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，其有源器件（例如，光电二极管）具有改善的光接收效率。该ＣＭＯＳ图像传感器包括：至少一个光电二极管，设置在半导体衬底上；以及微透镜，布置在每个光电二极管之上，其中，微透镜由表现出优异的透射率的聚合物形成。

【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，涉及一种具有改善的光接收效率的CMOS图像传感器及其制造方法。
技术介绍
图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的半导体器件，包括电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。一般的电荷耦合器件包括光电二极管阵列，用于将光信号转换成电信号；多个垂直电荷耦合器件，形成在矩阵型结构排列的各个垂直光电二极管之间，并且垂直传送每个光电二极管所产生的电荷；水平电荷耦合器件，用于水平传送由每个垂直电荷耦合器件传送的电荷；以及读出放大器，用于读出并且输出水平传送的电荷。电荷耦合器件不足之处在于驱动方法复杂、功率消耗大、以及制造工艺复杂(需要多阶段的光学工艺(multi-phased photo-process))。此外，难以将诸如控制电路、信号处理器、以及模拟-数字转换器的辅助电路集成到单芯片电荷耦合器件中，因此，阻碍了使用这种图像传感器的产品的微型化发展。另一方面，CMOS图像传感器采用了将调节电路和信号处理电路用作外围电路的CMOS技术，并且采用了开关技术(switchingtechnology)，允许通过排列的各像素使用MOS晶体管来检测输出从而检测图像。由此，CMOS图像传感器使用CMOS制造技术(即，一种使用较少的光刻步骤的简单制造方法)，从而使器件具有能耗低的优点。通常，在前述的CMOS图像传感器中，光电二极管是用于基于入射光信号产生光学图像的有源器件(active device)。在这种CMOS图像传感器中，其中，每个光电二极管感应入射光并且相应的COMS逻辑电路将读出的光转换成电信号。越多的光能够到达光电二极管，则光电二极管的光敏度增大。一种增强CMOS图像传感器的光敏度的方法是提高其“填充因数”，即，光电二极管所占表面面积与图像传感器整个表面面积的比值程度。通过增加对入射光敏感的区域的大小来提高填充因数。此外，当在全波长(白光)处的量子效率为“1”时，还有助于将入射光聚集到光电二极管上。表现出优异的透光率的器件(例如，用于折射入射光的凸微透镜)，可用于将任何可能入射至图像传感器的光电二极管外面附近区域的光重导向，并将入射光会聚(聚焦)到一个或多个光电二极管本身上。在彩色图像传感器中，可将这种具有预定曲率的微透镜(即，凸透镜)设置在用于使各种颜色(波长)的光穿过的滤色器层之上。图1示出根据相关技术的CMOS图像传感器，其中，设置了三个光电二极管11，用于根据入射光的量产生电信号。参照图1，根据相关技术的CMOS图像传感器包括绝缘中间层12，形成在设置在衬底表面(未示出)处的光电二极管11之上；钝化层13，形成在绝缘中间层上；滤色器(RGB)层14，形成在钝化层上；平坦化层15，形成在滤色器层上；以及对应每个光电二极管的微透镜16，用于从而聚焦入射光穿过滤色器层并到达底层光电二极管上。微透镜16通常由涂覆在平坦化层15上的光刻胶层形成，并然后使用光刻工艺形成图样。形成图样的光刻胶经过回流(热)处理，以使各微透镜16具有半球形的上表面。然而，用光刻胶材料制作而成的微透镜16，表现出不良的透光特性，并因此限制了CMOS图像传感器的光接收效率，从而还限制了该关键特性的任何进一步改善。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法，其能够很好地解决由于相关技术的限制和不足而导致的一个或多个问题。本专利技术的一个优点在于提供了一种CMOS图像传感器及其制造方法，以通过用表现出优异透射率的聚合物形成的微透镜来提高图像传感器的光接收效率。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，如文中所具体和概括描述的，提供了一种CMOS图像传感器，包括至少一个光电二极管，设置在半导体衬底上；以及微透镜，布置在至少一个光电二极管中的每个光电二极管之上，其中，微透镜由聚合物材料形成。在本专利技术的另一方面中，提供了一种CMOS图像传感器的制造方法，包括在其上设置有至少一个光电二极管的半导体衬底上形成绝缘中间层；通过首先形成聚合物材料层，然后使该聚合物材料层形成图样，来形成与至少一个光电二极管的位置相对应的聚合物图样；以及回流聚合物图样的聚合物材料，以形成用于将入射光射到至少一个光电二极管上的微透镜。应该了解，前面的概述以及随后的本专利技术的详述是示例性和说明性的，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，结合到本申请中并构成本申请的一部分，附图说明了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是根据相关技术的CMOS图像传感器的剖视图；以及图2A-2C是根据本专利技术的CMOS图像传感器的制造过程的剖视图。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2A-2C示出根据本专利技术的实施例的CMOS图像传感器的制造过程。参照图2A，在半导体衬底(未示出)上设置用于根据入射光的量产生电荷的至少一个光电二极管31。在一个实施例中，彩色CMOS图像传感器的每个像素单元的三个这样的光电二极管以预定间隔排列。在光电二极管31的顶上形成绝缘中间层32，以与半导体衬底的表面接触并且完全地覆盖半导体二极管。绝缘中间层32可形成为多层结构，以包括设置在绝缘中间层材料的第一和第二沉积物之间的遮光层(optical shielding layer)(未示出)，用于允许入射光到达每个光电二极管31并且阻挡射向半导体衬底的未被光电二极管占据的区域的光。随后，在绝缘中间层32之上形成钝化层33，以使器件免遭潮湿污染和由于磨损导致的损坏。对于彩色图像传感器，通过连续地涂覆一系列的有色抗蚀剂层并且使其形成图样，在钝化层33上形成有色抗蚀剂的滤色器层34。滤色器层可通过与三个光电二极管31的布置相对应而交错布置(interlace)多个滤色器R、G、B来形成，该滤色器层用于分别过滤预定波长的光(红色、绿色、和蓝色)。在滤色器层34上形成平坦化层35，以控制焦距并且实现用于形成透镜层的平面性(平坦化)。在图2B中，通过聚合或凝结在平坦化层35上形成例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)膜的聚合物材料的透镜层，然后将该层粘附到平坦化层上。应该理解，图中没有明确地示出最初形成(即，形成图样之前)的聚合物材料层。PMMA膜由于其高透明度(光学透射率)、高强度、以及特殊的UV辐射特性，而经常被用作玻璃的替代品，玻璃表现出比聚甲基丙烯酸甲酯(即，约93％)较低的透射率(即，约91％)。聚甲基丙烯酸甲酯易于被诸如异丙醇(isopropyl alcohol)的有机溶剂溶解。此外，PMMA膜具有大约110℃的热变形温度。在当将PMMA膜粘附到平坦化层35上时进行的热处理中，该低热变形温度很有利。在热处理过程中，将PMMA膜加热到大约100℃到200℃的温度。通过光刻法(曝光和显影处理，然后是选择性蚀刻)选择性地使PMMA膜形成图样，从而形成与光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ图像传感器，包括：至少一个光电二极管，设置在半导体衬底上；以及微透镜，布置在所述至少一个光电二极管中的每个光电二极管之上，其中，所述微透镜由聚合物材料形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高宽柱，
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]