專利名稱：具有集成薄膜紅外濾光器的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到圖像傳感器，更確切地說是加有薄膜紅外濾光器 的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是可用于產(chǎn)生靜像或視頻圖像的電子集成電路。固 態(tài)圖像傳感器可為電荷耦合器件(CCD)型，也可為互補金屬-氧化 物_半導體(CMOS)型。無論在哪種圖像傳感器中，都是將收集光 的像素做在襯底中并排列成二維陣列。現(xiàn)代的圖像傳感器典型地含有 數(shù)百萬像素以提供高分辨的圖像。圖像傳感器的重要部分是在像素上 制作的濾色器和微透鏡結(jié)構(gòu)。顧名思義，濾色器的工作是與信號處理 相結(jié)合來提供彩色的圖像。微透鏡用于將入射光聚焦至像素上，因而 改善每個像素的填充因子(fill factor)。
紅外(IR)濾光器典型地與圖像傳感器結(jié)合起來使用。紅外濾 光器防止或限制紅外線入射至圖像傳感器上。許多現(xiàn)有的硅基像素都 對紅外波段的光有響應(yīng)。因此，如果紅外線射到像素上，像素將產(chǎn)生 輸出信號。這在大多數(shù)圖像傳感器的應(yīng)用中都是不希望有的，因為這 些圖像傳感器被設(shè)計成提供人眼可見光的圖像。
一種解決這個問題的現(xiàn)有技術(shù)的通用方法，是在圖像傳感器前 和/或圖像傳感器透鏡之前，提供分立的紅外濾光元件。紅外濾光器 可有各種形式，但可采取鍍敷玻璃濾光器的形式。然而，這就增大了
3整個照相機的成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種圖像傳感器，包括制作在半 導體襯底中的多個像素，每個像素包含光敏元件；制作在所述多個像 素上的多層疊層，所述多層疊層適于濾除紅外波段的入射光；制作在 所述多層疊層和所述光敏元件上的多個微透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種圖像傳感器的像素，包括 制作在半導體襯底中的光敏元件；制作在光敏元件上的多層疊層，所 述多層疊層適于濾除紅外波段的入射光；制作在所述多層疊層和光敏 元件上的微透鏡。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)圖像傳感器的部分剖面圖。
圖2為圖像傳感器的俯視圖，表示像素排列成二維陣列，且其 上制作有微透鏡。
圖3為半導體襯底的剖面圖，說明按照本發(fā)明的一種實施方式 來制作圖像傳感器。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及到一種具有集成紅外濾光器的圖像傳感器。在下面 的描述中，提供了許多具體細節(jié)，以徹底了解本發(fā)明的實施方式。然 而，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員將會認識到，缺少一個或多個具體細 節(jié)，或是用其他方法、元件等也可實現(xiàn)本發(fā)明。此外，沒有詳細示出 或描述熟知的結(jié)構(gòu)或操作以免模糊了本發(fā)明不同實施方式的各個方 面。
縱觀本說明書，所謂" 一種實施方式"或"某種實施方式"意味 著，結(jié)合此實施方式所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性至少包含在本發(fā)明的 一種實施方式中。因此，在此說明書中各處出現(xiàn)的詞語"在一種實施方式中"或"在某種實施方式中"，不必都認為是同一實施方式。而 且，此特征、結(jié)構(gòu)或特性可由任何適當?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個或多個實施 方式中。
圖1表示現(xiàn)有技術(shù)圖像傳感器101的簡化剖面圖，圖像傳感器 101上制作有微透鏡。如圖l所示，圖像傳感器含有制作在襯底中的 多個像素，像素具有光探測元件103。光探測元件103可為幾種類型 之一，如光二極管、光閘(photogate)或其他固態(tài)光敏元件。在每個像 素上形成的是微透鏡105。微透鏡105將入射光聚焦至光探測元件 103上。微透鏡通常是在平整層上旋轉(zhuǎn)涂敷微透鏡材料層而成。然后 腐蝕微透鏡材料層而形成與每個像素對中的柱狀或其他形狀的區(qū)域。 對微透鏡材料加熱使之回流來形成凸面的半球形微透鏡。而且，在光 探測元件103和微透鏡105之間由參考數(shù)字107所代表的區(qū)域中，還 有各種中間層，典型地可包括濾色層109及各種金屬導線層。應(yīng)可理 解，圖1所示的結(jié)構(gòu)只是圖像傳感器結(jié)構(gòu)的一個實例，本發(fā)明可適用 于任何數(shù)目的變種。例如，微透鏡可實質(zhì)上為凹鏡，如我的共同未決 申請所公開的那樣。作為選擇，濾色器109也可制作在微透鏡105上 面。
圖2表示圖像傳感器201的俯視圖。圖像傳感器201含有多個 像素203，典型地排列成二維陣列。在圖2所示的實例中，此圖像傳 感器表示為像素203的3x3陣列，然而可理解，實際的圖像傳感器 201會有許許多多的像素，可設(shè)想排列成數(shù)千行和/或數(shù)千列。而且， 雖然圖2表示的是像素行和列的規(guī)則排列，像素也可排列為任何類型 的有序排列。例如，交替列的像素在橫向上可以稍有偏移而成棋盤格 式的交錯排列。
像素203典型地含有光敏元件，例如光二極管或光閘就是兩個 例子。然而，應(yīng)可理解，也可使用現(xiàn)在知道的(如光閘)或?qū)黹_發(fā) 的其他類型的光敏元件。而且，像素203也將包含放大和/或讀出電 路。為了清楚起見，圖2中沒有示出此電路。在一種實施方式中，像 素203可為現(xiàn)有技術(shù)中通常所知的有源像素。在每個像素203上面制作微透鏡205。
此外，與每個像素相關(guān)聯(lián)的還有濾色器207。濾色器207可置于 微透鏡205與光敏元件之間，也可代之以制作在微透鏡205上面。濾 色器207典型地由顏料或染料材料制成，這種材料只允許通過窄帶的 光，例如，紅、藍或綠光。在其他實施方式中，濾色器可為青色、黃 色或深紅色的。這些只是濾色器207的一些示例色，而本發(fā)明的意思 是擁有任何顏色的濾色器207。雖然使用顏料或染料材料是濾色器最 流行的方案，也可使用其他反射型的濾色器，如反射材料的多層疊 層。制作濾色器207的技術(shù)是熟知的，這里將不再描述，以免不必要 地模糊了對本發(fā)明的描述。例如，美國專利6,297,071號、6,362,513 號和6，271，卯0號表明了濾色器的技術(shù)現(xiàn)狀。在圖1的俯視圖中沒有 示出加入圖像傳感器201的紅外濾光器。
圖3為沿圖2的A-A線截取的剖面圖，表示本發(fā)明的紅外濾光 器301?？梢钥吹剑诎雽w襯底301上制作有多個光敏元件303 (與圖2的像素203相連)。圖3將光敏元件表示為光二極管，雖然 也可使用其他替代和相當?shù)脑?。制作光二極管和其他相關(guān)電路的詳 情在現(xiàn)有技術(shù)中都已知道，這里不再重復(fù)以免模糊了本發(fā)明。然而， 現(xiàn)有技術(shù)的一些實例可參見美國專利5,904,493號和6,320,617號。
按照一種實施方式，在村底中制作了像素203后，在襯底301 上制作光學透明(至少在部分可見光譜中)的基底材料層305。制作 基底材料層305可用覆蓋淀積工藝，并可為各種形式的二氧化硅，如 熱氧化物、化學汽相沉積(CVD)的氧化物、或旋轉(zhuǎn)涂敷的玻璃。 基底材料層305也可被設(shè)想為層間介質(zhì)層。
接著，在此基底材料層305上淀積多層疊層307作為紅外濾光 器。在一種實施方式中，多層疊層307適用于反射波長為660-800 nm波段及其以上的光。此多層疊層307包含多對氧化鈦/二氧化硅薄 膜。在一種實施方式中，6-8對氧化鈦/二氧化硅薄膜組成了多層疊層 307，然而也可使用更多或更少的薄膜對，這取決于需要反射紅外線 的程度。用較多數(shù)目的薄膜對，可達到較高的反射率，雖然成本增高了。
而且，薄膜的層厚很大程度上依賴于所要反射(亦即，濾除)
的中心波長。 一般說來，每層薄膜的厚度應(yīng)為1/4中心波長的量級。 因此，要濾除700 nm的中心波長，氧化鈥和二氧化硅薄膜應(yīng)為175 nm或0.175nm厚。而且應(yīng)注意，其他材料也可用于制作薄膜對，且 本發(fā)明應(yīng)不限于氧化鈦/二氧化硅薄膜。在某一替代實施方式中，薄 膜對的第 一和第二薄膜間可包含一 中間層，以提高熱穩(wěn)定性和防止互 擴散。例如，此中間層可為碳。
接著，仍參見圖3，在多層疊層307上淀積蓋層309。此蓋層 309為ljim厚的量級。應(yīng)注意，蓋層309是可選的。蓋層309用來 在后面的工藝過程中保護多層疊層307的表面。
接下來，在蓋層309上制作濾色器311。濾色器311是用常規(guī)工 藝制作的。在圖3所示的實施方式中，濾色器311為紅色、綠色和藍 色，但也可為青色、黃色和深紅色。最后，在濾色器311上制作微透 鏡313。同樣，微透鏡313可用常規(guī)工藝來制作，并可為圖3所示的 凸起的或其他的形狀。
應(yīng)注意本發(fā)明的幾個特點。首先，紅外濾光器是以多層疊層307 來實現(xiàn)的，多層疊層307的特性實質(zhì)上是反射，因而使入射的紅外線 偏轉(zhuǎn)而離開像素。這與吸收型的顏料或染料基濾光器成為對照，吸收 型的濾光器在紅外波段仍可產(chǎn)生噪音且可能不可靠。其次，在一種實 施方式中多層疊層307是先于濾色器而制作的。 一般說來，在淀積氧 化鈦/二氧化硅薄膜對時，需加熱至較高溫度，這可損壞濾色器311 (它典型地由有機材料制成)。然而，若后面制作濾色器311的工藝 證明是耐熱的，多層疊層307也可在濾色器311之后(例如，在其 上)制作。對于微透鏡313也是這樣。第三，將紅外濾光器集成在圖 像傳感器上，可減少圖像傳感器的元件數(shù)，因而降低了成本。
從上述可以理解，為了說明的目的，在這里描述了本發(fā)明的具 體實施方式，但可做出各種修改而沒有背離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。因 此，除了所附權(quán)利要求外本發(fā)明不受限制。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，包括制作在半導體襯底中的多個像素，每個像素包含光敏元件；制作在所述多個像素上的多層疊層，所述多層疊層適于濾除紅外波段的入射光，其中所述多層疊層包括碳的中間層；制作在所述多層疊層和所述光敏元件上的多個微透鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的圖像傳感器，還包括制作在每個像素上的 濾色器，所述濾色器制作在所述微透鏡和所述多層疊層之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的圖像傳感器，還包括制作在每個像素上的 濾色器，所述濾色器制作在所述微透鏡上。
4. 一種圖像傳感器的像素，包括制作在半尋體襯底中的光敏元件；制作在光敏元件上的多層疊層，所述多層疊層適于濾除紅外波段的入射光，其中所述多層疊層包括碳的中間層； 制作在所述多層疊層和光敏元件上的微透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的像素，還包括制作在所述微透鏡和所述多層疊層之間的濾色器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的像素，還包括制作在所述微透鏡上的濾色器。
全文摘要
公開了一種具有集成薄膜紅外濾光器的圖像傳感器。此圖像傳感器含有多個制作在半導體襯底中的像素，每個像素都含有光敏元件。而且，在像素上制作有多層疊層，它適于濾除紅外波段的入射光，其中多層疊層包括碳的中間層。最后在多層疊層和光敏元件上制作微透鏡。
文檔編號H04N5/225GK101477996SQ200910006630
公開日2009年7月8日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者山本克己 申請人:華微半導體(上海)有限責任公司