CMOS图像传感器及其制造方法技术

公开了一种ＣＭＯＳ图像传感器及其制造方法。该ＣＭＯＳ图像传感器包括：在半导体衬底上以预定距离隔开的多个晶体管和第一、第二及第三光电二极管；在所述衬底的整个表面上所形成的扩散阻挡层，包括将所述光电二极管中至少一个暴露的开口；在所述衬底的整个表面上所形成的层间电介质层，覆盖所述扩散阻挡层；在所述层间电介质层之上所形成的第一、第二和第三滤色器层，分别对应于所述第一、第二和第三光电二极管；以及在所述滤色器层之上所形成的多个微透镜，对应于每个滤色器层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像传感器，更具体地，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。
技术介绍
常规地，作为一种半导体器件，图像传感器将光图像转换为电信号，其通常可被分类成电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。CCD包括多个光电二极管，其以矩阵形式来设置以便将光信号转换为电信号；多个垂直电荷耦合器件(VCCD)，形成在光电二极管之间，以便在垂直方向上对在每个光电二极管中所生成的电荷进行传输；多个水平电荷耦合器件(HCCD)，用于在水平方向上对从每个VCCD中所传输的电荷进行传输；以及感测放大器，用于对在水平方向上所传输的电荷进行感测以输出电信号。众所周知，CCD具有复杂的操作机制和高功率消耗。此外，因为在它的制作中需要光刻工艺的多个步骤，其制造方法非常复杂。尤其，难以将CCD与如控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换器等的其它器件集成在单个芯片中。CCD的这些缺点阻碍了产品的小型化。为了克服CCD的上述缺点，近来已将CMOS图像传感器作为下一代图像传感器来进行开发。CMOS图像传感器通常包括通过CMOS制作技术在半导体衬底中所形成的MOS晶体管。在CMOS图像传感器中，MOS晶体管相对于单位像素的数目与如控制电路、信号处理电路等的外围电路一起形成。CMOS图像传感器采用MOS晶体管相继检测每个像素的输出的切换模式。更具体地，CMOS图像传感器在每个像素中包括光电二极管和MOS晶体管，从而以切换模式相继地对每个像素中的电信号进行检测，以表示给定图像。CMOS图像传感器具有诸如低功率消耗和相对简单的制作工艺的优点。此外，由于使用了CMOS制造技术，CMOS图像传感器可与控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换器等集成，这能够使产品小型化。CMOS图像传感器被广泛地应用于如数字静态照相机，数字摄像机等的各种应用中。同时，CMOS图像传感器还可根据晶体管的数目被分类为3T、4T、5T型等。3T型CMOS图像传感器包括一个光电二极管和三个晶体管，且4T型包括一个光电二极管和四个晶体管。此处，4T型CMOS图像传感器中单位像素的布局被配置如下。图1为常规4T型CMOS图像传感器的电路图。图2为常规4T型CMOS图像传感器中单位像素的布局。如图1所示，常规CMOS图像传感器的每个单位像素100包括起光电转换器作用的光电二极管10，以及包括转移晶体管20、重置晶体管30、驱动晶体管40和选择晶体管50的四个晶体管。此外，每个单位像素100的输出端子(称为“OUT”)电连接到负载晶体管60。在图1中，参考符号“FD”代表浮动扩散区，“Tx”代表转移晶体管20的栅电压，“Rx”代表重置晶体管30的栅电压，“Dx”代表驱动晶体管40的栅电压，以及最后“Sx”代表选择晶体管50的栅电压。如图2所示，在常规CMOS图像传感器中，有源区被限定在每个单位像素一部分中，且隔离层形成在每个单位像素除有源区之外的剩余部分中。一个光电二极管PD形成在所限定的有源区的大部分中，且四个晶体管的栅电极23、33、43和53被分别形成，以与有源区的其它部分重叠。栅电极23构成转移晶体管20。栅电极33构成重置晶体管30。栅电极43构成驱动晶体管40。且，栅电极53构成选择晶体管50。此处，除了每个栅电极23、33、43和53以下的有源区的部分之外，将掺杂剂离子注入到每个晶体管所形成的有源区中，以形成每个晶体管的源区和漏区。图3是图示根据常规方法制造的CMOS图像传感器的横截面视图。如图3所示，P-型外延层101形成在P++型半导体衬底100上，其中限定了包括光电二极管区和晶体管区的有源区以及隔离区。此外，场氧化物层102形成在衬底100的隔离区中，用于绿、红和蓝光吸收区的隔离。而且，N-型扩散区103形成在衬底100的光电二极管区中。此外，栅电极105形成在衬底100的晶体管区上，且栅绝缘层104插入在衬底100和栅电极105之间。绝缘侧壁106形成在每个栅电极105的两侧上。而且，扩散阻挡层108形成在衬底100的整个表面之上，覆盖栅电极105。层间(interlevel)电介质层109形成在扩散阻挡层108上。以及，若干金属化布线110形成在并间隔在层间电介质层109上。此外，第一平坦化层111形成在衬底100的整个表面之上，覆盖金属化布线110。而且，红(R)、绿(G)和蓝(B)滤色器层112形成在第一平坦化层111上，分别对应于每个N-型扩散区103。然后，第二平坦化层113形成在衬底100的整个表面之上，覆盖滤色器层112。多个微透镜114形成在第二平坦化层113上，分别对应于每个滤色器层112。此处，标号“107”代表每个晶体管的源/漏扩散区。图4a是图示吸收系数和穿透深度根据入射光的波长而变化的图，且图4b是图示在常规CMOS图像传感器中、穿透深度与入射到光电二极管区中的光的波长的百分比。如图4a所示，红光穿透达到10μm，比其它颜色的光更深。通常，在使用RGB系统的情况下，难以用均匀的比例(即1∶1∶1)来重现所有颜色的光。结果，在颜色重现中，CMOS图像传感器很少具有1∶1∶1的理想比例，使得颜色重现能力的特性降低。此外，如图4b所示，具有约700nm波长的红光的穿透区达到半导体衬底表面以下4000～15000，而蓝或绿光的穿透区主要到达4000或更少。换言之，对所穿透的光的量进行比较，红光占60％或更多，绿光占约20％-40％，且蓝光占约20％或更少。特别是，在上述常规CMOS图像传感器中，氮化物材料的扩散阻挡层107在形成层间电介质层108之前形成，且氮化物层根据按比例减小的CMOS图像传感器中的光电二极管区的减小、引起动态范围的减少。相应地，因为其它颜色光特别是蓝色光的相对低的透射率，更难以在理想的比例来重现所有颜色。
技术实现思路
于是，本专利技术的目的是提供一种CMOS图像传感器，其颜色重现能力可通过针对蓝光低透射率的补偿而得到改进。此外，本专利技术的另一目的是提供一种制造具有优良颜色重现能力的CMOS图像传感器的方法。为了实现以上目的，根据本专利技术的CMOS图像传感器的一个实施例，包括在半导体衬底中以预定距离所隔开的多个晶体管和第一、第二及第三光电二极管；在衬底的整个表面上所形成的扩散阻挡层，包括将所述光电二极管中至少一个暴露的开口；在衬底的整个表面之上所形成的层间电介质层，覆盖扩散阻挡层；在层间电介质层之上所形成的第一、第二和第三滤色器层，分别对应于所述第一、第二和第三光电二极管；以及在所述滤色器层之上所形成的多个微透镜，对应于每个滤色器层。此外，根据本专利技术的一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括以下步骤在半导体衬底中形成以预定距离隔开的多个晶体管和第一、第二及第三光电二极管；在衬底的整个表面上形成扩散阻挡层；选择性地去除扩散阻挡层以形成将光电二极管中至少一个暴露的开口；在衬底的整个表面之上形成层间电介质层；在层间电介质层之上形成红、蓝和绿滤色器层，其分别对应于第一到第三光电二极管；以及在滤色器层上形成多个微透镜，分别对应于每个滤色器层。通过参考本专利技术的以下描述，经常参看附图，本专利技术的这些和其它方面将变得明显。附图说明图1为常规4T型CMOS图像传感器的电路图。图2为常规4T型CM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ图像传感器，包括：在半导体衬底中以预定距离隔开的多个晶体管和第一、第二及第三光电二极管；在所述衬底的整个表面上所形成的扩散阻挡层，包括将所述光电二极管中至少一个暴露的开口；在所述衬底的整个表面之上所形成的 层间电介质层，覆盖所述扩散阻挡层；在所述层间电介质层之上所形成的第一、第二和第三滤色器层，分别对应于所述第一、第二和第三光电二极管；在所述滤色器层之上所形成的多个微透镜，对应于每个滤色器层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：韩昌勋，
申请(专利权)人：东部电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]