[发明专利]制造图像传感器的方法

说明书

技术领域

[1]本发明涉及一种制造图像传感器的方法，更特别地，涉及一种制造能够增加透镜的聚光效率的图像传感器的方法。

背景技术

[2]图像传感器用于将光学图像转换为电信号。通常，广泛地使用电荷耦合器件(CCD，charge coupled device)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS，complementary metal oxide semiconductor)图像传感器。在CCD图像传感器中，紧密地布置MOS电容器。电荷存储在电容器中，并且存储的电荷被移动。在CMOS图像传感器中，使用开关方法。用CMOS技术来制造与像素的数目相应的MOS晶体管，并使用MOS晶体管来相继地检测输出。

[3]在此类图像传感器的制造中，已经开发了用于改善图像传感器的光敏感度的技术。作为技术的示例，有聚光技术。例如，CMOS图像传感器包括探测光的光探测单元和将探测到的光转换为电信号以便生成数据的逻辑电路单元。

[4]为了改善光敏感度，优选的是增大填充系数(fill factor)。该填充系数表示光探测单元的面积对图像传感器的全部面积的占有率。在图像传感器中，逻辑电路单元不能从根本上去除。因此，在有限面积下增大填充系数存在限制。因此，为了改善光敏感度，已经积极研究了一种聚光技术，其中，修改输入到除光探测单元之外的区域中的光的路径以便使光汇聚到光探测单元上。

[5]传统上，将由具有高透光率的材料制成的凸微透镜(convexMicro-lenses)布置在光探测单元上。因此，可以通过用微透镜来折射入射光的路径，从而使更大量的光透射到光探测单元。与微透镜的光轴平行地输入的光被微透镜折射，使得在光轴的某个位置处形成焦点。

[6]图1是示出具有微透镜的传统图像传感器的垂直剖面图。

[7]在图1中，只图示出CMOS图像传感器中的与光汇聚相关的主要部件。

[8]作为光接收元件的光电二极管12和用于处理与从光电二极管12探测到的光有关的信息的外围电路11布置在半导体衬底10上。在包括光电二极管12和外围电路11的整个结构之上形成层间介电层(有时也称为层间绝缘体)，然后进行平面化工艺。构成单元像素的金属布线层14和16在层间介电层13上形成。金属布线层14和16这样布置，使得不会妨碍光入射到光电二极管12。分别在金属布线层14和16上形成层间介电层15和17。为了对元件进行防湿气或刻划保护，在上层间介电层17上形成由氧化膜或氮化膜构造的介电层18，由此完成一般的CMOS工艺。

[9]在介电层18上形成三种用于实现彩色图像的彩色滤光器(color filters)19。通常，用染色光阻材料(photoresist)作为彩色滤光器19。形成彩色滤光器19之后，将保护涂层20沉积在彩色滤光器19上，并执行平面化工艺。在经平面化的保护涂层20上形成微透镜21。

[10]如上所述，图像传感器的每个单元像素不仅包括用于探测光的光电二极管，而且包括用于处理从光电二极管检测到的信号的电路。因此，逻辑电路在单元像素中占有的面积引起对将具有一定面积的单元像素中的光电二极管面积最大化的限制。在单元像素上形成微透镜，使得输入到单元像素中的光中，输入到光电二极管之外的区域中的光也被汇聚到光电二极管上。因此，可以改善元件的光接收效率。

[11]但是，随着单元像素的尺寸变得更小，因在光电二极管12上形成的层间介电层15和17及金属布线层14和16，上部结构的高度变得更大。因此，在形成单元像素上的彩色滤光器和形成彩色滤光器上的微透镜的传统方法中，需要具有一定厚度的平面化层，以便在工艺中实现微透镜。结果，工艺变得复杂，而且结构的厚度大大增加。

[12]图2示出根据光电二极管的中心与微透镜的中心之间的距离H的入射到光电二极管的光的强度分布。

[13]图3示出其中通过微透镜而输入的光被汇聚到光电二极管上的示例。

[14]图4示出其中通过微透镜而输入的光被汇聚到光电二极管上的另一示例。

[15]参照图2，光电二极管的中心与微透镜的中心之间的距离H通常相当于光电二极管的一边的长度2Δ的几倍。参照图3，难以制造可以在光电二极管上调节其焦点的微透镜。另外，光电二极管的中心与微透镜的中心之间的距离H比微透镜的焦距长得多。因此，由微透镜折射的光不能入射到光电二极管，并且该光可能被损失。参照图4，当光以倾斜的角度入射到微透镜的光轴时，根据光的角度，光可能并不汇聚到光电二极管上。

发明内容