[发明专利]CMOS图像传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造CMOS图像传感器的方法。

背景技术

简要说明图像传感器的工作过程，通过光电转换器吸收由物体反射的光能，同时通过光电子效应释放电子。所释放电子的数量与所吸收的光的数量成正比。所释放的电子在形成于半导体衬底上的光电转换器中积聚。这些电子形成从转换器读出的信号。光电二极管可以用作光电转换器。

图像传感器可以包括收集光并使其聚焦于光电二极管的微透镜阵列。可以通过有选择地对图像传感器内的布线层进行图案化，并通过在回流过程中退火来形成微透镜。回流过程中的退火不会均匀形成微透镜的临界尺寸，或正确地控制微透镜的厚度和弧度半径。因为有选择地进行图案化工艺是在金属焊盘暴露之后实施的，所以在图案化工艺中使用的强碱性显影剂会损伤金属焊盘的表面。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的实施例涉及一种CMOS图像传感器的制造方法，在CMOS图像传感器中包含有不依赖于通过退火而回流的微透镜。根据实施例中的CMOS图像传感器的制造方法包括在半导体衬底上形成光电二极管，在衬底上形成布线层，通过第一蚀刻工艺在布线层上形成多个孔，在布线层上堆叠第一氧化膜，通过在第一氧化膜上实施第二蚀刻工艺而形成微透镜。

根据实施例中的CMOS图像传感器的制造方法包括在半导体衬底上形成光电二极管和布线层，在布线层的不直接位于光电二极管之上的区域上形成保护氧化膜，随后，通过第一蚀刻工艺在布线层上形成多个孔，然后在布线层和保护氧化膜上堆叠第一氧化膜，然后通过第二蚀刻工艺形成多个微透镜。

与现有技术的图像传感器相比，根据本发明的实施例的CMOS图像传感器所提供的微透镜，其圆弧具有更恒定的半径，因而可以提高图像传感器的性能和灵敏度。

附图说明

图1a至图1e显示根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法的视图。

图2a至图2e显示根据实施例的CMOS图像传感器的制造方法的视图。

具体实施方式

参见图1a，像素区域形成于半导体衬底100上，其中每个像素区域包括多个光电二极管。光电二极管可以包括通过对红光反应而产生光电荷(photo-charge)的红色检测二极管110、通过对绿光反应而产生光电荷的绿色检测二极管120、和通过对蓝光反应而产生光电荷的蓝色检测二极管130。

参见图1b，布线层140可以包括连接器件的通孔(via)或引线孔(contact)，该器件例如为用于随后的信号处理的包含有栅极(gate)的晶体管。可以在衬底100上形成绝缘材料。布线层140可以包含透明材料以允许光通过布线层140到达下面的光电二极管。

参见图1c，显示具有预定深度并彼此隔开的多个孔150。可以通过堆叠、图案化和蚀刻布线层140上的光掩模而形成孔150。

参见图1d，在布线层140上堆叠第一氧化膜160。在这一步，第一氧化膜160具有由孔150的拓扑结构(topology)所决定的拓扑结构。因为每个孔的侧面相对于其底部而言更难以堆叠，所以第一氧化膜160的横截面具有与孔150的横截面不同的弧形表面。第一氧化膜160可以通过，例如，高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)法进行沉积，未掺杂的氧化硅玻璃可以用于第一氧化膜160。

参见示例图1e，可以通过蚀刻工艺移除堆叠在孔150上的第一氧化膜160，蚀刻工艺可以是干法蚀刻工艺。各向异性蚀刻工艺可以用于以预定深度移除第一氧化膜160，这将保留氧化膜160表面初始的半圆形横截面形状。在蚀刻氧化膜160之后，布线层140保留半圆形结构170。具有预定拓扑结构的结构170形成用于将光聚焦到光电二极管110、220、和230的微透镜。

根据实施例，也可以同时形成保护氧化膜和微透镜。参见示例图2a，如上所述，像素区域形成于半导体衬底之上，每个像素区域包括多个光电二极管，该光电二极管由通过对红光反应而产生光电荷的红色检测二极管210、对绿光反应而产生光电荷的绿色检测二极管220、和对蓝光反应而产生光电荷的蓝色检测二极管230组成。

布线层240可以包括连接器件的通孔或引线孔，该器件例如为用于随后的信号处理的包含有栅极的晶体管。可以在衬底200上形成绝缘材料。布线层240可以包括透明材料以允许光通过布线层240到达下面的光电二极管。

参见图2b，如图所示，保护氧化膜250可以形成在用于形成光电二极管的区域外侧的布线层上。保护氧化膜250可以保护器件免受外部冲击或潮气侵袭。SiN或SiON可以用作保护氧化膜250。