專(zhuān)利名稱(chēng)：適用于影像感測(cè)器的透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)影像裝置，特別是涉及一種用于此等影像裝置的鏡片以及其制造方法。
背景技術(shù)：
固態(tài)影像裝置通常包括形成于一基板之中或之上的一光感測(cè)器(例如光二極管)，形成于感光裝置上的一彩色濾光片，以及形成于彩色濾光片上方的一微透鏡陣列。舉例來(lái)說(shuō)，光感測(cè)器可為光二極管、CMOS(互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體)感測(cè)器或電荷耦合元件(CCD)。常用者為N+型光感測(cè)器(NPS’s)。于光感測(cè)器與彩色濾光片之間，通常有一相當(dāng)厚的內(nèi)金屬介電層(IMD)，以便容納在固態(tài)影像裝置的周邊電路中用作互連媒介的復(fù)數(shù)金屬化層。使影像裝置的靈敏度(即到達(dá)光感應(yīng)器的光線量)達(dá)到最大是明顯需要的。影像裝置的一缺點(diǎn)為光感應(yīng)器的靈敏度正比于填充系數(shù)(是定義為光感應(yīng)器的面積對(duì)像數(shù)面積的比例)。厚內(nèi)金屬介電層使得不易對(duì)準(zhǔn)鏡片及光感應(yīng)器以及確保通過(guò)鏡片的光線到達(dá)光感應(yīng)器。未導(dǎo)向光感應(yīng)器的光線量隨著增加的IMD厚度而增加。再者，位于內(nèi)金屬介電層內(nèi)的互連金屬可反射入射光，故進(jìn)一步降低光信號(hào)及因而光感應(yīng)器的敏感度。
因此，有必要制造具有改良結(jié)構(gòu)的影像裝置，其是通過(guò)使更多光線被光感應(yīng)器接收而提高影像裝置的敏感度。
由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的影像裝置在結(jié)構(gòu)、方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決影像裝置存在的問(wèn)題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來(lái)一直未見(jiàn)適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒(méi)有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問(wèn)題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問(wèn)題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的適用于影像感測(cè)器的透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法，便成了當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。
有鑒于上述現(xiàn)有的影像裝置存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的適用于影像感測(cè)器的透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的影像裝置，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過(guò)不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足此等及其他需求以及鑒于其目的，本發(fā)明的一態(tài)樣就是在提供一種形成影像裝置的方法。該方法包括提供具有一光感測(cè)器形成于其中或其上的一基板，于該光感測(cè)器上方形成一透鏡，以及于該透鏡上方形成一彩色濾光片。
依照一態(tài)樣，透鏡的形成是借著于該基板上方形成一層感光材料、借著使其一部分曝光及微影而圖案化該層體以生成至少一圖案化的感光區(qū)、接著使該感光區(qū)熱回流及熟化，以造成該感光材料交聯(lián)及形成該透鏡。
依照另一態(tài)樣，透鏡是借著于該基板上方形成介電層以及藉蝕刻該介電層而形成。是借著于該介電層上方形成一分離的感光區(qū)、熱回流該分離的感光區(qū)以及進(jìn)行一系列至少二個(gè)交替的蝕刻步驟(是包括促使該分離的感光區(qū)的邊緣側(cè)向縮減的一縮減步驟以及實(shí)質(zhì)上向下朝該介電層中蝕刻的一等向性蝕刻步驟)來(lái)蝕刻介電層。
依照另一態(tài)樣，本案提供一種形成影像裝置的方法，其包括提供具有一光感測(cè)器形成于其中或其上的一基板，以及藉形成一光阻層以于該光感測(cè)器上方形成一硅化透鏡，圖案化該光阻層以形成其反應(yīng)性部分，并且使該反應(yīng)性部分與一含硅藥劑反應(yīng)。該硅化透鏡可為雙微透鏡結(jié)構(gòu)的內(nèi)或外微透鏡。
本案的另一樣態(tài)是在提供一種影像裝置。該影像裝置包括具有一光感測(cè)器形成于其中或其上的一基板，位于該光感測(cè)器上方的一透鏡，以及位于該透鏡上方的一彩色濾光片。
本案的另一樣態(tài)是在提供一種影像裝置。該影像裝置包括具有復(fù)數(shù)個(gè)光感測(cè)器形成于其中或其上的一基板，位于該復(fù)數(shù)個(gè)光感測(cè)器上方的對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)內(nèi)透鏡，位于該復(fù)數(shù)個(gè)內(nèi)透鏡上方的一彩色濾光片，以及位于該彩色濾光片上方的對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)微透鏡。
經(jīng)由上述可知，本發(fā)明是有關(guān)于一種適用于影像感測(cè)器的透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法。該影像感測(cè)器包括雙微透鏡結(jié)構(gòu)，是具有一外微透鏡排列于一內(nèi)微透鏡上方，兩微透鏡是排列于對(duì)應(yīng)的光感測(cè)器上方?？山?jīng)由硅化法形成內(nèi)或外微透鏡，其中光阻材料的反應(yīng)性部分是與含硅藥劑反應(yīng)。可通過(guò)梯級(jí)蝕刻法形成內(nèi)或外微透鏡，梯級(jí)蝕刻法包括一系列交替的蝕刻步驟，是包括非等向性蝕刻步驟及造成圖案化的光阻側(cè)向地縮減的蝕刻步驟。可使用接續(xù)的等向性蝕刻法來(lái)平坦化蝕刻過(guò)的梯級(jí)結(jié)構(gòu)，并且形成平滑的透鏡。亦可使用熱安定及感光性聚合/有機(jī)材料形成永久的內(nèi)或外透鏡。涂覆感光材料，接著使用微影使其圖案化，回流，接著熟化，以形成永久的透鏡結(jié)構(gòu)。
綜上所述，本發(fā)明特殊的適用于影像感測(cè)器的透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法，具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類(lèi)產(chǎn)品及制造方法中未見(jiàn)有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及方法公開(kāi)發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造方法或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的影像裝置具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1是依照先前技藝的影像感測(cè)器的斷面圖。
圖2A-圖2F是繪示本發(fā)明例示的影像感測(cè)器的斷面圖。
圖3A-圖3H是繪示用于形成依照本發(fā)明例示的微透鏡的處理操作順序的斷面圖。
圖4是依照本發(fā)明所形成的具有菲涅爾透鏡(Fresnel lens)的例示的影像感測(cè)器的斷面圖。
圖5是本發(fā)明例示的微透鏡的SEM顯微照相。
圖6是繪示依照本發(fā)明具有例示的雙微透鏡結(jié)構(gòu)的影像感測(cè)器。
圖7A-圖7C是繪示用于形成依照本發(fā)明另一例示的透鏡的操作順序的斷面圖。
圖8是具有內(nèi)微透鏡的影像感測(cè)器的斷面圖。
圖9A-圖9D是繪示用于形成依照本發(fā)明一例示的微透鏡的操作順序的斷面圖。
1基板 3感測(cè)器5內(nèi)金屬介電層 7金屬互連引線9鈍化層10介電層11氮化硅薄膜 12平坦層13彩色濾光片 14微間隔片15微透鏡 16覆蓋層18平坦頂面 21光線23硅化透鏡 25內(nèi)透鏡26鈍化氮化物層 27下凸的微透鏡29下凸的菲涅爾透鏡 31上凸的菲涅爾透鏡33內(nèi)微透鏡 41光阻43介電層表面 45介電層47基板 49圓形的分離光阻區(qū)
51梯級(jí)結(jié)構(gòu) 53梯級(jí)55菲涅爾透鏡 57下凸的透鏡59介電層 61棱邊63棱邊 64氮化硅66二氧化硅 68彩色濾光片69另一材料 71另一材料73平坦化層 75共同邊77內(nèi)透鏡 79梯級(jí)80入射光線 81薄膜84引導(dǎo)光線 82薄膜下方材料83分離部分 85圓透鏡結(jié)構(gòu)86內(nèi)微透鏡 91光二極管92IMD 93互連金屬95鈍化層 101另一材料103彩色濾光片 105間隔材料113光阻115下方層體117反應(yīng)性部分 119硅化部分121上表面 122垂直壁123硅化透鏡具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的適用于影像感測(cè)器的透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、制造方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
圖1是繪示依照先前技藝一例示的固態(tài)影像裝置，并且包括形成于一基板1中的感測(cè)器3。感測(cè)器3是為感光裝置，并且可為光二極管或其他光感測(cè)器。影像裝置亦包括內(nèi)金屬介電層IMD5，其可包括數(shù)層較佳位于感測(cè)器3間的金屬互連引線7，以便不會(huì)偏斜或阻礙光線21到達(dá)感測(cè)器3。鈍化層9可包括氮化硅薄膜11，以及可通過(guò)化學(xué)蒸氣沉積高密度電漿形成的另一介電層10。影像感測(cè)器3亦包括排列于于感測(cè)器3上的平坦層12、彩色濾光片13、微間隔片14及微透鏡15。覆蓋層16覆蓋微透鏡15，并且可由適合的材料(例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或聚酰亞胺)制成，且具厚度0.3-3.0微米。平坦層12可具折射率1.4至1.7，可由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環(huán)氧-丙烯酸酯或聚酰亞胺組成，且具厚度0.3至3微米。微間隔片14可具折射率1.4至1.7，可由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環(huán)氧-丙烯酸酯或聚酰亞胺組成，且具厚度0.3至3微米。彩色濾光片13可具折射率1.4至1.7，可由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或環(huán)氧-丙烯酸酯組成，且具厚度0.3至2.5微米?？砂l(fā)現(xiàn)必須用來(lái)容納多層金屬互連引線7的IMD5的厚度是使微透鏡15位于遠(yuǎn)離對(duì)應(yīng)的感測(cè)器3的位置，因而潛在地減少到達(dá)感測(cè)器3的光線量。
圖2A-圖2F是繪示依照本發(fā)明許多例示的影像感測(cè)器結(jié)構(gòu)的必要特征的斷面圖。例示的影像感測(cè)器結(jié)構(gòu)的每一者包括基板1、感測(cè)器3及IMD5。IMD5可為具折射率約1.4的氧化物、SO2，但亦可另外地使用許多其他適合的電介質(zhì)，并且IMD5可包括復(fù)數(shù)介電層。復(fù)數(shù)層金屬互連引線7是位于IMD5之內(nèi)。感測(cè)器3可為光二極管或其他感光元件，例如CCD或CMOS光感測(cè)器，但于其他例示具體例中可使用許多其他光感測(cè)器。感測(cè)器3可形成于基板1之中或之上。圖2A-圖2F中所示的每一例示影像感測(cè)器亦包括位于彩色濾光片13上方(且較佳排列于內(nèi)透鏡及對(duì)應(yīng)的感測(cè)器上方)的微透鏡15。依照一例示具體例，為了有效運(yùn)作光感測(cè)器，微透鏡15與對(duì)應(yīng)的感測(cè)器3的面積比實(shí)質(zhì)上大于2。微透鏡15可形成于排列在感測(cè)器3上方。鈍化層9可包括氮化硅部分，以及可通過(guò)化學(xué)蒸氣沉積高密度電漿形成的另外的介電部分。影像感測(cè)器亦包括平坦層12、彩色濾光片13、微間隔片14及覆蓋層16。覆蓋層16覆蓋微透鏡15，并且可由適合的材料(例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環(huán)氧-丙烯酸酯或聚酰亞胺)制成，且具具折射率約1.2至1.5。覆蓋層16包括一平坦頂面18。于一例示具體例中，彩色濾光片13亦可具紅、綠及藍(lán)的交替順序，但于其他例示具體例中可使用其他彩色濾光片，例如GMYG濾光片或灰色濾光片。
圖2A中所示的例示的雙微透鏡具體例包括形成于IMD5內(nèi)的硅化透鏡23，并且于鈍化部分9中包括鈍化氮化物層26。硅化透鏡2是成雙凸形。圖2B中所示雙微透鏡影像感測(cè)器包括內(nèi)透鏡25，其可由熱熟化的感光材料制成且位于彩色濾光片13與基板1之間。內(nèi)透鏡25是呈平凸形。圖2C是繪示具有雙微透鏡結(jié)構(gòu)的例示的影像感測(cè)器，該雙微透鏡結(jié)構(gòu)包括微透鏡15及下凸的微透鏡27(可通過(guò)梯級(jí)蝕刻介電材料及接著平坦化而形成)。圖2D是繪示一種雙微透鏡結(jié)構(gòu)，其包括微透鏡15及下凸的菲涅爾透鏡29(可通過(guò)梯級(jí)蝕刻介電材料而形成)。圖2E的雙微透鏡結(jié)構(gòu)顯示上凸的菲涅爾透鏡31，其可通過(guò)梯級(jí)蝕刻形成，并且位于微透鏡15與基板1之間。圖2F是繪示一種雙微透鏡結(jié)構(gòu)，其包括微透鏡15及內(nèi)微透鏡33(是為上凸的微透鏡，并且可通過(guò)梯級(jí)蝕刻介電材料及接著弄圓而形成)。于一例示具體例中，內(nèi)透鏡27、29、31及33可由具折射率約2的氮化硅或其他材料制成。可通過(guò)蝕刻氮化硅下方的材料來(lái)形成內(nèi)透鏡27及29，并且可通過(guò)蝕刻氮化硅來(lái)形成內(nèi)透鏡31及33。依照一例示具體例，為了有效運(yùn)作光感測(cè)器，內(nèi)透鏡(23、25、27、29、31或33)與感測(cè)器3的面積比實(shí)質(zhì)上大于2。依照一例示具體例，內(nèi)透鏡23、25、27、29、31或33及微透鏡15是由相同的材料所制成。于另一例示具體例中，內(nèi)透鏡23、25、27、29、31或33及微透鏡15是由不同的材料制成。于一例示具體例中，內(nèi)透鏡23、25、27、29、31或33及微透鏡15具有相同形狀。于另一例示具體例中，內(nèi)透鏡23、25、27、29、31或33及微透鏡15具有不同形狀。
依照一例示具體例，內(nèi)透鏡23、25、27、29、31及33或外微透鏡15可由梯級(jí)或階梯蝕刻介電材料而形成。圖3A-圖3H是繪示使用不同的梯級(jí)蝕刻具體例形成梯級(jí)或階梯的處理順序。梯級(jí)蝕刻是有利地用來(lái)控制透鏡高度及輪廓。圖3A是繪示形成于介電層45(亦形成于基板47上方)表面43上方的光阻41的分開(kāi)區(qū)域。介電層45可為氧化物、氮化物或其他用于影像感測(cè)器的介電材料?？赏ㄟ^(guò)化學(xué)蒸氣沉積高密度電漿或使用其他技術(shù)來(lái)形成介電層45。光阻41的分開(kāi)區(qū)域是自光阻(可為正或負(fù)光阻)形成。光阻41的厚度可在0.4微米至2.0微米的范圍內(nèi)，但在其他例示具體例中可使用其他厚度。接著熱回流光阻，以便生成如圖3B中所示的圓形的分離光阻區(qū)49。
借著進(jìn)行梯級(jí)蝕刻處理順序，并且梯級(jí)蝕刻處理順序包括一系列交替的蝕刻步驟，是用以交替?zhèn)认虻乜s減圓形的分離光阻區(qū)49的邊緣以及向下等向性蝕刻地蝕刻介電層45。于一例示具體例中，介電層45可為亦用作鈍化層的氮化硅層。交替的蝕刻步驟包括向下(等向性)蝕刻步驟及光阻拉回步驟，其可共同視為一種用以形成一梯級(jí)的單元程序。依此方式生成的梯級(jí)數(shù)目是通過(guò)所用的單元程序的數(shù)目來(lái)決定。合計(jì)的梯級(jí)高度通?？刂莆⑼哥R厚度，并且光阻拉回步驟的程度及數(shù)量決定了透鏡的斜率。兩交替蝕刻步驟具有交替的選擇性。依照一例示具體例，其中氮化硅為電介質(zhì)，則非等向性蝕刻步驟中(大體上向下蝕刻介電層)的氮化硅光阻選擇率可在8-10∶1的范圍內(nèi)。于造成光阻側(cè)向縮減的光阻拉回步驟中，氮化硅∶光阻選擇率可在0.1-0.8∶1的范圍內(nèi)。視蝕刻的材料、所用的方法及所需的鏡片形狀而定，可產(chǎn)生及使用其他選擇率及其他相對(duì)選擇率?？捎贓CR(電子回旋共振)蝕刻機(jī)、感應(yīng)耦合電漿(ICP)蝕刻機(jī)或其他蝕刻系統(tǒng)(反應(yīng)性離子蝕刻機(jī))中進(jìn)行蝕刻步驟。于一較佳具體例中，非等向性蝕刻步驟可包括CH3F(以10-20sccm)、O2(以15-50sccm)、Ar(以10-50sccm)、5-80m托耳壓力及150-350瓦RF功率。光阻拉回步驟包括CH3F(以10-50sccm)、O2(以5-15sccm)、Ar(以10-50sccm)、5-80m托耳壓力及150-350瓦RF功率。于其他具體例中可使用其他蝕刻條件。梯級(jí)蝕刻處理順序產(chǎn)生如圖3C中所示的梯級(jí)結(jié)構(gòu)51。梯級(jí)結(jié)構(gòu)51包括復(fù)數(shù)個(gè)梯級(jí)53。每一接續(xù)梯級(jí)高度通常是通過(guò)非等向性蝕刻步驟測(cè)得，并且梯級(jí)53的寬度通常通過(guò)縮減或拉回蝕刻步驟測(cè)得。
于一具體例中，可使用具有梯級(jí)的蝕刻結(jié)構(gòu)來(lái)形成如圖3D所示的菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是設(shè)計(jì)以提供大尺寸及短焦距，而不需標(biāo)準(zhǔn)透鏡設(shè)計(jì)中所需的材料重量及體積。將菲涅爾透鏡分開(kāi)為一組同心的環(huán)形區(qū)域(已知為菲涅爾區(qū))。就此等區(qū)域的每一者而言，透鏡的總厚度降低，因而有效地將標(biāo)準(zhǔn)透鏡的連續(xù)面切為一組相同曲率的表面(其間有不連續(xù)情形)。介電層45可為氧化物或氮化物，并且于介電層45中所形成的蝕刻梯級(jí)結(jié)構(gòu)可受到另外的介電層59覆蓋，以形成菲涅爾透鏡。另外的介電層59可于形成后使用化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)平坦化，或其可簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)徒步于介電層45上，并且當(dāng)形成時(shí)平坦化。于一例示具體例中，介電層45可為氧化物，并且另外的介電層59可為氮化物或聚酰亞胺。依照另一例示具體例，其中介電層45為氧化物，并且另外的介電層59可為氮化硅(于沉積后經(jīng)平坦化)。于一例示具體例中，形成于經(jīng)蝕刻的材料(介電層45)上方的另外的介電層59是選擇具有比介電層45更大折射率者。彼此緊鄰的菲涅爾透鏡55包括一共同邊，其可視為棱邊61或棱邊63。當(dāng)僅特定的光波長(zhǎng)通過(guò)不同梯級(jí)53時(shí)，菲涅爾透鏡適用于作為濾波器。圖4亦繪示含有共同邊61或63且分別地排列于對(duì)應(yīng)感測(cè)器3上方的緊鄰的菲涅爾透鏡55。于相鄰的菲涅爾透鏡55之間沒(méi)有間隙。于圖4所示的具體例中，菲涅爾透鏡55可為下凸的，并且由具有折射率約2的氮化硅64所形成，以及形成于具折射率約1.4的二氧化硅(SiO2)66上方。于一例示具體例中，彩色濾光片68可具折射率約1.4-1.7。圖5是為繪示可用作菲涅爾透鏡或可接續(xù)成圓形的例示梯級(jí)蝕刻結(jié)構(gòu)的SEM(掃描電子顯微鏡)顯微照相圖。圖5的蝕刻結(jié)構(gòu)包括復(fù)數(shù)個(gè)可另外描述為階梯的梯級(jí)79。
此刻請(qǐng)看圖3E-圖3H所示?？墒褂玫认蛐晕g刻步驟使圖3C中所示的梯級(jí)結(jié)構(gòu)平坦化，以消除梯級(jí)且產(chǎn)生如圖3E中所示的平坦或圓形的輪廓。圖3C的梯級(jí)蝕刻特征的形狀受到密切地保留。等向性蝕刻步驟可為電漿蝕刻、化學(xué)干蝕刻(CDE)或濕蝕刻(例如氧化物浸泡)。于一具體例中，等向性電將可包括CF4(以50-200sccm)、O2(以80-250sccm)、20-50巴的壓力及250-700瓦RF功率，但其他處理可用于其他例示具體例中。于圖3E中所示的結(jié)構(gòu)于其上方具有另外的材料(如圖3F及圖3G中所示)。于圖3F中，保角的另一材料69是形成于介電層45上方。另一材料69可為電介質(zhì)。于圖3G中，可旋轉(zhuǎn)涂布另一材料71，以及當(dāng)形成時(shí)使其平坦化。經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂布的另一材料71可為聚酰亞胺，但可使用其他介電材料。請(qǐng)?jiān)俣葏⒄請(qǐng)D3F所示，于一例示具體例中，介電層45可為氧化物薄膜，并且另一材料69可為氮化物或其他薄膜，其是接著經(jīng)平坦化而生成如圖3H中所示的結(jié)構(gòu)。圖3H是繪示經(jīng)平坦化的另一材料69及復(fù)數(shù)個(gè)彼此緊鄰且具有共同邊75的下凸的透鏡57。換言之，圖3E-圖3H中所示的透鏡57是無(wú)間隙的，因而提供最大的光效率。于其他具體例中，透鏡57可緊密相鄰。
于其他例示具體例中，可改變用于圖3A-圖3H中的材料。經(jīng)蝕刻的介電薄膜可為氧化物、氮化物或其他介電薄膜。許多其他介電薄膜可形成于氧化物、氮化物或其他介電薄膜上方。于每一情形中，透鏡是為較低材料的介電層45及較高材料(例如另一介電層59、另一材料69或另一材料71，其每一者是經(jīng)平坦化且有利地具有大于介電層45的折射率)的產(chǎn)物?？墒褂锰菁?jí)蝕刻順序說(shuō)明雙微透鏡結(jié)構(gòu)的內(nèi)微透鏡，或可用其形成雙微透鏡具體例的上微透鏡或單一微透鏡影像感測(cè)器的唯一微透鏡。舉例來(lái)說(shuō)，于第3D、3G及3H中所繪示的透鏡結(jié)構(gòu)可用作如圖6中所示的雙微透鏡影像感測(cè)器的內(nèi)微透鏡。圖6是繪示復(fù)數(shù)個(gè)雙微透鏡影像結(jié)構(gòu)，其包括上凸的且由氮化硅制成的內(nèi)透鏡77，并且內(nèi)透鏡77是位于適用于作為覆蓋層或IMD的一部分的二氧化硅層上方。內(nèi)透鏡77是被平坦化層73(為電介質(zhì))所覆蓋。雙微透鏡結(jié)構(gòu)亦包括上微透鏡15。上凸的內(nèi)微透鏡77是彼此緊密相鄰。雙微透鏡結(jié)構(gòu)對(duì)于確保入射光線(以光線80表示)如引導(dǎo)光線84導(dǎo)向感測(cè)器3而言是有效率的。
于另一例示具體例中，可使用聚合物型感光材料以形成微透鏡(15，于圖2A-圖2F中)或內(nèi)透鏡。請(qǐng)參照?qǐng)D7A所示，薄膜81是為可類(lèi)似于光阻的微影感光材料。薄膜81可為有機(jī)材料、環(huán)氧-丙烯酸酯樹(shù)脂或其他感光性聚酰亞胺。下方材料82可為形成于影像裝置內(nèi)的不同位置處的鈍化或介電層。將使用直接微影以直接地自形成于影像裝置內(nèi)的不同層上的薄膜81來(lái)形成永久透鏡。如第7B所示，是使用微影圖案化技術(shù)(例如遮蔽、曝光及顯影)，自薄膜81形成分離部分83。薄膜81是由供選擇得以容易地使用微影技術(shù)圖案化且具有高熱安定性(一旦熟化時(shí))的材料所制成，因?yàn)槠鋵⑿纬捎谰猛哥R。薄膜81是進(jìn)一步選擇得以提供高透明度(就可見(jiàn)光而言)且可有利地具折射率約1.7或更大者。薄膜81是由容易熱回流的材料所制成?？墒褂迷S多條件來(lái)熱回流分離部分83，并且生成如圖7C中所示的結(jié)構(gòu)。圖7C是繪示上凸的圓透鏡結(jié)構(gòu)85。于形成圓透鏡結(jié)構(gòu)85后，可將其熟化，以進(jìn)行形成圓透鏡結(jié)構(gòu)85的材料的聚合物交聯(lián)作用?？墒褂脽峄騯v(紫外光)熟化作用。交聯(lián)反應(yīng)使圓透鏡結(jié)構(gòu)85形成可用作內(nèi)透鏡(如圖2B中所示的內(nèi)透鏡25或微透鏡15)的熱安定結(jié)構(gòu)。于一例示具體例中，另一中間材料26可形成于內(nèi)透鏡25上方，以便使結(jié)構(gòu)平坦化。圖8是為繪示例示的雙微透鏡結(jié)構(gòu)的斷面圖。圖8繪示排列于光二極管91上方的內(nèi)微透鏡86。于圓內(nèi)微透鏡86下方的基板可包括互連金屬93，其是有利地位于微透鏡、IMD92、鈍化層95及另外的介電材料之間。內(nèi)微透鏡86可由感光材料且依照如圖7A-圖7C的程序制成。另一材料101是為平坦化材料，其可有利地具有低于內(nèi)微透鏡86的折射率的折射率。彩色濾光片103及間隔材料105是形成于平坦層101上方，并且上或外微透境107是排列于內(nèi)透鏡85及對(duì)應(yīng)的光二極管91上方。間隔材料105可由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環(huán)氧-丙烯酸酯或其他適合的透明材料所制成。于其他具體例中，可使用如圖7A-圖7C中所形成的圓透鏡結(jié)構(gòu)85來(lái)形成上或外微透鏡(如圖2B中所示的微透鏡15)，或其可用以于單一微透鏡影像感測(cè)器結(jié)構(gòu)中形成唯一的透鏡。
于另一例示具體例中，可使用硅化法形成微透鏡或內(nèi)透鏡。硅化法涉及使光阻的反應(yīng)性部分與含硅藥劑反應(yīng)，以形成永久透鏡。于硅化過(guò)程中，活性氫被烷基硅烷基基團(tuán)(例如三甲基硅烷基(TMS)或第三丁基二甲基硅烷基(t-BDMS))所取代。硅化藥劑通常為對(duì)水分敏感的，并且可使用許多活化的光阻作為硅化藥劑。依照例如顯示于圖9A-圖9D的硅化作用具體例，光阻113是形成于下方層體115(可為鈍化層，例如氮化硅，或其他適合的介電層)之上?？墒褂谜蜇?fù)光阻。涂覆技術(shù)可用以涂覆光阻113。接著使用微影技術(shù)已形成光阻113的反應(yīng)性部分117。依照其中光阻113為負(fù)光阻的具體例，反應(yīng)性部分117是為經(jīng)曝光的部分。依照其中光阻113為正光阻的例示具體例，反應(yīng)性部分117是為光阻113未經(jīng)曝光的部分。可使用遮蔽程序。接著使包括反應(yīng)性部分117的光阻113暴露于含硅藥劑。含硅藥劑可為氣體或液體的。于一例示具體例中，含硅藥劑可為HMDS(六甲基二硅胺烷)，但于其他例示具體例中可使用其他含硅藥劑。反應(yīng)性部分117可含有官能基團(tuán)，例如-COOH或-OH基團(tuán)，例如可通過(guò)光子照射而產(chǎn)生。當(dāng)光阻113暴露于含硅藥劑時(shí)，僅反應(yīng)性部分117與含硅藥劑反應(yīng)，而成為硅化的。
圖9B是繪示硅化法的開(kāi)始，其中反應(yīng)性部分117當(dāng)與含硅藥劑反應(yīng)時(shí)膨潤(rùn)。硅化部分119形成于光阻113的反應(yīng)性部分117內(nèi)。上表面121變圓，并且開(kāi)始呈現(xiàn)上凸的透鏡形狀。于另一具體例中，圖9B是繪示硅化法的結(jié)束，其中反應(yīng)性部分117當(dāng)與含硅藥劑反應(yīng)時(shí)膨潤(rùn)。硅化部分119形成于光阻113的反應(yīng)性部分117內(nèi)。上表面121變圓，并且開(kāi)始呈現(xiàn)上凸的透鏡形狀。圖9C是繪示硅化法的另一步驟，其中已形成硅化部分119?？墒褂蔑@影法顯影掉光阻113的非硅化部分，并且形成如圖9D中所示的結(jié)構(gòu)。圖9D是繪示具有圓形上表面121且形成于下方層體115上的硅化透鏡123。于其他具體例中，硅化透鏡123可呈現(xiàn)其他形狀。舉例來(lái)說(shuō)，其可為無(wú)垂直壁122的完全上凸形式。接著可將平坦化層形成于硅化透鏡123上化。硅化透鏡123可用作如圖2A中所示的雙微透鏡結(jié)構(gòu)的內(nèi)透鏡。于其他例示具體例中，硅化透鏡可為雙微透鏡結(jié)構(gòu)中的上或外微透鏡(例如圖2A-圖2F中的微透鏡15)，并且于另一例示具體例中，硅化透鏡可為單一微透鏡結(jié)構(gòu)中的唯一微透鏡。
可合并許多使用以上例示的微透鏡具體例以形成不同的單一或雙微透鏡影像感測(cè)器。
以上僅闡釋本發(fā)明的原理。因此，應(yīng)可理解熟習(xí)本技藝的人士將可設(shè)計(jì)出雖未明確地描述或顯示于此中、具體化本發(fā)明的原理以及包括于本發(fā)明精神及范圍內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)。再者，此中所述的所有實(shí)施立即條件語(yǔ)言理論上是意欲僅為了教示目的而表達(dá)，并且用以協(xié)助讀者了解本發(fā)明的原理及發(fā)明者貢獻(xiàn)于推動(dòng)技藝的概念，并且不欲受限于此等特別提到的實(shí)施例及條件。再者，所有于此中所提到的本發(fā)明的原理、態(tài)樣及具體例以及其特殊實(shí)施例意欲涵蓋其結(jié)構(gòu)及功能相當(dāng)物兩者。此外，本案意欲使此等相當(dāng)物包括目前已知的相當(dāng)物及未來(lái)發(fā)展的相當(dāng)物(即不論結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)相同功能的任一種元件)二者。
例示具體例的說(shuō)明是意欲合并視為完整說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖的圖式一起研讀。于說(shuō)明書(shū)中，相對(duì)用語(yǔ)，例如“較低”、“較上方”、“水平的”、“垂直的”、“以上”、“以下”、“上”、“下”、“頂部”及“底部”以及其衍生用語(yǔ)(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)，應(yīng)用來(lái)表示討論中所描述及的圖式中所示的方位。此等相對(duì)用于是基于方便說(shuō)明的目的，并且不需依特定方位建立或操作裝置。有關(guān)聯(lián)結(jié)、連接及類(lèi)似的用語(yǔ)，例如“連接的”及“互連的”，除非另外提到，否則是代表其中結(jié)構(gòu)是直接地或間接地通過(guò)插入結(jié)構(gòu)而彼此結(jié)合或連接的關(guān)系，以及可動(dòng)或剛性聯(lián)結(jié)或關(guān)系。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成影像裝置的方法，其特征在于其包括以下步驟提供具有一光感測(cè)器形成于其中或其上的一基板；于該光感測(cè)器上方形成一透鏡；以及于該透鏡上方形成一彩色濾光片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的形成透鏡步驟包括于該基板上方形成一層感光材料；借著使其一部分曝光及微影而圖案化該層體，使自該層體生成至少一分離的感光區(qū)；熱回流該分離的感光區(qū)；以及熟化以造成該感光材料交聯(lián)及形成該透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于其中所述的熱回流步驟包括平坦化該分離的感光區(qū)，以形成圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于其中所述的感光材料是為有機(jī)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于其中所述的感光材料具折射率大于1.6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中該方法進(jìn)一步包括于該彩色濾光片上方形成一微透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的形成透鏡步驟包括于該基板上方形成一介電層；以及藉蝕刻該介電層以形成該透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于其中所述的蝕刻介電層步驟包括于該介電層上方形成一分離的感光區(qū)；熱回流該分離的感光區(qū)；以及進(jìn)行一系列至少二個(gè)交替的蝕刻步驟，是包括促使該分離的感光區(qū)的邊緣側(cè)向縮減的一縮減步驟以及實(shí)質(zhì)上向下朝該介電層中蝕刻的一等向性蝕刻步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括于該梯級(jí)蝕刻步驟后通過(guò)等向性蝕刻來(lái)平坦化該鏡片。
10.一種形成影像裝置的方法，其特征在于其包括以下步驟提供具有一光感測(cè)器形成于其中或其上的一基板；以及藉形成一光阻層以于該光感測(cè)器上方形成一硅化透鏡，圖案化該光阻層以形成其反應(yīng)性部分，并且使該反應(yīng)性部分與一含硅藥劑反應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于其中所述的含硅藥劑包括HDMS。
12.一種影像裝置，其特征在于其包括一基板，是具有一光感測(cè)器形成于其中或其上；一透鏡，是位于該光感測(cè)器上方；以及一彩色濾光片，是位于該透鏡上方。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的影像裝置，其特征在于其中所述的透鏡是形成于一內(nèi)金屬介電層之內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的影像裝置，其特征在于其中所述的透鏡是形成于一鈍化層之內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的影像裝置，其特征在于其中所述的透鏡是呈凸形。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的影像裝置，其特征在于其中所述的透鏡包括一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的影像裝置，其特征在于其中所述的透鏡對(duì)于該光感測(cè)器的一面積比實(shí)質(zhì)上大于2。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的影像裝置，其特征在于其中所述的透鏡是呈雙凸形。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的影像裝置，其特征在于其中所述的透鏡是呈平凸形。
20.一種影像裝置，其特征在于其包括一基板，是具有復(fù)數(shù)個(gè)光感測(cè)器形成于其中或其上；對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)內(nèi)透鏡，是位于該復(fù)數(shù)個(gè)光感測(cè)器上方；一彩色濾光片，是位于該復(fù)數(shù)個(gè)內(nèi)透鏡上方；以及對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)微透鏡，是位于該彩色濾光片上方。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種適用于影像感測(cè)器的透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法。該影像感測(cè)器包括雙微透鏡結(jié)構(gòu)，是具有一外微透鏡排列于一內(nèi)微透鏡上方，兩微透鏡是排列于對(duì)應(yīng)的光感測(cè)器上方?？山?jīng)由硅化法形成內(nèi)或外微透鏡，其中光阻材料的反應(yīng)性部分是與含硅藥劑反應(yīng)?？赏ㄟ^(guò)梯級(jí)蝕刻法形成內(nèi)或外微透鏡，梯級(jí)蝕刻法包括一系列交替的蝕刻步驟，是包括非等向性蝕刻步驟及造成圖案化的光阻側(cè)向地縮減的蝕刻步驟?？墒褂媒永m(xù)的等向性蝕刻法來(lái)平坦化蝕刻過(guò)的梯級(jí)結(jié)構(gòu)，并且形成平滑的透鏡。亦可使用熱安定及感光性聚合/有機(jī)材料形成永久的內(nèi)或外透鏡。涂覆感光材料，接著使用微影使其圖案化，回流，接著熟化，以形成永久的透鏡結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L31/036GK1734745SQ20051007533
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者郭景森, 許峰嘉, 蕭國(guó)裕, 陳界璋, 傅士奇, 曾建賢, 蔡嘉雄, 劉源鴻, 吳志達(dá), 羅際興, 杜友倫 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司