CN101211829A - 图像传感器 - Google Patents
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Abstract
实施例涉及一种图像传感器，并且通过形成具有相对平坦台阶的滤色片层用于在滤色片层上直接形成微透镜而不形成单独平整化层。根据实施例，一种方法可包括：在与多个光电二极管一起形成的半导体基板上形成层间介电层；在层间介电层上形成滤色片层；在包括滤色片层的整个表面上形成牺牲层；通过蚀刻滤色片层上表面和牺牲层使滤色片层的台阶变得平坦；以及在滤色片层上形成微透镜。
Description
本申请要求享有在2006年12月28日提交的韩国专利申请No.10-2006-0136969的权益，在这里引入其全部作为参考。
技术领域
本发明涉及一种图像传感器，尤其涉及一种用于制备包括具有平坦台阶的滤色片的图像传感器的方法。
背景技术
图像传感器可以是将光学信号转换为电信号的半导体器件，并且可以大致分为两种类型器件。第一种类型是电荷耦合器件(CCD)图像传感器器件而第二种类型是互补型金属-氧化物-半导体(CMOS)图像传感器器件。
图像传感器可设置成像素单元并且可包括光电二极管和逻辑电路部件，光电二极管可感应照射光线，逻辑电路部件可将来自光电二极管感应的光线处理成电信号，以便将光线表示为数据。通常，在光电二极管处接收的光线的增加量导致图像传感器更好的光灵敏度特征。
为了增强这种光灵敏度，可使用扩大光电二极管面积占据图像传感器整个表面的填充因数或通过改变入射到除光电二极管之外的区域上的光学路径使光线聚集到光电二极管中的技术。
一种聚光技术可以是形成微透镜。换句话说，可使用具有良好透光率的材料在光电二极管上部上形成凸形微透镜。微透镜可折射入射光线的路径，这可能增加照射到光电二极管区的光线量。
在该情况中，可由微透镜使与微透镜光轴水平的光线折射，以便可在光轴上的预定位置处形成其焦点。
图像传感器可包括光电二极管、层间介电层、滤色片层和微透镜等部分。
光电二极管可执行感应光线并将光线转换为电信号的功能，而层间介电层可绝缘每个金属配线。滤色片层可包括光线的RGB三原色，而微透镜可执行将光线聚集到光电二极管的功能。
此后，将描述用于制备现有技术图像传感器的方法。
图1是现有技术图像传感器的示意横截面视图。
参考图1，可在与多个光电二极管40一起形成的半导体基板10上形成层间介电层20和RGB滤色片层30，每一个RGB滤色片层30对应多个光电二极管40的位置，其可在层间介电层20上形成。
用于平整化滤色片层30的任何不平表面层的平整化层25可在滤色片层30上形成，并且每一个对应多个光电二极管40和滤色片层30的微透镜50可在平整化层25上形成。
微透镜50应该以凸形透镜图案形成以将光线采集到各自光电二极管。可通过应用光蚀刻工艺构图微透镜。
可在下述结构中形成现有技术图像传感器，在该结构中平整化层25可在例如包括滤色片层的表面，例如整个表面上较厚地形成。这可克服滤色片层的不平台阶(即表面中的轻微变化)。然而，这种结构可具有缺点：随着图像传感器像素单元尺寸减小，平整化层厚度变得相对较厚。这可恶化感应光信号的性能。还可能有这样的问题：由于可形成滤色片层和平整化层的像素单元与可没有形成滤色片层和平整化层的逻辑电路单元之间的厚度差异，在用于形成微透镜的涂覆工艺期间可发生诸如条纹(striation)的斑纹(stripe)。另外，微透镜应该优选地较薄地形成以依照平整化层厚度而补偿焦距，从而可减小其工艺余量(margin)。
图2是另一现有技术图像传感器的示意横截面视图。
参考图2，可执行下述工艺方法，其可通过优化滤色片层形成工艺以在滤色片层30上直接形成微透镜50而不执行平整化层25而最小化步骤。然而，在该图像传感器中，在滤色片层30的三种色彩中，可发生另一个问题。特别地，在当形成部分色彩图案时涂覆滤色片附加的光致抗蚀剂的工艺期间可形成物理上不可避免的弯曲表面。
图3a到图3c是示出用于形成现有技术图像传感器的方法的工艺横截面视图。
参考图3a，蓝色滤色片层30B和红色滤色片层30R可在层间介电层20上形成。可涂覆绿色滤色片光致抗蚀剂60以形成绿色滤色片层30G。在可形成蓝色和红色滤色片层的部分与没有形成蓝色和红色滤色片层的部分之间可能发生台阶差异。如果涂覆绿色滤色片光致抗蚀剂，则没有形成蓝色和红色滤色片层的部分的表面可具有凹入弯曲表面。
参考图3b，如果形成图案，则可形成具有凹入弯曲上表面的绿色滤色片层30G。该弯曲表面可成为改变将在其上形成的微透镜图案的重要原因。可由此发生图像特征恶化。
参考图3c，虽然可额外执行反应离子蚀刻回蚀工艺，但是滤色片层图案之间的蚀刻选择性可能仍然不足以在与先前形状相同的形状中蚀刻，以致滤色片层图案之间的台阶差异可能仍然存在并且绿色滤色片层的弯曲表面可能也仍然存在。
因此，***到滤色片层和微透镜之间的平整化层应该优选地具有其厚度可能较厚并且可依照平整化层厚度补偿其焦距的结构。因此，已经提出去除平整化层并设想在滤色片层上直接形成微透镜的方法。
然而，用于制备图像传感器的现有技术方法具有多种问题。例如，由于可能在R、G和B滤色片层图案之间发生台阶差异，所以其表面可能是不平的。虽然可额外执行RIE回蚀工艺以去除不平台阶，但是R、G和B滤色片层图案之间的蚀刻选择性差异可能较小，使得实际上可能将该不平台阶蚀刻其原来形状。因此，不能平坦地形成其表面。
发明内容
实施例涉及一种图像传感器，尤其涉及一种用于制备包括具有平坦台阶的滤色片的图像传感器的方法。
实施例涉及一种用于制备图像传感器的能在滤色片层上直接形成微透镜而不形成单独平整化层的方法，其通过使滤色片层的台阶平坦以平坦化滤色片层的表面。
根据实施例，用于制备图像传感器的方法可包括：在与多个光电二极管一起形成的半导体基板上形成层间介电层；在层间介电层上形成滤色片层；在包括滤色片层的表面，例如整个表面上形成牺牲层；通过蚀刻滤色片层的上表面和牺牲层使滤色片层的台阶变得平坦；以及在滤色片层上形成微透镜。
附图说明
图1是现有技术图像传感器的示意横截面视图；
图2是现有技术图像传感器的示意横截面视图；
图3a到图3c是示出用于形成现有技术图像传感器的方法的工艺过程横截面视图；
图4a到图4d是示出根据实施例的用于形成图像传感器的方法的工艺过程横截面视图。
具体实施方式
参考图4d，层间介电层200可在与多个光电二极管400一起形成的半导体基板100上形成。
可在层间介电层200上形成滤色片层300，每一个滤色片层300对应多个光电二极管400的各自的一个位置。滤色片层可以镶嵌形式形成，其中红色R或蓝色B可能与绿色G交替。
根据实施例，各个R、G和B滤色片层图案的表面台阶可能是相同的，从而滤色片层的上表面可基本是平的。
根据实施例，以预定图案布置的微透镜500可在滤色片层上直接形成，而不增加单独绝缘层。可形成微透镜以对应光电二极管和滤色片层的上部，以便它们可将从目标发射的光线聚集到光电二极管300上。
如下将以额外细节描述用于制备图像传感器的这种方法。
参考图4a，为了在其光电二极管区域上形成感应红色R、绿色G和绿色B信号的R、G和B光电二极管400，可将杂质离子选择性地注入到半导体基板100中。
接下来，可在与多个光电二极管400一起形成的半导体基板100上形成层间介电层200，并且可在其上形成R、G和B滤色片层300。根据实施例，滤色片层300可以镶嵌形式形成且形成以对应不同色彩的R、G和B光电二极管。
根据实施例，可涂覆蓝色光致抗蚀剂并且随后使用光刻工艺构图，以在对应B-光电二极管的位置形成B-滤色片层300B。可在包括B-滤色片层的表面，例如，整个表面上涂覆红色光致抗蚀剂并且随后使用光刻工艺构图。这可在对应R-光电二极管的位置形成R-滤色片层300R。可在包括R和B-滤色片层300R和300B的表面，例如整个表面上涂覆绿色光致抗蚀剂并且随后使用光蚀刻工艺构图，以在对应G-光电二极管的位置形成G-滤色片层300G。
然而，当涂覆绿色光致抗蚀剂时，由于在可形成R和B-滤色片层的部分和没有形成R和B-滤色片层的部分之间的台阶，凹入弯曲表面可在没有形成R和B-滤色片层的部分中在绿色光致抗蚀剂表面上形成并且该凹入弯曲表面还可残留在构图的G-滤色片层上。这可导致RGB-滤色片层的表面台阶变得不平坦。
随后通过在包括滤色片层300的表面，例如整个表面上涂覆诸如光致抗蚀剂型的有机材料或沉积诸如氧化膜和氮化物膜等等的具有比滤色片层低的蚀刻选择性的无机材料而形成牺牲层250。牺牲层，其可形成以使RGB滤色片层的不平台阶变得平坦，可在后续蚀刻工艺中去除。
参考图4b，可干刻牺牲层250，直到可通过回蚀工艺暴露滤色片层的上表面。
参考图4c，可蚀刻RGB-滤色片层300的上表面，直到可去除残留在滤色片层之间的任何牺牲层250。根据实施例，滤色片层与牺牲层之间的蚀刻选择性以及滤色片层与滤色片层之间的蚀刻选择性可能实际上是较低的。在形成牺牲层时的平坦结构可转录(transcribe)成滤色片层的状态，使得当完全去除牺牲层时滤色片层的表面变得平坦。
根据实施例，为了蚀刻滤色片层的上表面和牺牲层，可执行反应离子蚀刻(RIE)回蚀工艺，例如使用氧(O2)等离子体。根据实施例，可减轻滤色片层图案和滤色片层的弯曲表面结构之间的台阶，从而可平整化滤色片层的表面。
参考图4d，微透镜500可在滤色片层300上直接形成，而不形成单独平整化层。根据实施例，可在包括滤色片层的表面，例如整个表面上，涂覆具有绝缘特征和透光的材料，并且随后使用光刻工艺构图成梯形形状。根据实施例，这可形成多个微透镜500。
根据实施例，将可具有梯形形状的微透镜500加热到熔点并且随后软熔。这可使它们的上部边缘是圆的。根据实施例，可软熔微透镜，从而可最小化微透镜之间的间隙。然而，应该注意其曲率不能小到通过过分软熔微透镜而不能会聚光线的程度。
同样，虽然在附图中未示出，可在包括微透镜500的表面，例如整个表面上形成钝化层(未示出)。还可在微透镜500和RGB滤色片层300之间形成钝化层。根据实施例，钝化层可由有机材料或无机材料形成。
根据实施例，微透镜可在滤色片层上形成，而不增加平整化层。同样，由于可能没有提供平整化层，实施例可优化焦距，例如通过控制滤色片层的厚度或微透镜的厚度。
根据实施例，用于形成图像传感器的方法可形成平的滤色片层，从而不需要形成平整化层以克服滤色片层的表面台阶。根据实施例，由于可能不需要用于形成平整化层的单独工艺，可简化工艺并且可降低制备成本。
根据实施例，在形成滤色片层之后，可直接在其上形成微透镜，而不增加平整化层，从而可不需要考虑关于由于厚平整化层导致的光信号灵敏度恶化的问题，以及微透镜可形成具有足够的厚度形成微透镜，而不需要为了依照平整化层厚度补偿焦距而较薄地形成。
对于本领域技术人员，显而易见的是可以对实施例作出各种修改和改变。因此，实施例意欲覆盖在附属的权利要求范围内的修改和改变。还应该理解的是，当将层称为在另一层或基板“上”或“之上”时，其可以直接在该另一层或基板上，或者可能存在中间层。
Claims (20)
1.一种方法，包括：
在具有多个光电二极管的半导体基板之上形成层间介电层；
在所述层间介电层之上形成滤色片层；
在包括所述滤色片层的所述半导体基板之上形成牺牲层；
蚀刻所述滤色片层的上表面和所述牺牲层以使所述滤色片层的台阶差别变得平坦；以及
在所述滤色片层上形成微透镜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲层包含有机材料和无机材料中的其中之一。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲层包括在所述牺牲层和所述滤色片层之间具有低蚀刻选择性的材料。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述滤色片层和所述微透镜之间不提供绝缘层。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用回蚀工艺蚀刻所述滤色片层的上表面和牺牲层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用应用氧等离子体的反应离子蚀刻工艺蚀刻所述滤色片层的上表面和所述牺牲层。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述滤色片层包括：
通过在所述层间介电层之上涂覆并构图第一抗蚀剂而形成R-滤色片层；
通过在所述R-滤色片层之上涂覆并构图第二抗蚀剂而形成B-滤色片层；以及
通过在所述R和B-滤色片层之上涂覆并构图第三抗蚀剂而形成G-滤色片层。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在包括所述微透镜的表面之上形成钝化层。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述微透镜和所述滤色片层之间形成钝化层。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述钝化层包括有机材料和无机材料中的至少一种。
11.一种装置，包括：
具有多个光电二极管的半导体基板；
在所述半导体基板之上的层间介电层；
在所述层间介电层之上的滤色片层；
在所述滤色片层之上的牺牲层；以及
在所述滤色片层之上的多个微透镜，其中蚀刻所述滤色片层的上表面和所述牺牲层以减小所述滤色片的台阶差异。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述牺牲层包括有机材料和无机材料中的至少一种。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述牺牲层包括在所述牺牲层和所述滤色片层之间具有低蚀刻选择性的材料。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，在所述滤色片层和所述微透镜之间不提供绝缘层。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括在所述微透镜和所述滤色片层之间的钝化层。
16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，使用回蚀工艺蚀刻所述滤色片层的上表面和所述牺牲层。
17.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述滤色片层包括R、G、B滤色片层。
18.一种装置，包括：
在半导体基板之上的多个滤色片层；
在所述滤色片层之上的牺牲层；以及
在所述滤色片层之上的多个微透镜，其中蚀刻所述滤色片层的上表面和所述牺牲层以减小所述滤色片的台阶差异。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述牺牲层包括在所述牺牲层和所述滤色片层之间具有低蚀刻选择性的材料。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，还包括在所述微透镜和所述滤色片层之间的钝化层，并且其中在所述滤色片层和所述微透镜之间不提供绝缘层。
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