包括顏色微透鏡的cmos圖像傳感器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，更加具體地，涉及一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器及其制造方法，其中通過將由透明材料制成的微透鏡替代為由具有與濾色器的特性相似特性的材料制成的微透鏡，改進了微透鏡的顏色特性。
【背景技術】
[0002]通常，圖像傳感器為將光學圖像轉換為電信號的半導體裝置，其中電荷耦合裝置(CCD)為在其中單獨的MOS (金屬氧化硅)電容彼此非常接近并且電荷載體存儲在電容中并被傳播的元件，以及CMOS圖像傳感器為采用切換方案的元件，在該切換方案中，利用CMOS工藝制造與像素的數量相應的MOS晶體管以及利用MOS晶體管順序地檢測輸出，所述CMOS工藝利用控制電路以及信號處理電路作為外圍電路。
[0003]在此類圖像傳感器中，濾色器置于從外部接收光并且產生及聚集光致電荷的光電檢測單元之上，以及濾色器陣列(CFA)可包括紅、綠以及藍三種顏色，或者其它顏色。
[0004]進一步地，為了改進圖像傳感器中的光敏性，已經出現了用于改變入射光的路徑并將光收集到光電檢測單元的光收集工藝。針對此類光收集，圖像傳感器利用在濾色器上形成微透鏡的方法。
[0005]與此同時，利用傳統的前側照明(以下稱為FSI)機制的圖像傳感器存在的問題在于:由于形成層或者串擾的互連的干擾，光敏性降低。為了克服該問題，利用后側照明(以下稱為BSI)機制的圖像傳感器近來被使用。
[0006]圖1為說明傳統BSI CMOS圖像傳感器的單元像素的示意圖。
[0007]如圖1所示，所述BSI CMOS圖像傳感器的單元像素具有在其中金屬互連層110、光電檢測層120、抗反射層130、濾色器層140、外敷層150、以及透鏡層160順序地堆疊的結構。
[0008]為了優化所述CMOS圖像傳感器的光效率，外敷層(OCL)為用于平坦化以及臺階差異調整的附加層，需要相對于每個像素被提供于濾色器之上或者之下。
[0009]此在情形下，抗反射層、外敷層(OCL)、濾色器、外敷層(OCL)、以及微透鏡(ML)順序地彼此相連，從而存在多個交界面。由于在這些交界面中發生的光的反射或者折射，光收集變得困難并且實際產生通過初始微透鏡的入射光的損耗。
【發明內容】
[0010]技術問題
[0011]相應地，本發明致力于解決【背景技術】中存在的問題，并且本發明的目的在于提供一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器及其制造方法，通過將由透明材料制成的微透鏡替代為由具有與濾色器的特性相似特性的材料制成的微透鏡，改進了微透鏡的顏色特性。
[0012]技術方案
[0013]為了實現上述目標，根據本發明的一個方面，提供了一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器，其包括:光電檢測層，其形成在半導體基底之上并包括至少一個用于接收至少一種顏色的光的光電二極管；抗反射層，其形成在光電檢測層之上；濾色器層，其形成在抗反射層之上并包括形成在與至少一個光電二極管各自對應的位置的至少一個濾色器；外敷層，其形成在濾色器層之上并包括形成在與至少一個濾色器各自對應的位置的至少一個外敷；以及顏色微透鏡層，其形成在外敷層之上并包括形成在與至少一個濾色器各自對應的位置的至少一個顏色微透鏡。
[0014]為了實現上述目標，根據本發明的另一方面，提供了一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器，其包括:光電檢測層，其形成在半導體基底之上并包括至少一個用于接收至少一種顏色的光的光電二極管；抗反射層，其形成在光電檢測層之上；以及顏色微透鏡層，其用作濾色器并包括顏色微透鏡，所述濾色器形成于抗反射層之上，所述顏色微透鏡用作形成在與至少一個光電二極管各自對應的位置的至少一個濾色器。
[0015]為了實現上述目標，根據本發明的另一方面，提供了一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器，其包括:光電檢測層，其形成在半導體基底之上并包括至少一個用于接收至少一種顏色的光的光電二極管；抗反射層，其形成在光電檢測層之上；以及顏色微透鏡層，其形成在抗反射層之上并包括形成在與至少一個光電二極管各自對應的位置的至少一個顏色微透鏡。
[0016]為了實現上述目標，根據本發明的一個方面，提供了一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的制造方法，其包括以下步驟:在半導體基底之上形成光電檢測層，所述光電檢測層包括至少一個用于接收至少一種顏色的光的光電二極管；在所述光電檢測層之上形成抗反射層；在所述抗反射層之上形成濾色器層，所述濾色器層包括在與至少一個光電二極管各自對應位置的至少一個濾色器；在所述濾色器層之上形成外敷層，所述外敷層包括形成在與至少一個濾色器各自對應位置的至少一個外敷；以及在所述外敷層之上形成顏色微透鏡層，所述顏色微透鏡層包括形成在與至少一個濾色器各自對應位置的至少一個顏色微透鏡。
[0017]為了實現上述目標，根據本發明的另一方面，提供了一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的制造方法，其包括以下步驟:在半導體基底之上形成光電檢測層，所述光電檢測層包括至少一個用于接收至少一種顏色的光的光電二極管；在所述光電檢測層之上形成抗反射層；以及在所述抗反射層之上形成顏色微透鏡層，所述顏色微透鏡層用作濾色器并包括顏色微透鏡，所述顏色微透鏡用作形成在與至少一個光電二極管各自對應位置的至少一個濾色器。
[0018]為了實現上述目標，根據本發明的另一方面，提供了一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的制造方法，其包括以下步驟:在半導體基底之上形成光電檢測層，所述光電檢測層包括至少一個用于接收至少一種顏色的光的光電二極管；在所述光電檢測層之上形成抗反射層；以及在所述抗反射層之上形成顏色微透鏡層，所述顏色微透鏡層包括形成在與至少一個光電二極管各自對應位置的至少一個顏色微透鏡。
[0019]有益效果
[0020]根據一種包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器及其制造方法，由透明材料制成的傳統微透鏡變為顏色微透鏡，從而CRA/位移方程能夠分別地用于每個顏色，致使顏色特性的改進。
[0021]進一步地，由于濾色器與微透鏡的形成過程同時執行，用于平坦化以及臺階差異調整的額外過程不再必需，從而整個過程能夠簡化。由于材料之間不存在交界面，光的前進過程中，反射、折射等減少，從而可增加光效率。
【附圖說明】
[0022]在閱讀下述結合附圖的詳細描述后，本發明的上述目的以及其它特征和優點將會變得更加明顯，其中:
[0023]圖1為說明傳統BSI CMOS圖像傳感器的示意圖；
[0024]圖2為說明根據本發明的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的示意圖；
[0025]圖3為說明根據本發明的另一實施例的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的示意圖；
[0026]圖4為說明根據本發明的又一實施例的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的示意圖；
[0027]圖5為說明圖2中包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的制造方法的步驟的流程圖；
[0028]圖6為說明圖3中包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的制造方法的步驟的流程圖；以及
[0029]圖7為說明圖4中包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的制造方法的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]本發明的優選實施例的參照將會更加詳細地做出，其實施例在附圖中列舉。在任何可能的地方，在附圖和說明書中同樣的附圖標記對應相同或者類似的部件。
[0031]圖2為說明根據本發明的一個實施例的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的示意圖。
[0032]如圖2所示，根據本發明的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器200具有在其中金屬互連層210、光電檢測層220、抗反射層230、濾色器層240、外敷層250、以及顏色微透鏡層260順序地堆疊的結構。
[0033]顏色微透鏡層260并非由透明材料制成，并包括由具有與濾色器層240的特性等同或者相似特性的材料制成的顏色微透鏡。即，本發明的特征在于傳統的常規微透鏡變為顏色微透鏡，以便改進顏色特性。
[0034]圖3為說明根據本發明的另一實施例的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的示意圖。
[0035]如圖3所示，根據本發明的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器300具有在其中金屬互連層310、光電檢測層320、抗反射層330、以及用作濾色器的顏色微透鏡層340順序地堆疊的結構。
[0036]參照圖3，在根據本發明的另一實施例的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器300中，濾色器和微透鏡彼此一體地形成。
[0037]在此情形下，用于各個顏色的微透鏡以及濾色器的高度可基于在其中顏色處理被執行的順序而不同。進一步地，微透鏡和濾色器的形成過程同時執行，從而平坦化以及臺階差異調整等步驟能夠被省略。
[0038]圖4為說明根據本發明的又一實施例的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器的示意圖。
[0039]如圖4所示，根據本發明的包括顏色微透鏡的CMOS圖像傳感器400具有在其中金屬互連層410、光電檢測層