CN1819247A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种CMOS图像传感器及其制造方法，光响应特性得到增强并且微透镜可通过将微透镜嵌入钝化层图案中而在封装中得到保护。本发明包括：半导体基板；光电二极管，在半导体基板中形成；金属线，在半导体基板之上，用于光电二极管的电连接；绝缘层，在半导体基板之上，用于金属线的绝缘；钝化层图案，在绝缘层上；以及微透镜，在绝缘层上形成以嵌入在钝化层图案中。
Description
本申请要求2004年12月30日提交的韩国专利申请No.P2004-116428的优先权，其如同在此完整陈述一样通过引用结合于本申请中。。
技术领域
本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法。尽管本发明适合于广范围的应用，其特别适合于增强光响应特性以及通过在钝化层图案中嵌入微透镜来保护封装中的微透镜。
背景技术
通常，图像传感器是一种半导体器件，其将光图像转换成电信号。并且图像传感器主要分成电荷耦合器件(CCD)和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。在CCD(电荷耦合器件)图像传感器中，多个MOS(金属-氧化物-金属)电容器被设置为彼此接近以转移和存储电荷载流子。在CMOS(互补MOS)图像传感器中，达到像素数的多个MOS晶体管通过使用控制电路和信号处理电路作为***电路的CMOS技术来制造，并且采用了使用MOS晶体管逐步检测输出的开关***。
由于相关技术CMOS图像传感器的微透镜在钝化层上形成，微透镜易受封装损坏。因此，CMOS图像传感器的光响应特性降级并且总的工艺产量降低。
根据相关技术的CMOS图像传感器及其制造方法参考如下的附图被解释。
图1是根据相关技术的CMOS图像传感器的横截面视图。
参考图1，光电二极管11在半导体基板10上形成。第一绝缘层12在包括光电二极管11的半导体基板10上形成。通孔13通过选择性地蚀刻第一绝缘层12而形成。金属层在包括通孔13的第一绝缘层12上沉积，并且然后被图案化以形成像素区14中的金属线16以及***区15中的垫17。第二绝缘层18由用于层间绝缘的材料如氧化物等在包括金属线16和垫17的第一绝缘层12上形成，并且然后被平坦化。
钝化绝缘层19是氮化物形成。钝化绝缘层19通过CMP(化学机械抛光)被平坦化，并且然后被选择性地蚀刻以在垫17上形成开口21。微透镜材料层(在图中未示出)在钝化绝缘层19上形成。光阻剂(photoresist)层(在图中未示出)被涂敷微透镜材料层上。所述光阻剂层被图案化以形成光阻剂图案(在图中未示出)。所述微透镜材料层使用光阻剂图案作为掩模而被选择性地蚀刻，以形成微透镜材料层图案(在图中未示出)。回流(reflow)通过烘焙在微透镜材料层图案上执行以形成球形微透镜20。
然而，相关技术CMOS图像传感器及其制造方法具有以下问题。
首先，由于微透镜形成到钝化层上，微透镜可在封装中被损坏。因此，器件的光响应特性降级且工艺产量降低。
发明内容
因此，本发明涉及CMOS图像传感器及其制造方法，所述方法基本消除了由于相关技术的局限性和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供CMOS图像传感器及其制造方法，其中微透镜在钝化层的图案之间形成，并且通过这可以预先防止微透镜在封装中被损坏。
本发明的其他优点、目的以及特征将在随后的描述中被部分阐明，并且部分将根据以下的审查而对本领域技术人员变得明显或可从本发明的实践中了解。本发明的目的以及其他优点该书面说明书和权利要求以及附图中所特别指出的结构而实现和达到。
为了实现根据本发明的目的的这些以及其他优点，如在此所体现以及广泛描述的，根据本发明的CMOS图像传感器包括半导体基板、在半导体基板中形成的光电二极管、在半导体基板之上用于光电二极管的电连接的金属线、在半导体基板上用于金属线的绝缘的绝缘层、在绝缘层上的钝化层图案以及在绝缘层上形成待嵌入在钝化层图案中的微透镜。
优选地，所述钝化层图案不与所述微透镜重叠。
根据本发明的另一方面，一种制造CMOS图像传感器的方法包括以下步骤：在半导体基板中形成光电二极管；在半导体基板上形成第一绝缘层；在第一绝缘层上形成金属线，用于光电二极管的电连接；在包括金属线的第一绝缘层的整个表面上形成第二绝缘层；在第二绝缘层上形成钝化层图案；以及在第二绝缘层上形成待嵌入在钝化层图案中的微透镜。
优选地，钝化层图案形成步骤包括步骤：在第二绝缘层上形成钝化层，以及选择性地蚀刻钝化层的与用于形成微透镜的区对应的部分。
优选地，微透镜形成步骤包括步骤：在第二绝缘层上形成待嵌入在钝化层图案中的微透镜材料层，以及在微透镜材料层图案上执行回流。
优选地，微透镜材料层图案形成步骤包括步骤：在包括钝化层图案的第二绝缘层上形成微透镜材料层，以及平坦化微透镜材料层直到钝化层图案的上表面暴露。
应理解的是，本发明的前述一般描述以及随后的详细描述都是示范性的和解释性的，且旨在提供对如权利要求的本发明的进一步解释。
附图说明
附图，被包括以提供对本发明的进一步理解，并且结合在此且构成本申请的一部分，说明了本发明的实施例且本说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是是根据相关技术的CMOS图像传感器的横截面视图；以及
图2A-2E是横截面视图，用于解释根据相关技术的制造CMOS图像传感器的方法。
具体实施方式
现在将结合本发明的优选实施例详细进行说明，其实例在附图中说明。在可能的任何地方，在整个附图中相同的参考标记引用相同或相似部分。
图2A-2E是横截面视图，用于解释根据相关技术的制造CMOS图像传感器的方法。
参考图2A，光电二极管31在半导体基板30上形成。在此情形中，光电二极管31包括垂直堆叠于半导体基板30上的红、绿和蓝光电二极管31a-31c。第一绝缘层32在包括光电二极管31的半导体基板30上形成。通孔33通过选择性地蚀刻第一绝缘层32而形成。金属层在包括通孔33的第一绝缘层32上沉积，并且然后被图案化以形成像素区34中的金属线36以及***区35中的垫37。第二绝缘层38由用于层间绝缘的材料如氧化物等在包括金属线36和垫37的第一绝缘层32上形成。并且钝化层39由氮化物在第二绝缘层38上形成。
第一光阻剂层(在图中未示出)被涂敷在钝化层39上。曝光和显影在第一光阻剂层上执行以便形成第一光阻剂图案40，以暴露分别与所述微透镜形成区以及垫37相对应的钝化层39的部分。
参考图2B，钝化层39使用第一光阻剂图案40作为掩模而被选择性地移除，以形成微透镜形成区上的第一开口41a以及垫37之上的第二开口41b。
参考图2C，第一光阻剂图案40被移除。微透镜形成材料层(在图中未示出)在包括第一和第二开口41a和41b的钝化层39上形成。微透镜形成材料层然后被平坦化直到钝化层39的上表面暴露。因此，微透镜材料层图案42在第一和第二开口41a和41b的每个内形成。
参考图2D，第二光阻剂层(在图中未示出)被涂敷在包括微透镜材料层图案42的钝化层39上，并且然后使用垫掩模(在图中未示出)被图案化以形成第二光阻剂图案43。微透镜材料层图案42以及第二绝缘层38使用第二光阻剂图案43作为掩模而被选择性蚀刻，直到垫37的上表面暴露。
在本发明的优选实施例中，第二开口41b通过蚀刻与垫区相对应的钝化层39的部分而形成，并且微透镜材料层图案在第二开口41b中形成。另外，可省略第二开口41b。在此情形中，由于与垫区相对应的钝化层39的部分保持完好，在使用第二光阻剂图案43作为掩模来暴露垫37时，所述选择性蚀刻的目标是钝化层39以及第二绝缘层38。
参考图2E，第二光阻剂层图案43被移除。球形微透镜44通过在适当的温度在微透镜材料层图案42上执行回流而形成。在这样做时，钝化层39以及微透镜44避免彼此重叠。
通过形成待嵌入钝化层39中的自对准微透镜44，微透镜44之间的空间裕度可以被精确保证以提高光效率。
因此，本发明提供了下面的效果。
首先，自对准微透镜被精确地设置在光屏蔽层中以提高光效率。
其次，自对准微透镜嵌入钝化层39中，以防止在封装时被损坏。因此，器件的光响应特性可得到增强并且工艺产量可得到提高。
对于本领域技术人员将明显的是可以在不背离本发明的精神或者范围的情况下进行各种修改。因此，这意味着如果所述修改在所附权利要求及其等价物的范围内，本发明应覆盖所述修改和变化。
Claims (13)
1.一种CMOS图像传感器，包括：
半导体基板；
光电二极管，在所述半导体基板中形成；
金属线，在所述半导体基板之上，用于所述光电二极管的电连接；
绝缘层，在所述半导体基板上，用于所述金属线的绝缘；
钝化层图案，在所述绝缘层上；以及
微透镜，在绝缘层上形成以嵌入在钝化层图案中。
2.如权利要求1的CMOS图像传感器，所述绝缘层包括：
第一绝缘层，在所述半导体基板上，其中所述金属线在所述第一绝缘层上形成；以及
第二绝缘层，在包括所述金属线的所述第一绝缘层上。
3.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中所述钝化层图案不与所述微透镜重叠。
4.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中所述光电二极管包括垂直堆叠的红、绿和蓝光电二极管。
5.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中所述绝缘层包括氧化物层。
6.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中所述钝化层图案包括氮化物层。
7.一种制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤：
在半导体基板中形成光电二极管；
在所述半导体基板上形成第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上形成金属线，用于光电二极管的电连接；
在包括所述金属线的所述第一绝缘层的整个表面上形成第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上形成钝化层图案；以及
在所述第二绝缘层上形成微透镜以嵌入在钝化层图案中。
8.如权利要求7的方法，所述钝化层图案形成步骤包括以下步骤：
在所述第二绝缘层上形成钝化层；以及
选择性地蚀刻与用于形成所述微透镜的区相对应的所述钝化层的部分。
9.如权利要求8的方法，所述微透镜形成步骤包括以下步骤：
在所述第二绝缘层上形成微透镜材料层图案以嵌入在钝化层图案中；以及
在所述微透镜材料层图案上执行回流。
10.如权利要求9的方法，所述微透镜材料层图案形成步骤包括以下步骤：
在包括所述钝化层图案的所述第二绝缘层上形成微透镜材料层；以及
平坦化所述微透镜材料层直到所述钝化层图案的上表面暴露。
11.如权利要求7的方法，所述光电二极管形成步骤包括顺序地且垂直地在所述半导体基板内形成红、绿以及蓝二极管的步骤。
12.如权利要求7的方法，其中所述第一和第二绝缘层由氧化物形成。
13.如权利要求7的方法，其中所述钝化层图案包括氮化物层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081126 Termination date: 20131226 |