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CN101431090B - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器及其制造方法，该方法包括：设置具有光电二极管的半导体衬底，在光电二极管上方形成滤色器，在滤色器上方形成微透镜以及在微透镜的外缘处形成垂直贯穿微透镜的至少一个金属层。

Description

图像传感器及其制造方法
本申请基于35U.S.C119要求第10-2007-0112157号(于2007年11月5日递交)韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种半导体技术，更具体地，涉及一种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。可以将图像传感器划分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化硅(complementary metal oxide silicon)(CMOS)图像传感器(CIS)。
CMOS图像传感器在每个单位像素中包括光电二极管和MOS晶体管，并因此，以开关模式顺序检测各个单位像素的电信号，从而显示图像。将CMOS图像传感器划分为光电二极管区和晶体管区，光电二极管区接收光信号并将光信号转换为电信号，而晶体管区处理该电信号。在CMOS图像传感器中，在传感器的上端(upperend)上和/或上方形成用于汇聚光(light concentration)的微透镜。微透镜由有机材料制成，并通过工艺诸如光刻蚀工艺(photo etchingprocess)(PEP)和回流工艺来完成。
然而，有机材料具有很弱的机械特性，因此容易有缺陷。在形成微透镜之后的后续工艺中产生杂质(Foreign substance)，而且该杂质附在微透镜上，从而引起CMOS图像传感器的故障。此外，由于像素之间的串扰(crosstalk)，CMOS图像传感器可能产生图像干扰。
发明内容
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，在该制造方法中，在应用氧化物之后通过光刻蚀工艺(PEP)和抛光工艺(polishing process)来形成微透镜，而不是在应用有机材料之后通过光刻蚀工艺(PEP)和回流工艺来形成微透镜。
本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该方法防止了像素之间产生的串扰。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器可以包括以下之中的至少一个：在包括光电二极管的衬底上和/或上方形成的层间绝缘膜(interlayer insulating film)；在层间绝缘膜上和/或上方形成的滤色器层(color filter layer)；以及微透镜，形成在滤色器层上和/或上方并设置有垂直插入其中的金属埋层(metal buried layer)。根据本发明实施例，微透镜由氧化硅(SiO2)制成，而在每个微透镜的边缘区上形成至少一个金属埋层。
本发明实施例涉及一种器件，该器件可以包括以下之中的至少一个：在包括光电二极管的衬底上方形成的层间绝缘膜；在层间绝缘膜上方形成的滤色器层；在滤色器层上方形成的微透镜阵列；以及金属层，垂直贯穿微透镜阵列中的每个微透镜。
本发明实施例涉及一种器件，该器件可以包括以下之中的至少一个：具有光电二极管的半导体衬底；滤色器层，形成在光电二极管上方并与光电二极管相对应；微透镜，形成在滤色器层上方并与滤色器层相对应；以及至少一个金属层，在微透镜的外缘(outeredge)处垂直贯穿微透镜形成。
本发明实施例涉及一种制造图像传感器的方法，该方法可以包括下列中的至少之一：在包括光电二极管的衬底上和/或上方形成层间绝缘膜；在层间绝缘膜上和/或上方形成滤色器层；以及在滤色器层上和/或上方形成微透镜，该微透镜设置有垂直插入其中的金属。根据本发明实施例，微透镜的形成包括：在滤色器层上和/或上方沉积氧化物；在氧化物上和/或上方形成感光膜图样(photosensitivefilm pattern)以刻蚀与微透镜的边缘区相对应的部分氧化物；使用感光膜图样作为刻蚀掩模通过刻蚀来在部分氧化物中的每一个处形成至少一个沟槽；用金属填充至少一个沟槽；以及通过抛光填充有金属的氧化物来形成微透镜，该微透镜设置有插入在微透镜的边缘区中的金属。
本发明实施例涉及一种制造图像传感器的方法，该方法可以包括下列中的至少之一：设置具有光电二极管的半导体衬底；在光电二极管上方形成滤色器；在滤色器上方形成微透镜；以及然后在微透镜的外缘处形成垂直贯穿微透镜的至少一个金属层。
附图说明
实例图1至图4示出了根据本发明实施例的图像传感器及其制造方法。
具体实施方式
尽管本发明实施例描述了CMOS图像传感器的结构，但是这样的实施例并不限于CMOS图像传感器，还可以将其应用到包括CCD图像传感器的所有图像传感器中。
实例图1是根据本发明实施例的图像传感器的纵向截面图。参照实例图1，图像传感器包括具有光电二极管的衬底110。在衬底110上和/或上方形成层间绝缘膜。在层间绝缘膜上和/或上方形成滤色器层120。设置在滤色器层120下方的层间绝缘膜包括金属线。图像传感器进一步包括在具有光电二极管的衬底110上和/或上方的电路。
在滤色器层120上和/或上方形成微透镜131。在每个微透镜131的外缘区中形成相对于滤色器层120的最上表面垂直延伸的金属埋层133。根据本发明实施例，微透镜131由例如氧化硅(SiO2)的氧化物制成。在每个微透镜131的外缘区设置至少一个金属埋层133。根据本发明实施例，金属埋层133从微透镜131的底部表面至微透镜131的最上表面穿透微透镜131，其中在该微透镜131的底部表面处金属埋层133接触滤色器层120的最上表面。通过在微透镜131的外缘区处形成沟槽并用钨(W)填充沟槽来形成金属埋层133。因此，金属被垂直插入到微透镜131的外缘区中，并从而，用作阻挡物(barrier)以防止像素之间产生的串扰。
实例图2至图4是示出了根据本发明实施例的用于制造图像传感器的方法的纵向截面图。
参照实例图2，在包括光电二极管的衬底110上和/或上方首先形成层间绝缘膜。例如，层间绝缘膜具有多层结构，该多层结构包括第一层间绝缘膜，光屏蔽层(light shielding layer)以及第二层间绝缘膜，其中该第一层间绝缘膜形成在包括光电二极管的衬底110上和/或上方，该光屏蔽层用以防止光入射在除了光电二极管区以外的衬底110的区域上，而该第二层间绝缘膜形成在光屏蔽层上和/或上方。从而，形成具有多层结构的层间绝缘膜。此外，在具有多层结构的层间绝缘膜上和/或上方形成钝化层，该钝化层用来保护器件免受湿气(moisture)和擦伤(scratches)。
其次，在层间绝缘膜上和/或上方形成滤色器层120。滤色器层120包括多个根据各自的波长过滤光的R、G和B滤色器。通过向层间绝缘膜施加可染色的光刻胶(dyeable resist)并然后实施曝光和显影工艺(exposure and development processes)来形成滤色器层120。随后，在滤色器层120上和/或上方形成平坦化层(planarizationlayer)，该平坦化层用来调节焦距和确保用于稳定形成微透镜131的平坦度(flatness)。然后，通过在平坦化层上和/或上方沉积氧化物来形成氧化膜131a。将省略对上述平坦化层的形成过程的描述，而在下文中，将描述用来在滤色器层120上和/或上方形成微透镜131的氧化物的沉积。
可以在大约200℃或更低的温度下沉积氧化物，该氧化物可以是氧化硅(SiO2)。然而，用来形成氧化膜131a的氧化物并不限于氧化硅(SiO2)。此外，在氧化物的沉积过程中可以使用CVD、PVD或PECVD。已经在滤色器层120上和/或上方沉积氧化硅(SiO2)之后，在所沉积的氧化硅(SiO2)上和/或上方形成用以刻蚀部分所沉积的氧化硅(SiO2)的感光膜图样。这里，感光膜图样用来选择性地刻蚀与微透镜131的外缘区相对应的部分所沉积的氧化硅(SiO2)，该微透镜131将在随后完成。使用感光膜图样作为刻蚀掩模通过刻蚀来形成氧化膜131a，该氧化膜131a包括在其每个部分处形成的至少一个沟槽(T)。这里，沟槽T位于与每个微透镜131的外缘区相对应的位置。根据本发明实施例，沟槽(T)穿透氧化膜131a直至达到滤色器层120的最上表面的深度，其中滤色器层120形成在氧化膜131a下方。
其后，如实例图3所示，金属133a沉积在氧化膜131a上和/或上方并且填充沟槽(T)。例如，用钨(W)填充沟槽(T)。然而，填充沟槽(T)的金属并不限于钨(W)，根据本发明实施例，可以使用任何具有良好间隙填充(gap-fill)性能的金属。
其后，如实例图4所示，通过抛光填充有金属的氧化膜131a来形成微透镜131，该微透镜131设置有垂直插入在其外缘部分中的金属。使用CMP来抛光氧化膜131a，而用于金属的浆料(金属浆料，slurry for metal)被用来实施该CMP。通过使用用于金属的浆料，优先地去除了氧化膜131a的外缘，其中氧化膜131a设置有垂直插入其中的金属，从而形成具有凸面形状的微透镜131。由于通过使用用于金属的浆料，由氧化物和金属两者制成的微透镜131的外缘区比仅由氧化物制成的微透镜131的中心区被更多地去除，所以形成凸面的微透镜131是可能的。根据本发明实施例，由于微透镜131由氧化物而不是有机材料来制成，所以在后续工艺中产生的杂质可能不影响透镜。此外，在相邻的微透镜之间设置了形成在微透镜中的金属，并从而防止了串扰。
尽管本文中描述了多个实施例，但是应该理解，本领域技术人员可以想到多种其他修改和实施例，它们都将落入本公开的原则的精神和范围内。更特别地，在本公开、附图、以及所附权利要求的范围内，可以在主题结合排列的排列方式和/或组成部分方面进行各种修改和改变。除了组成部分和/或排列方面的修改和改变以外，可选的使用对本领域技术人员来说也是显而易见的选择。

Claims (9)

1.一种图像传感器，包括：
层间绝缘膜，在包括光电二极管的衬底上方形成；
滤色器层，在所述层间绝缘膜上方形成；
微透镜阵列，在所述滤色器层上方形成；以及
金属层，从微透镜的最底部表面至其最上表面垂直贯穿所述微透镜阵列中的每个微透镜，所述金属层在所述最底部表面处接触所述滤色器层的最上表面，并且所述金属层形成在所述每个微透镜的外缘区处；
其中，所述微透镜阵列中的每个微透镜都由氧化物材料组成。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述氧化物材料包括氧化硅(SiO2)。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述金属层由钨组成。
4.一种图像传感器，包括：
半导体衬底，具有光电二极管；
滤色器层，在所述光电二极管上方形成；
微透镜，在所述滤色器层上方形成，其中，所述微透镜由氧化物材料组成；
至少一个金属层，在所述微透镜的外缘处相对于所述滤色器层的最上表面垂直贯穿所述微透镜形成；
其中，所述至少一个金属层包括第一金属层和与所述第一金属层隔离开的第二金属层；
所述第一和第二金属层每个都从所述微透镜的底部表面至其最上表面贯穿所述微透镜，并且所述第一和第二金属层接触所述滤色器层的所述最上表面。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述氧化物材料包括氧化硅(SiO2)。
6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述至少一个金属层由钨组成。
7.一种图像传感器的制造方法，包括：
设置具有光电二极管的半导体衬底；
在所述光电二极管上方形成滤色器；
在所述滤色器上方形成微透镜；以及然后
在所述微透镜的外缘处形成垂直贯穿所述微透镜的至少一个金属层；
其中，形成所述微透镜包括：
在所述滤色器层上方沉积氧化层；以及然后
在所述氧化层的外缘部分处形成至少一个沟槽；
其中，所述至少一个金属层从所述微透镜的最底部表面至其最上表面贯穿所述微透镜并接触所述滤色器的最上表面。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，形成所述至少一个金属层包括：
用金属材料填充所述至少一个沟槽；以及然后抛光填充有所述金属材料的所述氧化层。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述氧化层包括氧化硅(SiO2)。
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