CN100536158C - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器及其制造方法，该图像传感器包括：下部结构，具有至少一个光电二极管和互连件；该下部结构上的钝化层；该钝化层上的滤色镜阵列；以及微透镜阵列，包括位于该滤色镜阵列上的氧化物层。本发明能够防止因绝缘层与焊盘或覆盖层之间的应力差而导致绝缘层从焊盘剥离的现象，并可防止聚合物颗粒粘附到微透镜阵列。因此，不仅能减小或防止图像传感器的灵敏度减小而且能增加产量。
Description
技术领域
本发明涉及传感器，特别涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是指将光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器包括用于将入射光收集和聚焦到光电二极管上的微透镜阵列。
在制造图像传感器时，所要解决的问题之一是增加将入射光信号转换成电信号的比率(例如提高图像传感器的灵敏度)。
而且，在形成用于收集光的微透镜阵列的过程中，进行了各种努力以发现实现零间隙的方法(例如，在微透镜阵列中的相邻透镜之间不提供间隙)。
同时，由于各层间的应力差而存在覆盖层从焊盘区域(焊盘区域必须敞开以便用外部引线或迹线进行信号连接)分离的现象。
而且，存在另一现象，即例如在晶片背面磨削(back-grinding)工艺和封装(packing)工艺之类的工艺中，例如因暴露的光敏层导致多个聚合物颗粒可以粘附到微透镜阵列。由于清洁困难等原因，这种现象不仅造成图像传感器的灵敏度减小，还造成产量下降。
发明内容
本发明的多个实施例提供图像传感器及其制造方法，能够提高其灵敏度和产量。
本发明的一个实施例提供了一种图像传感器。该图像传感器包括：下部结构，具有至少一个光电二极管和互连件；钝化层，位于该下部结构上；滤色镜阵列，位于该钝化层上；以及微透镜阵列，包括位于该滤色镜阵列上的氧化物层，其中所述微透镜阵列实质上由低温氧化物层构成。
本发明的另一个实施例提供图像传感器的制造方法。该方法包括：在具有至少一个光电二极管和互连件的下部结构上形成钝化层；在该钝化层上形成滤色镜阵列；在该滤色镜阵列上形成低温氧化物(LTO)层；在该低温氧化物层上形成图案化光敏层；以及湿法蚀刻该低温氧化物层以形成微透镜阵列。
本发明能够防止因绝缘层与焊盘或覆盖层之间的应力差而导致绝缘层从焊盘剥离的现象，并可防止聚合物颗粒粘附到微透镜阵列。因此，不仅能减小或防止图像传感器的灵敏度减小而且能增加产量。
附图说明
图1至图7示出根据实施例的图像传感器的制造方法。
具体实施方式
可以理解的是，在对实施例的说明中，当称层(或膜)、区域、图案、或结构位于另一个衬底、另一个层(或膜)、另一个区域、另一个焊盘、或另一个图案“上/上方”或“下/下方”时，它可以直接位于该另一个衬底、层(或膜)、区域、焊盘、或图案上，或者也可能存在中间层。而且，可以理解的是，当称层(或膜)、区域、图案、焊盘、或结构位于两个层(或膜)、区域、焊盘、或图案之间时，它可以是在这两个层(或膜)、区域、焊盘、或图案之间的唯一一层，或者也可能存在一个或多个中间层。因此，这应根据本发明的技术理念而定。
在下文中，将结合附图详细说明本发明的一个或多个实施例。
以下将结合图1至图7说明一种图像传感器的示例性制造方法。图1至7示意性地示出了根据本发明各种实施例的图像传感器的制造方法。
在如图1所示的图像传感器的示例性制造方法中，在具有至少一个光电二极管和互连件的下部结构11上形成钝化层。优选地，该下部结构具有多个光电二极管，每一个光电二极管对应微透镜阵列中的一个微透镜。在下部结构11上形成用于将图像传感器信号与外界相连的焊盘13，并且该钝化层是在焊盘13上或上方形成的。
该钝化层可以包括氧化物层15和/或氮化物层17，氧化物层15例如为二氧化硅如未掺杂硅玻璃(USG)，氮化物层17例如为氮化硅。在一个实施例中，在形成钝化层的过程中，在下部结构11上形成氧化物层15，并且随后在氧化物层15上形成氮化物层17。在钝化层包括氮化物层17的情况下，在氮化物层17上实施H2退火，以从氮化物层17除去缺陷。退火也可以在包含其它还原剂例如NH3和/或SiH4的气氛中，并可选地在存在惰性气体如Ar、He、Ne或N2的条件下实施。因此能够改善所要制造的图像传感器的低照度特性。氮化层17可以由基于SiN的材料构成。例如，通过退火工艺可除去悬键(dangling bond)。而且，退火工艺能够防止因氧化物层与随后形成的低温氧化物层之间的应力差，而在氧化物层15中形成的裂缝。
然后，如图2所示，除去氮化层17以暴露氧化物层15。在除去氮化层17时，可通过回蚀(etch back)工艺或化学机械研磨(CMP)工艺除去氮化层17。这时，氧化物层15保留在焊盘13上。因此，焊盘13可受到氧化物层15的保护而未暴露。
然后，如图3所示，在暴露的氧化物层15上形成热固化树脂层19。从而能减少氧化物层15的缺陷。而且，能提高氧化物层15与随后将形成在该热固化树脂层上的层的粘附性。此时，依据图像传感器的设计，也可省略形成热固化树脂层19的工序。
在如图3所示的图像传感器的示例性制造方法中，实施在热固性树脂层19上形成滤色镜阵列21的工序。滤色镜阵列21可包含多个滤色镜，每个滤色镜位于随后形成的微透镜与相应的光电二极管之间，并且设置为过滤预定颜色或光波带之外的光。例如，滤色镜阵列21可以包括红、绿和蓝滤色镜(例如，RGB系统)或黄、青(cyan)和洋红(magenta)滤色镜(YCM系统)。
而且，实施在滤色镜阵列21上形成氧化物层的工序。该氧化物层可以包括低温氧化物层25或实质上由低温氧化物层25构成。
也可以在焊盘13上方形成低温氧化物层25。这时，在焊盘13上依次堆叠氧化物层15、热固性树脂层19、和低温氧化物层25。
低温氧化物层25可具有从
至左右的厚度。低温氧化物层25形成得比微透镜阵列更厚，因为随后将通过蚀刻工艺由低温氧化物层25来形成微透镜阵列。例如，低温氧化物层25的厚度可为后续形成的微透镜阵列的厚度的1.5至3倍(例如2倍左右)。
在200℃下，在存在氧气(O2)和/或臭氧(O3)的情况下，通过以等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来沉积一种或多种二氧化硅前体，例如硅烷(SiH4)或正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate，TEOS)，从而形成低温氧化物层25。作为一个示例，可通过PECVD，在150℃至200℃的温度范围内形成低温氧化物层25。在这种方式中，因为低温氧化物层25是在相对低的温度下形成的，因此，可以减少或防止滤色镜阵列21劣化。
然后，在低温氧化物层25上形成用于形成微透镜阵列的第一光敏层图案27。作为一个示例，第一光敏层图案27可通过在低温氧化物层25上形成第一光敏层、且随后用光刻工艺将第一光敏层图案化来形成。
随后，加热第一光敏层图案27，以将第一光敏层图案27回流成微透镜的凸起或弯曲的形状，然后非选择性地蚀刻第一光敏层图案27和下方的低温氧化物层25，以将凸起或弯曲的形状转印或转移到下方的低温氧化物层25。虽然非选择性蚀刻可以包括湿法或干法蚀刻，但是湿法蚀刻是优选的。湿法蚀刻使得第一光敏层图案27和下方的低温氧化物层25受到各向同性蚀刻。因此，如图5所示，由低温氧化物层25形成微透镜阵列25a。
通过蚀刻低温氧化物层25形成的微透镜阵列25a可以具有零间隙。换句话说，微透镜阵列25a可以在相邻的微透镜之间，沿微透镜阵列25a的水平和/或垂直的方向，在至少一个或多个接触点处，不具有间隙或空隙。
而且，根据实施例，因为微透镜阵列25a是由低温氧化物层25形成的，所以在后续的工序，例如封装工序中，能够防止异物(例如聚合物颗粒等)粘附到微透镜阵列25a上。
此后，如图6所示，在示例性图像传感器的制造方法中，可以蚀刻(优选是在将光致抗蚀剂以光刻方式图案化之后)微透镜阵列25a、热固性树脂层19、和氧化物层15，以暴露下部结构11上的焊盘13。作为一个示例，此工序可通过在微透镜阵列25a上形成第二光敏层图案29，并随后照射和蚀刻或显影第二光敏层图案29，来暴露焊盘13。在这种根据各实施例的图像传感器的制造方法中，在暴露焊盘13时，同时可通过焊盘敞开工艺使得曝光易于进行。
随后，除去第二光敏层图案29，从而如图7所示，可以获得示例性图像传感器。
同时，用举例的方式，以在第一光敏层图案27上实施各向同性(例如湿法)蚀刻为例，已结合图3、4和图5说明了形成氧化物层构成的微透镜阵列25a的工艺。然而如果必要的话，还可在第一光敏层图案27上实施湿法蚀刻之前，实施热处理工艺。作为一个示例，热处理工艺包括回流工艺。该热处理工艺允许第一光敏层图案27具有透镜形状的曲率。因此，可以获得微透镜阵列25a，其中反映或者说复制了第一光敏层图案27的透镜形状。
如上所述，可通过根据各实施例的图像传感器的制造方法制造的本发明的图像传感器包括：下部结构11，具有至少一个光电二极管和互连件；钝化层(例如包括氧化物层)，形成于下部结构11上；以及焊盘13，形成于下部结构11上，起到将信号与外界相连的作用。而且，该图像传感器可以包括：热固性树脂层19，形成于氧化物层15上；以及滤色镜阵列21，形成于热固性树脂层19上。同时，依据图像传感器的设计，也可不形成热固性树脂层19。本发明的图像传感器进一步包括形成于滤色镜阵列21上的微透镜阵列25a(例如包括氧化物层)。微透镜阵列25a可以包括低温氧化物层或实际上由低温氧化物层构成。
阵列25a(包括低温氧化物层)中的微透镜可以具有凸起或弯曲形状的透镜，并且阵列25a可以具有零间隙。只要不蚀刻掉低温氧化物层的整个厚度，即使光致抗蚀剂(透镜形状从该光致抗蚀剂转移)在其透镜形状之间具有小的间隙，微透镜阵列25a也可容易地实现相邻透镜之间的零空隙，亦即不提供间隙。
本发明的一个实施例可以防止因绝缘层与焊盘或覆盖层之间的应力差而导致绝缘层从焊盘剥离的现象。
而且，例如在晶片背面磨削工序和/或封装工序中，可防止因例如光敏层导致的聚合物颗粒粘附到微透镜阵列的现象。因此，不仅能减小或防止图像传感器的灵敏度减小而且能增加产量。
如上所述，根据本发明的图像传感器及其制造方法可以提高图像传感器的灵敏度和产量。
在本说明书中，对于“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”等等的任何引用都意味着，结合该实施例描述的特定特征、结构、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中多处出现的这些短语不一定都涉及同一个实施例。此外，当结合任何实施例说明特定的特征、结构或特性时，应认为结合其它实施例来实现这些特征、结构、或特性处于本领域技术人员的范围内。
尽管以上参考多个说明性的实施例描述了本发明，但可以理解的是本领域技术人员尚可推导出许多其他变化和实施例，这将落入本说明书公开的原理的精神和范围之内。更具体地说，在本说明书、附图和所附权利要求的范围内，对组件和/或附件组合配置中的排列可进行各种变化和改进。除组件和/或排列的变化和改进之外，其他可选择的应用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。
Claims (18)
1.一种图像传感器，包括：
下部结构，具有至少一个光电二极管和互连件；
钝化层，位于所述下部结构上；
滤色镜阵列，位于所述钝化层上；以及
微透镜阵列，包括所述滤色镜阵列上的第一氧化物层，其中所述微透镜阵列实质上由低温氧化物层构成。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述钝化层包括第二氧化物层。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括：热固性树脂层，位于所述钝化层与所述滤色镜阵列之间。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述微透镜阵列在相邻的微透镜之间具有零空隙。
5.一种图像传感器的制造方法，所述方法包括以下步骤：
在具有至少一个光电二极管和互连件的下部结构上形成钝化层；
在所述钝化层上形成滤色镜阵列；
在所述滤色镜阵列上形成低温氧化物层；
在所述低温氧化物层上形成图案化光敏层；
湿法蚀刻所述低温氧化物层，以形成微透镜阵列。
6.根据权利要求5所述的图像传感器的制造方法，其中形成所述钝化层的步骤包括：
在所述下部结构上形成氧化物层；
在所述氧化物层上形成氮化物层；
在包含还原剂的气氛中对所述氮化物层进行退火；以及
除去所述氮化物层以暴露所述氧化物层。
7.根据权利要求6所述的图像传感器的制造方法，进一步包括：在暴露的所述氧化物层上形成热固性树脂层。
8.根据权利要求6所述的图像传感器的制造方法，其中除去所述氮化物层的步骤包括回蚀工艺。
9.根据权利要求6所述的图像传感器的制造方法，其中除去所述氮化物层的步骤包括化学机械研磨工艺。
10.根据权利要求5所述的图像传感器的制造方法，其中所述低温氧化物层具有
至
的厚度。
11.根据权利要求5所述的图像传感器的制造方法，其中所述微透镜阵列具有零间隙。
12.根据权利要求5所述的图像传感器的制造方法，其中形成所述低温氧化物层的步骤包括等离子体增强化学气相沉积。
13.根据权利要求5所述的图像传感器的制造方法，进一步包括：在形成所述图案化光敏层之后，在所述图案化光敏层上实施热处理。
14.根据权利要求5所述的图像传感器的制造方法，进一步包括：在蚀刻所述低温氧化物层以形成所述微透镜阵列之后，蚀刻所述钝化层以暴露所述下部结构上的焊盘。
15.根据权利要求5所述的图像传感器的制造方法，进一步包括：形成具有至少一个光电二极管和所述互连件的所述下部结构。
16.根据权利要求15所述的图像传感器的制造方法，其中所述下部结构具有多个光电二极管，每个光电二极管对应所述微透镜阵列中的唯一一个微透镜。
17.根据权利要求5所述的图像传感器的制造方法，其中形成所述图案化光敏层的步骤包括：在所述低温氧化物层上沉积光致抗蚀剂，将所述光致抗蚀剂图案化，并回流所述图案化光致抗蚀剂。
18.根据权利要求6所述的图像传感器的制造方法，其中所述还原剂包括H2、NH3、或SiH4。
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