專利名稱：具有棱鏡的cmos圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器；并且更具體地，涉及一種具有棱鏡而不是微透鏡的COMS圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般來說，圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件。在各種圖像傳感器中，電荷耦合器件(CCDs)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器是具有代表性的圖像傳感器類型。
在電荷耦合器件中，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容器被彼此緊密地配置，并且電荷載流子被傳輸并存貯到該MOS電容器中。同時，該COMS圖像傳感器是一種采用開關(guān)模式的器件，其中輸出是由通過運(yùn)用使用控制電路和信號處理電路作為外圍電路的CMOS技術(shù)制成的具有相同數(shù)量象素的MOS晶體管順序地檢測。
然而，該CCD具有幾個問題，它們是復(fù)雜的驅(qū)動模式，大量的功率消耗和需要掩模過程的復(fù)雜制造過程。另外，該電荷耦合器件在實現(xiàn)單芯片系統(tǒng)(one-chip system)中有困難，因為信號處理電路不能在CCD芯片內(nèi)被實現(xiàn)。因此，為了克服這些缺點(diǎn)，已經(jīng)有運(yùn)用亞微米CMOS制造技術(shù)來發(fā)展COMS圖像傳感器的積極嘗試。
特別地，COMS圖像傳感器通過使用開關(guān)模式連同MOS晶體管和在單元象素內(nèi)形成的光電二極管一起順序地檢測信號來再現(xiàn)圖像。該CMOS技術(shù)在減少功率消耗和簡化制造過程方面提供效用。在該CMOS技術(shù)下，該CMOS制造過程只需要大約20個掩模，相比較地，CCD制造過程需要大約30到40個掩模。另外，CMOS技術(shù)使在一個芯片內(nèi)實現(xiàn)各種信號處理電路成為可能。作為這些效用的結(jié)果，COMS圖像傳感器已經(jīng)被突出作為下一代圖像傳感器。
圖1A是電路圖，其顯示傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器中的包括一個光電二極管和四個MOS晶體管的單元象素。
如所示的，光電二極管100在接收光之后產(chǎn)生光電電荷。這四個MOS晶體管為傳送晶體管101，復(fù)位晶體管103，驅(qū)動晶體管104和選擇晶體管105。具體來說，傳送晶體管101是用于將在光電二極管100處收集的光電電荷傳送到浮動擴(kuò)散區(qū)102。復(fù)位晶體管103在以想要的電平設(shè)置浮動擴(kuò)散區(qū)102的電勢中充當(dāng)角色并釋放該光電電荷以復(fù)位該浮動擴(kuò)散區(qū)102。此外，驅(qū)動晶體管104作為源跟隨器緩沖放大器。選擇晶體管105提供切換功能以執(zhí)行尋址程序。除了這四個晶體管以外，還有另外的負(fù)載晶體管106用于讀取輸出信號。
特別地，對于用于實現(xiàn)彩色圖像的圖像傳感器，濾色器陣列(CFA)被設(shè)置在光檢測部分的頂部，該光檢測部分在從外部源接收光之后產(chǎn)生光電電荷并儲存所產(chǎn)生的光電電荷。該CFA包括用于紅、綠和藍(lán)的三個濾色器或者用于黃、洋紅和青的其它三個濾色器。
此外，該圖像傳感器包括用于檢測入射光的光檢測部分和用于將所檢測的光處理為電信號的邏輯電路部分，所述電信號依次轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。為了提高光靈敏度，已經(jīng)嘗試增加額定填充系數(shù)(nominal fill factor)，該系數(shù)為光檢測部分的面積與單元象素的總面積之比。一個通常被運(yùn)用的增加該額定填充系數(shù)的方法是運(yùn)用微透鏡。
就是說，為了增加光靈敏度，已經(jīng)開發(fā)了光收集方法，其用于改變碰撞到除了光檢測部分以外區(qū)域的光的路徑并將這些光收集到該光檢測部分中。對于這種光收集方法，微透鏡被形成在圖像傳感器的濾色器上。
典型地，該微透鏡通過使用光阻材料被形成。具體來說，圖1B截面圖，顯示傳統(tǒng)COMS圖像傳感器，其包括濾色器和微透鏡。參照圖1B，該傳統(tǒng)COMS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)將被詳細(xì)描述。
首先，限定活性區(qū)和場區(qū)的器件隔離層11被形成在基底10上。對于每個單元象素，有光檢測單元12，其包括光電二極管等。在圖1B中，包括在單元象素中的晶體管沒有被示出。
然后，層間(inter-layer)絕緣層13被形成在上面所得到的基底結(jié)構(gòu)上，并且多個第一金屬線14被形成在層間絕緣層13上。然后，另一個層間絕緣層15被形成在多個第一金屬線14上。然后，多個第二金屬線16被形成在所述另一個層間絕緣層15上。
這時，盡管圖1B說明兩層的金屬線，形成多于兩層的金屬線是可能的。此外，第一金屬線14和第二金屬線16被有意設(shè)置為不阻擋入射光進(jìn)入光檢測單元12。此外，所述另一層間絕緣層15作為內(nèi)金屬絕緣層使第一金屬線14和第二金屬線16彼此電絕緣。
在形成第二金屬線16之后，鈍化層17被形成在第二金屬線16上以保護(hù)器件不受潮和刮傷。然后用于實現(xiàn)彩色圖像的多個濾色器18被形成在鈍化層17上。這時，濾色器18一般通過使用染色的光阻來形成，并且對于每個單元象素，一個濾色器18被形成，用來從入射到對應(yīng)的光檢測單元12的光中分色。
由于相鄰安置的濾色器18彼此重疊，典型的是完全形成的濾色器18具有不同的高度。這時，將被隨后形成的微透鏡20當(dāng)被形成在平面化表面上時能正常地行使功能。因此要求消除濾色器18的高度之間的差別。為了實現(xiàn)這種效果，平面化層19被形成在濾色器18上，并且微透鏡20然后被形成在平面化層19上。
用于形成微透鏡20的典型方法將在下面被描述。首先，具有好的光透射性的光阻層被形成在平面化層19上并以矩形形狀圖案化。
下一步，熱過程被應(yīng)用使光阻層流動，并且通過該熱過程，獲得圓屋頂形狀的微透鏡成為可能。在形成微透鏡20之后，低溫氧化物(LTO)層21被形成以保護(hù)微透鏡20。然后，一般的芯片制造過程諸如墊開口(padopening)過程，封裝過程等被進(jìn)行。
通過上述步驟所制造的芯片被用來構(gòu)造用于相機(jī)，蜂窩電話，CCTV等的模塊。一般來說，當(dāng)這樣的模塊被配置時外部透鏡被使用。
圖1C是顯示入射到使用外透鏡的傳統(tǒng)COMS圖像傳感器的光路圖解。具體來說，圖1C顯示了到象素陣列中心部分的入射光路和到該象素陣列的邊緣部分的另一入射光路。
如所示，經(jīng)過外透鏡到象素陣列中心部分的入射光經(jīng)過微透鏡無任何光損失地進(jìn)入到光電二極管PD的中心部分。在該情形中的結(jié)果是光收集效率非常高。然而，經(jīng)過外透鏡到象素陣列邊緣部分的入射光即使經(jīng)過其它微透鏡也被較經(jīng)常地收集到遠(yuǎn)離光電二極管PD中心部分的位置。
就是說，到單元象素的入射光的角度是彼此不同的，其取決于單個單元象素和外透鏡的中心點(diǎn)之間的距離。因此，將入射光聚焦到光電二極管PD的中心是不可能的。因為這個原因，在象素陣列的中心和在象素陣列的邊緣部分光靈敏度是不同的。
除了這個缺點(diǎn)以外，當(dāng)使用微透鏡時，對于這種圖像傳感器所構(gòu)造的結(jié)構(gòu)的上部輪廓由于該微透鏡而是粗糙的，并且因此污染物容易粘附到微透鏡。這些污染物亦難以清除。
此外，當(dāng)通過使用光阻制造微透鏡時，由于微透鏡的特性，常規(guī)使用的光阻材料不能被使用。替代地，需要使用昂貴的光阻材料。此外，還必須使用像微透鏡圖案化過程、烘焙過程、流動過程、LTO沉積過程等這樣的附加過程，因此增加制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種使用棱鏡而不是由光阻材料制成的微透鏡來收集光的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于制造具有包括多個單元象素的象素陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法被提供，該方法包括如下步驟對應(yīng)基底上相應(yīng)的單元象素形成多個光電二極管；在該基底和光電二極管上順序形成層間絕緣層和最上的金屬線；以預(yù)定深度刻蝕該層間絕緣層來形成多個與相應(yīng)光電二極管對應(yīng)的溝槽；沉積高密度等離子體(HDP)氧化物層使得設(shè)置在所述溝槽之間的該HDP氧化物層具有錐形化的輪廓；沉積具有比所述層間絕緣層更高折射率的氮化物層來填充具有預(yù)定深度的所述溝槽；以及沉積具有比該氮化物層更低折射率的絕緣層來填充該溝槽，從而形成棱鏡，其中該棱鏡引起入射到設(shè)置在該象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的光的全反射。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于制造具有包括多個單元象素的象素陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法，該方法包括如下步驟對應(yīng)相應(yīng)的單元象素形成多個光電二極管；在該基底和多個光電二極管上順序形成層間絕緣層和最上的金屬線；以預(yù)定深度刻蝕該層間絕緣層來形成多個與相應(yīng)光電二極管對應(yīng)的溝槽；沉積高密度等離子體(HDP)氧化物層使得設(shè)置在所述溝槽之間的該HDP氧化物層的部分具有錐形化的輪廓；將具有比所述層間絕緣層更高折射率的氮化物層填充到所述溝槽中，從而形成棱鏡；在所述絕緣層上形成平面化層；以及在該平面化層上形成多個濾色器陣列，其中該棱鏡包括入射到設(shè)置在該象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的光的全反射。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種具有包括多個單元象素的象素陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，該COMS圖像傳感器包括多個光電二極管，其形成在基底上并且與相應(yīng)的單元象素對應(yīng)；層間絕緣層，其形成在該基底和光電二極管上；最上金屬線，其形成在該層間絕緣層上；多個溝槽，其是通過以預(yù)定深度并且與相應(yīng)光電二極管對應(yīng)來刻蝕該層間絕緣層而形成的；高密度等離子體(HDP)氧化物層，其設(shè)置在所述溝槽之間的部分具有錐形化的輪廓；氮化物層，其以預(yù)定厚度填充到所述溝槽中并具有比所述層間絕緣層更高的折射率；棱鏡，其具有堆疊結(jié)構(gòu)，該堆疊結(jié)構(gòu)是通過在該氮化物層上沉積絕緣層而得到的，該絕緣層具有比該氮化物層更低的折射率，并且該棱鏡引起入射到設(shè)置在該象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的光的全反射；平面化層，其形成在所述絕緣層上；以及多個濾色器陣列，其形成在該平面化層上。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，提供一種具有包括多個單元象素的象素陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，該COMS圖像傳感器包括多個光電二極管，其形成在基底上并且與相應(yīng)的單元象素對應(yīng)；層間絕緣層，其形成在該基底和光電二極管上；最上金屬線，其形成在該層間絕緣層上；多個溝槽，其是通過以預(yù)定深度并且與相應(yīng)光電二極管對應(yīng)來刻蝕該層間絕緣層而形成的；高密度等離子體(HDP)氧化物層，其設(shè)置在所述溝槽之間的部分具有錐形化的輪廓；棱鏡，其通過將具有比所述層間絕緣層更高折射率的氮化物層填充到所述溝槽中而形成并引起入射到設(shè)置在該象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的光的全反射；平面化層，其形成在所述絕緣層上；以及多個濾色器陣列，其形成在該平面化層上。


通過下面對優(yōu)選實施例的描述并結(jié)合附圖本發(fā)明的上述和其它目的與特征將被更好地理解。其中圖1A是顯示包括一個光電二極管和四個晶體管的常規(guī)圖像傳感器的單元象素的電路圖；圖1B是顯示具有微透鏡的常規(guī)圖像傳感器的截面圖；圖1C是說明在具有微透鏡的常規(guī)圖像傳感器中在象素陣列的中心部分和象素陣列的邊緣部分光靈敏度不同的問題的圖解；圖2A到2G是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例制造互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法的截面圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有棱鏡的CMOS圖像傳感器及其制造方法將參考附圖被詳細(xì)描述。
圖2A到2G是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例制造CMOS圖像傳感器的方法的截面圖。
參閱圖2A，通過運(yùn)用硅的局部氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)方法和淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)方法之一在基底21上形成限定活性區(qū)和場區(qū)的器件隔離層22。
此時，基底21是P-型半導(dǎo)體。此外，通過在高摻雜的P-型基底上形成低摻雜的P-型外延層而得到的堆疊結(jié)構(gòu)也能用作基底21。該堆疊結(jié)構(gòu)的使用，通過能夠擴(kuò)大光電二極管的耗盡區(qū)，提供了增加光電二極管容量的效果。此外，高摻雜的P-型基底防止在單元象素處產(chǎn)生的光電子向其它相鄰單元象素的移動并且結(jié)果是進(jìn)一步有可能防止串?dāng)_問題。
接下來，盡管沒有說明，用于圖形化包括在單元象素中的晶體管的柵(gate)電極的過程被執(zhí)行。隨后，在活性區(qū)的預(yù)定部分上形成多個光電二極管23。
典型地，光電二極管是通過在基底的深區(qū)內(nèi)形成N-型離子注入?yún)^(qū)并在該N-型離子注入?yún)^(qū)的頂部上形成P-型離子注入?yún)^(qū)而被構(gòu)造的。在這里，N-型離子注入?yún)^(qū)和P-型離子注入?yún)^(qū)被分別稱作深N和P0區(qū)。除了P-型基底21以外，P/N/P的光電二極管結(jié)構(gòu)也被經(jīng)常使用。注意，圖2A中所說明的是光電二極管23的簡化結(jié)構(gòu)。
隨后，在光電二極管23和柵電極(未示出)上形成基于氧化物的層間絕緣層，多層金屬線和用于將上下金屬線彼此絕緣的內(nèi)金屬絕緣層。
此時，對于金屬線來說，通常使用三層金屬線，并且該金屬線被設(shè)置成使到光電二極管23的入射光路不被阻擋。在圖2A中，多層金屬線和金屬間絕緣層(inter-metal insulation layer)被作為一個層間絕緣層24來說明。
在下文中，在層間絕緣層24的最上區(qū)上形成的金屬線被稱作最上金屬線25。一般來說，在最上金屬線25形成之后執(zhí)行形成鈍化層的過程。與通常的鈍化過程不同，在本發(fā)明的該優(yōu)選實施例中應(yīng)用了不同的過程。就是說，原硅酸四乙酯(tetraethylorthosilicate，TEOS)氧化物層26覆蓋最上金屬線25而形成。這時，第一TEOS氧化物層26具有幾千埃()的厚度。
參閱圖2B，在對應(yīng)光電二極管23的區(qū)域內(nèi)通過以預(yù)定深度刻蝕第一TEOS氧化物層26和層間絕緣層24來形成多個溝槽27。這時，溝槽27單獨(dú)地對應(yīng)于光電二極管23，并且具有倒梯形形狀。
圖2B說明兩個溝槽27；在右側(cè)的一個是與設(shè)置在象素陣列中心區(qū)的光電二極管23對應(yīng)的溝槽，以及左側(cè)的另一個是與象素陣列的邊緣區(qū)對應(yīng)的溝槽。在這里，參考符號X和Y分別代表象素陣列的邊緣區(qū)和象素陣列的中心區(qū)。
此外，應(yīng)該注意的是，溝槽27是形成棱鏡的區(qū)域并且單個溝槽27的尺寸是基于光電二極管和單元象素的尺寸來設(shè)定的。例如，如果單元象素的間距(pitch)是大約3μm，那么溝槽27的上部直徑的范圍優(yōu)選地在大約2.0μm到大約2.8μm，并且溝槽27之間距離C的范圍在大約0.2μm到大約1.0μm。如果存在于單元象素內(nèi)的光電二極管23的直徑是大約2.0μm，那么溝槽27的底部直徑的范圍優(yōu)選地在大約1.0μm到大約1.6μm。此外，從溝槽27的底部表面到光電二極管23的另一個距離H在大約1000到大約10000的范圍內(nèi)。
參閱圖2C，高密度等離子體(HDP)氧化物層28沉積在第一TEOS氧化物層26和溝槽27上。這時，HDP氧化物層28具有范圍在大約2000到大約5000的厚度。由于HDP氧化物層28的沉積特性，HDP氧化物層28以錐形化的輪廓沉積在設(shè)置于溝槽27之間的第一TEOS氧化物層26的部分上。相反，HDP氧化物層28平坦地沉積在溝槽27的底部表面。
使用HDP氧化物的理由是通過使HDP氧化物在溝槽27之間的間隔上具有錐形化的輪廓來減少光損失。就是說，如果溝槽27之間的間隔通過具有平的輪廓而是寬的，那些入射到該間隔的光由于沒有用于實現(xiàn)圖像而被浪費(fèi)。
然而，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在溝槽27之間的空間HDP氧化物層28的錐形化輪廓提供了將光損失最小化的效果。
參閱圖2D，具有高折射率的材料被填入溝槽27中以形成棱鏡。在這里，氮化物層29被用于該高折射材料。就是說，由于通過刻蝕基于氧化物的層間絕緣層24形成了溝槽27，所以有必要使用具有比層間絕緣層24的折射率更高的溝槽填充材料以形成引起全反射的棱鏡結(jié)構(gòu)。
在該優(yōu)選實施例中，氮化硅(SiN)被用作一種典型的溝槽填充材料。在這里，氮化硅具有大約2.0的折射率和近似0的吸收系數(shù)。而用于層間絕緣層24的氧化硅(SiO2)具有大約1.46的折射率。
根據(jù)這些值，該氮化物層29被填充到溝槽27直到該氮化物層29的厚度范圍在大約0.2μm到大約1.5μm。由于溝槽27的上部直徑在大約2.0μm到大約2.8μm的范圍內(nèi)，如果該氮化物層29的厚度大于大約1.5μm，那么溝槽27被該氮化物層29完全填充。
盡管用氮化物層29完全填沖溝槽27是有可能的，但是考慮到氮化物層29的光透射性，另一種填充溝槽的方法被提出。就是說，由于氮化物具有比氧化物低的光透射性，所以除了氮化物層29以外，另一種材料被優(yōu)選地填充到溝槽27中。
因此，在本發(fā)明的該優(yōu)選實施例中氮化物層29的厚度被設(shè)定在大約0.2μm到大約1.5μm的范圍內(nèi)。在沉積氮化物層29之后，絕緣層30被填充到溝槽27的沒有被填入氮化物層29的部分中。這時，絕緣層30是從由場氧化物層(FOX)、氫倍半硅氧烷(hydrogen silsesquioxane，HSQ)層和旋涂玻璃(SOG)層組成的組中選擇的一層。
在這里，F(xiàn)OX層是用于器件隔離過程的氧化物層并具有與氧化物類似的大約1.41的折射率。此外，HSQ層和SOG層也具有與氧化物類似的折射率。具體來說，在絕緣層30形成之后，在大約350℃到大約450℃的溫度范圍使絕緣層30流動以填充溝槽27。
結(jié)果，那些入射到溝槽27的光透過折射率與氧化物類似的絕緣層30并且然后撞到氮化物層29。然后，透過氮化物層29的光撞到層間絕緣層24。由于不同的折射率和入射角，在氮化物層29和層間絕緣層24之間的界面發(fā)生全反射。
那些被全反射的光不能從該棱鏡中出去，因此被收集到光電二極管23。所以該棱鏡能夠代替在常規(guī)圖像傳感器中用作光收集器的微透鏡。就是說，如果單元象素配置在象素陣列的中心區(qū)Y，那么透過外透鏡的入射光被高效率地收集到光電二極管23的中心部分。
當(dāng)使用常規(guī)的微透鏡時，那些到配置在象素陣列邊緣區(qū)X的單元象素的入射光不能經(jīng)常收集到光電二極管。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實施例使用棱鏡來代替微透鏡。作為使用該棱鏡的結(jié)果，在那些到配置在象素陣列邊緣區(qū)X的單元象素的入射光中具有大入射角的入射光能夠被收集到光電二極管23。因此，減少象素陣列中心區(qū)Y和象素陣列邊緣區(qū)X之間光靈敏度的差別是有可能的。
參閱圖2E，在關(guān)于絕緣層30的流動過程之后，第二TEOS氧化物層31被形成在絕緣層30上。這時，第二TEOS氧化物層31具有大約1000的厚度。此外，第二TEOS氧化物層31還充當(dāng)防止容易被污染的絕緣層30的性能退化的角色。第二TEOS氧化物層31幫助隨后的過程被穩(wěn)定地執(zhí)行。然后，充當(dāng)平面化層的上涂層(OCL)32被形成在第二TEOS氧化物層31上。在下文中，OCL 32被稱作平面化層。
參閱圖2F，多個濾色器陣列(CFAs)33被形成在平面化層32上。如果通過使用單層的平面化層32沒有達(dá)到想要的平面化水平，那么在覆蓋有CFA33的上述平面化層32上形成另一層平面化層。
參閱圖2G，鈍化層34被形成在CFA 33上用于保護(hù)器件元件不受潮濕和灰塵的影響。在這里，鈍化層34是通過使用諸如低溫氧化物(LTO)，珊瑚等材料來形成的。
此外，圖2G還顯示了CMOS圖像傳感器中入射光的路徑。如所示，入射到設(shè)置在象素陣列中心區(qū)X中的光電二極管23的光被平行發(fā)射，因此導(dǎo)致高的光收集效率。相反地，如上所述，那些入射到設(shè)置在象素陣列邊緣區(qū)X中的光電二極管23的光具有大的入射角并且不被平行發(fā)射。因此，常規(guī)使用的微透鏡不充分地聚焦大入射角的光并且結(jié)果是光靈敏度降低。
然而，引起全反射的該棱鏡的使用使得有可能高效率地收集甚至具有大入射角的光。結(jié)果，進(jìn)一步有可能在CMOS圖像傳感器象素陣列的中心和邊緣區(qū)Y和X獲得一致的光靈敏度。
此外，由于微透鏡沒被用在本優(yōu)選實施例中，由此引起的器件結(jié)構(gòu)具有平面化的上部輪廓。因此，被顆粒污染的機(jī)會較少。
此外，還有另一個降低制造成本的效果，上述器件結(jié)構(gòu)能夠以低分辨率條件形成，因為具有I-線型和高柵格尺寸的標(biāo)線板(reticle)被用于形成用于形成棱鏡的溝槽的刻蝕過程。
此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，不必執(zhí)行光學(xué)模擬，并且結(jié)果有可能減少設(shè)計器件所用的時間。
本申請包含關(guān)于在2004年5月6日提交到韓國專利局的韓國專利申請No.KR 2004-0032009的主題內(nèi)容，其全部內(nèi)容被并入到這里用于參考。
盡管本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于某種優(yōu)選實施例來被描述，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以進(jìn)行各種變化和修改而不背離如下列權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的精神和范圍將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于制造具有包括多個單元象素的象素陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法，所述方法包括如下步驟在基底上對應(yīng)于相應(yīng)單元象素形成多個光電二極管；在所述基底和所述光電二極管上順序地形成層間絕緣層和最上的金屬線；以預(yù)定深度刻蝕所述層間絕緣層以形成對應(yīng)于相應(yīng)光電二極管的多個溝槽；沉積高密度等離子體(HDP)氧化物層使得設(shè)置在所述溝槽之間的該HDP氧化物層具有錐形化的輪廓；以預(yù)定的厚度沉積具有比所述層間絕緣層的折射率高的氮化物層來填充所述溝槽；和沉積具有比所述氮化物層的折射率低的絕緣層來填充所述溝槽，由此形成棱鏡，其中該棱鏡引起到設(shè)置在所述象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的入射光的全反射。
2.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在所述絕緣層上形成TEOS氧化物層；在所述絕緣層上形成平面化層；和在所述平面化層上形成多個濾色器陣列。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氮化物層是氮化硅層并具有大約2.0的折射率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述絕緣層是從由場氧化物層、氫倍半硅氧烷(HSQ)層和旋涂玻璃(SOG)層組成的組中選擇的一層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在沉積所述絕緣層的步驟中，在沉積所述絕緣層的步驟之后，在大約350℃到大約450℃的溫度范圍執(zhí)行流動過程。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個溝槽的步驟被執(zhí)行使得從所述光電二極管頂部表面到所述溝槽底部表面的距離范圍在大約1000到大約10000。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個溝槽的步驟被執(zhí)行使得所述溝槽的上部直徑范圍在大約2.0μm到大約2.8μm。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述氮化物層具有范圍在大約0.2μm到大約1.5μm的厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在形成多個溝槽的步驟中，如果所述溝槽的上部直徑是大約2.0μm，所述溝槽的底部直徑范圍在大約1.0μm到大約1.6μm。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述HDP氧化物層的步驟被執(zhí)行成直到所述HDP氧化物層具有范圍在大約1000到大約10000的厚度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述層間絕緣層上形成所述最上金屬線的步驟進(jìn)一步包括在所述最上金屬線上形成TEOS氧化物層的步驟。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成多個濾色器陣列的步驟進(jìn)一步包括在所述多個濾色器陣列上形成鈍化層的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述鈍化層是低溫氧化物層。
14.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在形成多個濾色器陣列的步驟中，在所述平面化層上形成另一個平面化層，并且然后在所述另一個平面化層上形成多個濾色器陣列。
15.一種用于制造具有包括多個單元象素的象素陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方法，所述方法包括如下步驟對應(yīng)于相應(yīng)單元象素形成多個光電二極管；在所述基底和所述多個光電二極管上順序地形成層間絕緣層和最上金屬線；以預(yù)定深度刻蝕所述層間絕緣層以形成對應(yīng)于相應(yīng)光電二極管的多個溝槽；沉積高密度等離子體(HDP)氧化物層使得設(shè)置在所述溝槽之間的該HDP氧化物層的部分具有錐形化的輪廓；填充具有比所述層間絕緣層的折射率高的氮化物層到所述溝槽中，由此形成棱鏡；在所述絕緣層上形成平面化層；和在所述平面化層上形成多個濾色器陣列，其中所述棱鏡包括入射到設(shè)置在所述象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的光的全反射。
16.一種具有包括多個單元象素的象素陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，所述COMS圖像傳感器包括多個光電二極管，其形成在基底上并且與相應(yīng)的單元象素對應(yīng)；層間絕緣層，其形成在所述基底和所述光電二極管上；最上金屬線，其形成在所述層間絕緣層上；多個溝槽，其是通過以預(yù)定深度并且與相應(yīng)光電二極管對應(yīng)來刻蝕所述層間絕緣層而形成的；高密度等離子體(HDP)氧化物層，其設(shè)置在所述溝槽之間的部分具有錐形化的輪廓；氮化物層，其具有比所述層間絕緣層更高的折射率并以預(yù)定厚度填充到所述溝槽中；棱鏡，其引起入射到設(shè)置在所述象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的光的全反射，并且其具有堆疊結(jié)構(gòu)，該堆疊結(jié)構(gòu)是通過在所述氮化物層上沉積絕緣層而得到的，所述絕緣層具有比所述氮化物層更低的折射率；平面化層，其形成在所述絕緣層上；以及多個濾色器陣列，其形成在所述平面化層上。
17.一種具有包括多個單元象素的象素陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，所述COMS圖像傳感器包括多個光電二極管，其形成在基底上并且與相應(yīng)的單元象素對應(yīng)；層間絕緣層，其形成在所述基底和所述光電二極管上；最上金屬線，其形成在所述層間絕緣層上；多個溝槽，其是通過以預(yù)定深度并且與相應(yīng)光電二極管對應(yīng)來刻蝕所述層間絕緣層而形成的；高密度等離子體(HDP)氧化物層，其設(shè)置在所述溝槽之間的部分具有錐形化的輪廓；棱鏡，其通過將具有比所述層間絕緣層更高折射率的氮化物層填充到所述溝槽中而形成并引起入射到設(shè)置在該象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的光的全反射；平面化層，其形成在所述絕緣層上；以及多個濾色器陣列，其形成在所述平面化層上。
18.如權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，其中所述氮化物層是氮化硅(SiN)層并具有大約2.0的折射率。
19.如權(quán)利要求17所述的CMOS圖像傳感器，其中所述氮化物層是SiN層并具有大約2.0的折射率。
20.如權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，其中所述絕緣層是從由場氧化物層、氫倍半硅氧烷(HSQ)層和旋涂玻璃(SOG)層組成的組中選擇的一層。
21.如權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，進(jìn)一步包括原硅酸四乙酯(TEOS)氧化物層，其形成在所述平面化層的下面；以及鈍化層，其形成在多個濾色器陣列上。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括原硅酸四乙酯(TEOS)氧化物層，其形成在所述平面化層的下面；以及鈍化層，其形成在多個濾色器陣列上。
全文摘要
一種用于制造具有棱鏡的CMOS圖像傳感器的方法，包括如下步驟在基底上對應(yīng)于相應(yīng)單元象素形成多個光電二極管；在所述基底和所述光電二極管上順序地形成層間絕緣層和最上的金屬線；刻蝕所述層間絕緣層以形成對應(yīng)于相應(yīng)光電二極管的多個溝槽；沉積高密度等離子體(HDP)氧化物層使得設(shè)置在所述溝槽之間的該HDP氧化物層具有錐形化的輪廓；沉積具有比所述層間絕緣層的折射率高的氮化物層來填充所述溝槽；以及沉積具有比所述氮化物層的折射率低的絕緣層來填充所述溝槽，由此形成棱鏡，其中該棱鏡引起入射到設(shè)置在象素陣列邊緣區(qū)域中的光電二極管的光的全反射。
文檔編號H04N5/365GK1694259SQ20051005379
公開日2005年11月9日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者洪希楨 申請人:美格納半導(dǎo)體有限會社