專(zhuān)利名稱(chēng)：影像感測(cè)器微透鏡組、影像感測(cè)器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于影像感測(cè)器組件、影像感測(cè)器及其制造方法，特別是一種影像感測(cè)器微透鏡組、影像感測(cè)器及其制造方法。
光二極體系設(shè)置在半導(dǎo)體矽基底內(nèi)，作為感測(cè)區(qū)(sensor area)，以感沿不同色彩的光。
彩色濾光片設(shè)置于光二極體上方。當(dāng)入射光通彩色濾光片后，會(huì)被過(guò)濾分成紅(R)、綠(G)及藍(lán)(B)三種原色光。然后再被對(duì)應(yīng)的光極體吸收及感測(cè)。
微透鏡則放置于彩色濾光片的上面，藉以增加光學(xué)靈敏度。
如

圖1所示，傳統(tǒng)固態(tài)影像裝置的微透鏡制造方法包括如下步驟首先在半導(dǎo)體矽基體100中形成光二極體102，而每一個(gè)光二極體102均有其對(duì)應(yīng)的用以讀取影像資料的電晶體；然后，進(jìn)行內(nèi)連線結(jié)構(gòu)制程，以形成所需的導(dǎo)線104；待內(nèi)連線結(jié)構(gòu)106完成后，覆蓋一層保護(hù)層108和透明且平坦化的第一氧化層110；接著于平坦化的第一氧化層110上形成彩色濾光片112；繼續(xù)于彩色濾光片112的上方形成另一層透明且平坦的第二氧化層114；然后在第二氧化層114上覆蓋光阻層，藉由顯影制程(developingprocess)將其圖案化后，進(jìn)行熱處理，以將圖案化的光阻層完全融化，利用其本身的表面張力，以形成微透鏡116。
然而，隨著目前提高影像解析度的趨勢(shì)，勢(shì)必提高像素(pixel)密度，因此必須縮小每一像素的面積。然而，如圖2所示，當(dāng)像素的積集度提高后，必須增加內(nèi)連線結(jié)構(gòu)106的層數(shù)以滿(mǎn)足其電路設(shè)計(jì)的要求，故微透鏡116與光二極體102的距離亦隨之增加。若不改變微透鏡116的曲率半徑，則入射光線會(huì)聚焦在光二極體102的上方，造成成像效率及感光效率差。因此，如圖3所示，必須增加微透鏡116的聚焦長(zhǎng)度，使入射光線經(jīng)由空氣進(jìn)入微透鏡116后，可以聚焦在光二極體102的區(qū)域內(nèi)。而提高微透鏡116聚焦長(zhǎng)度的方法為增加微透鏡116的曲率半徑(即降低曲率)。但是，當(dāng)微透鏡116的曲率降低時(shí)，會(huì)影響光線的入射量，使得光二極體102區(qū)域的光敏感度(photosensitivity)降低，反而影響影像的解析度。
本發(fā)明影像感測(cè)器微透鏡組包括彩色濾光片、設(shè)置于彩色濾光片上用以聚集入射光的微凸透鏡、設(shè)置于彩色濾光片下的第一介電層、設(shè)置于第一介電層下微凹透鏡；第一介電層與彩色濾光片接觸的頂表面為平面，其底表面為曲率與微凹透鏡曲率相同并接觸的凸面。
本發(fā)明影像感測(cè)器包括基底、形成于基底上的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)、設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)上的微透鏡組及設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)下并形成于基底內(nèi)的光二極體；微透鏡組包括彩色濾光片、設(shè)置于彩色濾光片上用以聚集入射光的微凸透鏡、設(shè)置于彩色濾光片下的第一介電層、設(shè)置于第一介電層下微凹透鏡；第一介電層與彩色濾光片接觸的頂表面為平面，其底表面為曲率與微凹透鏡曲率相同并接觸的凸面。
本發(fā)明影像感測(cè)器制造方法包括提供形成光二極體的基底；于基底上形成多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)；在多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)上形成保護(hù)層；于保護(hù)層上形成定義罩幕層的光阻圖案層，于光阻圖案層中形成對(duì)應(yīng)于光二極體的開(kāi)口；以定義罩幕層的光阻圖案層作為蝕刻罩幕對(duì)保護(hù)層進(jìn)行等向性蝕刻，以于保護(hù)層中形成作為對(duì)應(yīng)于光二極體具有弧形凹槽微凹透鏡；移除罩幕層；于微凹透鏡上形成一層具有平坦表面的第一介電層；于第一介電層上形成彩色濾光片，并于彩色濾光片上形成微凸透鏡。
其中微凸透鏡與彩色濾光片之間設(shè)有與微凸透鏡與彩色濾光片接觸的第三介電層。
微凸透鏡、第三介電層、彩色濾光片及第一介電層的折射率大于空氣的折射率，并且小于微凹透鏡的折射率。
第一介電層的材質(zhì)為氧化矽；微凹透鏡的材質(zhì)為氮化矽/氮氧化矽。
微凸透鏡與彩色濾光片之間設(shè)有與微凸透鏡與彩色濾光片接觸的第三介電層。
微凸透鏡、第三介電層、彩色濾光片及第一介電層的折射率大于空氣的折射率，并且小于微凹透鏡的折射率；第一介電層的材質(zhì)為氧化矽；微凹透鏡的材質(zhì)為氮化矽/氮氧化矽。
影像感測(cè)器制造方法還包括于彩色濾光片表面與微凸透鏡之間形成與微凸透鏡及彩色濾光片接觸的第三介電層。
第一介電層的材質(zhì)為氧化矽；微凹透鏡的材質(zhì)為氮化矽/氮氧化矽。
由于本發(fā)明微透鏡組包括彩色濾光片、設(shè)置于彩色濾光片上的微凸透鏡及依序設(shè)置于彩色濾光片下的第一介電層及微凹透鏡；第一介電層頂、底表面為與彩色濾光片接觸的平面及曲率與微凹透鏡曲率相同并接觸的凸面；影像感測(cè)器包括基底、形成于基底上的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)、設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)上的微透鏡組及設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)下并形成于基底內(nèi)的光二極體；微透鏡組包括彩色濾光片、設(shè)置于彩色濾光片上的微凸透鏡及依序設(shè)置于彩色濾光片下的第一介電層及微凹透鏡；第一介電層頂、底表面為與彩色濾光片接觸的平面及曲率與微凹透鏡曲率相同并接觸的凸面；制造方法包括提供形成光二極體的基底；形成多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)；形成保護(hù)層；形成具有開(kāi)口的光阻圖案層；對(duì)保護(hù)層進(jìn)行等向性蝕刻，以形成微凹透鏡；移除罩幕層；于微凹透鏡上形成第一介電層；于第一介電層上形成彩色濾光片，并于彩色濾光片上形成微凸透鏡。于微凸透鏡下方增加微凹透鏡構(gòu)成的微透鏡組，使入射光線經(jīng)此微透鏡組后成平行光，因此，不論作為感光區(qū)的光二極體與微透鏡組之間的距離為何，均不會(huì)發(fā)生成像困難的問(wèn)題；制造方法系于傳統(tǒng)內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的最上層形成介電層后，增加形成為罩幕層的保護(hù)層、濕蝕刻及移除罩幕層等步驟后，再繼續(xù)進(jìn)行傳統(tǒng)的制程；且在形成微凹透鏡的過(guò)程中所使用的光罩系與形成作為感光區(qū)的光二極體光罩相同，因此，其微透鏡組的制程并不需增加額外的光罩因此制程相當(dāng)簡(jiǎn)單，極容易與目前的制程相容；影像感測(cè)器并未改變微凸透鏡的曲率半徑，故可使入射光線的進(jìn)光量能維持在較佳狀態(tài)。不僅提高影像解析度，而且成像感光效率高、確保光二極體區(qū)域光敏感度，從而達(dá)到本發(fā)明的目的。
圖2、為傳統(tǒng)的固態(tài)影像裝置結(jié)構(gòu)示意剖視圖(內(nèi)連線結(jié)構(gòu)層數(shù)增加、微透鏡曲率半徑不變時(shí))。
圖3、為傳統(tǒng)的固態(tài)影像裝置結(jié)構(gòu)示意剖視圖(內(nèi)連線結(jié)構(gòu)層數(shù)增加、微透鏡曲率半徑增加時(shí))。
圖4、為本發(fā)明影像感測(cè)器制造方法步驟一示意圖。
圖5、為本發(fā)明影像感測(cè)器制造方法步驟二示意圖。
圖6、為本發(fā)明影像感測(cè)器制造方法步驟三示意圖。
圖7、為本發(fā)明影像感測(cè)器制造方法步驟四示意圖。
如圖7所示，本發(fā)明影像感測(cè)器微透鏡組包括彩色濾光片424、設(shè)置于彩色濾光片424上用以聚集入射光的微凸透鏡428、設(shè)置于彩色濾光片424下的微凹透鏡418、設(shè)置于微凸透鏡428與彩色濾光片424之間的第三介電層426及設(shè)置于微凹透鏡418與彩色濾光片424之間的第一介電層420。
微凹透鏡418系為設(shè)有弧形凹槽416的介電層408a。微凹透鏡418的材質(zhì)可為氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiON)。
第一介電層420與彩色濾光片424接觸的頂表面為平面，其底表面為曲率與微凹透鏡418曲率相同并接觸的凸面。
微凸透鏡428、第三介電層426、彩色濾光片424及第一介電層420的折射率大致相同，且大于空氣的折射率，并且小于微凹透鏡418的折射率。通常微凸透鏡428、第三介電層426、彩色濾光片424及第一介電層420的折射率大約介于1.2至1.6之間；微凹透鏡418的折射率大約介于1.8至2.2之間。
如圖7所示，本發(fā)明影像感測(cè)器包括基底400、形成于基底上的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404、設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404上的微透鏡組及設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404下并形成于基底400內(nèi)的光二極體402。
多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404置于具有光二極體402的基座400上。此多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404具有視需要調(diào)整的多層，如六層由材質(zhì)可為氧化矽介電層409作電性隔離的導(dǎo)線407。
微透鏡組包括彩色濾光片424、設(shè)置于彩色濾光片424上用以聚集入射光的微凸透鏡428、設(shè)置于彩色濾光片424下的微凹透鏡418、設(shè)置于微凸透鏡428與彩色濾光片424之間的第三介電層426及設(shè)置于微凹透鏡418與彩色濾光片424之間的第一介電層420。
微凹透鏡418系為設(shè)有弧形凹槽416的介電層408a。微凹透鏡418的材質(zhì)可為氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiON)。
第一介電層420與彩色濾光片424接觸的頂表面為平面，其底表面為曲率與微凹透鏡418曲率相同并接觸的凸面。
微凸透鏡428、第三介電層426、彩色濾光片424及第一介電層420的折射率大致相同，且大于空氣的折射率，并且小于微凹透鏡418的折射率。通常微凸透鏡428、第三介電層426、彩色濾光片424及第一介電層420的折射率大約介于1.2至1.6之間；微凹透鏡418的折射率大約介于1.8至2.2之間。
本發(fā)明影像感測(cè)器制造方法包括如下步驟步驟一如圖4所示，首先提供為矽基底的基底400，并于基底400中形成作為感光區(qū)的光二極體402；每一個(gè)光二極體402均有其對(duì)應(yīng)的用以讀取感測(cè)區(qū)所產(chǎn)生的電荷資料的電晶體，以藉由一系列電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成影像資料；于光二極體402電晶體上方覆蓋一層透明且平坦化的介電層406；于基底400上形成多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404，此多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404具有視需要調(diào)整的多層，如六層由材質(zhì)可為氧化矽介電層409作電性隔離的導(dǎo)線407；多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404上方覆蓋一層材質(zhì)為氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiON)介電層的保護(hù)層408；于保護(hù)層408上形成一層為不同材質(zhì)，如氧化矽(SiO)的介電層410，并于介電層410上形成一層定義罩幕層的光阻圖案層412，于光阻圖案層412中形成對(duì)應(yīng)于光二極體402的開(kāi)口414，并利用與形成感光區(qū)相同的光罩，而無(wú)須額外制備光罩；步驟二如圖5所示，以定義罩幕層的光阻圖案層412的圖案轉(zhuǎn)移至介電層410中，以形成具有開(kāi)口414的介電層410a，并移除光阻圖案層412；以介電層410a作為蝕刻罩幕對(duì)保護(hù)層408進(jìn)行等向性蝕刻，以于保護(hù)層408中形成作為對(duì)應(yīng)于光二極體402具有弧形凹槽416的介電層408a以構(gòu)成微凹透鏡418，并移除介電層410a；微凹透鏡418的折射率大約介于1.8至2.2之間；當(dāng)為介電層的保護(hù)層408的材質(zhì)為氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiON)時(shí)，等向蝕刻所使用的蝕刻液為磷酸；步驟三如圖6所示，于微凹透鏡418上形成一層具有平坦表面422的第一介電層420，而于靠近微凹透鏡418的表面則為凸面416；第一介電層420為折射率上于微凹透鏡418折射率的材質(zhì)，如氧化矽(SiO)；步驟四如圖7所示，于第一介電層420上形成彩色濾光片424，并于彩色濾光片424上形成微凸透鏡428；彩色濾光片424會(huì)形成不平坦表面，因此于彩色濾光片424表面與微凸透鏡428之間形成一層材質(zhì)與微凸透鏡428及彩色濾光片424接觸為氧化矽(SiO)的透明且平坦化的第三介電層426。
凸透鏡428、第三介電層426、彩色濾光片424及第一介電層420的折射率大致相同，且大于空氣的折射率，并且小于微凹透鏡418的折射率。通常微凸透鏡428、第三介電層426、彩色濾光片424及第一介電層420的折射率大約介于1.2至1.6之間。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明影像感測(cè)器藉由于微凸透鏡428下方增加微凹透鏡418構(gòu)成的微透鏡組，使入射光線經(jīng)此微透鏡組后成平行光，因此，不論作為感光區(qū)的光二極體402與微透鏡組之間的距離為何，均不會(huì)發(fā)生成像困難的問(wèn)題。
2、本發(fā)明影像感測(cè)器制造方法系于傳統(tǒng)內(nèi)連線結(jié)構(gòu)404的最上層形成介電層410后，增加形成為罩幕層的保護(hù)層、濕蝕刻及移除罩幕層等步驟后，再繼續(xù)進(jìn)行傳統(tǒng)的制程。因此制程相當(dāng)簡(jiǎn)單，極容易與目前的制程相容。
3、由于本發(fā)明影像感測(cè)器并未改變微凸透鏡的曲率半徑，故可使入射光線的進(jìn)光量能維持在較佳狀態(tài)。
4、本發(fā)明影像感測(cè)器制造方法在形成微凹透鏡的過(guò)程中所使用的光罩系與形成作為感光區(qū)的光二極體光罩相同，因此，其微透鏡組的制程并不需增加額外的光罩。
即本發(fā)明藉包括彩色濾光片及設(shè)置于彩色濾光片上、下的微凸透鏡、微凹透鏡，使光線入射至微凸透鏡聚集后，再經(jīng)由凹透鏡聚焦的光線略為發(fā)散而成平行光入射至作為感光區(qū)的光二極體，因此，不論內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的層數(shù)增加或減少，入射的光線均可以入射至感光區(qū)，不僅增加了聚焦長(zhǎng)度，而且維持入射光量，不會(huì)影響影像的解析度。
權(quán)利要求
1.一種影像感測(cè)器微透鏡組，它包括彩色濾光片、設(shè)置于彩色濾光片上用以聚集入射光的微凸透鏡及設(shè)置于彩色濾光片下的第一介電層；其特征在于所述的第一介電層下設(shè)有微凹透鏡；第一介電層與彩色濾光片接觸的頂表面為平面，其底表面為曲率與微凹透鏡曲率相同并接觸的凸面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)器微透鏡組，其特征在于所述的微凸透鏡與彩色濾光片之間設(shè)有與微凸透鏡與彩色濾光片接觸的第三介電層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的影像感測(cè)器微透鏡組，其特征在于所述的微凸透鏡、第三介電層、彩色濾光片及第一介電層的折射率大于空氣的折射率，并且小于微凹透鏡的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)器微透鏡組，其特征在于所述的第一介電層的材質(zhì)為氧化矽；微凹透鏡的材質(zhì)為氮化矽/氮氧化矽。
5.一種影像感測(cè)器，它包括基底、形成于基底上的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)、設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)上的微透鏡組及設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)下并形成于基底內(nèi)的光二極體；微透鏡組包括彩色濾光片、設(shè)置于彩色濾光片上用以聚集入射光的微凸透鏡及設(shè)置于彩色濾光片下的第一介電層；其特征在于所述的第一介電層下設(shè)有微凹透鏡；第一介電層與彩色濾光片接觸的頂表面為平面，其底表面為曲率與微凹透鏡曲率相同并接觸的凸面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的影像感測(cè)器，其特征在于所述的微凸透鏡與彩色濾光片之間設(shè)有與微凸透鏡與彩色濾光片接觸的第三介電層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的影像感測(cè)器，其特征在于所述的微凸透鏡、第三介電層、彩色濾光片及第一介電層的折射率大于空氣的折射率，并且小于微凹透鏡的折射率；第一介電層的材質(zhì)為氧化矽；微凹透鏡的材質(zhì)為氮化矽/氮氧化矽。
8.一種影像感測(cè)器制造方法，它包括提供形成光二極體的基底；于基底上形成多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)；其特征在于它還包括在多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)上形成保護(hù)層；于保護(hù)層上形成定義罩幕層的光阻圖案層，于光阻圖案層中形成對(duì)應(yīng)于光二極體的開(kāi)口；以定義罩幕層的光阻圖案層作為蝕刻罩幕對(duì)保護(hù)層進(jìn)行等向性蝕刻，以于保護(hù)層中形成作為對(duì)應(yīng)于光二極體具有弧形凹槽微凹透鏡；并移除罩幕層；于微凹透鏡上形成一層具有平坦表面的第一介電層；于第一介電層上形成彩色濾光片，并于彩色濾光片上形成微凸透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的影像感測(cè)器制造方法，其特征在于它還包括于彩色濾光片表面與微凸透鏡之間形成與微凸透鏡及彩色濾光片接觸的第三介電層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的影像感測(cè)器制造方法，其特征在于所述的第一介電層的材質(zhì)為氧化矽；微凹透鏡的材質(zhì)為氮化矽/氮氧化矽。
全文摘要
一種影像感測(cè)器微透鏡組、影像感測(cè)器及其制造方法。為提供一種提高影像解析度、成像感光效率高、確保光二極體區(qū)域光敏感度的影像感測(cè)器組件、影像感測(cè)器及其制造方法，提出本發(fā)明，微透鏡組包括彩色濾光片、微凸透鏡及第一介電層及微凹透鏡；第一介電層頂、底表面為與彩色濾光片接觸的平面及曲率與微凹透鏡曲率相同并接觸的凸面；影像感測(cè)器包括基底、形成于基底上的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)、設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)上的微透鏡組及設(shè)置于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)下并形成于基底內(nèi)的光二極體；制造方法包括提供形成光二極體的基底、多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)、保護(hù)層、具有開(kāi)口的光阻圖案層、蝕刻保護(hù)層形成微凹透鏡、移除罩幕層后依序形成第一介電層、彩色濾光片及微凸透鏡。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1472818SQ0212745
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2002年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月1日
發(fā)明者楊敦年, 伍壽國(guó) 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司