TW201023386A - Method for forming microlens of image sensor and method for manufacturing the image sensor - Google Patents

Description

201023386 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種影像感測器之微透鏡之製造方法。 【先前技術】 通常，一影像感測器定義為一種將一光學影像轉換為一電訊 號的半導體裝置，典型的影像感測器包含有電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD )影像感測器及互補式金氧半導體 (Complementaiy Metal Oxide Semiconductor，CMOS )影像感測器。 一影像感測器通常透過以下步驟製造：形成複數個電晶體及 與這些電晶體電連接之複數個光電二極體於一半導體基板之上， 形成一介電結構及連線於這些電晶體及光電二極體之上，以及然 後形成紅色、綠色、以及藍色濾光器於此介電結構之上。 這裡，當介電結構之頂表面上形成的紅色、綠色、以及藍色 遽光之厚度彼此不相同時，一光敏材料可塗覆於這此彩色遽光 器之頂表面之上用以形成一平坦化層’並且一光阻抗蚀膜塗覆於 平坦化層之頂表面之上、形成圖案、並且進行一回熔製程（Refl〇w Process)，由此在與各彩色濾光器相對應之部份中形成微透鏡，用 以將光線聚集於光電二極體。 微透鏡係為決定一影像感測器之性能的重要元件^在習知技 術中，-具料度賴透鏡圖案通常形成且作為回賴程（Refl〇w Process)之一部份’微透鏡圖案被加熱以使得此圖案變為一流態， 201023386 以便變為-半柄域後冷卻，自此職微透鏡。 雖然如此之一方法由於使用低價格之材料及簡單的製造過程 具有優點’但是習知技術之方法具有低再生產性的缺點。 同時，作為另一種方法，一微透鏡圖案通過改變微透鏡的光 敏膜之上的光圖案形成。這裡，透過根據一微透鏡的半徑改變一 光罩之透明區的面積，影響通過此光罩區域的光線強度。雖然相 比較於上述情況，如此之一方法可具有更好的再生產性之優點， ®然而此種方法具有光罩之透明區之形狀非常複雜的缺點。 而且，當使用這些方法時，微透鏡之尺寸減少具有限制。因 此，需要一種微透鏡之製造方法，用以能夠獲得一超小型半導體 裝置之目的。 【發明内容】 因此，鑒於上述問題，本發明之實施例在於提供一種影像感 測器之微透鏡之製造方法，相比較於習知技術，此種微透鏡具有 Q 、 一更小之尺寸。 本發明之一實施例之一種影像感測器之微透鏡之製造方法包 含以下步驟：塗覆一用以形成微透鏡的光阻抗蝕劑於一基板之 上；使得雷射光穿過光阻抗姓劑之全部長度入射於光阻抗蚀劑之 中’此雷射光影響光阻抗蝕劑位於雷射光之振幅範圍内之部份； 以及透過硬化光阻抗钱劑形成複數個微透鏡，這些微透鏡由位於 雷射光之振幅範圍内之光阻抗蚀劑的區域形成。 201023386 本發明之另一實施例之一種影像感測器之微透鏡之製造方法 包含以下步驟：形成-失層介電層於一半導體基板之上，其中此 半導體基板之上形成有複數個光電二極體；形成一彩色濾光層於 夾層介電層之上；塗覆一光阻抗钱劑於彩色濾光層之上；使得一 入射於光阻抗钱劑之内部的第一光線水平穿過光阻抗姓劑，其中 第一光線具有一第一相位；使得一入射於光阻抗钱劑之第二光線 水平穿過光阻抗#劑，其中第二光線具有與第一光線同樣之波長 但具有一與第一相位反相之第二相位，由此暴露於第一光線及第❹ 二光線之區域形成複數個微透鏡。

本發明之再一實施例之一種影像感測器之微透鏡之製造方法 包含以下步驟：形成一用以形成複數個微透鏡的材料層於一基板 之上，以及透過使得光線入射於材料層之一第一侧表面，其中光 線水平通過材料層入射於材料層之第二侧表面，以及使得入射於 材料層之一第二侧表面的光線水平穿過材料層入射至材料層之第 一侧表面’執行材料層之一圖案化製程。 G 根據本發明之實施例，入射於材料層之第二侧表面的光線在 第二侧表面上或第二側表面之外部反射，用以隨著光線水平穿過 材料層入射至材料層之第一侧表面在材料層中形成一駐波。 根據本發明之一實施例，一反射此材料層之第二側表面上光 線的反射層形成為使得光線反射於反射層與材料層之間的介面 上，使得光線入射於材料層之第二側表面。 201023386 根據本發明之另一實施例，一反射光線之反射鏡配設為與材 料層之第一侧表面相接觸，以使得光線在反射鏡之反射表面之上 發射，使得光線入射於材料層之第二側表面。 根據本發明之一實施例，當光線在第二側表面之外部反射 時’用以反射光線的反射鏡之反射表面配設為與材料層之第二側 表面相對，以使得光線在反射表面上反射。 【實施方式】 以下’將結合圖式部份詳細描述本發明之實施例。然而，本 發明之範圍並不限制於在此明確所述之實施例。 下文中’>"包含夕一詞不排除所示之元件或步驟之外的元件 或步驟之存在。此外，在圖式部份中，為了便於描述清楚，一些 層與區域之厚度可放大表示。料巾之侧標絲示洲或類似 之部件。在本發明之—實施例之描述中，當-it件例如-層、膜、 面板等稱作形成於另-元件〃之上，時，其可直接與另一元件相 接觸，或者其間可形成有其他層、膜、區域等。 第1圖」至「第5圖」係為本發明_實施例之_影像感測 器之製造方法之橫截面圖，「第6圖」及「第7圖」係為根據本發 明-實施例使用-雷射波長製造—微透鏡之方法之示意圖。 首先’請參閲「第1圖」，一夾層介電層形成於一半導體 基板no之上’其中半導體基板11〇之上形成有複數個光電二極 體120。夾層介電層130可形成為複數層。 7 201023386 雖然圖未示，幾個金屬圖案可更形成於光電二極體120與夾 層介電層130之間。電路及光電二極體之類型可不相同，但是本 發明之實施例之微透鏡之製造方法能夠應用於不同的影像感測 器，以使得並不限制於圖中所示之影像感測器。 然後’請參閱「第2圖」，一彩色濾光層140形成於夾層介電 層130之上’並且彩色濾光層140具有複數個與光電二極體120 相對應之彩色濾光器。 彩色濾光層140能夠包含有紅色r、綠色G、以及藍色B濾 光器’這些彩色濾光器能夠過濾每一相應波長範圍的光線，并且 能夠使用已進行塗覆、曝光以及顯影的可染色光阻劑形成。 特別地，根據本發明之一實施例，彩色濾光層14〇之各彩色 濾光器之水平長度2a、2b、以及2c可形成為具有稍後所述的一雷 射波之半波長尺寸。由於彩色濾光層14〇之上形成的微透鏡之水 平長度形成為雷射波之半波長尺寸，這樣使得便於各彩色濾光器 與各微透鏡對準。 然後，請參閱「第3圖」，一平坦化層150可形成於彩色濾光 層140之上。 平坦化層150可形成於具有彩色濾光層14〇的半導體基板ιι〇 之上，用以防止下方的裝置受到外部的濕氣滲入或重金屬之損 傷。在本發明之-實施例巾，平坦化層15G能夠由―氮化石夕層形 成0 201023386 在該影像感測器中，因為光傳輸比較重要，因此平坦化層i5〇 之厚度可選擇物止受到干^舉_言，根據本發明之一實施 例，平坦化層150可形成為具有一 1〇〇〇至6〇〇〇埃（A)之厚度用 以減少透過薄膜產生之干擾。 然後’請參閱「第4圖」’ 一形成微透鏡的光阻抗敍劑160塗 覆於平坦化層150之上。 光阻抗钱劑160之厚度可形成為相比較於稍後描述的雷射波 ❹之振幅更大。制地’為了在透過雷射祕成-駐波之區域保留 光阻抗蝕劑，光阻抗餘劑160能夠由一負性光阻抗餘劑形成，在 顯影之後負性光阻抗钱劑能夠僅保留接收光線之部份。 以下將結合「第6圖」及「第7圖」詳細描述在塗覆負性光 阻抗钮劑的狀態下，使用雷射製造微透鏡161之方法。 「第6圖」係為根據本發明一實施例使用一影像感測器（例 ©如對應於「第5圖」的方法步驟所示之裝置）之橫截面圖以解釋 微透鏡之製造方法之示意圖。「第7圖」係為根據本發明之一實施 例在執行顯影製程之後，一具有微透鏡之影像感測器之橫截面 圖。請參閱「第6圖」’在本發明之一實施例中，在負性光阻抗蚀 劑160塗覆於基板（請參閱「第5圖」之標號110)之上之後，透 過水平導引穿過晶片的光線能夠形成微透鏡。 更具體而言，為了在影像感測器中製造微透鏡161，其上塗覆 有光阻抗蝕劑160的基板排列於一反射鏡210與一雷射發生器200 9 201023386 之間。 考慮到製造的微透鏡之尺寸（水平長度）’雷射發生器2⑻設 置發射之雷射光之波長。換句話而言，雷射發生器2〇〇發射一雷 射光，該雷射光具有待製造微透鏡161的尺寸之兩倍的波長。 反射鏡210用以允許自雷射發生器200發射之雷射光在從反 射鏡210反射之後形成一駐波傳輸鏡220可更配設於塗覆有 光阻抗钱劑160的半導體基板與雷射發生器200之間。 當自雷射發生器200之雷射發射表面至反射鏡21〇的反射表❺ 面之距離為L1時，距離L1應該為所發射雷射波長之整數倍。 透過使得距離L1為所發射雷射波長之整數倍，自雷射發生器 200發射出之雷射光在反射鏡210之上反射之後能夠在光阻抗钮 劑160之中形成駐波。 當自雷射發生器200之雷射發射表面至傳輸鏡22〇之距離為 L3時’並且如果距離L3也為所發射的雷射波長之整數倍時，自 傳輸鏡220至反射鏡210的反射表面之距離L2應該為雷射波長之⑩ 整數倍，用以在光阻抗蚀劑160中形成該雷射之駐波。 換句話而言，自雷射發生器200發射之雷射光（粗線所示之 第一光線201)在通過光阻抗姓劑160之内部之後’在反射鏡21〇 的反射表面上反射（虛線所示之第二光線202)，並且然後再次發 射至光阻抗钱劑160。由此，透過具有相同波長及振幅但是反相的 第一光線與第二光線，駐波形成於光阻抗餘劑160之中。 201023386 基於當兩個具有同樣波長、振幅、以及週期的波自不同方向 行進時，波彼此重疊之原理，駐波形成於光阻抗姓劑16〇之中。 因此，在光阻抗钱劑160之中，屬於駐波的振幅範圍之區域（其 中光線通過）被硬化且透過其後執行的顯影製程能夠去除其他光 阻抗姓劑區域。 因此，在負性光阻抗钱劑中，除了駐波之振幅範圍的外部區 域不被硬化用以被去除，以使得可能形成具有雷射光之二分之一 ®的半徑尺寸（即，具有之直徑為雷射光之波長之二分之―）的微 透鏡161。 如「第7圖」所示，通過上述之方法製造的微透鏡161能夠 形成為相同之尺寸（水平長度）。同時，與微透鏡161相對應之彩 色濾光層之尺寸也形成為具有雷射光之二分之一半徑之尺寸，以 使得微透鏡適當定位於彩色濾光器（以及對應晝素）之上。 ^ 雖然光阻抗蝕劑160描述為用作形成微透鏡161的材料層， 但是本發明之實施例並不限制於此。舉例而言，如果不同種類之 材料能夠光線硬化（例如透過雷射光），則這些材料能夠使用於本 發明之實施例中。 根據本發明之一實施例，反射鏡210能夠配設為用以與光阻 抗蝕劑160之侧表面（與面對雷射光源的第一侧表面相對的第二 側表面）相接觸，並且自雷射光之發射表面至光阻抗餘劑16〇之 第二侧表面或反射鏡210的反射表面之距離能夠為雷射波長之整 11 201023386 數倍，以使得雷射光入射於光阻抗钱劑16〇之第一侧表面之上且 然後在第二侧表面上反射，由此形成駐波。 根據本發明之-實酬…反射層能夠形成於光阻抗侧16〇 之侧表面之上以代替-獨立的反射鏡。該反射層㈣為任何能夠 產生-光線反射的適合材料。因此’甚至當使用能夠產生一光線 反射的材料在光阻抗姓劑160之第二側表面上形成一反射層用 以代替反射鏡210時，光線在光阻抗钱劑16〇之第二侧表面上反 射，由此使得可能在光阻抗姓劑160中形成駐波。 g 使用本發明所建議之微透鏡之製造方法，微透鏡形成為具有 雷射光之二分之一半徑之尺寸，這樣具有透過改變雷射光之波長 能夠改變製造的微透鏡之尺寸之優點。換句話而言，相比較於習 知技術之微透鏡製造方法，本發明之微透鏡之製造方法能夠形成 更多不同尺寸的微透鏡及更加精確尺寸之微透鏡。 本發明之半導體裝置適用於寬範圍的半導體裝置技術且能夠 由不同的半導體材料製造。由於大多數現用的半導體裝置在矽基© 板中製造且本發明之最主要應用涉及矽基板，因此本說明書中討 淪的本發明之半導體裝置之較佳實施例在矽基板中實現。然而， 本發明應用於絕緣層上覆發（Siiicon 〇n XnSuiat〇r，s〇I )、鍺（Ge )、 以及其他半導體材料中也具有優點。因此，本發明並不限制於由 矽半導體材料製造之裝置’而是包含由一種或多種可用的半導體 材料及本領域技術人員可應用的技術製造之裝置，這些可應用技 12 201023386 術例如使用破璃基板上多晶矽的薄膜電晶體（Thin_Film_TransistOT， TFT)技術。 應該注意的是圖式並不按照真實比例緣製。進一步而言，有 源元件的不同部份并沒有按照比例纷製。為了清楚表示及理解本 發明，與其他尺寸有關的一些尺寸被放大表示。 此外，雖然本發明之實施例在此表示為具有不同深度及寬度 的區域之二維視圖，應該清楚理解的是這些區域僅僅為一實際三 ©維結構之裝置的一部份之圖式。因此，當製造一實際裝置時，這 些區域將具有三維’包含有長度、寬度、錢深度。而且，雖然 本發明之關於有雜置陳佳實施例進行制，但是這些說明 不傾向於對本發明之範圍或應用的限制。本發明之有源裝置并不 意圖關於所說明之物縣構。這些結構㈣將本發明之實用及 應用在較佳實施例中實現。 ❾本說明書中所提及的匕實施例，表示與該實施例有關的一 蚊特徵、結構、或娜包含於本發明之至少—個實闕中。本 說明書中不_方出現的這些觸不—定侧於同—實施例。進 一步而言’當關於任何實施例之-特定特徵、結構、或特性進行 描述時，本領域之技術人員可以將這些特定特徵、結構、或特性 應用於其他實施例。 雖然本發明之實❹m示讎之實_聽如上，然而本領 域之技術人員應當意識到在不脫離本發明所附之申請專利範圍所 13 201023386 揭示之本發明之精神和範圍的情況下，所作之更動與潤飾，均屬 本發明之專利保護範圍之内。特別是可在本說明書、圖式部份及 所附之申請專利範圍中進行構成部份與/或組合方式的不同變化 及修改。除了構成部份與/或組合方式的變化及修改外，本領域 之技術人員也應當意識到構成部份與/或組合方式的交替使用。 【圖式簡單說明】 第1圖至第5圖係為本發明一實施例之一影像感測器之製造 方法之橫截面圖；以及 ❹ 第6圖及第7圖為本發明一實施例之一微透鏡之製造方法之 示意圖。 【主要元件符號說明】 110 半導體基板 120 光電二極體 130 夾層介電層 140 彩色濾光層 150 平垣化層 160 光阪抗蝕劑 161 微透鏡 200 雷射發生器 201 第一光線 202 第二光線 14 201023386 210 220 2a、2b、2c LI ' L2 ' L3 反射鏡 傳輸鏡 水平長度 距離

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Claims (1)

1. 201023386 七、申請專利範圍： 1. 一種影像感測器之微透鏡之製造方法，係包含以下步驟： 塗覆一用以形成微透鏡的光阻抗敍劑於該影像感測器之 一基板之上； 允許雷射光在一水平方向上入射於該光阻抗姓劑之内 部，該雷射光影響該光阻抗蝕劑位於該雷射光之振幅範圍内之 部份；以及 透過硬化具有該雷射光影響部份的該光阻抗姓劑形成複0 數個微透鏡。 2. 如請求項第1項所述之影像感測器之微透鏡之製造方法，其中 允許該雷射光入射於該光阻抗蝕劑之内部包含允許該雷射光 之一駐波形成於該光阻抗餘劑之中。 3. 如請求項第1項所述之影像感測器之微透鏡之製造方法，其中 該微透鏡形成為具有該雷射光之二分之一的半徑尺寸。 4. 一種影像感測之製造方法，係包含以下步驟. 形成-夾層介電層於-半導體基板之上，該半導體基板之 上形成有複數個光電二極體； 形成一彩色濾光層於該夾層介電層之上； 塗覆一光阻抗餘劑於該彩色濾光層之上； 允許-入射於該光阻抗姓劑之内部的第一光線水平穿過 該光阻抗蝕劑，該第一光線具有一第一相位； 16 201023386 允許一入射於該光阻抗餘劑之第二光線水平穿過該光阻 抗餘劑’其巾該第二光線具有與該第_光制樣之波長但具有 一與該第一相位反相之第二相位；以及 自暴露於該第一光線及該第二光線之該光阻抗姓劑之區 域形成複數個微透鏡。 5. 如凊求項第4項騎之影像朗^之製造方法，其巾該第二光 線係為自-反射表面反射之該m該反絲面與該光阻 抗姓劑之一外侧表面相面對。 6. 如請求項第4項·之影佩_之製造方法，其中該微透鏡 之該水平長度係為該第一光線或該第二光線之二分之一半徑 之尺寸。 7·種影像感測器之製造方法，係包含以下步驟： 形成一用以形成複數個微透鏡的材料層於一影像感測器 之一基板之上；以及 透過使得光線入射於該材料層之一第一側表面，以及使得 光線能夠人射於該材料層之—第二侧表面執行該材料層之一 圖案化製程’該第二側表面與該第—侧表面相對，其中該光線 水平通過該第-侧表面與該第二侧表面之間的該材料層。 8·如請求項第7項所述之影像感測器之製造方法，其中使得光線 入射於該材料層之該第二側表面包含提供一反射表面，用以提 供與入射於該材料層之該第—侧表面的紐具有相反相位之 17 201023386 光線’由此形成—駐波於該材料層之中。 9. 如睛蝴8項所述之影減·之製造枝，其中提供續反 射表面包含提供-與該材料層之該第二侧表_接狀反射 鏡，允許人射於該第—絲面的該光線在該反概之該反射表 面之上反射。 10. 如請求項第8項所述之影像感測器之製造方法，更包含根據該 微透鏡之一期望尺寸選擇該光線之波長及振幅，該光線之該選 擇波長提供該微透鏡之直徑。

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