專利名稱:圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器。更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠利用全反射防止光泄漏到相鄰的像素的圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器是一種用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件，并且主要劃分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。
該圖像傳感器包括用于檢測光的光電二極管和用于將檢測到的光轉(zhuǎn)換成電信號以形成數(shù)據(jù)的邏輯電路。隨著光電二極管內(nèi)接收的光量的增加，圖像傳感器的光敏度會提高。
為了提高光敏度，或者需要增加填充系數(shù)(填充系數(shù)是光電二極管的面積與圖像傳感器的整個面積之比)，或者需要采用聚光技術(shù)來改變?nèi)肷涞焦怆姸O管區(qū)域之外的區(qū)域中的光路，從而使得光可聚集在光電二極管內(nèi)。
聚光技術(shù)的典型實例是采用微透鏡。也就是說，使用具有較高透光率的材料在光電二極管的頂面上形成凸形的微透鏡，由此，以使大量的光傳輸?shù)焦怆姸O管區(qū)域中的方式折射入射光的路徑。
在這種情況下，平行于微透鏡的光軸的光由微透鏡折射，從而使得光聚集在光軸上的預(yù)定位置。
同時，傳統(tǒng)的圖像傳感器主要包括光電二極管、層間介電層、濾色鏡、微透鏡和焊盤部等。
光電二極管檢測光并將光轉(zhuǎn)換成電信號，并且層間介電層使得彼此互連的金屬絕緣。此外，濾色鏡顯示出三原色R、G和B，并且微透鏡將光引導(dǎo)至光電二極管。
當(dāng)轉(zhuǎn)換成電信號的光學(xué)圖像傳輸?shù)酵獠侩娐窌r，焊盤部用于在圖像傳感器和外部電路之間進(jìn)行連接。
下面，參照附圖描述傳統(tǒng)的圖像傳感器。
圖1是示出了傳統(tǒng)的圖像傳感器的示意性剖視圖。
如圖1所示，在具有多個光電二極管40和焊盤部45的半導(dǎo)體襯底10上形成保護(hù)層22。
在焊盤部45上不形成該保護(hù)層22。由于焊盤部45必須與外部電路連接，因此，保護(hù)層22不能形成于焊盤部45上。
在保護(hù)層22上形成層間介電層20，并且在層間介電層20上與光電二極管40相對應(yīng)地形成RGB濾色層30。
在濾色層30上形成平面層25，從而使濾色層30的不規(guī)則表面平坦化。此外，在平面層25上分別與光電二極管40和濾色層30相對應(yīng)地形成微透鏡50。
由于當(dāng)前趨勢是朝向具有大量像素的微型圖像傳感器發(fā)展，所以設(shè)置于單位面積的像素數(shù)量逐漸增加。然而，在這種情況下，單位像素的尺寸可能變小，從而光電二極管區(qū)域的尺寸也減小，因此降低了圖像傳感器的光敏度。
如果圖像傳感器具有低的光敏度，則不可能在暗處對圖像進(jìn)行攝像，并且降低了色彩復(fù)制特性。

發(fā)明內(nèi)容提出本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，并且本發(fā)明的第一個目的是提供一種圖像傳感器，其通過在保護(hù)層上形成具有預(yù)定圖案的溝槽以防止光泄漏到相鄰的像素，而能夠以較高的色彩再現(xiàn)性在暗處對圖像進(jìn)行攝像。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種該圖像傳感器的制造方法。
為了實現(xiàn)該第一個目的，本發(fā)明提供了一種圖像傳感器，其包括半導(dǎo)體襯底，其形成有多個光電二極管以及焊盤部；保護(hù)層，其形成于該半導(dǎo)體襯底上并包括具有預(yù)定圖案的溝槽；層間介電層，其形成于該保護(hù)層的單元區(qū)域上；濾色層，其形成于該層間介電層上，以允許具有特定波段的光穿過；平面層，其形成于該濾色層上；以及微透鏡，其形成于該平面層上，以便將光引導(dǎo)至所述光電二極管。
該層間介電層的材料的折射率比形成該保護(hù)層的材料的折射率更高。
該保護(hù)層包括氧化硅(SiO)基材料，并且該層間介電層包括氮化硅(SiN)基材料。
氮化硅基材料的折射率比氧化硅基材料的折射率更高，這樣，當(dāng)光的入射角超過預(yù)定參考角度時，從外部入射的光從形成在保護(hù)層中的溝槽的界面全反射，從而光可以有效地引導(dǎo)至光電二極管。
由于光通過全反射而被引導(dǎo)到光電二極管，而不會朝向相鄰的像素被折射，從而可以提高圖像傳感器的光敏度。
形成在保護(hù)層上的溝槽包括具有圓形或多邊形的孔。
形成在保護(hù)層上的溝槽具有10nm至3μm范圍的各種尺寸以及各種深度。
為了實現(xiàn)第二個目的，本發(fā)明提供了一種圖像傳感器的制造方法，該方法包括以下步驟制備形成有多個光電二極管以及焊盤部的半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上形成包括具有預(yù)定圖案的溝槽的保護(hù)層；在包括具有預(yù)定圖案的溝槽的保護(hù)層上形成層間介電層；去除該層間介電層的、形成在該焊盤部上的預(yù)定部分；在該層間介電層上形成濾色層；在該濾色層上形成平面層；以及在該平面層上形成微透鏡。
圖1是示出了傳統(tǒng)的圖像傳感器的示意性剖視圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的示意性剖視圖；以及圖3A至圖3G是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的圖像傳感器的過程的剖視圖。
具體實施方式下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施例。
1、圖像傳感器圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的示意性剖視圖。
如圖2所示，半導(dǎo)體襯底100包括多個光電二極管400以及焊盤部450。
在半導(dǎo)體襯底100上形成包括氧化硅(SiO)基材料的保護(hù)層220。
在保護(hù)層220上形成具有預(yù)定圖案的溝槽。
溝槽的尺寸為約10nm至3μm，并且溝槽的深度可在保護(hù)層220的厚度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
在包括具有預(yù)定圖案的溝槽的保護(hù)層220上形成包括氮化硅(SiN)基材料的層間介電層200。
層間介電層200填充在形成于保護(hù)層220上的溝槽中。
由于形成層間介電層200的氮化硅(SiN)基材料與形成保護(hù)層220的氧化硅(SiO)基材料相比其折射率更高，因此，從外部入射的光從溝槽的界面全反射，從而光可以容易地引導(dǎo)到光電二極管400。
層間介電層200和保護(hù)層220均包括透明的絕緣材料。用于層間介電層200和保護(hù)層220的材料可以不僅僅局限于氮化硅(SiN)和氧化硅(SiO)，只要形成層間介電層200的材料與形成保護(hù)層220的材料相比具有更高的折射率即可。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，即，在保護(hù)層220內(nèi)不形成溝槽，從外部入射的光可能泄漏到相鄰的像素。然而，根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器，在保護(hù)層220上形成溝槽，并且在該溝槽中填充折射率比保護(hù)層220的折射率更高的材料，從而光被全反射。因此，光不會泄漏到相鄰的像素。
此外，由于保護(hù)層220與層間介電層200通過溝槽相接合，因此不會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。
同時，在焊盤部450上不形成保護(hù)層220和層間介電層200。
由于當(dāng)轉(zhuǎn)換成電信號的光學(xué)圖像傳輸?shù)酵獠侩娐窌r，該焊盤部450用于在圖像傳感器和外部電路之間進(jìn)行連接，因此保護(hù)層220或?qū)娱g介電層200不能覆蓋該焊盤部450。
在層間介電層200上與光電二極管400相對應(yīng)地形成濾色層300。
濾色層300包括允許具有特定波段的光穿過的絕緣材料。
在濾色層300上形成平面層250。
平面層250包括厚度為0.5μm至1.5μm的有機(jī)材料，并且在可見光(visible ray)區(qū)域內(nèi)具有較高的透明度，以便有效地保護(hù)濾色層300從而易于在平面層250上形成微透鏡500，并且調(diào)節(jié)焦距。
在平面層250上形成微透鏡500，以便朝向光電二極管400引導(dǎo)光。
微透鏡500包括具有較高絕緣特性同時可允許光穿過的光致抗蝕劑或絕緣材料。該微透鏡500具有凸面以便于聚集光。
2、圖像傳感器的制造方法圖3A至圖3G是示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的圖像傳感器的過程的剖視圖。
首先，如圖3A所示，制備形成有多個光電二極管400以及焊盤部450的半導(dǎo)體襯底100。
然后，如圖3B所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成包括具有預(yù)定圖案的溝槽的保護(hù)層220。
此時，通過使用氧化硅(SiO)基材料而形成保護(hù)層220。
此外，溝槽的尺寸為約10nm至3μm，并且溝槽的深度在保護(hù)層220的厚度范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)。溝槽還可包括尺寸為10nm至3μm的孔，且該溝槽可呈圓形或多邊形。
在焊盤部450上形成溝槽的情況下，溝槽須以保護(hù)層220不覆蓋焊盤部450的方式，使其深度對應(yīng)于保護(hù)層220的厚度。
之后，如圖3C所示，在包括具有預(yù)定圖案的溝槽的保護(hù)層220上形成層間介電層200。
此時，通過使用氮化硅(SiN)基材料而形成層間介電層200。
接下來，如圖3D所示，去除該層間介電層200的、形成在焊盤部450上的預(yù)定部分。
去除該層間介電層200的預(yù)定部分的原因是防止層間介電層200覆蓋焊盤部450。
或者，可以在形成微透鏡500的后續(xù)過程之前或之后去除層間介電層200的、位于焊盤部450上的部分。
然后，如圖3E所示，在層間介電層200上形成濾色層300。如上所述，濾色層300允許具有特定波段的光穿過。
濾色層300分別對應(yīng)于光電二極管400而設(shè)置。
之后，如圖3F所示，在濾色層300上形成平面層250。
如上所述，平面層250包括厚度為0.5μm至1.5μm的有機(jī)材料，并在可見光區(qū)域內(nèi)具有較高的透明度，以便有效地保護(hù)濾色層300，從而易于在平面層250上形成微透鏡500，并且調(diào)節(jié)焦距。
之后，如圖3G所示，在平面層250上形成微透鏡500，從而獲得本發(fā)明的圖像傳感器。
此時，微透鏡500包括具有較高絕緣特性同時可允許光穿過的光致抗蝕劑或絕緣材料。該微透鏡500具有凸面，以便于光聚集。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，在對齊在層間介電層下的保護(hù)層上形成具有預(yù)定圖案的溝槽。此外，層間介電層填充在該溝槽中，從而使得從外部入射的光從溝槽的界面全反射。
由于外部光從溝槽的界面全反射而不被折射，因此可防止光泄漏到相鄰的像素，從而可以制造具有較高色彩再現(xiàn)性和光敏度的圖像傳感器。
此外，由于保護(hù)層與層間介電層通過溝槽相接合，因此可以防止脫落現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，其形成有多個光電二極管以及焊盤部；保護(hù)層，其形成于該半導(dǎo)體襯底上并包括具有預(yù)定圖案的溝槽；層間介電層，其形成于該保護(hù)層上；濾色層，其形成于該層間介電層上，以允許具有特定波段的光穿過；平面層，其形成于該濾色層上；以及微透鏡，其形成于該平面層上，以便將光引導(dǎo)至所述光電二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的圖像傳感器，其中，該溝槽包括尺寸為10nm至3μm的孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的圖像傳感器，其中，該溝槽呈圓形或多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的圖像傳感器，其中，該保護(hù)層包括氧化硅基材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的圖像傳感器，其中，該層間介電層的材料的折射率比形成該保護(hù)層的材料的折射率更高。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的圖像傳感器，其中，該層間介電層包括氮化硅基材料。
7.一種圖像傳感器的制造方法，該方法包括以下步驟制備形成有多個光電二極管以及焊盤部的半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上形成包括具有預(yù)定圖案的溝槽的保護(hù)層；在該包括具有預(yù)定圖案的溝槽的保護(hù)層上形成層間介電層；在該層間介電層上形成濾色層；在該濾色層上形成平面層；以及在該平面層上形成微透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的制造方法，其中該制造方法進(jìn)一步包括如下步驟在該層間介電層上形成濾色層之前，去除該層間介電層的、形成在該焊盤部上的預(yù)定部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的制造方法，其中該制造方法進(jìn)一步包括如下步驟在形成該微透鏡之前或之后，去除該層間介電層的、形成在該焊盤部上的預(yù)定部分。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種圖像傳感器及其制造方法。該圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底，其形成有多個光電二極管以及焊盤部；保護(hù)層，其形成于該半導(dǎo)體襯底上并包括具有預(yù)定圖案的溝槽；層間介電層，其形成于該保護(hù)層的單元區(qū)域上；濾色層，其形成于該層間介電層上，以允許具有特定波段的光穿過；平面層，其形成于該濾色層上；以及微透鏡，其形成于該平面層上，以便將光引導(dǎo)至該光電二極管。保護(hù)層的材料不同于形成層間介電層的材料，從而從外部入射的光被全反射，而不會泄漏到相鄰的像素。因此，圖像傳感器具有較高的色彩再現(xiàn)性和光敏度。
文檔編號H01L21/70GK1992299SQ200610156701
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月28日
發(fā)明者金相植 申請人:東部電子股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan