CN101211935A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器及其制造方法，所述图像传感器包括位于半导体衬底上的滤色镜层以及位于滤色镜层上的微透镜阵列，其中所述微透镜包括透明导电层。本发明能够提高微透镜阵列的透光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。在图像传感器的设计和制造中，提高灵敏度(例如，将入射光转换成电信号的比率)是关键的考虑因素。
为了提高用于会聚光的微透镜的效率，一种途径是充分消除相邻微透镜之间的间距并建立零间隔微透镜阵列。这种途径增大了入射光的透射率，从而产生更有效的器件。
在使用光致抗蚀剂膜形成微透镜阵列时，产生另外的效率问题。在晶片背部研磨(backgrinding)工艺和/或晶片切割(sawing)工艺中，诸如聚合物微粒、硅微粒和/或二氧化硅微粒之类的微粒可能附着在微透镜上。这可能使得图像传感器的灵敏度下降，由此降低图像传感器的产率。
发明内容
本发明的实施例提供了一种图像传感器及其制造方法，其能够提高图像传感器半导体器件的灵敏度和产率。
根据另一实施例，所述图像传感器包括：滤色镜层，位于半导体衬底上；以及微透镜阵列，位于所述滤色镜层上。所述微透镜包括透明导电层。
根据一个实施例，一种制造图像传感器的方法包括以下步骤：在下部结构上形成保护层，所述下部结构包括光电二极管和互连；在所述保护层上形成滤色镜层；在所述滤色镜层上形成透明导电层；在所述透明导电层上形成光致抗蚀剂膜；通过将所述光致抗蚀剂膜图案化形成牺牲微透镜；以及通过蚀刻所述牺牲微透镜和所述透明导电层，形成包括透明导电层的微透镜。
根据另一实施例，一种制造图像传感器的方法包括以下步骤：在下部结构上形成保护层，所述下部结构包括光电二极管和互连；在所述保护层上形成滤色镜层；在所述滤色镜层上形成平坦化层；在所述平坦化层上形成透明导电层；在所述透明导电层上形成光致抗蚀剂膜；通过将所述光致抗蚀剂膜图案化形成牺牲微透镜；以及通过蚀刻所述牺牲微透镜和所述透明导电层，形成包括透明导电层的微透镜。
本发明能够提高微透镜阵列的透光效率。
附图说明
图1提供示意性表示制造图像传感器的方法的横截面图，所述方法包括在滤色镜层15上方形成透明导电层17和光致抗蚀剂膜19。
图2提供示意性表示制造图像传感器的方法的横截面图，所述方法包括形成牺牲微透镜阵列19a。
图3提供示意性表示制造图像传感器的方法的横截面图，所述方法包括形成微透镜阵列17a。
具体实施方式
在各个实施例的说明中，在将一个层(或膜)、区域、图案或结构表述为位于另一衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一焊盘或另一图案的“上/上方”或“下/下方”时，应该理解为其可以直接位于其它衬底、层(或膜)、区域、焊盘或图案上，或者也可以存在中间层。此外，在将一个层(或膜)、区域、图案、焊盘或结构表述为位于两个层(或膜)、区域、焊盘或图案“之间”时，应该理解为只有这一层位于所述两个层(或膜)、区域、焊盘或图案之间，或者也可以存在一个或多个中间层。因此，应该通过本发明的技术要旨来确定。
下面，将参照附图详细描述本发明的实施例。图1至图3为示出制造图像传感器的示例性方法的示意图。
如图1所示，在根据一个实施例的制造图像传感器的方法中，保护层13形成在下部结构11上，而滤色镜层15形成在保护层13上。在一个实施例中，下部结构11包括硅半导体衬底(例如单晶硅晶片)。下部结构11也可以包括诸如光电二极管的光接收单元和互连(例如，位于绝缘层上或绝缘层中的金属线，所述绝缘层具有将金属线与其下方的电学结构(electricalstructures)电连接的接触塞)。更具体而言，下部结构11通常包括多个单元像素，每个单元像素包括一个光电二极管和预定数目的晶体管(典型为3、4或5个)。滤色镜层15可包括红滤色镜、绿滤色镜和蓝滤色镜。
根据一个实施例的制造图像传感器的方法包括：在滤色镜层15上形成透明导电层17，以及在透明导电层17上形成光致抗蚀剂膜19。透明导电层17可包括ITO(氧化铟锡)层或基本由ITO层构成。ITO层的厚度在大约1000至6000的范围内。ITO层可以使用包含铟盐和锡盐的混合溶液通过化学气相沉积(CVD，例如低压CVD、高密度等离子体CVD或等离子体增强CVD)来形成的。
现有技术的方法可通过溅射来沉积ITO层。当使用溅射时，在执行溅射工艺期间半导体衬底的温度必须保持在400℃以上。然而，将上面具有滤色镜层的衬底加热到这样的温度会损坏滤色镜层。因此，优选地，通过CVD工艺来形成ITO层。
例如，ITO层可通过以下工艺来形成。首先，制备稀释溶液，其包括在包含乙醇的溶剂(例如，C1-C6烷醇)中溶解的氯化铟和氯化锡(例如，InCl3和SnCl2或SnCl4)。然后，将混合的溶液喷射到靶(target)上(例如，半导体衬底或者半导体衬底上的层，例如平坦化层或滤色镜层)。可选择地，所述溶液可以旋涂在衬底、平坦化层或滤色镜层上。
ITO层可以是形成在衬底上的ITO薄膜，并且可以具有在0.6％至2.8％范围内的Sn浓度(density)以及在800nm的单色光带下等于或小于2.0×103cm-1的吸收系数(α)。
在根据一个实施例的制造ITO层的方法中，在空气中加热衬底，并且同时将包含铟盐和锡盐的ITO形成溶液喷射在衬底上以形成ITO层。由此形成的ITO层是充分透明的，尤其是相比于光致抗蚀剂或二氧化硅，从而允许光更有效地透射至下部的滤色镜。因此，可以形成透明导电层17。
相比于光致抗蚀剂膜，透明导电层17的ITO材料更硬且更坚固。透明导电层17可包括附加的透明或近透明材料和/或层，例如氧化锌(ZnO)。
然后，在透明导电层17上方形成光致抗蚀剂膜19。光致抗蚀剂膜19可包括或者可以是通过传统方法(例如，旋涂)沉积的传统聚合物光致抗蚀剂材料。光致抗蚀剂层19的厚度例如为200nm至500nm。
如图2所示，通过曝光和显影工艺将光致抗蚀剂膜19图案化，由此形成具有凸微透镜或曲面微透镜的牺牲微透镜阵列19a。牺牲微透镜阵列19a形成为使得相邻的单个微透镜之间的间隔最小化。这可以通过在大约120℃至250℃(例如，大约150℃至大约200℃)的温度下执行多次热回流工艺来实现。
之后，如图3所示，蚀刻牺牲微透镜阵列19a和透明导电层17，由此在经蚀刻的透明导电层17中形成微透镜阵列17a。
在根据一个实施例的制造图像传感器的方法中，牺牲微透镜阵列19a和透明导电层17是通过非选择性(例如，牺牲微透镜与透明材料的蚀刻选择率约为1∶1)的定向蚀刻(directional etching)(例如，各向异性蚀刻)而被蚀刻的。牺牲微透镜阵列19a的外形(包括凸微透镜拓扑结构)被转移到蚀刻的透明导电层(例如，ITO层)。因此，以ITO材料形成微透镜阵列17a。相邻微透镜之间的最小化间隔也转移到蚀刻的透明导电层。从而，微透镜阵列17a的相邻微透镜之间的间隔也被最小化。最小化的间隔提高了微透镜阵列17a的透光效率。
微透镜阵列17a由此以透明导电层的ITO材料形成，而透明导电层的ITO材料比光致抗蚀剂或二氧化硅更为透明。这进一步提高了微透镜阵列17a的透光效率。
当牺牲微透镜阵列19a为无间隔时，经蚀刻的透明导电层17a(例如其中形成有微透镜阵列的ITO层)可以用作器件的下部结构的电磁屏蔽物。可选择地，当透明导电层17没有被完全蚀刻时，经蚀刻的透明导电层17a(例如其中形成有微透镜阵列的ITO层)可用作器件的下部结构的电磁屏蔽物。
如上所述，在制造图像传感器的示例性方法中，微透镜阵列17a包括比光致抗蚀剂材料更硬的材料。从而，可以避免诸如聚合物微粒、硅微粒或二氧化硅微粒之类的微粒附着在微透镜阵列上。因此，能够提高半导体器件的灵敏度和产率。
在根据一个实施例的制造图像传感器的方法中，在形成微透镜阵列17a之后，可以蚀刻保护层13，使得下部结构11上的焊盘部件(图中未示)暴露出来。
通过上述工艺，在微透镜阵列17a上可以形成光致抗蚀剂图案(图中未示)。光致抗蚀剂膜可以包括通过传统方法(例如，旋涂)沉积的传统聚合物光致抗蚀剂材料。然后，蚀刻获得的结构，使得焊盘暴露出来。
在根据一个实施例的制造图像传感器的方法中，通过一个焊盘开口(例如暴露)工艺可以容易地暴露出焊盘。此外，将焊盘开口(例如暴露)工艺作为最终工艺来执行，以避免在最终工艺之前暴露焊盘时引起的焊盘腐蚀。
上述说明涉及在滤色镜层上形成微透镜阵列的工艺。然而，用于制造图像传感器的方法不仅仅限于上述实施例。在可选择的实施例中，平坦化层可以形成在滤色镜层上(例如，当单个滤色镜具有不同的厚度时)，并且微透镜阵列可以形成在平坦化层上。平坦化层可以包括传统光致抗蚀剂材料(光致抗蚀剂聚合物)或者基本由传统光致抗蚀剂材料(光致抗蚀剂聚合物)构成。
同时，参照图1至图3进行的说明描述了以均匀的厚度在透明导电层上形成光致抗蚀剂膜以形成牺牲微透镜阵列的实施例。然而，用于形成牺牲微透镜阵列的光致抗蚀剂膜可以通过几个工艺代替一个工艺(例如多次回流工艺)来形成。此外，用于形成牺牲微透镜的光致抗蚀剂膜在阵列的不同区域中可以具有不同的厚度。
如上所述，通过根据本发明实施例的制造图像传感器的方法而获得的图像传感器包括：下部结构11，具有光电二极管及其上的互连；以及保护层13，形成在下部结构11上。此外，焊盘部件可以形成在下部结构11上。焊盘部件执行与外部信号连接的功能。
此外，根据一个实施例的图像传感器包括形成在保护层13上的滤色镜层15和形成在滤色镜层15上的微透镜阵列17a，微透镜阵列17a包括透明导电层。
在根据本发明实施例的图像传感器中，通过使用比光致抗蚀剂材料更硬的材料(例如，ITO)形成微透镜阵列17a。从而，可以避免在摆动式(waver)背部研磨工艺和/或切割工艺中诸如聚合物微粒之类的微粒附着在微透镜阵列上。因此，能够提高半导体器件的灵敏度和制造产率。
另外，由于ITO层的透明性和微透镜阵列中相邻微透镜之间的最小化间隔，因此能够提高微透镜阵列的透光效率。
本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等等的引用，意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书的各个地方出现这样的短语，不一定全是指同一实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，认为它是在本领域技术人员可以结合其它实施例实现这样的特征、结构或特性的范围内。
尽管通过参考多个示例性实施例对本发明的实施例进行了描述，但应该理解为本领域技术人员可设计出许多其它修改和实施例，这些修改和实施例落入本发明原理的精神和范围之内。更加特别地，在说明书、附图和随附的权利要求书的范围之内的主题结合排列的组成部分和/或排列中，可以进行变化和修改。除了组成部分和/或排列的变化和修改之外，对本领域技术人员而言可替代的用途是显然的。
Claims (20)
1.一种图像传感器，包括：
滤色镜层，位于半导体衬底上；以及
微透镜阵列，位于所述滤色镜层上，其中，所述微透镜包括透明导电层。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：平坦化层，位于所述滤色镜层与所述微透镜阵列之间。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述微透镜阵列包括ITO层。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述ITO层的厚度在大约1000至大约6000的范围内。
5.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括以下步骤：
在下部结构上形成保护层，所述下部结构包括光电二极管和互连；
在所述保护层上形成滤色镜层；
在所述滤色镜层上形成透明导电层；
在所述透明导电层上形成光致抗蚀剂膜；
通过将所述光致抗蚀剂膜图案化形成牺牲微透镜阵列；以及
蚀刻所述牺牲微透镜和所述透明导电层，以在所述透明导电层中形成微透镜阵列。
6.根据权利要求5所述的方法，其中蚀刻所述牺牲微透镜阵列和所述透明导电层包括以1∶1的选择率进行蚀刻。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述微透镜阵列包括ITO层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述ITO层的厚度在大约1000至大约6000的范围内。
9.根据权利要求7所述的方法，其中使用包括铟盐和锡盐的溶液通过CVD工艺形成所述ITO层。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述ITO层具有在大约0.6％至2.8％的范围内的锡浓度。
11.根据权利要求5所述的方法，其中通过CVD工艺形成所述透明导电层。
12.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括以下步骤：
在下部结构上形成保护层，所述下部结构包括光电二极管和互连；
在所述保护层上形成滤色镜层；
在所述滤色镜层上形成平坦化层；
在所述平坦化层上形成透明导电层；
在所述透明导电层上形成光致抗蚀剂膜；
通过将所述光致抗蚀剂膜图案化形成牺牲微透镜阵列；以及蚀刻所述牺牲微透镜和所述透明导电层，以在所述透明导电层中形成微透镜阵列。
13.根据权利要求12所述的方法，其中蚀刻所述牺牲微透镜和所述透明导电层的步骤包括以大约1∶1的选择率进行蚀刻。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述微透镜阵列包括ITO层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述ITO层的厚度在大约1000至大约6000的范围内。
16.根据权利要求14所述的方法，其中使用包括铟盐和锡盐的溶液通过CVD工艺形成所述ITO层。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述ITO层具有在大约0.6％至2.8％的范围内的锡浓度。
18.根据权利要求12所述的方法，其中通过CVD工艺形成所述透明导电层。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述微透镜阵列在800nm的单色光带下具有等于或小于2.0×103cm-1的吸收系数。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述ITO层具有在大约0.6％至2.8％的范围内的锡浓度。
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