[发明专利]图像传感器及其制造方法

说明书

本申请基于35 U.S.C119要求第10-2008-0061599号(于2008年6月27日递交)韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。

背景技术

图像传感器是一种将光学图像转换为电信号的半导体器件。这样的图像传感器可以被划分作为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中的一种。

根据同时使用作为外围电路的控制电路和信号处理电路的CMOS技术，COMS图像传感器设置了与单位像素(unit pixel)的数量相对应的MOS晶体管，然后在开关模式下通过MOS晶体管来顺序检测各个单位像素的输出。CMOS图像传感器可以包括一个光电二极管和多个MOS晶体管，且该CMOS图像传感器将光(即从图像传感器芯片的正面和背面发出的可见光)转换为电信号，从而使图像具体化。

已经开发了具有垂直光电二极管的垂直图像传感器，该垂直图像传感器能够在一个单位像素中实现多种颜色，这不同于典型的水平图像传感器。

图1示出了一种CMOS图像传感器，该图像传感器按如下步骤来制造。

如图1所示，在半导体衬底1中形成至少一个光电二极管2。接下来，在包括光电二极管2的半导体衬底1上和/或上方形成具有多层结构的层间电介质3，其中，层间电介质3包括多个金属线。通过在层间电介质3上和/或上方气相沉积氧化物或氮化物来形成钝化层4。然后，在与光电二极管2对应的钝化层4上和/或上方形成至少一个滤色器。最后，形成至少一个微透镜7，该微透镜可以在其下部包括平坦化层。这样的图像传感器制造工艺包括：形成使光聚焦的微透镜7，形成对各种颜色(例如红色、绿色和蓝色)的信号进行区分的滤色器，以及形成光电二极管2，该光电二极管2通过收集从所聚焦的光中产生的电子来产生电信号。

这样的图像传感器的层间电介质3相对地厚于CCD的层间电介质。由于这种厚度差异，使得CMOS图像传感器具有更小的像素间距(pixel pitch)。因此，尽管采用了处于最佳状态(optimum state)的微透镜7，但是对光电二极管2的聚焦性能却比CCD中的聚焦性能恶化地更加严重。这是因为用最佳状态的微透镜7来聚焦的最小光斑尺寸(spot size)与焦距成正比，同时还与数值孔径(numericalaperture)(NA)有关。图像传感器的像素中的NA对应于像素间距，而焦距对应于层间电介质3的厚度，其中，层间电介质3包含位于其中的多个金属线。从而，为了获得聚焦的焦斑(focal spot)，需要减小像素的尺寸和层间电介质3的厚度。

然而，根据CMOS图像传感器的结构，将层间电介质3的厚度减小至最小的必要厚度(necessary thickness)会受到限制。这意味着，存在大约为1.75μm的有限像素间距，该有限像素间距已经被测作是不能再减小的最小限度间距。此外，由于对光电二极管2的聚焦性能不够，使得如图1所示的结构受限于仅使用微透镜7来有效地聚焦光。除了置于上部的微透镜7，可以进一步在层间电介质3中设置另一种由无机材料制成的微透镜，以克服一定的限制。然而，这会使制造工艺变得相当复杂。

如图2A所示，作为一种选择，可以进一步设置波导(waveguide)8以将其用作入射光的通路(path)。通过在位于光电二极管2上和/或上方的上部按大约一个像素的大小形成沟槽来形成这样的结构，其中，该沟槽的深度与层间电介质3的厚度相同。接下来，通过用具有旋涂玻璃(spin-on-glass)或折射率(折射系数)比层间电介质3大的材料填充沟槽来形成波导8。因此，入射光可以经由波导8被有效地传输至光电二极管2。然而，为了产生波导，需要实施刻蚀，因此，该刻蚀可能会由光电二极管引起对等离子体的损伤，从而增加了暗电流(dark current)，且使得图像传感器的感光性(sensitivity)恶化。同样，会使制造工艺变得复杂。

发明内容

本发明实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，该方法通过形成波导(wave guide)来提高将光聚焦至光电二极管的效率，其中，所述波导通过离子注入来形成。

本发明实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器在减小了邻接像素之间的干扰的同时，又通过形成波导来提高了聚焦效率，其中，所述波导通过比刻蚀更简单的工艺来形成。