CN100544012C - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。在实施例中，该图像传感器可包含：位于衬底之上的光电二极管，位于衬底之上的层间介电层，位于层间介电层之上的绝缘层微透镜以及位于绝缘层微透镜之上的有机微透镜，其中该绝缘层微透镜是在该图像传感器的边缘部分处形成的。本发明能够提高图像传感器的光效率并抑制邻近像素的串扰。
Description
技术领域
本发明涉及传感器，更具体地说，涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
在图像传感器中，为了提高光敏度，要么是提高填充因数即光电二极管面积与图像传感器全部面积之比，要么是利用聚光技术来改变入射到光电二极管区域以外的区域上的入射光的路径，以使得在光电二极管中能够采集到上述入射光。
当图像传感器的制造工艺完成时，对图像传感器进行封装工艺，以及将外透镜设置到图像传感器上。
然而，根据图1所示的现有技术，尽管图像传感器不存在利用从外透镜3入射的光在图像传感器芯片的中心处形成图像的问题，但是穿过微透镜1后导入光电二极管2内的光量会从图像传感器芯片的中心到图像传感器的边缘A逐渐减少。
因此，当入射到单元像素上的光量改变时，则产生的电子数也会随之改变，因此即使原始图像的色彩未发生改变，形成于图像传感器中心处的彩色图像也会与形成于图像传感器边缘处的彩色图像不同。
上述现象连同邻近像素之间的串扰，会降低图像传感器的可靠性，造成光效率随之降低。
发明内容
本发明提供一种图像传感器及其制造方法，其可降低图像传感器芯片的中心部分与边缘部分之间的光的焦差(focal difference)。
图像传感器包含：光电二极管，位于衬底之上；层间介电层，位于衬底之上；第一类型层微透镜，位于层间介电层之上；以及第二类型层微透镜，位于第一类型层微透镜之上，其中该第一类型层微透镜是在该图像传感器的边缘部分处形成的。第一类型层可为在633nm波长具有1.4或更高的折射率的材料。第二类型层可为有机材料。
此外，图像传感器的制造方法包含下列步骤：在衬底上形成光电二极管，在衬底上形成层间介电层，在层间介电层上形成第一材料层，通过蚀刻第一材料层形成第一材料层微透镜，以及在第一材料层微透镜上形成第二材料层微透镜，其中该第一类型层微透镜是在该图像传感器的边缘部分处形成的。
本发明能够提高图像传感器的光效率并抑制邻近像素的串扰。
附图说明
图1为示意图，示出从外透镜到图像传感器芯片上的入射光路径；
图2为根据实施例的图像传感器的横截面图；以及
图3至图8为横截面图，示出根据实施例的图像传感器的制造方法。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对根据本发明实施例的图像传感器及其制造方法进行描述。
在本发明公开内容中，“形成于层之上/之下”的表述包括直接形成于层之上/之下或通过在中间插入了其它层而间接形成的情况。
图2为根据实施例的图像传感器的横截面图。
根据实施例的图像传感器可包含在衬底10上形成的光电二极管12以及在衬底10上形成的至少一层层间介电层(例如，图2中的层间介电层20和30)。在衬底上可形成第一类型微透镜62，并在第一类型微透镜62上可形成第二类型微透镜72。第一类型微透镜62可用高反射性的材料制成，而第二类型微透镜72可用传统微透镜材料制成。例如，第一类型微透镜62可为在衬底上形成的绝缘层微透镜，而第二类型微透镜可为在绝缘层微透镜62上形成的第一有机微透镜。
在根据实施例的图像传感器中，可在像素的边缘部分处形成具有高折射率的绝缘层微透镜，以防止像素的边缘部分与中心部分之间的光失配(lightmismatch)，从而提高光效率以及防止邻近像素的串扰。
例如，可在图像传感器芯片的边缘部分处形成绝缘层微透镜62。边缘部分可为图像传感器上表面的环绕中心部分的部分。例如，图像传感器的中心部分可对应于图像传感器的整个上表面的4％，而图像传感器的剩余区域可以定义为边缘部分，但是实施例并不以此为限。
此外，根据实施例，绝缘层微透镜62包含具有高折射率的绝缘层。在一个实施例中，可利用在633nm波长具有1.4或更高的折射率(RI)的绝缘层形成绝缘层微透镜62。然而，也可使用具有高折射率的其它材料以及透明材料。
绝缘层微透镜62可以包含氧化层微透镜。
在实施例中，绝缘层微透镜62以及第一有机微透镜72可具有疏水特性，因此当形成透镜配置时它们可以容易地互相接合。
在另一实施例中，可在图像传感器芯片的中心部分处形成第二有机微透镜72a。
将参考如下描述的图像传感器的制造方法来解释上面未描述的其它附图标记。
在下文中，将参考图3至图8描述根据实施例的图像传感器制造方法。
参考图3，可在衬底10上形成光电二极管12。
此外，根据实施例，还可形成栅极11、互连件以及层间介电层。
例如，参考图3，可形成第一层间介电层20以及第一互连件21。此后，可在第一层间介电层20上形成第二层间介电层30以及第二互连件31。
随后，参考图4，可在第二层间介电层30上形成钝化层40。钝化层40可包含PE-TEOS(等离子增强-四乙基原硅酸盐)层41以及PE-Nitride(等离子增强-氮化物)层42。可在第二层间介电层30上沉积PE-TEOS层41，并且随后可在PE-TEOS层41上沉积PE-Nitride层42，从而形成钝化层40。
此后，可在钝化层40上形成滤色镜51以及在钝化层40上形成包含有机材料的平坦化层50。平坦化层50可具有
至
的厚度。随后，可在平坦化层50上形成绝缘层60。绝缘层60可包含氮化物层或含氧层，但是绝缘层60并不以此为限。
在实施例中，绝缘层60可为在低于或等于200℃的温度下在平坦化层50上形成的具有
至
厚度的低温氮化物层60。可使用绝缘层60形成绝缘层微透镜。
在根据实施例的图像传感器中，可在像素的边缘部分处形成具有高折射率的绝缘层微透镜，以防止像素的边缘部分与中心部分之间的光失配，从而提高光效率。例如，绝缘层微透镜可包含在633nm波长具有1.4或更高的折射率(RI)的绝缘层60。
参考图5，可在绝缘层60上形成第一光致抗蚀剂图案(图中未示)。随后，可通过回流第一光致抗蚀剂图案，形成呈透镜形状的第二光致抗蚀剂图案70。
随后，如图6所示，可以使用第二光致抗蚀剂图案70作为掩模蚀刻绝缘层60以形成绝缘层微透镜62。
在实施例中，可以通过干法蚀刻绝缘层60来形成绝缘层微透镜62。此时，可使用选自通式为CXHYFZ(X、Y、Z为0和自然数)的蚀刻气体中的至少一种气体来蚀刻绝缘层60。可选地，蚀刻工艺可以包括例如氩气(Ar)、氦气(He)、氧气(O2)以及氮气(N2)的惰性气体与蚀刻气体。
可在图像传感器的边缘部分处形成绝缘层微透镜62。例如，在图像传感器的中心部分相当于图像传感器的全部上表面面积的4％的情况下，可在图像传感器的剩余区域处，即边缘部分处形成绝缘层微透镜62。
因此，可在图像传感器芯片的边缘部分处形成绝缘层微透镜62。虽然绝缘层微透镜62被描述为形成于图像传感器芯片的边缘部分处，但是实施例并不以此为限。也就是说，可在图像传感器的整个表面上形成绝缘层微透镜62。
参考图7，可在绝缘层微透镜62上形成第三光致抗蚀剂层71。
根据实施例，当在绝缘层微透镜62上形成第三光致抗蚀剂图案71时，还可在图像传感器的中心部分上形成第四光致抗蚀剂图案71a。
此后，如图8所示，可通过回流第三光致抗蚀剂图案71，在绝缘层微透镜62上形成第一有机微透镜72。
此外，可通过回流在图像传感器芯片的中心部分处形成的第四光致抗蚀剂图案71a，形成第二有机微透镜72a。此步骤与在绝缘层微透镜62上形成第一有机微透镜72的步骤同时执行。
根据实施例，在此情况下，绝缘层微透镜62以及第一有机微透镜72可具有疏水特性，使得它们可以容易地互相接合以形成透镜配置。
根据实施例，可在像素的边缘部分处形成具有高折射率(RI)的绝缘层微透镜，以防止像素的边缘部分与中心部分之间的光失配，从而提高光效率。
此外，根据实施例，可在像素的边缘部分处形成具有高折射率(RI)的绝缘层微透镜，从而抑制邻近像素的串扰。
本说明书中提及的“一个实施例”、“实施例”和“示例性实施例”等指的是结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特点包含于本发明的至少一个实施例中。在说明书的各处出现的这类用语不必全都指同一实施例。此外，当结合任一实施例来描述特定的特征、结构或特点时，应认为结合其它实施例来实现这种特征、结构或特点处于本领域技术人员的范围之内。
尽管已经参考本发明多个示例性实施例描述了实施例，但是可以理解的是，由本领域技术人员构想出的多种其它修改和实施例均落入本发明所公开的原理的精神和范围内。更具体地说，在本发明说明书、附图和所附权利要求所公开的范围内，可以对主要组成配置的元件部分和/或配置进行各种修改和改变。除了对元件部分和/或配置进行修改和改变之外，对于本领域技术人员来说，替代方案的使用也是显而易见的。
Claims (18)
1.一种图像传感器，包含：
光电二极管，位于衬底之上；
第一类型层微透镜，位于该光电二极管上方；以及
第二类型层微透镜，位于该第一类型层微透镜之上，
其中该第一类型层微透镜是在该图像传感器的边缘部分处形成的。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中该第一类型层微透镜包含在633nm波长具有1.4或更高的折射率的材料。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中该第一类型层微透镜包含氮化物层。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中该第一类型层微透镜与该第二类型层微透镜具有疏水特性。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中该图像传感器的边缘部分为该图像传感器上表面的环绕中心部分的区域。
6.如权利要求5所述的图像传感器，还包含：第二类型层第二微透镜，位于该图像传感器的中心部分处。
7.如权利要求1所述的图像传感器，还包含：层间介电层，在该衬底之上，且在该第一类型层微透镜之下。
8.如权利要求7所述的图像传感器，还包含：滤色镜，形成于该层间介电层与该第一类型层微透镜之间。
9.一种图像传感器的制造方法，包含下列步骤：
在衬底上形成第一类型层；
通过蚀刻该第一类型层形成第一类型层微透镜；以及
在该第一类型层微透镜上形成第二类型层微透镜，
其中该第一类型层微透镜是在该图像传感器的边缘部分处形成的。
10.如权利要求9所述的方法，其中通过蚀刻该第一类型层形成第一类型层微透镜的步骤包含下列步骤：
在该第一类型层上形成第一光致抗蚀剂图案；
通过回流该第一光致抗蚀剂图案，形成透镜形状的第二光致抗蚀剂图案；以及
当蚀刻该第一类型层时，使用该第二光致抗蚀剂图案作为掩模。
11.如权利要求9所述的方法，其中通过蚀刻该第一类型层形成第一类型层微透镜的步骤包含下列步骤：
使用选自通式为CXHYFZ的蚀刻气体组成的群组中的至少一种气体来蚀刻该第一类型层，其中X、Y、Z为0和自然数。
12.如权利要求11所述的方法，其中蚀刻该第一类型层的步骤还包含使用选自氩气、氦气、氧气以及氮气组成的群组中的惰性气体。
13.如权利要求9所述的方法，其中该第一类型层微透镜包含在633nm波长具有1.4或更高的光折射率的材料层。
14.如权利要求9所述的方法，其中该第一类型层微透镜包含氮化物层微透镜。
15.如权利要求9所述的方法，其中形成该第二类型层微透镜的步骤包含下列步骤：
在该第一类型层微透镜之上形成第三光致抗蚀剂图案；以及
回流该第三光致抗蚀剂图案。
16.如权利要求9所述的方法，其中该图像传感器的边缘部分为该图像传感器上表面的环绕中心部分的区域。
17.如权利要求16所述的方法，还包含下列步骤：当在该第一类型层微透镜之上形成该第二类型层微透镜时，在该图像传感器的中心部分处形成第二类型层的第三微透镜。
18.如权利要求17所述的方法，其中形成该第二类型层微透镜以及形成该第二类型层的第三微透镜的步骤包含下列步骤：
同时在该第一类型层微透镜之上形成第三光致抗蚀剂图案以及在该衬底之上该图像传感器的中心部分处形成第四光致抗蚀剂图案；以及
对该第三光致抗蚀剂图案以及该第四光致抗蚀剂图案执行回流工艺。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090923 Termination date: 20130910 |