專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及其制造方法，更具體地，涉及一 種具有相鄰微透鏡的圖像傳感器及其制造方法，其中，相鄰微透鏡
具有不同的表面凈爭寸生(surface property )。
背景技術：
圖像傳感器是一種將光學圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導體器件。圖 像傳感器的類型包括CCD (電荷耦合器件)圖像傳感器和CMOS (互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器。
CMOS圖像傳感器是一種利用CMOS制造技術將光學圖^f象轉(zhuǎn) 換成電信號的器件。CMOS傳感器采用了一種開關方法，該開關方 法使得MOS晶體管的數(shù)量和相素數(shù)量一樣多，并用它們來順序檢 測輸出。CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器相比更易于操作， 掃描方法靈活，并且通過將圖像檢測和信號處理電路集成到單個晶 片上而減小了最終產(chǎn)品的尺寸。此外，由于CMOS圖像傳感器是使 用普遍兼容的CMOS技術來制造的，所以可以降低制造成本，并且 大幅降低了 CMOS圖像傳感器的能耗。
在圖像傳感器的制造工藝中，人們盡力去最大化感光性(photo sensitivity )。 一種方法就是優(yōu)化聚光裝置 (light condensing apparatus),例如，CMOS圖像傳感器包括檢測光的光檢測器和通 過電信號將檢測到的光處理為凄史據(jù)的邏輯電^各。光電二極管可以用
5作光4企測器。當制造具有這種結構的CMOS圖傳4企測器(CMOS image detector)時，就需要增加在整個圖像傳感器上方的光^r測器 的區(qū)域從而增加感光性。然而，由于光檢測器只能形成在邏輯電路 之外的區(qū)域，所以用作邏輯電路的區(qū)域就限制了光檢測器的區(qū)域。 因此，已經(jīng)對聚光才支術(light condensing technology )進4亍了研究， 這些聚光技術改變投射到這些區(qū)域上的光的路徑而不是改變光枱r 測器。聚光技術中的 一種就是在圖像傳感器的濾色器上方的微透 鏡。
通過參照圖1A至IE,來說明根據(jù)相關技術的具有這樣的微透 鏡的圖像傳感器及其制造方法，其中，圖1A至1E是半導體器件的 橫截面圖。如圖1A所示，例如，在半導體襯底10上形成氮化石圭月莫 基(silicon nitride film-based )保護層21,其中，半導體襯底10具 有光檢測器13,該光檢測器13包括光電二極管11和電路連接襯墊 (circuit bonding pad )。通過光刻工藝來暴露電^各連4姿^t"墊，其中， 該光刻工藝用來去除形成在電路連接襯墊上方的保護層。這里，通 過如下實施光刻工藝涂覆光刻月交并將其圖樣化；通過刻蝕去除部 分^f呆護層21;通過反應性離子刻蝕(reactive ion etching )來去除歹戔 留的光刻膠。
此后，如圖IB所示，在保護層21上方形成濾色器陣列23。 這里，濾色器陣列23是紅色濾色器R、綠色濾色器G和藍色濾色 器B的組合，其中，紅色濾色器R、綠色濾色器G和藍色濾色器B 通過涂覆、曝光和顯影光刻月交而形成，該光刻月交包括特定顏色的色 素，i者如紅色、l錄色和藍色。那么，如圖1C所示，在濾色器陣列23上方形成平坦化層25。 平坦化層25用于濾色器陣列23的階梯部分修復，微透鏡27的均 勻制造和焦距控制。這里，平坦化層25可以由諸如光刻膠，氧化 膜或者氮化膜的絕緣膜形成。
接下來，如圖1D所示，在平坦化層25的表面上方依次涂覆、 曝光和顯影光刻月交。然后，通過將光刻M^漂白、熱處理以回流光刻 月交而〗吏其成為透4竟形狀、以及石更化來形成孩i透4竟27。其后，如圖 1E所示，在微透鏡27上方保護層29。由于用作微透鏡27的光刻 月交是一種脆弱的固體(weak solid),所以，當乂人晶片切面(wafer sawing )產(chǎn)生的粒子黏附在表面上時，微透鏡27就可能破碎，因此， 使用了保護層29。這里，保護層29是在低溫下(大約180°C )USG (未摻雜硅酸鹽玻璃)的沉積，這被稱為LTO (低溫氧化)。
如上所述，在相關技術中，由圖像傳感器制造方法得到的圖像 傳感器具有間隙r以防止相鄰微透鏡27之間的橋接(bridge )現(xiàn)象。 間隙r減小了微透鏡27的填充系數(shù)(fill factor ),并且穿過那些間 隙的入射光線引起了串擾(crosstalk )。隨著器件逐漸小型化，這些 問題日益突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，更具體地， 涉及一種具相鄰微透鏡的圖像傳感器及其制造方法，其中，相鄰賴t 透鏡具有不同表面特性。本發(fā)明實施例涉及一種圖像傳感器及其制 造方法，其中，該圖像傳感器的相鄰的微透鏡具有不同的表面特性， 以從而通過形成在它們之間的排斥力來確保較寬的余量。通過在平坦化層中"i殳置階梯部分可以更寬地確保橋4妄余量，其 中，在平坦化層上形成了第一類型表面特性的孩t透鏡組所在區(qū)域和 第二類型表面特性的微透鏡組所在區(qū)域，從而在在這些區(qū)域之間保 持(keep)階梯部分。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了 一個半導體村底；形成在半 導體襯底中的光檢測器；第一組微透鏡，形成在半導體襯底上方， 并且相互隔離，第 一組孩t透4竟中的每個孩t透4竟都具有第 一表面特 性；第二組微透鏡，形成在第一組微透鏡之間，第二組微透鏡中的 每一個微透鏡都具有第二表面特性。
這里，圖像傳感器可以進一步包括形成在半導體襯底上方、第 一和第二組;徵透4竟下方的平坦化層，其中，平坦化層具有相應于形
成第 一組孩i透4竟的區(qū)域的階梯部分和相應于形成第二組-微透4竟的 區(qū)i或的階沖弟部分。
第 一表面特性可以是親水的，而第二表面特性可以是疏水的。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種圖像傳感器的制造方法， 該方法可以包括在具有光檢測器和濾色器陣列的半導體襯底上方 形成第 一組樣t透4竟，該第 一組樣t透鏡以特定距離《皮此隔離并具有第 二表面特性；通過在第一組微透鏡上實施一種處理，將第二表面特 性變?yōu)榈谝槐砻嫣匦?；在第一組微透鏡之間形成第二組微透鏡，第 二組微透鏡具有第二表面特性。
這里，所述將第二表面特性變?yōu)榈谝槐砻嫣匦钥梢园▽⒌谝?組微透鏡暴露在氧等離子體中。形成第一組微透鏡可以包括在半導 體襯底上方形成平坦化層，以及在平坦化層上方形成第 一組孩史透鏡。當通過刻蝕第 一組孩t透4竟和將要形成第二組;微透4竟的平坦4匕層 的區(qū)域來在平坦化層上方形成階梯部分時，可以實施將第二表面凈寺 性變?yōu)榈谝槐砻嫣匦浴５谝槐砻嫣匦钥梢允怯H水的，第二表面特性
可以是發(fā)u7K的。
才艮據(jù)本發(fā)明的這些方面，相鄰孩i透鏡具有不同的表面特性以在 其間產(chǎn)生排斥力，從而確保大的橋接余量。此外，形成在第一表面
特性孩i透鏡組所在區(qū)域和第二表面特性微透鏡組所在區(qū)域下方的 平坦化層在相應于上述區(qū)域的區(qū)域中具有階梯部分，從而確保了4交 大的橋接余量。
此外，通過實現(xiàn)零間隙提高了孩i透鏡的填充系數(shù)，在零間隙中， 微透鏡之間沒有間隙。由于零間隙的實現(xiàn)使得干涉效應(interference effect)減小，從而減小了噪音。通過提高填充系數(shù)，可以提高圖傳^ 傳感器的靈敏度，特別是綠色靈敏度(green sensitivity )。


上文所述以及本發(fā)明的其他目的和特4正通過以下結合附圖對 優(yōu)選實施方式的描將變得顯而易見，其中
圖1A至1E是用來說明相關的圖像傳感器制造方法的半導體器 件的橫截面圖2是通過使用根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器制造方法而形 成的圖像傳感器的橫截面圖；以及
9圖3A至3F是用來說明根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的制造 方法的半導體器件的橫截面圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照形成本申i青一部分的附圖來詳細描述本發(fā)明。
圖2是通過使用根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器制造方法而形 成的圖像傳感器的橫截面圖。參照圖2,本發(fā)明實施例的圖像傳感 可以包4舌半導體^H"底100，具有光才僉測器104和濾色器陣列108; 平坦化層110,具有階梯部分，其中，階梯部分相應于可以形成第 一組微透鏡112的區(qū)域和可以形成第二組微透鏡116的區(qū)域；第一 組微透鏡112和第二組微透鏡116。第一組樣i透鏡112有親水性表 面特性，而第二組孩i透銷116有疏水性表面特性。此外，參考標號 102指的是形成光檢測器104的光電二極管，參考標號118是保護 膜。
可以通過參照以下描述的才艮據(jù)本發(fā)明實施例的制造方法來理 解圖像傳感器的結構。圖3A至3F是用來說明4艮據(jù)本發(fā)明實施例的 圖像傳感器制造方法的半導體器件的橫截面圖。
如圖3A所示，可以在半導體村底100上方形成氮化珪膜基l呆 護層106，其中，半導體4于底100具有光4企測器104，光4企測器104 包括光電二極管102和至少一個電路連接襯墊。可以通過實施光刻 工藝以去除形成在電路連接襯墊上方的保護層106來暴露電路連接 襯墊。在光刻工藝中，首先涂覆光刻膠并將其圖樣化。通過刻蝕去 除部分^f呆護層106,殘留的光刻"交通過反應性刻蝕來去除。如圖3B所示，可以在〗呆護層106上方形成濾色器陣列108。 濾色器陣列108可以是紅色濾色器R、綠色濾色器G和藍色濾色器 B的組合，其中，紅色濾色器R、綠色濾色器G和藍色濾色器B通 過涂覆、曝光和顯影光刻膠而形成，該光刻膠包括特定顏色的色素， 諸如紅色、綠色和藍色。
如圖3C所示，可以在濾色器陣列108上形成平坦化層110。平 坦化層110可以用于濾色器陣列108的階梯部分修復，微透鏡112 和116的均勻制造和焦距控制，這將參照圖3F隨后進4亍描述，此 處可以省略。平坦化層110可以由諸如光刻膠、氧化膜或者氮化膜 的絕緣膜形成。
如圖3D所示，第一組;微透4竟112是一組孩史透4竟，該組樣吏透4竟 中的每個微透鏡都是根據(jù)圖像傳感器的設計，每隔一個選擇形成在 平坦化層110上方的透鏡。為了形成第一組微透鏡112，可以在平 坦化層110的表面上方涂覆光刻"交。然后，可以曝光、顯影和漂白 該光刻"交。4吏用熱處理，可以回流該光刻"交以形成透4免形狀，然后 將其硬化以形成第一組微透鏡112。這里，第一組微透鏡112的表 面特性具有疏水性，該疏水性具有4氐的潤濕性(water affinity )。
如圖3E所示，通過對透4竟的表面進4亍處理，第一組微透4竟的 表面特性可以/人疏水性變?yōu)橛H水性，或者換句話i兌變?yōu)榫哂懈叩臐?濕性。這里，如果可以將第一組微透鏡112暴露在氧等離子體中， 第一組-微透4竟112的表面就可以乂人疏水性變?yōu)橛H水性。
根據(jù)圖像傳感器的設計，通過從將要形成在平坦化層110上方 的所有透鏡中排除第一組微透鏡112，可以將所有的剩余微透鏡限定為第二組;微透鏡116。 #4居本發(fā)明實施例，當已經(jīng)改變了第一微: 透鏡112的表面特性時，第二組微透鏡116可以具有在在第一組微: 透鏡112和第二組4敬透鏡116之間的階梯部分114。通過這個，可 以確保寬的余量以防止微透鏡之間的橋接效應。
為了實現(xiàn)這個，當?shù)谝唤M孩i透4竟112的表面特性由疏水性變?yōu)?親水性時，可以通過在第一組-微透4竟112上和平坦化層110的多個 區(qū)域上實施反應性離子刻蝕來形成平坦化層110的階梯部分114， 其中，第二組微透鏡116將在平坦化層110的所述多個區(qū)域上方形 成。
如圖3F所示，為了形成第二組微透鏡116,可以在平坦化層 110的表面上方涂覆光刻膠。然后，可以將該光刻膠曝光，顯影和 漂白。然后，可以通過熱處理將其回流以形成透4竟形狀。然后將光 刻膠硬化以形成第二組微透鏡116。這里，第二組微透鏡116的表
面特性具有疏水性，而不同于^^皮變?yōu)榫哂杏H水性的第 一組;微透銷:
112。
因此，在第一組孩t透鏡112和第二組微透鏡116之間產(chǎn)生了排 斥力(r印ulsive force )，由此可以防止相鄰《鼓透4竟之間的橋接效應。 此外，階梯部分114確保了微透鏡之間一個較寬的余量，從而進一 步的防止了橋接效應。因此，從圖1E和圖3F可以看出，在相關才支 術中樣t透鏡之間存在間隙r,而在本發(fā)明實施中實現(xiàn)了微透鏡之間 的零間隙。
接下來，在樣i透鏡組112和116上方形成保護層118。形成保 護層118是由于用來形成孩t透4竟112和116的光刻月交是一種脆弱的固體，當從晶片切面產(chǎn)生的粒子黏附在透鏡的表面時，微透鏡組112 和116可能破碎。這里，可以在低溫下通過沉積二氧化硅(Si02) 來形成保護層118。因為氧化膜在^f氐溫下沉積，所以，如在相關才支 術中，二氧化硅也可以被稱為LTO (低溫氧化物)。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例凈爭別i也示出和描述了本 發(fā)明，但對本領域的技術人員來說可以理解的是，在不脫離本發(fā)明 的范圍內(nèi)可以作各種形式上和細節(jié)上的^f奮改。
權利要求
1.一種裝置，包括半導體襯底；光檢測器，形成在所述半導體襯底中；第一組微透鏡，形成在所述半導體襯底上方并彼此隔離，所述第一組微透鏡中的每個透鏡具有第一表面特性；以及第二組微透鏡，形成在所述第一組微透鏡之間，所述第二組微透鏡中的每個微透鏡具有第二表面特性。
2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，包括平坦化層，形成在所述半導體襯底上方、所述第一和第 二組孩t透4竟之下，其中，所述平坦化層具有相應于形成所述第 一組纟效透4竟的區(qū)域的階梯部分，和相應于形成所述第二組樣史透 鏡的區(qū)域的階梯部分。
3. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中，所述平坦化層是由光刻膠、 氧化膜和氮化膜之一制成的絕緣膜。
4. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一表面特性為親水 的，而所述第二表面特性為疏水的。
5. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，包括在所述第一和第二組透鏡上 方的〗呆護層。
6. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，包括形成在所述半導體襯底上 方、所述第一和第二組微透鏡之下的濾色器陣列。
7. 根據(jù)權利要求6所述的裝置，包括形成在所述半導體襯底上 方、所述濾色器陣列之下的保護層。
8. —種方法，包4舌一組孩t透4竟，所述第 一組《效透4竟以特定i 巨離4皮此隔離并具有第 二表面特性；通過在所述第 一組微透鏡上實施處理，將所述第二表面特 性變?yōu)榈谝槐砻嫣匦裕灰约霸谒龅谝唤M」微透4竟之間形成第二組樣i透4竟，所述第二組 微透鏡有第二表面特性。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述將所述第二表面特性 變?yōu)樗龅?一表面特性包括將所述第 一組樣t透鏡暴露在氧等 離子體中。
10. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，形成所述第一組微透鏡包 括在半導體襯底上方形成平坦化層以及在所述平坦化層上方 形成所述第 一組-微透鏡。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述平坦化層是由光刻 膠、氧化膜和氮化膜之一制成的絕緣膜。
12. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，當通過刻蝕所述第一組微 透鏡和將要形成所述第二組孩史透鏡的所述平坦化層的區(qū)域來在所述平坦化層上方形成階梯部分時，實施所述的將所述第二 表面特性變?yōu)樗龅谝槐砻嫣匦浴?br> 13. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述第一表面特性是親水 的，而所述第二表面特性是疏水的。
14. 根據(jù)權利要求8所述的方法，進一步包括在所述第一組微透鏡 和所述第二組孩i透4竟上方形成l呆護層。 '
全文摘要
由于具有不同表面特性的相鄰微透鏡之間存在著排斥力，所以圖像傳感器具有大的橋接余量。由于具有在兩個區(qū)域之間的階梯部分的結構，所以圖像傳感器具有較大的橋接余量，其中，該階梯部分的結構在兩個區(qū)域之下的平坦化層上方，第一和第二組微透鏡形成在這兩個區(qū)域。因此，實現(xiàn)了零間隙，即，在微透鏡之間不存在間隙，微透鏡的填充系數(shù)被最大化。通過零間隙的實現(xiàn)，減少了干涉效應，噪聲減少了，填充系數(shù)提高了，因此提高了圖像傳感器的靈敏度，特別提高了綠色靈敏度。
文檔編號H01L27/146GK101667585SQ20091017165
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月2日 優(yōu)先權日2008年9月4日
發(fā)明者樸珍皞 申請人:東部高科股份有限公司