CN101464624A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造图像传感器的方法，包括：在图像传感器的表面上形成光刻胶层；使用用于制造多个微透镜的掩膜来对该光刻胶层进行曝光和显影，以便形成光刻胶图样，其中该掩膜具有多个相互分开排列的第一光遮蔽图样以及多个第二光遮蔽图样，其中每个第二光遮蔽图样形成于一个部分，在该部分上第一光遮蔽图样的四个相邻的边缘是居中的；以及回流光刻胶图样以在每个部分上制造凹透镜和多个微透镜，其中在该每个部分上微透镜的四个相邻边缘是居中的。
Description
本申请基于35 U.S.C119要求第10-2007-0132139号(于2007年12月17日递交)韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种制造图像传感器的微透镜(micro-lens)的方法以及一种使用由该方法制造出的微透镜来制造的图像传感器。
背景技术
互补金属氧化硅(complementary metal oxide silicon)(CMOS)图像传感器一般包括光感应部件和逻辑电路部件，其中光感应部件用来检测光，而逻辑电路部件用来将被检测的光转换成电信号并从这些信号中提供数据。为了提高光敏性(photo sensitivity)，通常增加填充因数，其中填充因数是图像传感器的光感应区域与图像传感器的整个区域的比率。用以提高CMOS图像传感器的光敏度的尝试已经包括对光聚集(light concentration)技术的研究，特别是，其中在除了光感应部分之外的传感器区域上入射的光的光路(opticalpath)被改变并聚集在光感应部分之上。
在这些相关的技术中，有一种光聚集处理(light concentrationprocess)，该处理包括使用具有优良光透射的物质在光感应部分的顶部表面上形成凸透镜以使入射光的光路弯曲，依次地，增加传输到光感应部分的光量。图像传感器可以具有多达数以万计的微透镜。
为了制造这种微透镜，首先将用于微透镜的光刻胶(resist)施加到在滤色器层的顶部表面上形成的平坦层，并且使用用于图样化微透镜的掩膜，对该光刻胶进行部分曝光和显影以形成微透镜图样。在此之后，微透镜图样经受热回流，以及然后在高温下烘焙微透镜图样以固化该图样，从而完成多个微透镜。图1A和图1B分别是在高温下制造出的相关微透镜的俯视图(plan view)和侧视图。参照图1A和图1B，因为由这些透镜之中四个相邻的微透镜画出轮廓的边缘部分5具有间隙，所以边缘部分5附近入射的光基本上不聚集，并且可能导致降低CMOS图像传感器性能的问题。
发明内容
从而，本发明实施例涉及一种制造多个微透镜的方法，其中这些微透镜具有改善的光聚集性，该方法包括：在一个部分处形成凹透镜，以便增加填充因数并提高微透镜的光聚集，其中微透镜四个相邻的边缘位于上述部分的中部。本发明实施例还涉及一种图像传感器，该图像传感器具有由上述方法制造出的多个微透镜。
本发明实施例涉及一种用于制造微透镜的掩膜，包括：多个相互分开排列的第一光遮蔽图样，以及多个第二光遮蔽图样，每个第二光遮蔽图样形成于一个部分处，其中第一光遮蔽图样的四个相邻边缘位于该部分的中部，其中，每个第二光遮蔽图样具有矩形形状并具有一定的光遮蔽区，该矩形形状具有由多个第一光遮蔽图样的四个相邻边缘组成的顶点，该光遮蔽区具有所期望的线宽。
本发明实施例涉及一种制造图像传感器的方法，该方法包括：在图像传感器的表面上形成光刻胶层；使用用于制造多个微透镜的掩膜来对如上述制备出的光刻胶层进行曝光和显影，以便形成光刻胶图样；以及回流该光刻胶图样以在每个部分处制造凹透镜和多个微透镜，其中在每个部分上微透镜的四个相邻边缘是居中的。
本发明实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器包括：多个光电二极管，这些光电二极管将入射光转换成电信号；多个滤色器层，这些滤色器层分别对应于光电二极管；多个微透镜，这些微透镜分别对应于滤色器层；以及多个凹透镜，每个凹透镜制造在一个部分处，其中在该部分上多个微透镜的四个相邻边缘是居中的。
附图说明
实例图1A和图1B是分别示出了制造出的微透镜的俯视图和侧视图。
实例图2示出了根据本发明实施例制备的用于制造微透镜的掩膜。
实例图3A是示出了微透镜区的透视图，其中可以使用实例图2中所示的掩膜来形成该微透镜区。
实例图3B是示出了沿实例图3A的线B-C截取的微透镜区的横截面图。
实例图4A到图4D示出了根据本发明实施例的制造图像传感器的方法。
具体实施方式
实例图2示出了掩膜200，该掩膜200可以用于制造根据本发明实施例的微透镜。参照实例图2，掩膜200可以包括多个相互分开排列的第一光遮蔽图样(例如，201到204)，以及多个第二光遮蔽图样(例如，210)，每个第二光遮蔽图样形成在位置205处，该位置205基本上居中地位于第一光遮蔽图样201到204的四个相邻边缘或拐角之间。实例图2仅示出了多个第一光遮蔽图样之中的一组相互邻近的第一光遮蔽图样201到204以及与这组第一光遮蔽图样相关联的一个第二光遮蔽图样210。然而，本发明实施例设想出(contemplate)多组这样相似布置和形成的第一和第二光遮蔽图样。
如实例图2中所示，第一光遮蔽图样201到204可以具有矩形形状，并可以均匀地排列和分开。例如，在相邻图样之间的距离可以大约等于曝光极限分辨率(exposure limit resolution)的线宽。分辨率“R”典型地与照明系统(illumination system)的波长成正比，而与照明系统的透镜孔径(lens aperture)成反比。更具体地，可以用R＝k×λ/NA来表示分辨率，其中k是常数，λ是照明系统的波长，而NA是透镜孔径。例如，如果k＝0.5，λ为0.248，而NA为0.65，则计算出的分辨率R是0.19μm。在这点上，当将具有小于上述分辨率(即，指的是“曝光极限分辨率”的0.19μm)的线宽的微细图样(microfine pattern)应用于掩膜，光只是在物理上穿过掩膜，但在光刻胶上不产生图像。
从而，如果以小于如上定义的曝光极限分辨率的线宽来分开排列第一光遮蔽图样201-204，则在曝光期间，在用于微透镜的光刻胶上不会形成分开的图样图像(pattern image)。结果，可以按照顺序来制造多个微透镜。同样地，如实例图2中所示，第二光遮蔽图样210可以具有矩形形状并且包括具有期望线宽A的光遮蔽区，该矩形形状具有由第一光遮蔽图样201到204的四个相邻边缘或拐角组成的顶点。就是说，第二光遮蔽区210可以遮蔽一个区域中的光，该区域围绕矩形形状并从其外边缘直到一定的距离A。第一光遮蔽图样201到204可以变成衬线(serif)。
在一个部分处，第一光遮蔽图样201到204形成凹透镜以便提高光聚集效应(light concentration effect)，其中在该部分上，图像传感器中制造的多个微透镜的四个相邻边缘是居中的。可以根据具有线宽A的期望光遮蔽区域来改变凹透镜的尺寸以及它的光折射率。更特别地，依照具有线宽A的光遮蔽区，可能在微透镜区中出现问题。可以将线宽A控制在例如大约30nm到大约70nm的范围内。
图2中所示的用于制造微透镜的掩膜200可以具体化为相移掩膜(phase shift mask)(PSM)。例如，该掩膜可以包括无铬(chromeless)PSM，其中该无铬PSM不具有铬含量但却显示出光透射层(light transmission layer)的相位转换效应(相位反转效应，phase inversion effect)。实例图3A是示出了微透镜区的透视图，其中可以使用如实例图2中所示的掩膜200来形成该微透镜区。实例图3B是示出了沿实例图3A的线B-C截取的微透镜区的横截面图。尽管实例图3A和图3B仅示出了四个相邻的微透镜，但是可设想出其他的透镜并可以以同样的方式来制造这些透镜。
参照实例图3A和图3B，可以在一个位置上形成凹透镜310，其中该位置基本上居中地位于微透镜301到304的四个相邻的边缘或拐角之间。凹透镜310可以具有如实例图3B中所示的阶梯式斜坡(stepped rise)。凹透镜310可以被用来防止光在微透镜301到304的多个相邻边缘部分处散射，并用来将这些边缘部分上的入射光聚集到光电二极管内。例如，凹透镜310可以分别改变在多个相邻的边缘部分上的入射光的方向使其朝向与相邻的微透镜301到304相对应的各个光电二极管。
实例图4A到图4D示出了一种根据本发明实施例的制造另一种图像传感器的方法。参照实例图4A，可以在具有多个光电二极管和快速布线(rapid wiring)的半导体衬底10上或上方形成绝缘膜20。可以将对应于光电二极管的多个滤色器层30应用于绝缘膜20，然后在滤色器层30上或上方形成平坦层40。
随后，如实例图4B中所示，可以在平坦层40上或上方施加光刻胶50；然后，如实例图4C中所示，可以使用掩膜200来对光刻胶50进行曝光和显影以形成光刻胶图样52。如上面提到的，掩膜200对于制造如实例图2所示的多个微透镜是有用的。如实例图4D中所示，光刻胶图样52可以经受持续的回流工艺(reflowingprocess)。例如，该工艺可以包括：在高温下热回流光刻胶图样52，然后对光刻胶图样52进行烘焙以固化图样，以便制造多个微透镜。在回流工艺之后保留下来的具有厚度小于微透镜的薄光刻胶部分可以在下述的氧化物刻蚀工艺期间保护间隙部分，并最终可以在间隙部分上留下小部分氧化物(oxide fraction)。
虽然在实例图4D中看不到，但在实例图2中清楚地示出了根据图4A到图4D中所示的方法形成的微透镜区。从而，可以利用四个相邻的微透镜来形成凹透镜310。
参照实例图3A和图4D，根据本发明实施例的图像传感器包括：将入射光转换成电信号的多个光电二极管；多个分别对应于光电二极管的滤色器层30；多个分别对应于滤色器层30的微透镜52；以及多个凹透镜310，每个凹透镜310制造在一个部分上，其中在该部分上多个微透镜52的四个相邻边缘是居中的。例如，该图像传感器可以是CMOS图像传感器。
尽管本文中描述了多个实施例，但是应该理解，本领域技术人员可以想到多种其他修改和实施例，它们都将落入本公开的原则的精神和范围内。更特别地，在本公开、附图、以及所附权利要求的范围内，可以在主题结合排列的排列方式和/或组成部分方面进行各种修改和改变。除了组成部分和/或排列方面的修改和改变以外，可选的使用对本领域技术人员来说也是显而易见的选择。
Claims (20)
1.一种微透镜掩膜，包括：
多个第一光遮蔽图样，相互分开排列；以及
第二光遮蔽图样，形成在一个位置上，所述位置基本上位于所述多个第一光遮蔽图样的一组相邻边缘的中部。
2.根据权利要求1所述的掩膜，其中，所述组包括四个相邻的边缘。
3.根据权利要求1所述的掩膜，进一步包括：
多个第二光遮蔽图样，每个所述第二光遮蔽图样形成在一个位置上，所述位置基本上位于所述多个第一光遮蔽图样相应的一组相邻边缘的中部。
4.根据权利要求1所述的掩膜，其中，以大约为曝光极限分辨率或者更小的线宽来分开排列所述第一光遮蔽图样。
5.根据权利要求1所述的掩膜，其中，每个所述第一光遮蔽图样包括矩形形状。
6.根据权利要求4所述的掩膜，其中，所述第二光遮蔽图样包括矩形形状，所述矩形形状具有由所述多个第一光遮蔽图样的四个相邻边缘组成的顶点。
7.根据权利要求6所述的掩膜，其中，所述第二光遮蔽图样包括具有一定线宽的光遮蔽区。
8.根据权利要求7所述的掩膜，其中，所述光遮蔽区包括一个区域，所述区域环绕所述矩形形状的周边具有大约为所述线宽的宽度。
9.根据权利要求7所述的掩膜，其中，所述线宽在大约30nm到70nm之间的范围内。
10.根据权利要求7所述的掩膜，其中，所述掩膜包括相移掩膜。
11.一种方法，包括：
在图像传感器的表面上形成光刻胶层；
使用用于制造多个微透镜的掩膜来对所述光刻胶层进行曝光和显影，以便形成光刻胶图样，其中，所述掩膜包括多个第二光遮蔽图样和多个相互分开排列的第一光遮蔽图样，每个所述第二光遮蔽图样形成在一个位置上，所述位置基本上位于所述多个第一光遮蔽图样的四个相邻边缘的中部；以及然后
回流所述光刻胶图样以在一个部分处制造凹透镜和多个微透镜，其中在所述部分上所述微透镜的四个相邻边缘是居中的。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，以大约为曝光极限分辨率或更小的线宽来基本上均匀地分开所述第一光遮蔽图样。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，每个所述第一光遮蔽图样包括矩形形状。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二光遮蔽图样具有矩形形状，所述矩形形状具有由所述多个第一光遮蔽图样的四个相邻边缘组成的顶点。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，每个所述第二光遮蔽图样具有光遮蔽区，所述光遮蔽区具有一定的线宽。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述光遮蔽区包括一个区域，所述区域环绕所述矩形形状的周边具有大约为所述线宽的宽度。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述线宽在大约30nm到大约70nm之间。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，用于制造所述微透镜的所述掩膜包括相移掩膜。
19.一种器件，包括：
多个光电二极管；
多个滤色器层，分别对应于所述光电二极管；
多个微透镜，分别对应于所述滤色器层；以及
多个凹透镜，形成在所述微透镜上方，并且所述凹透镜基本上位于所述微透镜的多个相邻边缘的中部。
20.根据权利要求19所述的器件，其中，所述器件包括CMOS图像传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090624 |