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。
背景技術(shù)：
圖像傳感器可以一種被配置為將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件，
并且可分類為電荷耦合器件(CCD)和CMOS圖像傳感器中的一種。 通過以下過程來制造現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器。
首先，可在半導(dǎo)體襯底上形成晶體管和電連接至晶體管的光電二極管。 在晶體管和光電二極管上可形成絕緣層結(jié)構(gòu)和互連。隨后，在絕緣層結(jié)構(gòu)上 可形成濾色鏡，其包含紅色、綠色和藍(lán)色濾色鏡。在濾色鏡上可涂覆正型的 光致抗蝕劑膜，從而形成平坦化層。之后，在平坦化層上可涂覆光致抗蝕劑 膜，并隨后可執(zhí)行回流處理，從而形成微透鏡，用以提供導(dǎo)向至光電二極管 的光。
然而，在通過上述對光致抗蝕劑膜圖案化而形成微透鏡時，在微透鏡之 間可形成大約100-200nm的間隙，并且光可通過該間隙射入。因此，大大降 低了圖像的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法。本發(fā)明實施例可提供 一種通過去除微透鏡之間的間隙來提高圖像質(zhì)量的圖像傳感器，以及該圖像 傳感器的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明實施例，提供一種圖像傳感器，包括光電二極管結(jié)構(gòu)，包
含在半導(dǎo)體襯底上排列的多個像素；無機(jī)微透鏡組，包含無機(jī)物質(zhì)，并排列 在與該光電二極管結(jié)構(gòu)上的多個像素的第一像素組對應(yīng)的位置；和有機(jī)微透 鏡組，包含有機(jī)物質(zhì)，并排列在與該光電二極管結(jié)構(gòu)上的多個像素的除了無 機(jī)微透鏡組之外的第二像素組對應(yīng)的位置。
根據(jù)本發(fā)明實施例，提供一種圖像傳感器的制造方法，可包括如下步驟: 在半導(dǎo)體襯底上形成包含多個像素的光電二極管結(jié)構(gòu)；在所述光電二極管結(jié) 構(gòu)上形成氧化層；對所述氧化層進(jìn)行圖案化，以在與多個像素的第一像素組 對應(yīng)的位置形成第一微透鏡組；在所述光電二極管結(jié)構(gòu)上形成光致抗蝕劑 膜；和對所述光致抗蝕劑膜進(jìn)行圖案化，以在與多個像素的未包含在所述第 一微透鏡組中的第二像素組對應(yīng)的位置形成第二微透鏡。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的橫截面圖。
圖2是在圖1中所示的光電二極管結(jié)構(gòu)中包括的其中一個像素的平面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器中的光電二極管結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖4是示出在圖3中所示的光電二極管結(jié)構(gòu)上形成氧化層的橫截面圖。 圖5是示出對圖4中所示的氧化層進(jìn)行圖案化從而形成無機(jī)微透鏡組的 橫截面圖。
圖6是示出在圖5中所示的平坦化層上形成并圖案化光致抗蝕劑膜的橫 截面圖。
圖7是示出通過圖案化圖6中所示的光致抗蝕劑膜形成的預(yù)備微透鏡的 橫截面圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的橫截面圖。
參照圖1和圖2，圖像傳感器100可包括半導(dǎo)體襯底10、光電二極管 結(jié)構(gòu)50、無機(jī)微透鏡組60和有機(jī)微透鏡組70。
光電二極管結(jié)構(gòu)50可位于半導(dǎo)體襯底10上。在本發(fā)明實施例中，光電 二極管結(jié)構(gòu)50可包括多個像素20、絕緣層結(jié)構(gòu)30、濾色鏡40和平坦化 層48。
多個像素20可形成在半導(dǎo)體襯底IO上。在圖1中，作為實例示出4個 像素20。以下，將4個像素20定義為第一、第二、第三和第四像素16、 17、
18和19。此外，第一和第三像素16和18可構(gòu)成第一像素組，第二和第四
像素17和19可構(gòu)成第二像素組。
在本發(fā)明實施例中，作為實例，在第一像素組中的像素個數(shù)可以是像素
20的總個數(shù)的一半。在本發(fā)明實施例中，在第一像素組中的像素個數(shù)沒必要 一定是像素20的總個數(shù)的一半，像素組中的像素個數(shù)可以改變。
圖2是在圖1中所示的光電二極管結(jié)構(gòu)中包括的其中一個像素的平面圖。
參照圖2，像素20可包括光電二極管PD和晶體管結(jié)構(gòu)(TS)。
晶體管結(jié)構(gòu)(TS)可包括轉(zhuǎn)移晶體管Tx、復(fù)位晶體管Rx、選擇晶體 管Sx和存取晶體管Ax。
在光電二極管PD中，轉(zhuǎn)移晶體管Tx和復(fù)位晶體管Rx可串聯(lián)。轉(zhuǎn)移晶 體管Tx的源極可連接至光電二極管PD，轉(zhuǎn)移晶體管Tx的漏極可連接至復(fù) 位晶體管Rx的源極?？上驈?fù)位晶體管Rx的漏極施加電源電壓Vdd。
轉(zhuǎn)移晶體管Tx的漏極可用作浮置擴(kuò)散區(qū)(FD)。浮置擴(kuò)散區(qū)FD可連 接至選擇晶體管Sx的柵極。選擇晶體管Sx和存取晶體管Ax可串聯(lián)。艮口， 選擇晶體管Sx的源極與存取晶體管Ax的漏極可彼此連接?？上虼嫒【w管 Ax的漏極和復(fù)位晶體管Rx的源極施加電源電壓Vdd。選擇晶體管Sx的漏 極可對應(yīng)于輸出終端OUT，并且可向選擇晶體管Sx的柵極施加選擇信號。
以下將簡單描述根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器100中的光電二極管結(jié) 構(gòu)50的像素20的操作。
首先，可導(dǎo)通復(fù)位晶體管Rx，以使得浮置擴(kuò)散區(qū)FD的電壓與電源電壓 Vdd相同，隨后可關(guān)閉復(fù)位晶體管Rx。這種操作可定義為復(fù)位操作。
當(dāng)外部光射入在光電二極管PD上時，在光電二極管中可產(chǎn)生電子-空穴 對，從而在光電二極管PD中可聚積信號電荷。隨后，如果轉(zhuǎn)移晶體管Tx 導(dǎo)通，則在光電二極管中聚積的信號電荷可輸出至浮置擴(kuò)散區(qū)FD，并被存 儲在浮置擴(kuò)散區(qū)FD中。
因此，浮置擴(kuò)散區(qū)FD的電壓可以與從光電二極管PD輸出的信號電荷 的量成比例改變，因此可改變存取晶體管Ax的柵極的電壓。根據(jù)本發(fā)明實 施例，如果通過選擇信號導(dǎo)通選擇晶體管Sx，則可將數(shù)據(jù)輸出至輸出終端 OUT。
在數(shù)據(jù)輸出之后，在像素20中可再次執(zhí)行復(fù)位操作。構(gòu)成光電二極管
結(jié)構(gòu)50的各像素20重復(fù)執(zhí)行上述處理，以將光轉(zhuǎn)換成電信號，從而輸出圖
再參照圖l，可在半導(dǎo)體襯底10上排列的像素20上形成絕緣層結(jié)構(gòu)30。 可在絕緣層結(jié)構(gòu)30中形成用以驅(qū)動像素20的互連結(jié)構(gòu)(未示出)。
可在絕緣層結(jié)構(gòu)30上排列濾色鏡40。濾色鏡40可包括綠色、紅色和藍(lán) 色濾色鏡42、 44和46。在本發(fā)明實施例中，可在第一像素16和第三像素 18上排列綠色濾色鏡42，可在第二像素17上排列紅色濾色鏡44，以及可在 第四像素19上排列藍(lán)色濾色鏡46。
可在濾色鏡40上形成平坦化層48。如果在濾色鏡40之間形成階差，則 平坦化層48可用以去除階差。
可在包含像素20、絕緣層結(jié)構(gòu)30、濾色鏡40和平坦化層48的光電二 極管結(jié)構(gòu)50中的平坦化層48上形成無機(jī)微透鏡組60和有機(jī)微透鏡組70。 構(gòu)成無機(jī)微透鏡組60的透鏡個數(shù)優(yōu)選地等于構(gòu)成有機(jī)微透鏡組70的透鏡個 數(shù)。
在本發(fā)明實施例中，例如可在上述定義的第一像素組16和18上排列無 機(jī)微透鏡組60。無機(jī)微透鏡組60可包括無機(jī)物質(zhì)。具體地，無機(jī)微透鏡組 60可以是通過在大約40(TC至45(TC下經(jīng)過LPCVD處理形成的低溫氧化層。
例如可在上述定義的第二像素組17和19上排列有機(jī)微透鏡組70。有機(jī) 微透鏡組70可包括有機(jī)物質(zhì)。在本發(fā)明實施例中，有機(jī)微透鏡組70可包括 光致抗蝕劑物質(zhì)和/或感光材料。
在本發(fā)明實施例中，可在平坦化層48上共同排列無機(jī)微透鏡組60和有 機(jī)微透鏡組70，從而可去除在無機(jī)微透鏡組60和有機(jī)微透鏡組70之間的間 隙。這是因為可通過薄膜圖案化處理形成無機(jī)微透鏡組60，以及可通過回流 處理形成有機(jī)微透鏡組70。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例在圖像傳感器中的光電二極管結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
參照圖3，可在半導(dǎo)體襯底10上形成光電二極管結(jié)構(gòu)50。 為了形成光電二極管結(jié)構(gòu)50，可在半導(dǎo)體襯底10上形成包括3至5個 晶體管的晶體管結(jié)構(gòu)TS以及均具有光電二極管PD的多個像素20。以下，
在半導(dǎo)體襯底10上形成的多個像素20中的如圖1所示的像素20可定義為
第一至第四像素16、 17、 18和19。此外，第一像素16和第三像素18 (間 隔排列的像素)可構(gòu)成第一像素組，第二像素17和第四像素19 (間隔排列 的像素)可構(gòu)成第二像素組。
在半導(dǎo)體襯底10上形成像素20之后，可在半導(dǎo)體襯底10上形成絕緣 層結(jié)構(gòu)30。絕緣層結(jié)構(gòu)30可用以覆蓋像素20和使得像素20絕緣。在形成 絕緣層結(jié)構(gòu)30的同時，可在絕緣層結(jié)構(gòu)30中形成用以驅(qū)動像素的互連結(jié)構(gòu) (未示出)。
在形成絕緣層結(jié)構(gòu)30之后，可在絕緣層結(jié)構(gòu)30上形成濾色鏡40?？赏?br> 過對含有色素或染料和光致抗蝕劑的光致抗蝕劑膜進(jìn)行圖案化來形成濾色 鏡40。濾色鏡40可包括綠色、紅色和藍(lán)色濾色鏡42、 44和46。可在對應(yīng) 于第一像素組的絕緣層結(jié)構(gòu)30上形成綠色濾色鏡42，以及可在對應(yīng)于第二 像素組的絕緣層結(jié)構(gòu)30上形成紅色和藍(lán)色濾色鏡44和46。
在形成濾色鏡40之后，可在濾色鏡40上形成平坦化層48，從而制造光 電二極管結(jié)構(gòu)50。如果在濾色鏡40之間形成階差，則平坦化層48可用以去 除階差。
圖4是示出在圖3中所示的光電二極管結(jié)構(gòu)上形成氧化層的橫截面圖。 圖5是示出對圖4中所示的氧化層進(jìn)行圖案化從而形成無機(jī)微透鏡組的橫截面圖。
參照圖4和圖5，在形成光電二極管結(jié)構(gòu)50之后，可在平坦化層48上 形成氧化層62。在本發(fā)明實施例中，氧化層62可以是在40(TC至45(TC下通 過LPCVD (低壓化學(xué)氣相沉積)處理形成的低溫氧化層。
在形成氧化層62之后，例如可通過旋涂處理等在氧化層62上形成光致 抗蝕劑膜(未示出)。之后，對光致抗蝕劑膜進(jìn)行圖案化，從而在氧化層62 上形成犧牲(sacrifice)微透鏡圖案64。在本發(fā)明實施例中，例如可在第一 像素組16和18上形成犧牲微透鏡圖案64。
隨后，可通過利用犧牲微透鏡圖案64作為蝕刻掩模進(jìn)行回蝕處理來蝕 刻氧化層62，從而形成與圖5中所示的第一像素組16和18對應(yīng)的無機(jī)微透 鏡圖案60。
圖6是示出在圖5中所示的平坦化層上形成并圖案化光致抗蝕劑膜的橫
截面圖。圖7是示出通過圖案化圖6中所示的光致抗蝕劑膜形成的預(yù)備微透 鏡的橫截面圖。
參照圖6，可在具有無機(jī)微透鏡圖案60的平坦化層48的表面(例如， 整個表面)上形成光致抗蝕劑膜72。例如可通過旋涂處理等形成光致抗蝕劑 膜72。在本發(fā)明實施例中，光致抗蝕劑膜72例如可包括正型光致抗蝕劑材 料。
在形成光致抗蝕劑膜72之后，可在光致抗蝕劑膜72上排列刻線(reticle) 74。刻線74可包括光吸收部76和光發(fā)射部78。在對應(yīng)于具有無機(jī)微透鏡圖 案60的第一像素組16和18的位置可形成光吸收部76。在對應(yīng)于不具有無 機(jī)微透鏡圖案60的第二像素組17和19的位置可形成光發(fā)射部78。
在光致抗蝕劑膜72上排列刻線74之后，使用刻線74可暴露光致抗蝕 劑膜72，從而使得對應(yīng)于光發(fā)射部78的光致抗蝕劑膜72曝光。之后，可使 用顯影溶液對曝光的光致抗蝕劑膜72進(jìn)行顯影，從而可在圖7中所示的平 坦化層48上形成預(yù)備微透鏡79。
可通過圖1中所示的回流處理使得預(yù)備微透鏡79變?yōu)橛袡C(jī)微透鏡70。 在本發(fā)明實施例中，可以在對應(yīng)于第二像素組17和19的位置形成有機(jī)微透 鏡70。
當(dāng)回流預(yù)備微透鏡79時，預(yù)備微透鏡79可流動并與無機(jī)微透鏡60的 邊緣接觸。為此，在無機(jī)微透鏡60和有機(jī)微透鏡70之間不形成間隙。
如上所述，可通過回流處理，對含有無機(jī)物質(zhì)的無機(jī)層進(jìn)行圖案化以形 成無機(jī)微透鏡，以及可對含有有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)層進(jìn)行圖案化以形成有機(jī)微透 鏡，從而去除在無機(jī)微透鏡和有機(jī)微透鏡之間的間隙。因此，可改善由圖像 傳感器產(chǎn)生的圖像質(zhì)量。
對于所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚的是，可以對本發(fā)明實施例進(jìn)行各種修 改和改變。因此，本發(fā)明實施例旨在覆蓋在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行的修 改和改變。也可以理解的是，在提到一個層在另一層或襯底"上"或"上方" 時，表示這個層可直接在該另一層或襯底上，或者也可以在其間插入有其它 層。
權(quán)利要求
1.一種器件，包括光電二極管結(jié)構(gòu)，其包含在半導(dǎo)體襯底上排列的多個像素；無機(jī)微透鏡組，其包含無機(jī)物質(zhì)，并排列在與該光電二極管結(jié)構(gòu)上的多個像素的第一像素組中的像素對應(yīng)的位置；和有機(jī)微透鏡組，其包含有機(jī)物質(zhì)，并排列在與該光電二極管結(jié)構(gòu)上的多個像素的第二像素組中的像素對應(yīng)的位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一像素組和所述第二像素組 沒有共有像素。
3. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述無機(jī)微透鏡組包括在40(TC至 45(TC溫度下形成的低溫氧化層。
4. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述有機(jī)微透鏡組包括感光材料。
5. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中構(gòu)成所述第一像素組的像素個數(shù)等 于像素總數(shù)的一半。
6. 如權(quán)利要求5所述的器件，其中所述第一像素組包括在所述多個像 素中的間隔排列的像素。
7. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中構(gòu)成所述無機(jī)微透鏡組的微透鏡和 構(gòu)成所述有機(jī)微透鏡組的微透鏡以交替方式排列。
8. 如權(quán)利要求7所述的器件，其中構(gòu)成所述有機(jī)微透鏡組的所述微透 鏡中的至少一個與構(gòu)成所述無機(jī)微透鏡組的所述微透鏡中的至少一個接觸， 并消除相接觸的透鏡之間的間隙。
9. 如權(quán)利要求8所述的器件，其中通過回流處理形成構(gòu)成所述有機(jī)微 透鏡組的所述微透鏡。
10. —種方法，包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成包含多個像素的光電二極管結(jié)構(gòu)； 在所述光電二極管結(jié)構(gòu)上形成氧化層；對所述氧化層進(jìn)行圖案化，以在與所述多個像素的第一像素組對應(yīng)的位 置形成第一微透鏡組；在所述光電二極管結(jié)構(gòu)上形成光致抗蝕劑膜；和 對所述光致抗蝕劑膜進(jìn)行圖案化，以在未包含在所述第一像素組中的剩 余像素的第二像素組對應(yīng)的位置形成第二微透鏡組。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述形成氧化層的步驟包括在40(TC至45(TC執(zhí)行低壓化學(xué)氣相沉積處理。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述形成第一微透鏡組的步驟包括在所述氧化層上形成光致抗蝕劑膜；對所述光致抗蝕劑膜進(jìn)行圖案化，以形成犧牲微透鏡圖案；和使用所述犧牲微透鏡圖案作為蝕刻掩模來對所述氧化層進(jìn)行圖案化。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述形成第二微透鏡組的步驟包括對所述光致抗蝕劑膜進(jìn)行圖案化，以形成預(yù)備微透鏡；和 對所述預(yù)備微透鏡進(jìn)行回流處理，使得在所述第一微透鏡組和所述第二 微透鏡組之間不形成間隙。
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中構(gòu)成所述第一微透鏡組的至少一 個透鏡位于構(gòu)成所述第二微透鏡組的透鏡之間。
15. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中構(gòu)成所述第一微透鏡組的透鏡個 數(shù)等于構(gòu)成所述第二微透鏡組的透鏡個數(shù)。
16. —種器件，包括 第一光電二極管，其位于半導(dǎo)體襯底上；第二光電二極管，其位于半導(dǎo)體襯底上且與所述第一光電二極管相鄰； 第一無機(jī)微透鏡，其位于所述第一光電二極管上；和 第一有機(jī)微透鏡，其位于所述第二光電二極管上。
17. 如權(quán)利要求16所述的器件，其中所述第一無機(jī)微透鏡和所述第一 有機(jī)微透鏡彼此接觸。
18. 如權(quán)利要求17所述的器件，其中通過回流處理形成所述第一有機(jī) 微透鏡。
19. 如權(quán)利要求17所述的器件，還包括與所述第二光電二極管相鄰的第三光電二極管和與所述第三光電二極管相鄰的第四光電二極管；和 位于所述第三光電二極管上的第二無機(jī)微透鏡和位于所述第四光電二 極管上的第二有機(jī)微透鏡，所述第二無機(jī)微透鏡與所述第一有機(jī)微透鏡接 觸，以及所述第二有機(jī)微透鏡與所述第二無機(jī)微透鏡接觸，使得在相鄰的微 透鏡之間不存在間隙。
20.如權(quán)利要求17所述的器件，其中所述第一無機(jī)微透鏡包括在大約400℃至450℃溫度下形成的低溫氧化層。
全文摘要
本發(fā)明實施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法。在本發(fā)明實施例中，圖像傳感器可包括光電二極管結(jié)構(gòu)，具有在半導(dǎo)體襯底上排列的多個像素；無機(jī)微透鏡組，包含無機(jī)物質(zhì)，并排列在與該光電二極管結(jié)構(gòu)上的多個像素的第一像素組中的像素對應(yīng)的位置；和有機(jī)微透鏡組，包含有機(jī)物質(zhì)，并排列在與該光電二極管結(jié)構(gòu)上的多個像素中的除了無機(jī)微透鏡組之外的第二像素組對應(yīng)的位置。在本發(fā)明實施例中，形成微透鏡，以使得在相鄰微透鏡之間不存在間隙。
文檔編號H01L27/146GK101188244SQ20071017006
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者樸珍皞 申請人:東部高科股份有限公司