專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及一種互補(bǔ) 金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
用來(lái)將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的圖像傳感器一般可以分為兩 種類(lèi)型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOSs )和電荷耦合器件(CCDs )。 CMOS圖像傳感器應(yīng)用開(kāi)關(guān)方式并且使用MOS晶體管檢測(cè)輸出， 其中開(kāi)關(guān)方式產(chǎn)生與像素的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOS)晶體管。相比于CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器在 多個(gè)方面都有優(yōu)勢(shì)。例如，由于信號(hào)處理電i 各可以-故集成到單個(gè)芯 片上，所以CMOS圖像傳感器在操作上更方便并且能夠應(yīng)用各種掃 描方式，以及實(shí)玉見(jiàn)尺寸壓縮(緊湊型，compact-sized)的產(chǎn)品。此 外，通過(guò)使用兼容的CMOS技術(shù)可以降低制造成本，并可以顯著地 減小功耗。因此，對(duì)CMOS圖像傳感器的使用越來(lái)越多。
0.18|am的CMOS圖像傳感器需要包括具有4層線結(jié)構(gòu)(line structure)的傳感器驅(qū)動(dòng)器的邏輯器件。更具體地，邏輯器件不l又 需要4層線結(jié)構(gòu)還需要三層金屬間電介質(zhì)(inter-metal dielectric)(IMD)和一層層間電介質(zhì)(interlayer dielectric) (ILD )?，F(xiàn)在將 參照?qǐng)D1說(shuō)明與現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器有關(guān)的問(wèn)題。
圖l是示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的截 面圖。如圖1所示，現(xiàn)有4支術(shù)的CMOS圖^象傳感器包括半導(dǎo)體襯底 1、形成于半導(dǎo)體襯底1上的層間電介質(zhì)4、形成于層間電介質(zhì)4上 的鈍化層6、形成于層間電介質(zhì)4上的濾色器(color filter) 7、形 成于濾色器7上的平坦層(planarization layer ) 8以及形成于平坦層 8上的微透鏡9。半導(dǎo)體襯底1包括器件隔離層2和光電二極管3。 層間電介質(zhì)4包括多個(gè)金屬線5a、 5b和5c。
如圖l所示，金屬線5a、 5b和5c具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu) 增加了置于微透鏡9和光電二極管3之間的層間電介質(zhì)4的厚度。 增加的厚度阻礙了穿過(guò)微透鏡9傳播的光的聚焦。用來(lái)改善光的聚 焦的嘗試已經(jīng)包括減小微透鏡9的曲率。然而，這些嘗試已經(jīng)證實(shí) 是無(wú)效的，而并沒(méi)有充分地解決從纟效透4竟9至光電二才及管3的光傳 播的惡化(deterioration )。此外，由于光聚焦在光電二極管3的上 部上，所以在現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器中存在感光度的劣化。 同樣，由于入射光不規(guī)則的漫射和反射，導(dǎo)致了諸如像素間串?dāng)_ (cross-talk)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
總體而言，本發(fā)明示例性實(shí)施例涉及一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。通過(guò)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(duì)高的導(dǎo)光性(light guiding property )材料至層間電介質(zhì)，本發(fā)明的 一些示例性實(shí)施例能夠提高 感光度。同樣，本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例減小了串?dāng)_(cross-talk )。在本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例中，用于制造CMOS圖像傳感器的 方法包括多個(gè)步驟。首先，在包括光電二極管的半導(dǎo)體襯底上形成 包括多個(gè)金屬線的層間電介質(zhì)。接下來(lái)，在層間電介質(zhì)中形成溝槽。 然后，在溝槽中形成l屯化層。接下來(lái)，通過(guò)在鈍化層上氣相沉積 (vapor-d印ositing )附加介電層來(lái)填充溝槽。然后，在附加介電層 上形成濾色器。接下來(lái)，在濾色器上形成平坦層。最后，在平坦層 上形成微透鏡。
在本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例中，CMOS圖〗象傳感器包括半導(dǎo) 體襯底和形成于半導(dǎo)體襯底上的層間電介質(zhì)，其中半導(dǎo)體襯底包括 光電二極管。層間電介質(zhì)包括多個(gè)金屬線和與到光電二極管的光3各 (lightpath)相對(duì)應(yīng)布置的溝槽。CMOS圖Y象傳感器還包4舌形成于 溝槽中的鈍化層、填充在溝槽中的附加介電層、形成于附加介電層鏡。
提供這些概要的目的在于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(shí)施方式
中作進(jìn)一步描述。這些概要不是 為了確定所要求的主題內(nèi)容的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特性，也不是為了用 作確定所要求的主題內(nèi)容的范圍的輔助。此外，可以理解的是，本 發(fā)明的上述總體描述和以下的具體描述都是示例性的和說(shuō)明性的， 并且旨在提供對(duì)所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


附圖被包括用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并 結(jié)合于此而構(gòu)成本申i青的一部分，示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。 在附圖中圖l是示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的截 面圖。
具體實(shí)施例方式
在以下本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述中，現(xiàn)在將詳細(xì)地參照本發(fā)明 的優(yōu)選實(shí)施方式和在附圖中示出的實(shí)施例。。在所有可能的地方， 在整個(gè)附圖中使用相同的標(biāo)號(hào)以表示相同或相似的部件。這些具體 實(shí)施方式描述的足夠詳細(xì)以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。可 以利用其他的具體實(shí)施方式
，并在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)可以作結(jié) 構(gòu)的、邏輯的和電的改變。而且，可以理解的是，本發(fā)明的各種具 體實(shí)施方式，盡管不同，^旦不是一定互相獨(dú)立的。例如，在一個(gè)具 體實(shí)施方式中描述的顯著特征、結(jié)構(gòu)或特性也可能包含在其他的具 體實(shí)施方式中。因此，以下的具體描述不應(yīng)該^皮局限的理解，而本 發(fā)明的范圍僅通過(guò)所附的權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求所享有的等 同替換的全部范圍來(lái)限定。
圖2A至圖2C是示出了示例性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS ) 圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖2A中所披露，通過(guò)首先在半導(dǎo) 體襯底10上形成包括多個(gè)金屬線21、 22和23的層間電介質(zhì)20來(lái) 制造示例性CMOS圖像傳感器。半導(dǎo)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(zhì)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)層或其若干纟且合形成。
形成在層間電介質(zhì)20中的金屬線21、 22和23包4舌用于驅(qū)動(dòng) 圖像傳感器的金屬線和用于驅(qū)動(dòng)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(dāng)在層間電介質(zhì)20中形成多層的金屬線21、 22和 23時(shí)，重復(fù)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(lái)，現(xiàn)在參照?qǐng)D2B,在層間電介質(zhì)20上形成光刻膠圖樣 (未示出)。然后，使用光刻膠圖樣作為蝕刻掩膜來(lái)部分蝕刻層間 電介質(zhì)20,從而在其中光被傳播至光電二極管12的地方形成溝槽。 如下所述，溝槽的深度可以同于或大于隨后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 成于溝槽中的鈍化層30的厚度同樣可以被認(rèn)為是附加介電層厚度 的一部分。在用于形成溝槽的蝕刻期間，光刻膠圖樣也可以被同時(shí) 蝕刻并/人而#皮去除。
接下來(lái)，在層間電介質(zhì)20的整個(gè)表面上，包括在形成于層間 電介質(zhì)20中的溝槽內(nèi)形成鈍化層30。通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 禾只(plasma-enhanced chemical vapor deposition ) ( PECVD )來(lái)氣相 沉積氮4b義圭層，可以以4于墊(liner)的形式制造4屯4b層30。在形成 鈍化層30之后，可以對(duì)半導(dǎo)體襯底10實(shí)施退火以固化(cure )鈍 化層30。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2C, 4妄下來(lái)，在4屯化層30的整個(gè)表面上氣相沉積 附加介電層40，從而填充形成于層間電介質(zhì)20中的溝槽。附加介 電層40可以具有比層間電介質(zhì)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(zhì)20高的導(dǎo)光性的介電才才沖牛(dielectric material)形成。在形成附加介電層40之后，為了平坦化附加介電 層40的表面，可以對(duì)附加介電層40的表面實(shí)施-走涂(spin coating )。
接下來(lái)，在附加介電層40上施加用于濾色器的抗蝕劑(resist), 然后形成濾色層。在本發(fā)明實(shí)施例中，濾色器50包括三種顏色紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B),并且通過(guò)多次實(shí)施濾色器制造工藝來(lái) 形成該濾色器50。 R、 G和B濾色器50根據(jù)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(lái)，形成例如由氮化石圭制成的平坦層60以補(bǔ)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 抗蝕圖樣用于形成微透鏡70。接下來(lái)，通過(guò)在平坦層60上施加用 于微透鏡70的抗蝕劑并且對(duì)抗蝕劑實(shí)施光刻來(lái)形成微透鏡抗蝕圖 樣。然后，對(duì)樣i透鏡抗蝕圖樣實(shí)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(fā)明的一些實(shí)施例，在其中光^M殷透4竟70傳 播至光電二極管12的地方形成溝槽。然后，施加具有比層間電介 質(zhì)高的導(dǎo)光性的介電材料以填充溝槽。該結(jié)構(gòu)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(shí)也減小了 濾色器中串?dāng)_。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是可以 對(duì)本發(fā)明的這些示例性實(shí)施例作改變。因此，本發(fā)明的范圍由下述 權(quán)利要求及其等同替換來(lái)限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于制造互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法，包括在包括光電二極管的半導(dǎo)體襯底上形成包括多個(gè)金屬線的層間電介質(zhì)；在所述層間電介質(zhì)中形成溝槽；在所述溝槽中形成鈍化層；通過(guò)在所述鈍化層上氣相沉積附加介電層來(lái)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述層間電介質(zhì)中形成 溝槽包括在所述層間電介質(zhì)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(lái)部分蝕刻所述層間 電介質(zhì)以形成所述溝槽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述層間電介質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相 沉積(PECVD)氣相沉積氮化石圭層來(lái)形成所述4M匕層。
5. 纟艮據(jù)4又利要求1所述的方法，在形成所述4屯化層之后，進(jìn)一步 包括對(duì)所述半導(dǎo)體襯底實(shí)施退火。
6. 根據(jù)權(quán)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(zhì)高的導(dǎo)光性的介電材料。
7. 根據(jù)權(quán)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(zhì)高的折射率的材料。
8. 4艮據(jù)4又利要求1所述的方法，其中，通過(guò)PECVD氣相沉積氮 化石圭層來(lái)形成所述附加介電層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，在氣相沉積所述附加介電層之 后，進(jìn)一步包4舌，通過(guò)S走涂來(lái)平坦化所述附加介電層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述層間電介質(zhì)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(dǎo)體襯底，包括光電二才及管；層間電介質(zhì)，形成于所述半導(dǎo)體4于底上，所述層間電介 質(zhì)包括多個(gè)金屬線和與到所述光電二極管的光路相對(duì)應(yīng)地布 置的溝槽；4屯4b層，形成于所述溝槽中；附加介電層，填充在所述溝槽中；濾色器，形成于所述附加介電層上；平坦層，形成于所述濾色器上；以及微透鏡，形成于所述平坦層上。
12. 才艮據(jù);》又利要求11所述的CMOS圖^f象傳感器，其中，所述層間 電介質(zhì)包括USG層、FUSG層或其若干組合。
13. 才艮據(jù)權(quán)利要求11所述的CMOS圖像傳感器，其中，通過(guò) PECVD氣相沉積氮4匕石圭層來(lái)形成所述4屯4匕層。
14. 根據(jù)權(quán)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(zhì)高的導(dǎo)光性的介電材料。
15. 根據(jù)權(quán)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(zhì)高的折射率的材料形成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的CMOS圖像傳感器，其中，通過(guò) PECVD氣相沉積氮化硅層來(lái)形成所述附加介電層。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器及其制造方法。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，用于制造CMOS圖像傳感器的方法包括多個(gè)步驟。首先，在包括光電二極管的半導(dǎo)體襯底上形成包括多個(gè)金屬線的層間電介質(zhì)。接下來(lái)，在層間電介質(zhì)中形成溝槽。然后，在溝槽中形成鈍化層。接下來(lái)，通過(guò)在鈍化層上氣相沉積附加介電層來(lái)填充溝槽。然后，在附加介電層上形成濾色器。接下來(lái)，在濾色器上形成平坦層。最后，在平坦層上形成微透鏡。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101414579SQ20081017025
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日
發(fā)明者俊 黃 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司