CMOS图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种ＣＭＯＳ图像传感器及其制造方法，其中通过减少光刻处理的次数减少了制造成本，并通过解决滤色器层与微透镜之间的对准问题提高了成品率。在一个实施例中，该ＣＭＯＳ图像传感器包括：衬底层，其具有单位像素（例如，光电二极管和各种晶体管）；平面层，位于衬底层上；以及多个微透镜滤色器结构，其以恒定间距形成于平面层上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像传感器及其制造方法。更具体而言，本专利技术涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法，其中通过简化光刻程序减少了制造成本，并通过解决滤色器层与微透镜之间的对准问题提高了成品率。
技术介绍
通常，图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的半导体器件。半导体图像传感器可分成电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。CMOS图像传感器包括用于检测光线的光电二极管区，和用于处理检测到的光线以生成电信号的CMOS逻辑电路区。光电二极管的光敏度特性可取决于光电二极管的大小。通常，如果光电二极管的感光面积很大，则该图像传感器将会有优异的光敏度特性。要改善光敏度，必须提高填充系数(即，光电二极管在图像传感器总面积中所占的面积)。可选地，也许得改变可以直射到光电二极管以外区域的入射光的路径，以将光会聚至光电二极管上。通常采用微透镜将光会聚至光电二极管上。在光电二极管上形成由具有良好的光透射特性的材料制成的凸微透镜，以折射入射光的路径，从而将更多的光透射和/或照射至光电二极管。这样，微透镜折射平行于微透镜光轴的光，以使焦点形成于光轴的特定位置或沿光轴的特定位置。根据每单位像素或光电二极管的晶体管数量，可将CMOS图像传感器分类为三晶体管(3T)型、四晶体管(4T)型、和五晶体管(5T)型。3T型CMOS图像传感器包括光电二极管和三个晶体管。4T型CMOS图像传感器包括光电二极管和四个晶体管。5T型CMOS图像传感器包括光电二极管和五个晶体管。下面将参照图1-图3，描述3T型CMOS图像传感器的单位像素的等效电路和布置图。图1是示出常规3T型CMOS图像传感器的等效电路图。图2是示出常规3T型CMOS图像传感器的布置图。图3是示出相关技术CMOS图像传感器的剖视图。如图1所示，3T型CMOS图像传感器的单位像素包括光电二极管PD和三个NMOS晶体管T1、T2、和T3。光电二极管的阴极连接至第一NMOS晶体管T1的漏极和第二NMOS晶体管T2的栅极。第一和第二NMOS晶体管T1和T2的源极连接至供有基准电压VR的电源线。第一NMOS晶体管T1的栅极连接至供有复位信号RST的复位线。此外，第三NMOS晶体管T3的源极连接至第二NMOS晶体管T2的漏极。第三NMOS晶体管T3的漏极通过信号线连接至读取电路(未示出)，其栅极连接至供有热选择信号SLCT的热选择线。因此，第一NMOS晶体管T1可称作复位晶体管Rx，第二NMOS晶体管T2可称作激励晶体管Dx，第三NMOS晶体管T3可称作选择晶体管Sx。如图2所示，在3T型CMOS图像传感器的单位像素中，光电二极管20形成于有源区10的宽部中，并且三个晶体管Rx、Dx、和Sx的栅电极30、40、和50分别形成于有源区10剩余部分的上面。换而言之，复位晶体管Rx部分地由栅电极30限定，激励晶体管Dx部分地由栅电极40限定，以及选择晶体管Sx部分地由栅电极50限定。将杂质离子注入各晶体管的有源区10的除了栅电极30、40、和50之下部分以外的部分，以形成各晶体管Rx、Dx、和Sx的源极区和漏极区。向复位晶体管Rx与激励晶体管Dx之间的源极区施加电源电压Vdd。选择晶体管Sx的漏极连接至读取电路(未示出)。栅电极30、40、和50的一端均具有衬垫，以能够从各自的外部驱动电路(未示出)连接至信号线(未示出)。下面将参照图3描述具有微透镜的相关技术CMOS图像传感器。图3是示出相关技术CMOS图像传感器的剖视图。如图3所示，相关技术CMOS图像传感器包括衬底层11，具有光电二极管区和金属线形成于半导体衬底(未示出)中，以响应入射光生成电荷；电介质中间层12，形成于衬底层11的整个表面上；红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B)滤色器层13，形成于电介质中间层12上，以分别使特定波长的光达到光电二极管区；平面层14，形成于滤色器层13上；以及凸微透镜15，其具有特定曲率，形成于平面层14上，以将光会聚到其在滤色器层13中的对应滤色器上，从而将色分离的光会聚到光电二极管区。尽管图中未示出，可在电介质中间层12中形成遮光层，以防止光进入除光电二极管区以外的区域。CMOS图像传感器可包括光栅(photogate)(而不是光电二极管)，用于检测光。在沉积了对应的光敏材料后，各个R、G、和B滤色器层13利用单独的掩模通过光刻法蚀刻处理形成。此外，微透镜15的曲率和高度是考虑了各种因素(例如会聚光的焦点)来确定的。通常使用光刻胶来形成微透镜15。微透镜15通过沉积、形成图样、以及回流处理来形成。然而，相关技术的CMOS图像传感器及其制造方法存在一些问题。首先，由于滤色器层形成于微透镜之下，所以如果微透镜15与滤色器层13的对准超出了极限范围，则图像传感器的操作当中会发生不对准问题，从而可导致不能显示正常颜色。第二，由于微透镜15是通过以150℃到200℃之间的温度回流保护层(resist，抗蚀剂)而形成，所以这些微透镜易受温度变化和保护层厚度的影响。这些因素可导致微透镜15与滤色器层13之间的对准误差，从而降低了成品率。最后，由于滤色器层13和微透镜15分别由单独的光刻处理形成，所以增加了光刻处理的次数。这增加了制造成本。
技术实现思路
因此，本专利技术旨在提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能够基本消除由于相关技术的局限性和缺陷导致的一个或多个问题。本专利技术的一个目的在于提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，其中通过简化光刻程序减少了制造成本，并通过解决滤色器层与微透镜之间的对准问题提高了成品率。本专利技术的其它优点、目的和特征将至少部分地在随后的说明书中阐述，部分地在本领域普通技术人员分析以下内容的基础上变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求、以及附图中所特别指出的结构来实现和达到。为了实现这些目标和其它优点，并根据本专利技术的目的，如本文中所体现和概括描述的，根据本专利技术的CMOS图像传感器，包括衬底层，其包括光电二极管和多个晶体管；平面层，位于衬底层上；以及整体式微透镜滤色器结构，其以恒定间距位于平面层上。在本专利技术的另一方面中，一种用于制造CMOS图像传感器的方法，其包括在具有光电二极管和多个晶体管的衬底层的整个表面上形成平面层；以恒定的间距在平面层上形成多个滤色器层；以及通过回流滤色器层，从该滤色器层形成微透镜。应该了解，本专利技术的前面的概述以及随后的详述是示范性和说明性的，目的在于提供对所要求的本专利技术的进一步的说明。附图说明附图提供了对本专利技术的进一步理解，其被并入并且构成本申请的一部分。附图说明本专利技术的实施例，并与说明书一起解释本专利技术的原理。在附图中图1是示出常规3T型CMOS图像传感器的等效电路图；图2是示出常规3T型CMOS图像传感器的布置图；图3是相关技术的CMOS图像传感器的剖视图； 图4是示出根据本专利技术的实施例的CMOS图像传感器的剖视图；以及图5A和图5B是示出根据本专利技术的实施例的制造CMOS图像传感器的过程步骤的剖视图。具体实施例方式以下将详细参照本专利技术的优选实施例，其实例在附图中示出。尽可能地，在所有附图中使用相同的参考标号表示相同或相似的部件。图4是根据本专利技术的实施例的CMOS图像传感器的剖视图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ图像传感器，包括：衬底层，其包括光电二极管和多个晶体管；平面层，位于所示衬底层上；以及微透镜滤色器结构，其位于所述平面层上，以基本恒定的间距隔开。

【技术特征摘要】
KR 2004-11-9 10-2004-00907951.一种CMOS图像传感器，包括衬底层，其包括光电二极管和多个晶体管；平面层，位于所示衬底层上；以及微透镜滤色器结构，其位于所述平面层上，以基本恒定的间距隔开。2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述微透镜滤色器结构的厚度为1μm到5μm。3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述微透镜滤色器结构将光会聚到对应的光电二极管上，并用作滤色器。4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述多个晶体管包括读取晶体管、激励晶体管、和选择晶体管。5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述微透镜滤色器结构包括红色滤色器、蓝色滤色器、和绿色滤色器。6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述微透镜滤色器结构包括黄色滤色器、品红色滤色器、和青色滤色器。7.一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括在包括光电二极管和多个晶体管的衬底层的表面上形成平面层；以恒定的间距在所述平面层上形成多个滤色器层；以及通过回流所述滤色器层，形成整体式微透镜滤色器结构。8.根据权利要求7所述的方法，其中回流以100℃到250℃范围内的温度执行。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述回流处理以150℃到200℃范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：金荣实，
申请(专利权)人：东部亚南半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]