CN112014910B - 微透镜阵列的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微透镜阵列的形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区域和外围区域；在所述半导体衬底上涂布光刻胶并对所述光刻胶进行烘烤，利用所述像素区域和所述外围区域存在的台阶，在所述像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层；对所述光刻胶层进行光刻作业，以在所述像素区域形成微透镜阵列。本发明先利用半导体衬底上像素区域和外围区域存在的台阶，在像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层，然后通过光刻工艺形成微透镜阵列，使像素区域的中心和像素区域的边缘上的微透镜具有不同的曲率，实现CRA优化，减小像差。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列的形成方法。
背景技术
随着光电产品诸如数码相机、数字图像记录器、具有图像拍摄功能的手机以及监视器逐渐普及化，图像传感器的需求也与日俱增。图像传感器用于记录来自图像的光学信号的变化并且将光学信号转换成电子信号。在记录及处理上述电子信号之后，便可产生一数字图像。而图像传感器一般可分为两种主要类型：一者为电荷耦合装置(charge-coupleddevice，CCD)， 而另一者为互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，CMOS)装置。
图像传感器通常包括像素区，像素区包括一光感测单元，用以提供对应照射于光感测单元的光强度的一信号，当一图像聚焦于该像素区时，这些信号可用于显示一对应的图像。在传统的技术中，配有滤光片(Color filter)的微透镜阵列对应设置于像素区上方，用以将光线聚焦于像素区上。
然而，尽管使用了微透镜阵列，由于微透镜阵列几何排列，大量的入射光线并未能有效地导入光感测单元，入射光线对于每一光感测单元的聚焦深度会随着光线入射角(即，主光入射角(chief ray angle，CRA))而变。由于入射至位于像素区边缘附近的光感测单元的光线通常为倾斜的，因此位于像素区边缘的光感测单元的聚焦深度短于入射至位于像素区中心的光感测单元的光线，导致图像出现像差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微透镜阵列的形成方法，使像素区域的中心和像素区域的边缘上的微透镜具有不同的曲率以实现CRA 优化，减小像差。
本发明提供一种微透镜阵列的形成方法，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区域和外围区域；
在所述半导体衬底上涂布光刻胶，并对所述光刻胶进行烘烤，利用所述像素区域和所述外围区域存在的台阶，在所述像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层；
对所述光刻胶层进行光刻作业，以在所述像素区域形成微透镜阵列，使位于所述像素区域的边缘的微透镜的曲率大于位于所述像素区域的中心的微透镜的曲率；
其中，在所述半导体衬底上涂布光刻胶的过程中，所述半导体衬底的转速为50r/min~1500r/min；对所述光刻胶进行烘烤的温度为100℃~140℃。
可选的，对所述光刻胶层进行光刻作业的过程包括对所述光刻胶进行热熔成型。
可选的，所述光刻胶为负性光刻胶。
可选的，所述光刻胶的粘滞系数小于500里泊。
可选的，所述像素区域的半导体衬底内形成有分立的光电二极管，所述像素区域上还形成有滤光层，所述滤光层呈阵列分布且分别与所述光电二极管对应设置，所述微透镜阵列对应形成在所述滤光层上。
可选的，从所述像素区域的中心至所述像素区域的边缘，所述微透镜的曲率逐渐增大。
综上，本发明提供了一种微透镜阵列的形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区域和外围区域；在所述半导体衬底上涂布光刻胶并对所述光刻胶进行烘烤，利用所述像素区域和所述外围区域存在的台阶，在所述像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层；对所述光刻胶层进行光刻作业，以在所述像素区域形成微透镜阵列。本发明先利用半导体衬底上像素区域和外围区域存在的台阶，在像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层，然后通过光刻工艺形成微透镜阵列，使像素区域的中心和像素区域的边缘上的微透镜具有不同的曲率，实现CRA 优化，减小像差。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的微透镜阵列的形成方法的流程图；
图2为晶圆上一芯片的俯视图；
图3a至图3d为本发明一实施例提供的微透镜阵列的形成方法各步骤对应的结构示意图，其中，图3a至图3d为沿图2中AA´线的剖面示意图；
其中，附图标记为：
100-半导体衬底；100a-像素区域；100b-外围区域；110-光电二极管；120-滤光层；130a-光刻胶层；130b-光刻胶结构；130c-微透镜阵列。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的微透镜阵列的形成方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在说明书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
图1为本实施例提供的一种微透镜阵列的形成方法的流程图。如图1所示，本实施例提供的微透镜阵列的形成方法包括：
S01：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区域和外围区域；
S02：在所述半导体衬底上涂布光刻胶，并对所述光刻胶进行烘烤，利用所述像素区域和所述外围区域存在的台阶，在所述像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层；以及，
S03：对所述光刻胶层进行光刻作业，以在所述像素区域形成微透镜阵列，使位于所述像素区域的边缘的微透镜的曲率大于位于所述像素区域的中心的微透镜的曲率。
图2为半导体衬底的俯视图，图3a至图3d为本实施例提供的微透镜阵列的形成方法各步骤对应的结构示意图，其中，图3a至图3d为沿图2中AA´线的剖面示意图。以下将参考图1、图2及图3a至图3d详细说明本实施例提供的微透镜阵列的形成方法。
参考图3a所示，执行步骤S01，提供半导体衬底100，所述半导体衬底包括像素区域100a和外围区域100b。
在所述像素区域100a内形成有分立的光电二极管110，所述光电二极管110为感光器件，用于接收的光信号并将光信号转换为电信号。所述像素区域110a上还形成有滤光层120，所述滤光层120呈阵列分布，且各滤光层120分别与所述光电二极管110对应设置。所述滤光层120包括红色滤光层、绿色滤光层以及蓝色滤光层，且所述滤光层120对应于每个光电二极管110上仅形成一种颜色的滤光层，则进入所述滤光层120的入射光能够被一种颜色的滤光层滤色，然后照射到所述光电二极管110表面的入射光为单色光，所述光电二极管110吸收单色光，将光信号转换为电信号。
所述外围区域100b也可称为逻辑区域或焊盘区域，通常用于形成逻辑器件等结构，参考图3a所示，所述外围区域100b与所述像素区域100a存在台阶，即所述外围区域100b高于所述像素区域100a。
所述半导体衬底100可以为硅衬底，或者所述半导体衬底100的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等，所述半导体衬底100还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底，或者是生长有外延层的衬底。本实施例中，所述半导体衬底100为晶圆，所述晶圆上形成有若干个芯片，每个芯片上包括上述的像素区域100a和外围区域100b。以下以一个芯片为例，介绍芯片上像素区域微透镜阵列的形成方法。
接着，参考图3b所示，执行步骤S02，在所述半导体衬底100上涂布光刻胶，并对所述光刻胶进行烘烤，利用所述像素区域100a和所述外围区域100b存在的台阶，在所述像素区域100a形成具有一定形貌的光刻胶层。具体的，首先，将半导体衬底100转移至一承载台上，所述承载台上的卡盘（Chuck）固定所述半导体衬底100。接着，对所述半导体衬底100进行前烘。然后，将光刻胶整体涂布在半导体衬底100，所述承载台载动半导体衬底100进行旋转，以使所述光刻胶均匀涂布在所述半导体衬底100上，然后，对所述光刻胶进行烘烤，在所述滤光层120上形成具有一定形貌的光刻胶层130a。如图3b所示，光刻胶涂布在像素区域100a和外围区域100b上，由于所述像素区域100a和所述外围区域100b存在的台阶，在光刻胶自平原化（planarizing）特性的作用下，在所述像素区域100a的边缘（靠近所述外围区域100b）会形成一弧度，通过控制涂布光刻胶的转速及光刻胶的烘烤温度，控制所述弧度的大小，即控制所述像素区域100a的边缘的光刻胶层130a的临界长度L（threshold length），所述临界长度L这里是指像素区域100a内光刻胶与一侧外围区域100b具有弧度映射长度。本实施例中，采用负性光刻胶，所述光刻胶的粘滞系数小于500厘泊，具有较好的流动性。在涂布光刻胶的过程中，所述半导体衬底100的转速为50r/min ~1500r/min，例如转速可以是800r/min、1000 r/min或1200r/min，光刻胶的烘烤温度为100℃~140℃，例如为100℃、110℃或120℃，所述光刻胶的选择、涂布工艺及烘烤温度等可以根据后续形成的微透镜阵列所需的形貌进行相应调整，在此，本发明不作限定。
接着，参考图3c及图3d所示，执行步骤S03，对所述光刻胶层130a进行光刻作业，以在所述像素区域100a形成微透镜阵列100c，使位于所述像素区域的边缘的微透镜的曲率大于位于所述像素区域的中心的微透镜的曲率。例如可以采用光刻胶热熔法形成微透镜阵列。具体的，将光刻胶在圆形阵列的掩模下进行紫外曝光，显影后得到圆柱阵列的光刻胶结构100b，如图3c所示。然后，将光刻胶加热至熔融状态，此时光刻胶变成液态并可以流动，在光刻胶表面张力将圆柱形结构转变成光滑的球冠状结构，如图3d所示，这样便得到了光刻胶构成的微透镜阵列100c。继续参考图3d，位于像素区域100a边缘的微透镜的曲率大于位于像素区域100a中心的微透镜的曲率，且从所述像素区域100a中心至所述像素区域100a边缘，微透镜的曲率逐渐增大。所述微透镜阵列130c用于聚焦入射光，使经过所述微透镜阵列130c的入射光能够照射到相应微透镜所对应的所述光电二极管110上。
现有图像传感器中微透镜阵列中各微透镜的曲率相同，越是靠近像素区域的边缘处（靠近外围区），入射光经由微透镜折射后，会入射至相邻像素的光电二极管中，一方面减少进入到该微透镜的对应的光电二极管的光量，另一方面进入到相邻的光电二极管造成光的串扰，导致图像传感器的灵敏度降低。本发明中微透镜阵列从像素区域的中心向边缘逐步增加微透镜的曲率，根据入射光角度的不同，相应增加对应位置的微透镜的曲率，从而使不同入射角度的入射光进入相应像素区域的微透镜折射后，光能偏向中心侧，保证进入相应的光电二极管中，增加光吸收率的同时有效减少了光的串扰，且实现CRA 优化，减小像差。
综上所述，本发明提供了一种微透镜阵列的形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区域和外围区域；在所述半导体衬底上涂布光刻胶并对所述光刻胶进行烘烤，利用所述像素区域和所述外围区域存在的台阶，在所述像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层；对所述光刻胶层进行光刻作业，以在所述像素区域形成微透镜阵列。本发明先利用半导体衬底上像素区域和外围区域存在的台阶，在像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层，然后通过光刻工艺形成微透镜阵列，使像素区域的中心和像素区域的边缘上的微透镜具有不同的曲率，实现CRA 优化，减小像差。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (6)
1.一种微透镜阵列的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括像素区域和外围区域；
在所述半导体衬底上涂布光刻胶，并对所述光刻胶进行烘烤，利用所述像素区域和所述外围区域存在的台阶，在所述像素区域形成具有一定形貌的光刻胶层；
对所述光刻胶层进行光刻作业，以在所述像素区域形成微透镜阵列，使位于所述像素区域的边缘的微透镜的曲率大于位于所述像素区域的中心的微透镜的曲率；
其中，在所述半导体衬底上涂布光刻胶的过程中，所述半导体衬底的转速为50r/min~1500r/min，对所述光刻胶进行烘烤的温度为100℃~140℃。
2.根据权利要求1所述的微透镜阵列的形成方法，其特征在于，对所述光刻胶层进行光刻作业的过程包括对所述光刻胶进行热熔成型。
3.根据权利要求1所述的微透镜阵列的形成方法，其特征在于，所述光刻胶为负性光刻胶。
4.根据权利要求1所述的微透镜阵列的形成方法，其特征在于，所述光刻胶的粘滞系数小于500里泊。
5.根据权利要求1所述的微透镜阵列的形成方法，其特征在于，所述像素区域的半导体衬底内形成有分立的光电二极管，所述像素区域上还形成有滤光层，所述滤光层呈阵列分布且分别与所述光电二极管对应设置，所述微透镜阵列对应形成在所述滤光层上。
6.根据权利要求1所述的微透镜阵列的形成方法，其特征在于，从所述像素区域的中心至所述像素区域的边缘，所述微透镜的曲率逐渐增大。
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