以由例如未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)的氧化物所形成。
接下來，如圖4所示，綠色光敏材料可以被應用到層間絕緣層103上，然后被選擇性地構圖以形成分開預設間隔的綠濾色鏡104。
接下來，可以在具有綠濾色鏡104的半導體襯底101的整個表面上形成不透明金屬層105a(例如，Al、Cr、Mo、Ti等)達500至2000的厚度。
接下來，如圖5所示，可以在不透明金屬層105a上執(zhí)行毯式(blanket)蝕刻工序，以在綠濾色鏡104的兩側(cè)上形成金屬側(cè)壁105。
即，可以在綠濾色鏡104的兩側(cè)上形成金屬側(cè)壁105。因此，由于綠濾色鏡104與其他濾色鏡106和107共用接觸點，當在綠濾色鏡104的兩側(cè)上形成金屬側(cè)壁105時，在濾色鏡104、106和107之間形成金屬側(cè)壁105。
盡管在上述的第一實施例中，在綠濾色鏡104的兩側(cè)上形成金屬側(cè)壁105，本發(fā)明不限制于此。
如圖6所示，在將紅色光敏材料應用到具有金屬側(cè)壁105和綠濾色鏡104的半導體襯底101的整個表面之后，可以選擇性地構圖紅色光敏材料，以在綠濾色鏡104的側(cè)面形成紅濾色鏡106。
接下來，將藍色光敏材料應用到半導體襯底101的整個表面上?？梢允褂谜障?photo)及曝光工序選擇性地構圖藍色光敏材料，以在綠濾色鏡104的另一側(cè)形成藍濾色鏡107。
接下來，如圖7所示，可以在具有濾色鏡104、106和107的半導體襯底101的整個表面上形成平整層108。
接下來，可以將微透鏡材料層應用到平整層108上，然后選擇性地蝕刻并回流(reflow)微透鏡材料層以形成半球微透鏡109，以對應于每一個濾色鏡104、106和107。
在實施例中，例如氧化物層或光刻膠的絕緣層可以用于微透鏡材料層。
此外，回流工序可以使用熱盤(plate)或熔爐。根據(jù)收縮和加熱方法，微透鏡可具有不同的曲率。積聚效率根據(jù)曲率而變化。
接下來，紫外線束可以照射到微透鏡109上用于硬化。在一個實施例中，可以使用激光來硬化微透鏡109。由于微透鏡109被硬化，其保持曲率的最佳半徑。
盡管在上述的實施例中形成平整層108，微透鏡109可以直接形成在每個濾色鏡104、106和107上，而不必形成平整層108。
在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例制造CIS的方法中，由于在濾色鏡104、106和107之間形成不透明金屬層的金屬側(cè)壁105，全反射通過微透鏡109入射到光電二極管102的光。因此，通過防止傾斜入射光的互擾，增加圖像傳感器的靈敏性。
將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的制造CIS的方法。
第二實施例的方法可引用在上面不同實施例中描述的第一實施例的方法的元件。
下面是第二實施例的方法的特性。
在第一實施例中，在形成綠濾色鏡104之后，可以在綠濾色鏡104的兩側(cè)上形成金屬側(cè)壁105。
相反地，在第二實施例中，如圖8所示，濾色鏡104、106和107可以形成為彼此距離預設間隔T。
然后，如圖9所示，可以在具有濾色鏡104、106和107的半導體襯底101上淀積金屬層，以填充預設間隔T。然后，可以執(zhí)行毯式蝕刻或化學機械拋光(CMP)工序，以在濾色鏡104、106和107之間形成金屬側(cè)壁105。
接下來，如圖10所示，可以在具有插入的金屬側(cè)壁105的濾色鏡104、106和107上順序形成平整層108和微透鏡109。
在第二實施例的方法中，由于在濾色鏡104、106和107之間形成不透明金屬層的金屬側(cè)壁105，全反射通過微透鏡入射到光電二極管的光。因此，通過防止由于傾斜入射光所導致的互擾，增加了圖像傳感器的靈敏度。
對于本領域技術人員來說，很明顯可以在本發(fā)明中做出各種改進和變化。因此，本發(fā)明旨在覆蓋本發(fā)明的改進和變化，只要它們落入所附權利要求及其等效的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種CIS(互補金屬氧化物硅圖像傳感器)，包括在襯底上形成的層間絕緣層，在該襯底上形成有光電二極管和晶體管；多個濾色鏡，形成在層間絕緣層上并彼此分隔預設間隔；金屬側(cè)壁，形成為填充多個濾色鏡之間的預設間隔；以及微透鏡，形成在多個濾色鏡的每一個上。
2.如權利要求1的CIS，其中多個濾色鏡包括紅濾色鏡、綠濾色鏡和藍濾色鏡。
3.如權利要求2的CIS，其中在綠濾色鏡的兩側(cè)上形成金屬側(cè)壁。
4.如權利要求1的CIS，其中金屬側(cè)壁由不透明金屬構成。
5.如權利要求4的CIS，其中不透明金屬選自包括Al、Cr、Mo和Ti的組。
6.如權利要求1的CIS，還包括在包括多個濾色鏡的襯底的整個上表面上的平整層。
7.一種CIS(互補金屬氧化物硅圖像傳感器)，包括在襯底上形成的層間絕緣層，該襯底具有在其上形成的光電二極管和晶體管；第一濾色鏡，形成在層間絕緣層上；金屬側(cè)壁，形成在第一濾色鏡的兩個側(cè)面上；第二濾色鏡，形成在第一濾色鏡的一側(cè)，在第一濾色鏡和第二濾色鏡之間插入金屬側(cè)壁；第三濾色鏡，形成在第一濾色鏡的另一側(cè)，在第一濾色鏡層和第三濾色鏡層之間插入金屬側(cè)壁；以及微透鏡，形成在第一、第二和第三濾色鏡上。
8.如權利要求7的CIS，其中第一濾色鏡是綠濾色鏡。
9.一種制造CIS(互補金屬氧化物硅圖像傳感器)的方法，該方法包括在具有光電二極管和晶體管的襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層上形成第一濾色鏡；在第一濾色鏡的兩側(cè)形成金屬側(cè)壁；在第一濾色鏡的一側(cè)形成第二濾色鏡，在第一濾色鏡和第二濾色鏡之間插入金屬側(cè)壁；在第一濾色鏡的另一側(cè)形成第三濾色鏡，在第一濾色鏡和第三濾色鏡之間插入金屬側(cè)壁；以及在第一、第二和第三濾色鏡的每一個上形成微透鏡。
10.如權利要求9所述的方法，其中形成第一濾色鏡包括在層間絕緣層上應用綠光敏材料；以及選擇性地構圖綠光敏材料。
11.如權利要求9所述的方法，其中側(cè)壁由不透明金屬構成。
12.如權利要求11所述的方法，其中不透明金屬選自包括Al、Cr、Mo和Ti的組。
13.如權利要求9所述的方法，其中形成金屬側(cè)壁包括將金屬層淀積為500至2000的厚度；以及在金屬層上執(zhí)行毯式蝕刻工序。
14.如權利要求9所述的方法，還包括在包括第一、第二和第三濾色鏡的襯底的整個表面上形成平整層。
15.如權利要求9所述的方法，還包括硬化微透鏡。
16.一種制造CIS(互補金屬氧化物硅圖像傳感器)的方法，該方法包括在具有光電二極管和晶體管的襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層上形成綠、紅和藍濾色鏡，該綠、紅和藍濾色鏡彼此分開預設間隔；在綠、紅和藍濾色鏡的每一個的側(cè)面形成金屬側(cè)壁；以及在綠、紅和藍濾色鏡的每一個上形成微透鏡。
17.如權利要求16所述的方法，其中形成金屬側(cè)壁包括在襯底的整個表面上形成金屬層，以填充綠、紅和藍濾色鏡之間的預設間隔；以及平整化金屬層，以露出綠、紅和藍濾色鏡。
18.如權利要求17所述的方法，其中平整化金屬層包括在金屬層上執(zhí)行CMP(化學機械處理)。
19.如權利要求17所述的方法，其中平整化金屬層包括在金屬層上執(zhí)行毯式蝕刻工序。
20.如權利要求16所述的方法，其中金屬層由選自包括Al、Cr、Mo和Ti的組的金屬所構成。
全文摘要
提供了一種CIS及其制造方法。該CIS包括在其上形成有光電二極管和晶體管的襯底上形成的層間絕緣層；多個濾色鏡層，形成在層間絕緣層上并彼此分隔預設間隔；金屬側(cè)壁，形成為填充多個濾色鏡之間的預設間隔；以及微透鏡，形成在多個濾色鏡的每一個上。
文檔編號H01L21/822GK1941396SQ200610159598
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月28日 優(yōu)先權日2005年9月28日
發(fā)明者黃 俊 申請人:東部電子有限公司