專利名稱：圖像傳感器的微透鏡的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種圖像傳感器的微透鏡的制造 方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子器件。圖像傳感器通常
分為兩類電荷耦合器件(Charge Coupled Device,以下簡(jiǎn)稱CCD)型和互補(bǔ)型 金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)型。這兩種圖像傳感器的感光區(qū)都是由感光基本單 元——像素(pixel)構(gòu)成的陣列。其中每一個(gè)像素至少包含一個(gè)光電二極管， 該光電二極管是用來(lái)接收?qǐng)D像的光信號(hào)。但二極管在一個(gè)像素中所占的比例有 限，例如CMOS圖像傳感器的像素是由一個(gè)感光二極管和3 5個(gè)MOS晶體管構(gòu) 成。如圖1所示，對(duì)于4ixm尺寸的像素，二極管僅占40%左右的面積。為了獲得 最大光信號(hào)，現(xiàn)有技術(shù)是在每一個(gè)光電二極管103上方增設(shè)一個(gè)微透鏡112。該 微透鏡的曲率、折射率、透鏡到二極管之間的距離和材料折射率預(yù)先設(shè)計(jì)好， 以使射入到像素范圍內(nèi)的可見(jiàn)光所示的通過(guò)微透鏡的折射全部聚集在感光二極 管所在的區(qū)域。如圖1所示，101單晶P型硅襯底、102淺溝槽隔離區(qū)、103感光二 極管N極，104像素晶體管柵極，105、 107、 109為絕緣介質(zhì)，106、 108、 IIO為 互聯(lián)金屬，lll為絕緣介質(zhì)(包括鈍化層或?yàn)V光層)，112為微透鏡。
現(xiàn)有的微透鏡112是采用光刻膠或聚合物制成，例如硅膠光阻、鐵氟龍、聚 氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丁醛樹(shù)脂、乙酸乙二醇丁醚酯、聚甲基丙烯酸甲酯。 這些材料具有低熱變形溫度，上述這些材料的變形溫度約在100'C至250'C之間。 現(xiàn)有的微透鏡制造方法為-
步驟l、在完成圖像傳感器最上層金屬間介質(zhì)的平坦化后，在微透鏡區(qū)域沉 積用于制造微透鏡的材料，材料為上述的光刻膠或聚合物；
步驟2、如圖lb所示，將制造微透鏡的材料層蝕刻成預(yù)定的圖形112a;
步驟2、在高于該材料熱變形溫度的溫度下進(jìn)行熱處理，材料受到本身應(yīng)力
的作用，形成如圖lc所示的一定曲率的凸透鏡112。
由有上述分析可以很明顯的看出，采用現(xiàn)有技術(shù)的方法制造出來(lái)的微透鏡 的低溫變形溫度使其不適用于溫度較高的環(huán)境的缺點(diǎn)。例如汽車用監(jiān)視器或路 燈監(jiān)視器，經(jīng)常在日曬環(huán)境中工作，隨著溫度升高會(huì)使微透鏡材料變形，導(dǎo)致 傳感器圖像質(zhì)量變差。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提出一種圖像傳感器 的微透鏡的制造方法，能夠制造出較現(xiàn)有產(chǎn)品受溫度較小的圖像傳感器的微透 鏡。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種圖像傳感器的微透鏡的制造方法，
包括
步驟l 、使用電介質(zhì)材料在微透鏡區(qū)域沉積電介質(zhì)層;所述電介質(zhì)材料為Si02 和域SiOxNy和/或Si3N4和/或氟硅玻璃和域碳摻雜的氧化硅和/或氮摻雜的碳化 硅和/或多孔Si02;
步驟2、將電介質(zhì)層制成預(yù)設(shè)圖案并將電介質(zhì)層邊緣制成為彎曲形狀。 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟l具體為
步驟ll、采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法或原子層化學(xué)氣相淀積法或高密 度等離子化學(xué)氣相淀積法，在微透鏡區(qū)沉積第一電介質(zhì)層。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟2具體為
步驟21 、通過(guò)光刻和/或蝕刻將第一 電介質(zhì)層制成預(yù)設(shè)圖案；
步驟22、利用高密度等離子化學(xué)氣相淀積法在第一電介質(zhì)層表面再沉積第
二電介質(zhì)層，并在沉積時(shí)增加等離子體能量以使制成預(yù)設(shè)圖案的第一電介質(zhì)層 的邊緣形成彎曲形狀。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟2具體為
步驟21a、通過(guò)光刻和/或蝕刻將第一電介質(zhì)層制成預(yù)設(shè)圖案；
步驟22a、利用反應(yīng)離子蝕刻法或濕法蝕刻法使制成預(yù)設(shè)圖案的第一電介質(zhì) 層的邊緣形成彎曲形狀；
步驟23a、在第一電介質(zhì)層的表面淀積第二電介質(zhì)層。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，用于制造所述第二電介質(zhì)層的電介質(zhì)材料與用 于制造所述第一 電介質(zhì)層的電介質(zhì)材料相同。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟2還包括
通過(guò)回蝕刻時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)蝕刻各向同性和各向異性的蝕刻比例，對(duì)電介質(zhì)層 邊緣的彎曲形狀進(jìn)行微調(diào)。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟l具體為
步驟lla、在微透鏡區(qū)沉積一電介質(zhì)層；
步驟12a、使光刻膠在曝光后加熱回流，在所述電介質(zhì)層表面形成與所需微 透鏡形狀相同的光刻膠層。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟2具體為
采用光刻法對(duì)所述電介質(zhì)層進(jìn)行蝕刻。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟l具體為
使用電介質(zhì)材料在微透鏡區(qū)域利用沉積電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層為鈍化層; 所述電介質(zhì)材料為SiC^Ny或Si3N4 。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述電介質(zhì)的材料與最上層金屬間介質(zhì)的材料 相同。
本發(fā)明提出了一種圖像傳感器的微透鏡的制造方法。現(xiàn)有的微透鏡是采用 對(duì)微透鏡的材料進(jìn)行熱處理以使材料受到本身應(yīng)力的作用形成一定曲率，這樣 在當(dāng)圖像傳感器工作在溫度較高的環(huán)境時(shí)就會(huì)造成微透鏡變形而引起圖像質(zhì)量 變差。本發(fā)明提出的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，采用制造集成電路常用 的電介質(zhì)材料，來(lái)制造圖像傳感器的微透鏡，可以使微透鏡的耐熱溫度提高到 不低于40(TC，這將極大擴(kuò)大圖像傳感器的適用范圍。
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。對(duì)于所屬 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，從對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的上述和其他目 的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。


圖la至圖lc為現(xiàn)有技術(shù)中圖像傳感器微透鏡的制作流程示意圖； 圖2a至2e為本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器微透鏡的制造過(guò)程的截面 示意圖2偽本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器微透鏡的制造過(guò)程的截面示意
圖2g至圖2h為本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器微透鏡的制造過(guò)程的截 面示意圖3為本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器微透鏡的制造過(guò)程的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
在實(shí)施本發(fā)明的方法前，首先需要制造圖像傳感器。在圖像傳感器的最上 層金屬間介質(zhì)221平坦化后，如圖2a所示，具有單晶P型硅襯底211，淺溝槽隔離 區(qū)212,感光二極管N區(qū)213，像素晶體管柵極214，絕緣介質(zhì)Si02215 、 217、 219、 221，互聯(lián)金屬220。其中互聯(lián)金屬220可以為Cu質(zhì)互聯(lián)線，也可以為A1質(zhì)互聯(lián)線。
本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例如圖2a-2e所示，制造微透鏡的方法為
步驟A、在完成介質(zhì)221平坦化處理后，利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法 (PECVD)或原子層化學(xué)氣相淀積法(ALCVD)或高密度等離子化學(xué)氣相淀積 法(HDP-CVD)沉積與介質(zhì)221相同介質(zhì)的Si02的第一電介質(zhì)層，電介質(zhì)材料 可以為Si02、 SiOxNy、 Si3N4、氟硅玻璃、碳摻雜的氧化硅、氮慘雜的碳化硅、 多孔Si02其中的 一種或數(shù)種的復(fù)合物；
步驟B、用常規(guī)的光刻和蝕刻方法形成預(yù)設(shè)圖案222a后去除光刻膠； 步驟C、用高密度等離子化學(xué)氣相淀積法(HDP-CVD)再淀積一層與介質(zhì) 221相同介質(zhì)的Si02的第二電介質(zhì)層222b;在淀積時(shí)適當(dāng)增加等離子體能量(大 于500W)，就可以使預(yù)設(shè)圖案222a的邊緣被蝕刻，如圖2c所示；這樣有利于是 第二電介質(zhì)層222b形成彎曲形狀222c;本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以理解，通過(guò)控制 第一電介質(zhì)層222a的沉積厚度、預(yù)設(shè)圖案之間的間距和淀積時(shí)沉積/蝕刻比例等 工藝可以控制第二電介質(zhì)層222b的彎曲形狀；
步驟D、利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法(PECVD)或原子層化學(xué)氣相淀 積法(ALCVD)淀積氮化硅Si2N4或氮氧化硅SiOxNy作為鈍化層223;
步驟E、沉積Si02或SiOxNy作為抗反射膜。
這樣，第一電介質(zhì)層222a、第二電介質(zhì)層222b形成的彎曲形狀222c、鈍化層 223、抗反射膜224就形成了如圖2e所示的微透鏡。
其中，如果步驟B中形成的彎曲形狀22c的彎曲形狀不足與滿足要求，則可 以對(duì)第二電介質(zhì)層222b再進(jìn)行回蝕刻以得到適當(dāng)?shù)膹澢螤?22c;回蝕刻時(shí)通 過(guò)調(diào)節(jié)蝕刻各向同性和各向異性的蝕刻比例來(lái)控制彎曲形狀；例如增加各向同 性的蝕刻比例可以使曲率半徑增加或降低彎曲度。、
本發(fā)明第二實(shí)施例如圖2f所示，包括
步驟a、在完成介質(zhì)221平坦化處理后，利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法 (PECVD)或原子層化學(xué)氣相淀積法(ALCVD)或高密度等離子化學(xué)氣相淀積 法(HDP-CVD)沉積與介質(zhì)221相同介質(zhì)的Si02的第一電介質(zhì)層，電介質(zhì)材料 可以為Si02、 SiOxNy、 Si3N4、氟硅玻璃、碳摻雜的氧化硅、氮摻雜的碳化硅、 多孔Si02其中的一種或數(shù)種的復(fù)合物；
步驟b、用常規(guī)的光刻和蝕刻方法形成預(yù)設(shè)圖案222a后去除光刻膠；
步驟c、利用反應(yīng)離子蝕刻法或濕法蝕刻法使制成預(yù)設(shè)圖案的第一電介質(zhì)層 的邊緣形成彎曲形狀222d;
步驟d、在第一電介質(zhì)層222d的表面使用常規(guī)方法淀積第二電介質(zhì)層，第二 電介質(zhì)層的電介質(zhì)材料與第一 電介質(zhì)層的電介質(zhì)材料相同；
步驟e、利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法(PECVD)或原子層化學(xué)氣相淀積 法(ALCVD)淀積氮化硅si2n4或氮氧化硅SiOxNy作為鈍化層223;
步驟f、沉積Si02或Si(XNy作為抗反射膜。
本發(fā)明第三實(shí)施例如圖2g所示，包括
步驟①、在完成介質(zhì)221平坦化處理后，利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法
(PECVD)或原子層化學(xué)氣相淀積法(ALCVD)或高密度等離子化學(xué)氣相淀積 法(HDP-CVD)沉積與介質(zhì)221相同介質(zhì)的Si02的第一電介質(zhì)層222，電介質(zhì)材 料可以為Si02、 SiOxNy、 Si3N4、氟硅玻璃、碳摻雜的氧化硅、氮摻雜的碳化硅、 多孔Si02其中的一種或數(shù)種的復(fù)合物；
步驟②、使光刻膠在曝光后加熱回流，在所述電介質(zhì)層表面形成與所需微 透鏡形狀相同的光刻膠層222e，光刻膠圖層形狀如圖2g所示；
步驟③、對(duì)電介質(zhì)層222進(jìn)行蝕刻，由于在222表面具有光刻膠層222e，因 此在蝕刻時(shí)有光刻膠層222e的位置蝕刻的較淺而沒(méi)有光刻膠層222e的位置蝕刻 的較深，電介質(zhì)層形成如圖2h所示的222飾形狀；
步驟④、利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法(PECVD)或原子層化學(xué)氣相淀 積法(ALCVD)淀積氮化硅Si2N4或氮氧化硅SiOxNy作為鈍化層；
步驟 、沉積Si02或SiOxNy作為抗反射膜。
本發(fā)明第四實(shí)施例如圖3所示，包括
步驟I、在完成介質(zhì)221平坦化處理后，利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法 (PECVD)沉積電介質(zhì)層226，該電介質(zhì)層226即為鈍化層，電介質(zhì)材料為Si(XNy
或Si美；
步驟II、采用如第一、第二、第三實(shí)施例中的任一種方法將鈍化層制成預(yù)設(shè)
圖案并將邊緣制成彎曲形狀；
步驟m、沉積Si02或SiOxNy或光刻膠材料或聚合物作為抗反射膜。
在上述所有實(shí)施例中，抗反射膜均可以由Si02或SiOxNy或光刻膠材料或聚合 物，也可以使用其它材料。在上述實(shí)施例中僅為了說(shuō)明而舉例，材料并不限于 此。這屬于現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以理解，在此不一一贅述。
在上述所有實(shí)施例中，鈍化層的材料可以為Si2N4或SiOxNy，也可以其它材 料。在上述實(shí)施例中僅為了說(shuō)明而舉例，材料并不限于此。這屬于現(xiàn)有技術(shù)， 本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以理解，在此不一一贅述。
在上述所有實(shí)施例中，微透鏡中心點(diǎn)應(yīng)與光電二極管213的中心點(diǎn)垂直對(duì) 應(yīng)，平整部分的面積應(yīng)當(dāng)不大于光電二極管213的面積，以保證微透鏡平坦部分
射入的光纖能夠直射到光電二極管213。
形成的微透鏡的表面彎曲度應(yīng)當(dāng)和光電二極管213表面到微透鏡下表面的 距離相匹配，使最后入射到微透鏡的光線聚集到光電二極管213內(nèi)。顯然，光電 二極管213與微透鏡表面的距離越大，微透鏡需要的彎曲度越小。
調(diào)節(jié)第一電介質(zhì)層制成的彎曲形狀222c之間的低谷的寬度，使沉積的鈍化 層223和康反射層224后微透鏡的低谷部分盡量沒(méi)有平坦的直線，這樣可以保證 入射到每一像素的光都能夠全部聚集到光電二極管213。
鈍化層的作用是為了防止水和雜質(zhì)進(jìn)入到元器件內(nèi)部， 一般鈍化層的厚度 可以在500埃到2000埃之間。
抗反射層的厚度和折射率應(yīng)當(dāng)與鈍化層的厚度和折射率相匹配，使反射出 微透鏡的光達(dá)到最少。
制造電介質(zhì)層222的材料最好與最上層金屬間介質(zhì)相同，這樣可以減少界面 反射率。
抗反射層的材料可以為Si02或SiOxNy。對(duì)于較低溫度下實(shí)用的圖像傳感器， 抗反射層的材料也可以采用光刻膠材料或聚合物薄膜，例如硅膠光阻、鐵氟龍、 聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丁醛樹(shù)脂、乙酸乙二醇丁醚酯、聚甲基丙烯酸甲 酯。因?yàn)榭狗瓷鋵拥暮穸容^薄，高溫下引起的形變很小，其抗高溫特性至少比 現(xiàn)有技術(shù)的要好得多。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下， 所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些 相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種圖像傳感器的微透鏡的制造方法，包括步驟1、使用電介質(zhì)材料在微透鏡區(qū)域沉積電介質(zhì)層；所述電介質(zhì)材料為SiO2和/或SiOxNy和/或Si3N4和/或氟硅玻璃和/或碳摻雜的氧化硅和/或氮摻雜的碳化硅和/或多孔SiO2；步驟2、將電介質(zhì)層制成預(yù)設(shè)圖案并將電介質(zhì)層邊緣制成為彎曲形狀。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在于， 所述步驟l具體為步驟ll、采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法或原子層化學(xué)氣相淀積法或高密 度等離子化學(xué)氣相淀積法，在微透鏡區(qū)沉積第一電介質(zhì)層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在于， 所述步驟2具體為步驟21、通過(guò)光刻和/或蝕刻將第一電介質(zhì)層制成預(yù)設(shè)圖案；步驟22、利用高密度等離子化學(xué)氣相淀積法在第一電介質(zhì)層表面再沉積第 二電介質(zhì)層，并在沉積時(shí)增加等離子體能量以使制成預(yù)設(shè)圖案的第一電介質(zhì)層 的邊緣形成彎曲形狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求要求2所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在 于，所述步驟2具體為步驟21a、通過(guò)光刻和/或蝕刻將第一電介質(zhì)層制成預(yù)設(shè)圖案；步驟22a、利用反應(yīng)離子蝕刻法或濕法蝕刻法使制成預(yù)設(shè)圖案的第一電介質(zhì) 層的邊緣形成彎曲形狀；步驟23a、在第一電介質(zhì)層的表面淀積第二電介質(zhì)層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在于， 用于制造所述第二電介質(zhì)層的電介質(zhì)材料與用于制造所述第一電介質(zhì)層的電介 質(zhì)材料相同。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在于， 所述步驟2還包括通過(guò)回蝕刻時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)蝕刻各向同性和各向異性的蝕刻比例，對(duì)電介質(zhì)層 邊緣的彎曲形狀進(jìn)行微調(diào)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在于， 所述步驟l具體為步驟lla、在微透鏡區(qū)沉積一電介質(zhì)層；步驟12a、使光刻膠在曝光后加熱回流，在所述電介質(zhì)層表面形成與所需微 透鏡形狀相同的光刻膠層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在于， 所述步驟2具體為采用光刻法對(duì)所述電介質(zhì)層進(jìn)行蝕刻。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在于， 所述步驟l具體為使用電介質(zhì)材料在微透鏡區(qū)域利用沉積電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層為鈍化層; 所述電介質(zhì)材料為SiOxNy或Si3N4。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，其特征在于， 所述電介質(zhì)的材料與最上層金屬間介質(zhì)的材料相同。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種圖像傳感器的微透鏡的制造方法?，F(xiàn)有的微透鏡是采用對(duì)微透鏡的材料進(jìn)行熱處理以使材料受到本身應(yīng)力的作用形成一定曲率，這樣在當(dāng)圖像傳感器工作在溫度較高的環(huán)境時(shí)就會(huì)造成微透鏡變形而引起圖像質(zhì)量變差。本發(fā)明提出的圖像傳感器的微透鏡的制造方法，采用制造集成電路常用的電介質(zhì)材料來(lái)制造圖像傳感器的微透鏡，可以使微透鏡的耐熱溫度提高到不低于400℃，這將擴(kuò)大圖像傳感器的適用范圍。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101393886SQ20071014064
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者政 呂, 李秋德, 秦旭光, 高文玉 申請(qǐng)人:和艦科技(蘇州)有限公司