專利名稱：Cmos圖像傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造領(lǐng)域，尤其涉及ー種CMOS圖像傳感器及其制作方法。
背景技術(shù)：
目前進入市場的圖像傳感器,分為互補金屬氧化物半導體(Complementary MetalOxide Semiconductor, CMOS)傳感器和電荷稱合兀件(Charge-coupled Device, CCD)傳感器。CMOS或CCD傳感器通常具有數(shù)十萬甚至數(shù)百萬像素以將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，使得在圖像傳感器中將人或物的原始影像轉(zhuǎn)化為電信號。CMOS或CCD圖像傳感器由于具有體積小、功耗低、成本低等優(yōu)點，目前已廣泛應用于各種數(shù)碼圖像設備中，例如數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等電子設備中。關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)中的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，如圖I所示，在半導體襯底10中形成有感光単元，例如光敏元件11、11’，其上形成有層間介質(zhì)層12，多個柵極結(jié)構(gòu)13形成于層間介質(zhì)層12中，該柵極結(jié)構(gòu)13例如用于形成運輸電荷電路。層間介質(zhì)層12上形成有多層金屬互連線結(jié)構(gòu)。為簡化起見，圖I示意出了兩層，省略了其它層。該兩層金屬互連線結(jié)構(gòu)包括多個金屬間介質(zhì)層頂D1、MD2以及位于金屬間介質(zhì)層頂D1、MD2內(nèi)的金屬互連線M1、M2。上述多層金屬互連結(jié)構(gòu)形成后，之后在其上依次形成濾色層14、微透鏡層15。上述結(jié)構(gòu)在使用過程中，濾色層14傳播出的光線在進入光敏元件11、11’前，由于需經(jīng)過較長的傳播路徑，因而在傳播過程中會出現(xiàn)串擾現(xiàn)象。本發(fā)明提出ー種CMOS圖像傳感器及其制作方法以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提出一種新的CMOS圖像傳感器及其制作方法，以解決現(xiàn)有 的CMOS圖像傳感器的串擾問題。為解決上述問題，本發(fā)明ー種CMOS圖像傳感器，包括作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收陣列；置于所述光接收陣列之上的金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線及填充于所述金屬互連線間的介質(zhì)層；置于所述光接收陣列之上的濾色鏡陣列；置于所述金屬互連結(jié)構(gòu)之上的微透鏡陣列；其中，所述光接收陣列、所述濾色鏡陣列、所述微透鏡陣列分別包括多個單元，且所述濾色鏡陣列的単元位于所述金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層內(nèi)且每個単元被所述金屬互連結(jié)構(gòu)的金屬互連線分隔，所述濾色鏡陣列的単元、所述光接收陣列的単元、微透鏡陣列的単元分別對應。可選地，所述濾色鏡陣列的單元為矩形?？蛇x地，所述濾色鏡陣列的單元為楔形，所述楔形較小的底部對應所述光接收單元，所述楔形較大的頂部對應所述微透鏡陣列的単元。
可選地，所述濾色鏡陣列為紅、綠、藍濾色鏡陣列或青、紅紫、黃濾色鏡陣列。可選地，所述濾色鏡陣列的単元的側(cè)壁上形成有鋁層。可選地，所述光接收陣列的單元為光電ニ極管。此外，本發(fā)明還提供了ー種CMOS圖像傳感器的制作方法，包括提供半導體襯底，在所述半導體襯底內(nèi)形成作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收陣列；在所述半導體襯底的表面形成金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線及填充于所述金屬互連線間的介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個槽，所述每個槽對應所述光接收陣列的単元； 在所述槽內(nèi)填入濾色材料；在所述槽及所述介質(zhì)層上形成微透鏡陣列，所述微透鏡陣列的単元對應所述每個槽?？蛇x地，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個槽的步驟采用光刻、干法刻蝕?？蛇x地，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個槽后，還在所述槽的側(cè)壁形成鋁層?？蛇x地，在所述槽的側(cè)壁形成鋁層的步驟包括在所述槽的內(nèi)部及外部濺射鋁層，利用酸性溶液或干法刻蝕去除槽底部及外部的鋁層?？蛇x地，在所述槽內(nèi)填入濾色材料形成拜耳圖案。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點將濾色鏡陣列設置在金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層內(nèi)且每個単元被該金屬互連結(jié)構(gòu)的金屬互連線分隔；此外，所述濾色鏡陣列的単元、所述光接收陣列的単元、微透鏡陣列的單元三者一一對應，使得微透鏡單元收集的光進入其對應的濾色鏡単元，在該濾色鏡單元內(nèi)傳播后進入其對應的光接收單元，如此避免了濾色鏡単元的光被介質(zhì)層或金屬層反射進入其它的光接收單元，即避免了串擾?？蛇x方案中，濾色鏡陣列的単元的側(cè)壁上形成有鋁層，該鋁層充當了反射層，進ー步將光線的傳播限制在濾色鏡單元內(nèi)?？蛇x方案中，濾色鏡陣列的單元為楔形，楔形較小的底部對應光接收單元，楔形較大的頂部對應微透鏡陣列的単元，該楔形的設置，相對于矩形，可以收集大量光線，使得限制在每個濾色鏡單元內(nèi)的光線變多，從而光接收單元轉(zhuǎn)換的電信號變大。


圖I是現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實施例一的CMOS圖像傳感器的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的CMOS圖像傳感器的制作方法流程圖；圖4是圖3的流程中CMOS圖像傳感器的中間結(jié)構(gòu)對應的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖3的流程中CMOS圖像傳感器的另一中間結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖6A至圖6C是三種拜耳圖案示意圖；圖7是圖3的流程中CMOS圖像傳感器的再一個中間結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖8是實施例ニ的CMOS圖像傳感器的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是實施例三的CMOS圖像傳感器的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有的在多層金屬互連結(jié)構(gòu)上依次設置濾色層14、微透鏡層15形成的CMOS圖像傳感器易出現(xiàn)信號的串擾問題，經(jīng)本發(fā)明人分析經(jīng)過濾色層的光線在達到光電轉(zhuǎn)換器件前，會經(jīng)過較長的路徑，期間會被介質(zhì)層材質(zhì)(例如ニ氧化硅)、金屬層多次反射，因而光的傳播路徑不受限制，對應某一光電轉(zhuǎn)換単元的光線會照射到相鄰區(qū)域的其它光電轉(zhuǎn)換器件，即造成串擾問題?；诖?，本發(fā)明提出將濾色層設置在金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層中，從而使得微透鏡單元收集的光進入其對應的濾色鏡単元，在該濾色鏡單元內(nèi)傳播后進入其對應的光接收單元，如此避免了濾色鏡単元的光被介質(zhì)層或金屬層反射進入其它的光接收單元，即避免了串擾。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。由于本發(fā)明重在解釋原理，因此，未按比例制圖。實施例一以下結(jié)合圖2所示的CMOS圖像傳感器及圖3所示的該圖像傳感器的制作方法的流程圖，詳細介紹該本實施例一提供的CMOS圖像傳感器，以及解決串擾問題的機理。首先介紹制作方法。結(jié)合圖3與圖2所示，執(zhí)行步驟S11，提供半導體襯底20，在所述半導體襯底20內(nèi)形成作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收陣列。本實施例中的半導體襯底20的材質(zhì)可以為硅、鍺、硅-鍺等，但不限于上述材質(zhì)。光接收陣列為現(xiàn)有的光敏元件作為單元形成的陣列，例如使用較多的光電ニ極管21、21’，其核心結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，與普通的ニ極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是為了接收入射光照射，該PN結(jié)的面積盡量大，電極面積盡量小。其形成方法具體地包括在襯底內(nèi)分阱區(qū)，進行相應N型或P型離子注入，之后為激活離子的功能，需進行退火以活化該注入離子。本步驟中的エ藝為現(xiàn)有エ藝，在此不再贅述。接著執(zhí)行步驟S12，在所述半導體襯底20的表面形成金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線及填充于所述金屬互連線間的介質(zhì)層。本步驟形成的金屬互連結(jié)構(gòu)用于將光接收陣列轉(zhuǎn)換的電荷轉(zhuǎn)移出，因而需使用電荷轉(zhuǎn)移電路，例如運輸電路。該運輸電路包括多個柵極結(jié)構(gòu)23，并且柵極結(jié)構(gòu)23形成于層間介質(zhì)層22中。柵極結(jié)構(gòu)23形成后，接著進行金屬互連結(jié)構(gòu)的制作，由于其中涉及的エ藝為現(xiàn)有技木，因而本實施例中對該部分進行簡要描述。首先參見俯視結(jié)構(gòu)示意圖4，及該圖中沿A-A之間的剖視結(jié)構(gòu)圖2，該金屬互連線結(jié)構(gòu)包括金屬間介質(zhì)層頂D1UMD2以及位于金屬間介質(zhì)層MD1UMD2內(nèi)的金屬互連線M1、M2，如果需要多層金屬互連線，可以進行多次金屬間介質(zhì)層頂D3...及金屬互連線M3…的制作。然后執(zhí)行步驟S13，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個矩形槽，所述每個矩形槽對應所述光接收陣列的單元。本步驟中的介質(zhì)層是指自金屬互連結(jié)構(gòu)的頂層至半導體襯底20的表面之間的無器件、無金屬互連線的區(qū)域，包括層間介質(zhì)層22、金屬互連層線間的介質(zhì)層。以兩層金屬互連結(jié)構(gòu)為例，參見圖4所示,金屬互連線Ml、M2如虛線所示,柵極結(jié)構(gòu)23 (未圖示)位于金屬互連線Ml之下，可以形成槽的介質(zhì)層24的區(qū)域如實線矩形所示。本步驟形成矩形槽的方法可以采用光刻、刻蝕方法。具體地，在金屬互連結(jié)構(gòu)的頂層介質(zhì)層上涂布光刻膠，采用掩膜板對準后，對該光刻膠曝光，經(jīng)過顯影形成圖形化的光刻、膠，之后采用含氟氣體CF4、C3F8等以圖形化的光刻膠為掩膜，對該介質(zhì)層24進行刻蝕至半導體襯底20的表面停止。以形成三個矩形槽241、242、243為例，本步驟在執(zhí)行完畢后，形成的結(jié)構(gòu)截面示意圖如圖5所示。之后執(zhí)行步驟S14，在所述槽內(nèi)填入濾色材料。本步驟中的濾色材料可以選擇被著色或染色的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或甲基丙烯酸縮水甘油酯(PGMA)，所著或染的色可以為紅、綠、藍，或青、紅紫、黃或其它顏色。以紅色、緑色、藍色三基色為例，形成的圖案可以為拜耳圖案。具體地，參見圖6A，緑色分量占50%，其余兩種分量各占25% ;圖6B中，藍色分量占50%，其余兩種分量各占25% ;圖6C中，紅色分量占50%，其余兩種分量各占25%。執(zhí)行步驟S15，在所述矩形槽及所述介質(zhì)層上形成微透鏡陣列，所述微透鏡陣列的
単元對應所述每個矩形槽。具體地，在被填充濾色材料的矩形槽241、242、243及介質(zhì)層的表面沉積ー層ニ氧化硅，例如TEOS，然后進行光刻、刻蝕エ藝形成圖7所示的階梯狀的凸起25，每個凸起25對應ー個矩形槽。然后在150-300攝氏度下使該凸起25回流以形成一定曲率的微透鏡陣列的單元25’(參照圖2所示)。至此，本實施例一中的CMOS圖像傳感器已制作完畢。結(jié)合圖2所示，該CMOS圖像傳感器，包括作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收陣列；置于所述光接收陣列之上的金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線及填充于所述金屬互連線間的介質(zhì)層；置于所述光接收陣列之上的濾色鏡陣列；置于所述金屬互連結(jié)構(gòu)之上的微透鏡陣列； 其中，所述濾色鏡陣列位于所述金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層內(nèi)且每個単元被所述金屬互連結(jié)構(gòu)的金屬互連線分隔，所述濾色鏡陣列的単元、所述光接收陣列的単元、微透鏡陣列的單元分別對應。實施例ニ可以看出，本實施例一中，由于槽的形狀為矩形，因而濾色鏡陣列的単元也為矩形。本發(fā)明人在實踐中發(fā)現(xiàn)，采用一種底部小的楔形結(jié)構(gòu)的槽，如圖8中所示，形成的濾色鏡單元與矩形的濾色鏡単元相比，限制光在其內(nèi)傳播的能力更佳，因而改善串擾效果更佳。相應地，本步驟的CMOS圖像傳感器的制作方法大致與實施例一相同。區(qū)別在干，新的步驟S13’為在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個楔形槽，所述每個所述楔形較小的底部對應每個所述光接收陣列的単元。本步驟中的介質(zhì)層的區(qū)域與實施例一相同，形成楔形槽有多種方法，以下列舉兩種。第一種在形成矩形槽后，調(diào)節(jié)等離子體設備的偏置電壓，使含氟等離子氣體的刻蝕角度發(fā)生變化，對矩形槽開ロ處進行處理，擴大開ロ。第二種選擇對介質(zhì)層(ニ氧化硅)刻蝕選擇比差的刻蝕氣體，使得槽出現(xiàn)坡度，也可以形成楔形槽。實施例三本實施例三的CMOS圖像傳感器在實施例一、ニ提供的CMOS圖像傳感器的基礎(chǔ)上，在槽的側(cè)壁增加反射層，以更進一步將光的傳播限制在該濾色鏡單元內(nèi)。以楔形槽為例，包含反射層26的CMOS圖像傳感的截面示意圖如圖9所示。具體地，該反射層的側(cè)壁為鋁，也可以為可以實現(xiàn)反射功能的其它材質(zhì)。相應地，本步驟的CMOS圖像傳感器的制作方法大致與實施例一相同。區(qū)別在干，新的步驟S13”為在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個矩形或楔形槽，當為楔形槽時，所述每個所述楔形較小的底部對應每個所述光接收陣列的単元，接著，在所述矩形或楔形槽的內(nèi)部及外部濺射鋁層，利用酸性溶液或干法刻蝕去除槽底部及外部的鋁層。該酸可以選擇硫酸、鹽酸等，干法刻蝕氣體可以為含氟氣體，也可以采用行業(yè)內(nèi)對鋁的刻蝕的現(xiàn)有エ藝。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任 何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述掲示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.ー種CMOS圖像傳感器，其特征在于，包括 作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收陣列； 置于所述光接收陣列之上的金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線及填充于所述金屬互連線間的介質(zhì)層； 置于所述光接收陣列之上的濾色鏡陣列； 置于所述金屬互連結(jié)構(gòu)之上的微透鏡陣列； 其中，所述光接收陣列、所述濾色鏡陣列、所述微透鏡陣列分別包括多個單元，且所述濾色鏡陣列的単元位于所述金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層內(nèi)且每個単元被所述金屬互連結(jié)構(gòu)的金屬互連線分隔，所述濾色鏡陣列的単元、所述光接收陣列的単元、微透鏡陣列的単元分別對應。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述濾色鏡陣列的単元為矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述濾色鏡陣列的單元為楔形，所述楔形較小的底部對應所述光接收單元，所述楔形較大的頂部對應所述微透鏡陣列的單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述濾色鏡陣列為紅、緑、藍濾色鏡陣列或青、紅紫、黃濾色鏡陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述濾色鏡陣列的単元的側(cè)壁上形成有鋁層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述光接收陣列的單元為光電ニ極管。
7.—種CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，包括 提供半導體襯底，在所述半導體襯底內(nèi)形成作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收陣列； 在所述半導體襯底的表面形成金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線及填充于所述金屬互連線間的介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個槽，所述每個槽對應所述光接收陣列的単元； 在所述槽內(nèi)填入濾色材料； 在所述槽及所述介質(zhì)層上形成微透鏡陣列，所述微透鏡陣列的単元對應所述每個槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個槽的步驟采用光刻、干法刻蝕。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個槽后，還在所述槽的側(cè)壁形成鋁層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，在所述槽的側(cè)壁形成鋁層的步驟包括在所述槽的內(nèi)部及外部濺射鋁層，利用酸性溶液或干法刻蝕去除槽底部及外部的鋁層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述槽內(nèi)填入濾色材料形成拜耳圖案。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器，包括作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收陣列、置于所述光接收陣列之上且包括金屬互連線及填充于所述金屬互連線間的介質(zhì)層的金屬互連結(jié)構(gòu)、置于所述光接收陣列之上的濾色鏡陣列、置于所述金屬互連結(jié)構(gòu)之上的微透鏡陣列；其中，所述光接收陣列、所述濾色鏡陣列、所述微透鏡陣列分別包括多個單元，且所述濾色鏡陣列的單元位于所述金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層內(nèi)且每個單元被所述金屬互連結(jié)構(gòu)的金屬互連線分隔，所述濾色鏡陣列的單元、所述光接收陣列的單元、微透鏡陣列的單元分別對應。此外，本發(fā)明還提供了該CMOS圖像傳感器的制作方法。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以避免CMOS圖像傳感器的串擾問題。
文檔編號H01L27/146GK102683375SQ20121017833
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者陳雷 申請人:昆山銳芯微電子有限公司