專利名稱：具有減小應力的濾色層的圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發明涉及圖像傳感器，特別涉及具有減小的應力的濾色層結構。
背景技術：
圖像傳感器是可以用于產生靜止或視頻圖像的電子集成電路。固態圖像傳感器可以是電荷耦合器件(CCD)型或互補金屬氧化物半導體(CMOS)型的其中一種。在任何一種圖像傳感器中，一種光采集像素形成于基片上，并且排列在一個二維陣列中。現代圖像傳感器一般包括數百萬的像素以提供一個高解析度的圖像。該圖像傳感器的一個重要部分是濾色層以及在像素點上形成的微透鏡的結構。該濾色層，顧名思義，結合信號處理而工作，以提供一個彩色圖像。該微透鏡用來將入射光聚焦到像素點上，并且從而提高每個像素點的填充因素。
盡管形成濾色層的技術是相當成熟的，但是仍然可能存在一些問題，特別是在較高集成密度的情況下。例如，美國專利No.6,297,071、美國專利No.6,362,513和美國專利No.6,271,900示出濾色層技術的當前狀態。在該現有技術中，濾色層一般由有機材料所形成。人們發現當該濾色層形成在包含像素的基片之上時，可能出現基片的物理破裂。這被認為是該有機濾色層與該基片的界面產生應力，而導致破裂。
該基片的破裂是所不希望出現的，因為它可能造成圖像傳感器的缺陷。
圖1是圖像傳感器的一部分的現有技術的截面圖。
圖2-6是示出本發明的一個實施例的方法和結構的示意截面視圖。
圖7為圖4的結構的頂視圖。
具體實施例方式
本發明涉及形成用于一個圖像傳感器中的濾色層的方法。在下文的描述中，提供許多明確的具體細節以提供對本發明實施例的徹底理解。但是，本領域的普通技術人員將認識到本發明可以在沒有一個或多個具體細節或用其他方法、組件等等的情況下實施。在其他實例中，眾所周知的結構或操作不在具體細節中顯示或描述，以避免本發明多種實施例的混淆。
貫穿說明書提到的“某一實施例”或“一個實施例”意味著所描述的與該實施例有關的一個特征、結構或特性包含在本發明的至少一個實施例中。因而，在貫穿說明書多個地方的短語“在某一實施例中”或“在一個實施例中”的出現，不一定全部表示同一實施例。此外，該特征、結構或特性可以按照任何適當的方式結合在一個或多個實施例中。
圖1示出具有形成于其上的圖像傳感器101的現有截面的簡化視圖。如圖1中所示，該圖像傳感器包括多個像素，其具有形成在該基片中的光檢測單元103。該光檢測單元103可以是幾種類型，例如，光電二極管、光閘或者其他固態光敏元件。形成在每個像素之上的一個是一個微透鏡105。該微透鏡105把入射光照射在該光檢測單元103上。微透鏡通常通過把微透鏡材料的層面旋涂在一個偏振層上而形成。該微透鏡材料然后被腐蝕，形成以每個像素為中心的圓柱或其他形狀的區域。然后，該微透鏡材料被加熱和回流，以形成一個凸起的半球狀微透鏡。另外，在該光檢測單元103和微透鏡105之間，由參考標號107所表示的是一般包括濾色層109和各種金屬導電線的各種插入層。應當知道圖1的結構僅僅是一個圖像傳感器結構的一個例子，并且本發明適用于任何數目的變型。另外，該濾色層109可以形成在微透鏡105之上。
該濾色層109一般是被添加色素或染色的材料，其僅僅允許窄帶的光線通過，例如，紅光、藍光或綠光。在其他實施例中，該濾色層可以是青、黃、或洋紅。雖然色素或染料的使用在濾色層的形成中是最流行的方法，亦可能使用其他反射型的濾色層，如多層疊反射材料。濾色層109的形成方法是本領域所公知的，并且在此將不描述以避免對本發明的詳述的任何不必要的混淆。
本發明針對于在形成濾色層109之前制備該基片的處理(通過淀積應力釋放層)。圖2示出形成有像素的一種典型晶片基片201。該像素包括光檢測單元203，在這種情況中是光電二極管。但是，應當知道可以使用現在已知(例如光閘)和將來開發的其他類型的光檢測單元。另外，該像素一般還包括放大和/或讀出電路。為了清楚起見，該電路未在圖2中示出。在一個實施例中，該像素可以是現有技術中所公知的有效像素。形成光電二極管和其他相關電路的具體細節是本領域所公知的，并且將不在此重復，以避免與本發明混淆。該現有技術的例子可以參見美國專利No.5,904,493和美國專利No.6,320,617。
另外，其他結構被提供于該基片201上。一個例子是導電結構205為多晶硅或金屬互連，例如用于傳輸與光檢測單元203通信的信號或與在該像素中的其他部件通信的信號。由于這些導電材料205通常形成在該基片201之上，這造成以溝槽207和凸脊209為特征的不平坦的外形。另外，這需要使得這些導電結構與一個絕緣電介質相絕緣。一般來說，該絕緣電介質是一種無機結構，例如二氧化硅或氮化物。如上文所述，在有機濾色層材料和無機基片材料之間的界面可能造成應力和破裂。
轉到圖3，根據本發明的一個實施例，一個聚合物層301被旋涂在該基片301上。在一個實施例中的聚合物層301是聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)。在一個實施例中，該聚合物層301在0.01至0.5微米之間。但是，其他類型的材料可以被代替，但是最好材料可以被旋涂和隨后固化為固體。
如下文參照圖4所示，在一個實施例中該光刻膠類型的材料是有利的，因為它們可以通過曝光和顯影而被直接構圖。盡管也可以使用非光刻膠類型的材料，但是需要另外的蝕刻步驟。具體來說，如圖4中所示，該聚合物層301被構圖，以包括在每個像素之間的間隙401。該間隙401通常位于光檢測單元203之間并且相對較窄。請注意圖4的示意圖不是按照比例來描繪的。而是，間隙401通常遠小于每個像素的寬度。在一些實施例中，該間隙被制造為相對于該像素尺寸非常小，并且可能達到光刻處理的分辨率的極限。
另外，在一個實施例中，該間隙401形成在每個像素周圍的溝槽。從圖7可以更加清楚地看出，在何處該聚合物層31在該光檢測單元203上形成“島狀物”。該間隙401在該像素的外圍延伸。
還請注意，在一個實施例中，間隙401不延伸通過該聚合物層301的整個厚度。而是，該聚合物層301的一部分保留在該間隙401的底部。一般來說，該間隙401將延伸到接近于下層基片。但是，在其他實施例中，該間隙401可能完全延伸通過該聚合物層301。
在光刻膠類型的材料的情況中，具有間隙401的聚合物層301的構圖可以通過使該聚合物層301暴露于例如來自一個分檔器的輻射之下。然后，該聚合物層301可以被顯影，以形成間隙401。在非光刻膠類型的材料的情況下，聚合物層301的構圖可能需要使用各種掩膜和蝕刻技術。
轉到圖5，在已經形成間隙401之后，第二聚合物層501被施加到該間隙401并且在該聚合物層301之上。在一個實施例中的該第二聚合物層501是一個有機聚酰亞胺，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。可以用其他類型的材料來代替，但是最好使用可以被濺射并且隨后固化為固體的材料。另外，在一個實施例中，該第二聚合物層501具有比聚合物層301更高的折射率。盡管通過使得該第二聚合物層501具有更高的折射率而不需要解決破裂問題，但是這將進一步降低在相鄰像素之間的串擾量，以及提高照射在該像素上的光量。這可以從圖6中看出。
該聚合物層301和第二聚合物層501形成一個基底，在其上可以形成濾色層。因此，在形成第二聚合物層501之后，可以使用在上述專利中所述的任何數目的常規方法而形成該濾色層。其結果參見圖6。
上述方法和結構將減小在該圖像傳感器中的應力。另外，該結構將增加光采集效率和減小串擾。
從上文中，可以看出本發明的具體實施例已經被描述，用于說明的目的，但是可以做出各種改變而不脫離本發明的精神和范圍。相應地，本發明僅僅由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種形成用于圖像傳感器的濾色層的基底的方法，該圖像傳感器包括形成在一個基片中的像素陣列，該方法包括在所述基片上淀積一個聚合物層；對所述聚合物層進行構圖，以在所述聚合物層中形成間隙，所述間隙位于該像素之間；以及把第二聚合物層淀積到所述間隙中。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述間隙不延伸通過所述聚合物層的整個厚度。
3.根據權利要求1所述的方法，其中進一步包括在所述第二聚合物層上形成一個濾色層。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二聚合物層具有比所述聚合物層更高的折射率。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述聚合物層是聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述第二聚合物層是一種有機聚酰亞胺。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二聚合物層被淀積在所述聚合物層上。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述間隙形成圍繞所述聚合物層的離散島狀物的溝槽，所述離散島狀物形成在該像素之上。
9.一種用于圖像傳感器的濾色層的基底，該圖像傳感器包括形成在一個基片中的像素陣列，該基底包括形成在所述基片上的聚合物層；在所述聚合物層中的間隙，所述間隙位于該像素之間；以及形成到所述間隙中的第二聚合物層。
10.根據權利要求9所述的基底，其中所述間隙不延伸通過所述聚合物層的整個厚度。
11.根據權利要求9所述的基底，其中進一步包括在所述第二聚合物層上形成一個濾色層。
12.根據權利要求9所述的基底，其中所述第二聚合物層具有比所述聚合物層更高的折射率。
13.根據權利要求9所述的基底，其中所述聚合物層是聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)。
14.根據權利要求13所述的基底，其中所述第二聚合物層是一種有機聚酰亞胺。
15.根據權利要求9所述的基底，其中所述第二聚合物層被淀積在所述聚合物層上。
16.根據權利要求9所述的基底，其中所述間隙形成在所述聚合物層的離散島狀物周圍的溝槽，所述離散島狀物形成在該像素之上。
全文摘要
在此公開一種形成用于圖像傳感器的濾色層的基底。該圖像傳感器包括形成在一個基片中的像素陣列。該方法包括在該基片上淀積一個聚合物層。該聚合物層被構圖以在該聚合物層中形成間隙，該間隙位于像素之間。最后，第二聚合物層被淀積到該間隙中。
文檔編號H01L31/0232GK1501508SQ200310102570
公開日2004年6月2日 申請日期2003年10月23日 優先權日2002年10月25日
發明者山本克已 申請人:華微半導體(上海)有限責任公司