CN101930944B - 制造固态成像器件的方法以及固态成像器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制造固态成像器件的方法以及固态成像器件。本申请中公开的一种制造固态成像器件的方法包括下列步骤:在半导体衬底的光接收区域中形成光接收部分;在半导体衬底的盘区域中形成盘部分;在光接收部分和盘部分上方形成微透镜材料层;给微透镜材料层设置与光接收部分对应的微透镜;在微透镜材料层上形成低反射材料层;对盘部分上方的微透镜材料层和低反射材料层进行刻蚀以形成开口;通过常温氧自由基处理,给低反射材料层的表面和开口的内部部分施加亲水性。
Description
技术领域
本发明涉及在像素上方具有微透镜的固态成像器件的制造方法,以及具有微透镜的固态成像器件。
背景技术
为了防止在晶片的切片(dice)过程中产生的切割碎片堆积在图像传感器上,通过使用大量的纯水来从晶片洗掉这些切割碎片。如果这种冲洗操作过程中在晶片上产生干的区域,则切割碎片可能堆积在该干的区域上,从而妨碍对晶片的清洁。为了避免产生这种干的区域,通过氧气等离子体处理来使要受到清洁的晶片表面成为亲水的(例如参见日本专利早期公开No.Hei 5-335412)。
发明内容
但是在根据现有技术的氧气等离子体处理中,树脂材料(例如微透镜材料和平面化材料)可能由于膜厚度的减小或者开口的侧壁处树脂材料的凹陷而受到破坏。例如,在为了进行焊盘连接而形成的开口的侧壁处,由于对树脂材料的破坏,微透镜材料层可能凹入100nm或更多。
因此,由亲水处理所带来的微透镜材料层的形状改变成为一个要解决的问题。
因此,希望有一种制造固态成像器件的方法,通过该方法可以抑制由于微透镜材料层等的破坏而造成的形状改变,并希望有不存在形状改变问题的固态成像器件。
根据本发明的一种实施例,提供了一种制造固态成像器件的方法,包括下列步骤:在半导体衬底的光接收区域中形成光接收部分;在半导体衬底的盘区域中形成盘部分。该方法还包括下列步骤:在光接收部分和盘部分上方形成微透镜材料层;给微透镜材料层设置与光接收部分对应的微透镜;在微透镜材料层上形成低反射材料层。此外,该方法还包括下列步骤:对盘部分上方的微透镜材料层和低反射材料层进行刻蚀以形成开口;通过常温氧自由基处理,给低反射材料层的表面和开口的内部部分施加亲水性。
根据本发明的另一种实施例,提供了一种制造固态成像器件的方法,包括下列步骤:给半导体衬底的表面施加亲水性;在施加亲水性的步骤之后,对半导体衬底进行分片。
根据本发明的再一种实施例,提供了一种固态成像器件,包括:半导体衬底;光接收部分,形成于半导体衬底中;盘部分,形成于半导体衬底上方;微透镜材料层,形成于光接收部分和盘部分上方。该固态成像器件还包括:低反射材料层,其形成于微透镜材料层上方,并且其表面被处理成亲水的;开口,形成在位于盘部分上的微透镜材料层和低反射材料层中。在这种固态成像器件中,开口的侧壁被处理成亲水的,从开口的这些侧壁暴露的微透镜材料层不表现成相对于低反射材料层凹入。
根据本发明的再一种实施例,提供了一种电子设备,包括:上述固态成像器件;光学系统,能够将入射光导向固态成像器件的成像部分;信号处理电路,能够对来自固态成像器件的输出信号进行处理。
根据与本发明实施例有关的制造固态成像器件的方法,晶片的表面、低反射材料层的表面以及盘部分上侧的开口的那些侧壁能够通过常温氧自由基处理而成为亲水的。在此情况下,通过用常温氧自由基处理作为亲水性处理,能够在维持微透镜材料层等的形状的同时使所需表面成为亲水的,而这些层如果受到根据现有技术的氧气等离子体处理将会发生显著的形状改变。
另外,根据与本发明实施例有关的固态成像器件,通过常温氧自由基处理而使低反射材料层的表面以及盘部分上侧的开口的那些侧壁成为亲水的。在通过常温氧自由基处理而使所需表面成为亲水的情况下,可以抑制开口的侧壁处暴露的微透镜材料层的形状改变,该形状改变是例如由于刻蚀而造成的向侧壁内部的凹入。
因此,根据本发明的实施例,能够构成固态成像器件,同时抑制由于亲水处理对微透镜材料层等的破坏而造成的形状改变。
附图说明
图1是根据本发明实施例的固态成像器件的框图;
图2示出了根据本发明实施例的固态成像器件的光接收区域和盘区域的剖视图;
图3A至图3F示出了根据本发明的实施例制造固态成像器件的制造步骤示意图;
图4A和图4B示出了根据现有技术的固态成像器件的制造示意图;
图5是根据本发明另一种实施例的电子设备的框图。
具体实施方式
下面将对执行本发明的最佳模式示例进行说明,但是本发明并不限于这些示例。
另外,将以下述顺序进行说明。
1.固态成像器件的实施例的说明
2.制造固态成像器件的方法的实施例
3.应用该实施例的固态成像器件而构成的电子设备
<1.固态成像器件的实施例的说明>
[俯视图]
图1示出了CCD(电荷耦合器件)固态成像器件的框图,该器件作为固态成像器件的一种示例。
图1所示CCD固态成像器件10包括光接收区域11和焊盘区域12,它们形成于半导体衬底13中。
例如,隔行转移(interline transfer,下文中简称为IT)系统的CCD固态成像器件中的光接收区域11具有以二维矩阵方式布置的多个光接收部分。另外,CCD结构的垂直转移寄存器排列在成像区域中,使得这些垂直转移寄存器中的每一者对应于这些光接收部分中的每列,所述成像区域具有CCD结构的水平转移寄存器。此外,输出单元包括电荷-电压转换部分,并连接到水平转移寄存器的最后级。输出单元例如由所谓的浮动扩散放大器组成,该放大器包括浮动扩散区(FD)以及源极跟随放大器。输出单元也可以由所谓的浮动栅极放大器组成。
在光接收部分中,根据所接收的光的量而产生和储存信号电荷。随着向读出栅极部分施加读出栅极电压VT,光接收部分中的信号电荷被读出到垂直转移寄存器中。通过向垂直转移电极施加的垂直驱动脉冲,这些信号电荷在被这样读出到垂直转移寄存器中之后,被以逐行的方式经过这些垂直转移寄存器依次转移到水平转移寄存器。在这些信号电荷以逐行方式从垂直转移寄存器转移到水平转移寄存器中之后,这些信号电荷被经过该水平转移寄存器依次转移,以通过输出单元而以像素信号(图像拾取信号)的形式输出。具体而言,从水平转移寄存器转移到浮动扩散区(FD)中的信号电荷被源极跟随器电路转换成所输出的信号电压,即像素信号。
此外,在例如帧隔行转移(下文中简称为FIT)系统的CCD固态成像设备中,以二维矩阵的形式布置有多个光接收部分。另外,还设有成像区域、储存区域和水平转移寄存器,该成像区域中布置有垂直转移寄存器,使得这些垂直转移寄存器中的每一者对应于这些光接收部分中的每列。垂直转移寄存器和水平转移寄存器各自被构造成具有CCD结构。储存区域由CCD结构垂直转移寄存器组成,所述CCD结构垂直转移寄存器的数目对应于成像区域中的垂直转移寄存器的数目。此外,输出单元包括与上文所述相同的电荷-电压转换部分,并连接到水平转移寄存器的最后级。
在FIT系统的CCD固态成像设备中,光接收部分中根据所接收的光的量而产生并储存信号电荷。随着向读出栅极部分施加读出栅极电压VT,光接收部分中的信号电荷被读出到垂直转移寄存器中。在这些信号电荷被读出到垂直转移寄存器中之后,在成像区域中的垂直转移寄存器的垂直转移电极上以及储存区域中的垂直转移寄存器的垂直转移电极上施加高速转移垂直驱动脉冲。结果,被读出到成像区域中的垂直转移寄存器中的信号电荷被以高速转移到并储存在储存区域中的垂直转移寄存器中。随后,通过向储存区域中的垂直转移寄存器上施加的固定速度的垂直驱动脉冲,这些信号电荷以逐行方式经过垂直转移寄存器而依次向水平转移寄存器转移。这样,逐行的信号电荷从这些垂直转移寄存器转移到水平转移寄存器。随后,通过向水平转移电极上施加的水平驱动脉冲,这些信号电荷经过该水平转移寄存器而依次转移,以通过输出单元而以像素信号(图像拾取信号)的形式输出。
焊盘区域12设在光接收区域11的附近。为了通过引线键合等方式连接固态成像器件10,焊盘区域12具有由铝等形成的焊盘部分(盘部分),以及设在这些焊盘部分上侧的开口。焊盘部分上侧的这些开口是例如通过在多个层中形成开口而形成的,所述多个层包括这些焊盘部分上的电介质层,以及钝化层、有机材料层等。
[剖视图]
现在,图2示出了CCD固态成像器件的剖视图。图2示出了CCD固态成像器件在光接收区域11中的剖视图及其在盘区域12中的剖视图。另外,光接收区域11是在略去了半导体衬底上形成的光接收部分、转移沟道等的情况下示出的。此外,在盘区域12中,只示出了焊盘部分及其附近的构造,而略去了其他构造。
在光接收区域11中,转移电极15形成在于绝缘层14上。另外,还形成有覆盖这些转移电极15的遮光膜16。此外,还形成有层间电介质层17以覆盖绝缘层14、转移电极15和遮光膜16。
钝化层18形成于层间电介质层17上。此外,用于平面化的平面化层19形成于钝化层18上。
色彩滤波器20形成于平面化层19上。另外,微透镜材料层22形成于色彩滤波器20上。在光接收区域11中,微透镜材料层22被处理成微透镜形状以形成片上微透镜。此外,低反射材料层23形成于微透镜材料层22上,作为抗反射层。
在盘区域12中,焊盘部分(盘部分)24设在绝缘层14上,这些焊盘部分例如由铝电极组成。
另外,还形成有层间电介质层17,以部分地覆盖绝缘层14和盘部分24。钝化层18和用于平面化的平面化层19设在层间电介质层17上方。
微透镜材料层22形成于平面化层19上,是用于形成光接收区域中那些微透镜的层。此外,低反射材料层23形成于微透镜材料层22上,作为抗反射层。
此外,盘部分24的上侧设有开口25,这些开口25是通过对层间电介质层17、钝化层18、平面化层19、微透镜材料层22和低反射材料层23钻孔而形成的。盘部分24上方形成的层间电介质层17、钝化层18、平面化层19、微透镜材料层22和低反射材料层23的开口截面从开口25的侧壁暴露。
在上述固态成像器件中,低反射材料层23的表面已通过亲水处理而成为亲水的。另外,在盘区域12中,盘部分24上侧的开口25的那些侧壁也已受到亲水处理;这样,低反射材料层23的表面以及这些开口25的侧壁已经成为亲水的。
此外,优选地通过亲水处理而使微透镜材料层22的上表面(该表面上形成有低反射材料层23)成为亲水的。
通过常温氧自由基(oxygen radical)处理而使低反射材料层23的表面、开口25的侧壁以及微透镜材料层22的上表面成为亲水的。常温氧自由基处理将在对固态成像器件的制造方法的说明中进行详细说明。
通过这样使低反射材料层23的表面和开口25的侧壁成为亲水的,可以抑制晶片切片过程中产生的切割碎片堆积到图像传感器上。
另外,通过利用常温氧自由基处理执行的亲水处理,几乎不可能对于用有机材料或树脂材料形成并在盘部分24上侧的开口25的侧壁处暴露的那些层(例如微透镜材料层22、平面化层19和钝化层18)造成破坏。因此,由有机材料或树脂材料形成的这些层不会从开口25的侧壁凹入。因此,可以防止开口25上侧的低反射材料层23发生倒悬,并可以防止组装步骤过程中(例如BGR(蓝绿红)胶片剥离(tape peeling)步骤时)发生低反射材料层23的剥落。
此外,由于微透镜材料层22、平面化层19和钝化层18没有凹入到开口25内侧,所以能够抑制切割碎片堆积在开口25内侧的低反射材料层23的倒悬部分下方的位置处。
此外,通过将微透镜材料层22的上表面处理成亲水的,利用溶液法(例如旋涂)形成低反射材料层23时该表面对于溶液的可湿性得以增强。此外,通过用常温氧自由基处理来执行亲水处理,构成微透镜材料层22的有机材料的损耗可以受到抑制。具体而言,在通过常温氧自由基处理来执行亲水处理的情况下,可以既抑制微透镜材料层的厚度减小,又抑制微透镜的形状改变;而在通过现有技术的氧气等离子体处理而执行亲水处理的情况下会发生这种厚度减小和形状改变。
因此,在上述固态成像器件中,可以在对亲水处理可能造成的形状改变进行抑制的同时,在光接收区域11中构造由微透镜材料层22形成的那些微透镜。因此,可以在不对器件特性(例如灵敏度、阴影和污点特性)造成损害的情况下构造固态成像器件,其中该固态成像器件的微透镜被处理成亲水的。
<2.制造固态成像器件的方法的实施例>
下面将参考附图对制造本发明的固态成像器件的方法的实施例进行说明。下面的制造步骤示意图是CCD固态成像器件在光接收区域中的剖视图及其在盘区域中的剖视图。此外,在下面的制造步骤示意图和利用这些制造步骤示意图对制造步骤进行的说明中,在光接收区域中示出了半导体衬底上方形成的绝缘层以及转移电极上方的那些层的构造,而略去了半导体衬底中形成的光接收部分、转移沟道等的构造。在盘区域中,示出了盘部分及其附近的构造,而略去了其他构造。
制造该实施例中的固态成像器件的方法将针对光接收区域11和盘区域12来进行说明。
首先,在光接收区域11中,例如用离子注入方式,通过将例如n型杂质(例如磷)的离子引入例如p型硅衬底,在半导体衬底(未示出)的主要表面侧形成光电二极管作为光接收部分。然后,通过引入n型或p型杂质离子而类似地形成沟道栓(channel stop)、转移构造等。
接着,如图3A所示,在光接收区域11中,在已经形成有上述要素的半导体衬底上方,形成转移电极15、层间电介质层17、钝化层18、平面化层19和色彩滤波器20。此外,在焊盘区域12中,形成盘部分24、层间电介质层17、钝化层18和平面化层19。
首先,通过热氧化法等方式在上述半导体衬底上形成绝缘层14。然后,通过CVD(化学气相沉积)等方式在绝缘层14上形成多晶硅层等,并通过干法刻蚀等方式将多晶硅层等选择性地刻蚀成预定图案,以形成转移电极15。此外,还通过热氧化法等方式形成绝缘层,以覆盖这些转移电极15的上表面和侧表面。
随后,形成钨等金属膜以覆盖半导体衬底的整个表面,并通过光刻和各向异性干法刻蚀等方式形成覆盖了这些转移电极15的遮光膜16。
此外,在盘区域12中,通过溅射等方式在绝缘层14上的预定位置处形成铝层,并执行光刻以形成铝电极作为盘部分24。
此外,还形成层间电介质层17以覆盖半导体衬底的整个表面。层间电介质层17被形成为覆盖了半导体衬底的整个表面,从而既覆盖光接收区域11,也覆盖盘区域12。然后,例如通过旋涂等方式将丙烯酸类树脂、聚酰亚胺树脂、异氰酸酯树脂等涂敷到层间电介质层17上,以形成钝化层18。随后,在钝化层18上形成用于平面化的平面化层19。
此外,在光接收区域11中,还在平面化层19上形成与那些光接收部分对应的色彩滤波器20。
接着,如图3B所示,用聚苯乙烯等在光接收区域11中的色彩滤波器20上以及盘区域12中的平面化层19上形成微透镜材料层22。然后,在光接收区域11中,通过已知的方法将微透镜材料层22处理成与光接收部分对应的微透镜的形状。
此外,在光接收区域11和盘区域12这二者中,还在微透镜材料层22上形成含氟硅氧烷等的含氟低反射膜或LTO(低温氧化物)等的低反射无机膜,作为低反射材料层23。
随后,执行盘区域12中在盘部分24上方形成开口的处理。首先,如图3C所示,通过光刻,由光致抗蚀剂形成与这些盘部分24对应的抗蚀剂图案26。
然后,如图3D所示,用抗蚀剂图案26作为掩模进行干法刻蚀,从而对盘部分24上侧的层间电介质层17、钝化层18、平面化层19、微透镜材料层22和低反射材料层23进行刻蚀。通过这个步骤,在这些盘部分24的上侧形成开口25。
接着,除去抗蚀剂图案26。此后,如图3E所示,半导体衬底的整个表面(即,光接收区域11中的低反射材料层23的表面,以及盘区域12中低反射材料层23的表面和那些开口25的侧壁)受到亲水处理。
在本实施例中,半导体衬底的亲水处理是通过常温氧自由基处理来执行的。
下面示出了通过常温氧自由基处理来执行亲水处理的条件示例。
[设备]
在使用微波激励式等离子体系统时,在该系统与要受到亲水处理的半导体衬底之间布置冲孔金属。通过冲孔金属,使带电粒子大部分受到阻挡,从而允许自由基通向半导体衬底。
[条件]
氧气流率:1000ccm
微波功率:1500W
压力:100Pa
晶片台温度:25到35℃
处理时间:60秒
在这种常温氧自由基处理中,对半导体衬底施加的表面处理是自由基处理,并且处理温度为常温,使得可以抑制对有机材料层或树脂材料层(例如微透镜材料层22)的破坏,因此可以抑制层厚度减小以及开口25中侧壁的凹入。例如,在盘部分24的厚度为100μm、微透镜材料层22和低反射材料层23的厚度为1至2μm的情况下,构成微透镜材料层22的树脂材料层的损失小至7nm。因此,在开口25中的那些侧壁处,微透镜材料层22几乎不凹入。另外,在平面化层19和钝化层18像微透镜材料层22那样由有机材料或树脂材料形成的情况下,也可以抑制由于亲水处理而给这些层带来的破坏并抑制这些层在开口25中侧壁处的凹入。
另一方面,在例如通过现有技术的氧气等离子体处理而执行亲水处理的情况下,如图4A所示,微透镜材料层22A可能从开口25A中的那些侧壁处凹入。例如,在盘部分24的厚度为100μm、微透镜材料层22A和低反射材料层23的厚度为1至2μm的情况下,构成微透镜材料层22A的树脂材料层的损失为100nm或更多。此外,在平面化层19A和钝化层18A由有机材料或树脂材料形成的情况下,与微透镜材料层22A一样,这些层在开口25A中的那些侧壁处凹入了100nm或更多的量。
由于这些层的凹入,在开口25A的侧壁处产生了凹入部分27。另外,微透镜材料层22A的凹入还造成了低反射材料层23在开口25A的上侧的悬垂结构。这可能在组装步骤中(例如在BGR胶片剥离步骤时候)造成低反射材料层23的剥落,如图4B所示的低反射材料层23A那样。
另外,用于常温氧自由基处理的系统不限于上述微波激励式等离子体系统,也可以使用其他的系统。可以使用的系统的示例包括高密度等离子体系统,例如平行板RIE等离子体系统、高压窄间隙等离子体系统、ECR等离子体系统、变压器耦合的等离子体系统、感应耦合的等离子体系统、化学干法自由基发生系统、臭氧发生灰化系统、以及螺旋波等离子体系统。在使用这样的系统时,也可以在高密度等离子体系统与要受到亲水处理的半导体衬底之间布置冲孔金属,从而能够以上述方式通过常温氧自由基处理来执行亲水处理。
气体种类不限于O2,也可以向O2添加氟代烃(flon)气体,例如C2F6、C3F8、C4F8、CH2F2、CHF3等;此外,这些气体也可以在添加了Ar、He或N2气体的情况下使用。
另外,在图3D所示形成开口的步骤之后,可以在使抗蚀剂图案26剥离的处理刚执行之后与之连续地执行上述常温氧自由基处理。
通过上述这些步骤,可以制造固态成像器件,该器件中,光接收区域11和盘区域12中的低反射材料层23的表面已经受到亲水处理,并且盘区域12中的那些开口25的内侧已经被处理成亲水的,如图3F所示。
此外,已经受到亲水处理的半导体衬底像现有技术中一样被分片。例如,在从分片刀的附近供应纯水的同时,由分片刀形成切割槽。在此情况下,从沿着分片刀的轨迹而形成的切割槽的附近产生切割碎片,但是随着纯水的流动,这些切割碎片被沿着半导体衬底的周边边缘方向冲掉。在此情况下,固态成像器件的表面层处形成的低反射材料层的表面已成为亲水的。此外,盘开口中的那些侧壁也已成为亲水的。而且这些开口中的侧壁部分都没有凹入。换言之,在半导体衬底的表面处获得了很高的亲水性。因此,向半导体衬底的表面供应的纯水层均匀地分布,不会产生任何干的区域。此外,还避免了例如在开口的凹入区域中堆积切割碎片。因此,可以防止半导体衬底的表面上在分片步骤中发生切割碎片的堆积。
另外,在形成了与光接收区域11中的那些光接收部分对应的微透镜之后,在上述制造方法中附图3B所示的步骤中,通过常温氧自由基处理,优选地使微透镜材料层22的表面成为亲水的。
在光接收区域11中形成这些微透镜之后,例如,通过使用例如树脂材料的溶液进行旋涂,在微透镜材料层22的表面上形成低反射材料层23。在此情况下,由于微透镜材料层22的表面已被预先处理成亲水的,所以可以增强该表面对于溶液的可湿性。因此便于形成低反射材料层23。
通过由常温氧自由基处理来执行亲水处理,与根据现有技术的氧气等离子体处理的情况相比,可以抑制可能由构成微透镜材料层22的有机材料的破坏造成的层厚度减小以及微透镜的形状改变。对于盘区域中的那些开口处暴露的微透镜材料层,这种抑制效果也类似。因此,可以在防止由于微透镜的形状改变而降低器件特性(例如灵敏度、阴影和污点特性)的同时制造固态成像器件。
如上文所述,根据制造本实施例中的固态成像器件的方法,半导体衬底的表面受到常温氧自由基处理,使得在不对开口的侧壁处的有机材料层(例如钝化层和微透镜材料层)造成破坏的情况下使该表面成为亲水的。由于这些有机材料层不被破坏,所以可以防止开口的这些侧壁发生凹入,并可以防止低反射材料层在这些开口的上侧发生悬垂。因此,可以抑制组装步骤过程中(例如在BGR胶片剥离步骤时)低反射材料层的剥落。
<3.电子设备的构造示例>
根据本发明实施例的固态成像器件可用于电子设备,例如具有固态成像器件的相机、装有相机的移动设备、以及具有固态成像器件的其他设备。
图5示出了一种构造的框图,作为根据本发明实施例的电子设备的示例,在该构造中,固态成像器件被应用到能够拍摄静止图像的数字相机。
根据本实施例的相机30包括光学系统(光学镜头)31、固态成像器件32、信号处理电路33和驱动电路34。
作为固态成像器件32,应用了上述固态成像器件。光学镜头31对来自对象的图像光(入射光)进行聚焦,以在固态成像器件32的成像面上形成图像。结果,在固态成像器件32中的光电转换元件中,信号电荷被储存了预定时间长度。驱动电路34提供对于固态成像器件32的转移操作信号。根据从驱动电路34供应的驱动信号(定时信号),执行固态成像器件32中的信号转移。信号处理电路33对来自固态成像器件32的输出信号施加各种信号处理。图像处理后获得的画面信号被储存在储存介质(例如存储器)中,或者被输出到显示器等。本实施例中的相机30包括相机模块,其中,光学镜头31、固态成像器件32、信号处理电路33和驱动电路34被一起组合成模块。
本发明使得能够构造如图5所示的相机、装有相机的移动设备(以装有相机模块的蜂窝电话为代表)等。
此外,图5所示构造也可以构造成具有成像功能的模块,在该模块中,光学镜头31、固态成像器件32、信号处理电路33和驱动电路34被一起组合成模块,即所谓的成像功能模块。本发明使得能够构造具有这种成像功能模块的电子设备。
尽管上述实施例中已经描述了CCD图像传感器作为固态成像设备的示例,但是除了CCD图像传感器之外的其他图像传感器,例如CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器,也可以用作该固态成像设备。
本发明不限于上述这些实施例中所述构造,在本发明的范围内可以有各种改变形式。
本申请包含2009年6月17日提交给日本特许厅的日本在先专利申请JP 2009-144572中公开的内容有关的主题,该申请的全部内容通过引用方式结合于此。
Claims (6)
1.一种制造固态成像器件的方法,包括下列步骤:
在半导体衬底的光接收区域中形成光接收部分;
在所述半导体衬底的焊盘区域中形成焊盘部分;
在所述光接收部分和所述焊盘部分上方形成微透镜材料层;
给所述微透镜材料层设置与所述光接收部分对应的微透镜;
在所述微透镜材料层上形成抗反射层;
对所述焊盘部分上方的所述微透镜材料层和所述抗反射层进行刻蚀以形成开口;以及
通过常温氧自由基处理,给所述抗反射层的表面和所述开口的内部部分施加亲水性。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括下列步骤:通过常温氧自由基处理,给所述微透镜材料层的表面施加亲水性。
3.一种固态成像器件,包括:
半导体衬底;
光接收部分,形成于所述半导体衬底中;
焊盘部分,形成于所述半导体衬底上方;
微透镜材料层,形成于所述光接收部分和所述焊盘部分上方;
抗反射层,其形成于所述微透镜材料层上方,并且其表面被处理成亲水的;以及
开口,形成在位于所述焊盘部分上的所述微透镜材料层和所述抗反射层中;
其中,所述开口的侧壁被处理成亲水的,从所述开口的这些侧壁暴露的所述微透镜材料层不表现成相对于所述抗反射层凹入。
4.根据权利要求3所述的固态成像器件,其中,所述抗反射层和所述开口的侧壁通过常温氧自由基处理而成为亲水的。
5.根据权利要求4所述的固态成像器件,其中,所述微透镜层的表面被处理成亲水的。
6.一种电子设备,包括:
固态成像器件,其包括:
半导体衬底;
光接收部分,形成于所述半导体衬底中;
焊盘部分,形成于所述半导体衬底上方;
微透镜材料层,形成于所述光接收部分和所述焊盘部分上方;
抗反射层,其形成于所述微透镜材料层上方,并且其表面被处理成亲水的;和
开口,形成在位于所述焊盘部分上的所述微透镜材料层和所述抗反射层中;
所述开口的侧壁被处理成亲水的,从所述开口的这些侧壁暴露的所述微透镜材料层不表现成相对于所述抗反射层凹入;
光学系统,能够将入射光导向所述固态成像器件的成像部分;以及
信号处理电路,能够对来自所述固态成像器件的输出信号进行处理。
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JP2017168531A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 株式会社リコー | 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法 |
US20200144322A1 (en) * | 2017-07-18 | 2020-05-07 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging apparatus and method of manufacturing imaging apparatus |
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CN117153786B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-03-01 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 一种半导体结构及其制造方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101425455A (zh) * | 2007-11-01 | 2009-05-06 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体衬底及其制造方法、以及半导体装置的制造方法 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2719238B2 (ja) * | 1991-03-04 | 1998-02-25 | シャープ株式会社 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
JP3154194B2 (ja) * | 1992-05-30 | 2001-04-09 | ソニー株式会社 | 半導体デバイスチップの製造方法 |
US6221687B1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-04-24 | Tower Semiconductor Ltd. | Color image sensor with embedded microlens array |
TW449795B (en) * | 2000-05-06 | 2001-08-11 | Taiwan Semiconductor Mfg | Method to solve the problem of bonding pad stain/discolor in color filter fabrication process |
US7591780B2 (en) * | 2002-03-18 | 2009-09-22 | Sterling Lc | Miniaturized imaging device with integrated circuit connector system |
JP4078875B2 (ja) * | 2002-05-08 | 2008-04-23 | ソニー株式会社 | 有機膜パターンの形成方法及び固体撮像素子の製造方法 |
US20050158913A1 (en) * | 2004-01-19 | 2005-07-21 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid state imaging apparatus and its manufacturing method |
JP2005203679A (ja) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | 固体撮像素子の製造方法 |
JP4830306B2 (ja) * | 2004-06-23 | 2011-12-07 | 凸版印刷株式会社 | 固体撮像素子の製造方法 |
JP2007142207A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置及びその製造方法 |
JP2007194307A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子の製造方法 |
JP4834412B2 (ja) * | 2006-02-03 | 2011-12-14 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置およびこれを用いた電子内視鏡 |
JP4719597B2 (ja) * | 2006-03-16 | 2011-07-06 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子及び固体撮像素子 |
US20080070340A1 (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-20 | Nicholas Francis Borrelli | Image sensor using thin-film SOI |
KR100812078B1 (ko) * | 2006-09-26 | 2008-03-07 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
JP5135758B2 (ja) * | 2006-10-19 | 2013-02-06 | 凸版印刷株式会社 | フィルムの表面処理装置 |
KR101495153B1 (ko) * | 2007-06-01 | 2015-02-24 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 기판의 제작 방법 및 반도체장치 |
JP2009099591A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-05-07 | Toshiba Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
JP4457142B2 (ja) * | 2007-10-17 | 2010-04-28 | シャープ株式会社 | 固体撮像素子、カメラモジュールおよび電子情報機器 |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101425455A (zh) * | 2007-11-01 | 2009-05-06 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体衬底及其制造方法、以及半导体装置的制造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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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 | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141210 Termination date: 20150610 |
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EXPY | Termination of patent right or utility model |