專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有自對(duì)準(zhǔn)微透鏡的圖像傳感器，更具體地，涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其能最大化聚焦透鏡的面積并吸收未聚焦光的相位信號(hào)以防止其光電轉(zhuǎn)換，從而獲得優(yōu)異的光敏度。
背景技術(shù)：
圖像傳感器的分辨率由形成于接收?qǐng)D像的像平面(image plane)上的光電二極管的數(shù)量所決定。相應(yīng)地，需要有多像素系統(tǒng)及單位像素的微型化。隨著單位像素尺寸的減小，光接收部的面積也減小。這就需要將外界圖像聚焦到像平面上。為提高光敏度，也即，增加對(duì)光的敏感程度，使用了聚焦透鏡。聚焦透鏡形成于濾色器(colorfilter)層之上或之下，濾色器層由濾色器排列而成。為獲得清晰的圖像，焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的光必須多于散焦的光。由于入射光的聚焦度取決于聚焦透鏡的截面的尺寸，所以通過最大化聚焦透鏡的截面積可獲得更清晰的圖像。
借助于圖像傳感器的微型化及多像素系統(tǒng)，在芯片級(jí)型構(gòu)造內(nèi)每(單位)截面積能形成更多像素。由于像素尺寸的減小，濾色器層的濾色器的尺寸以及微透鏡層的微透鏡也變得更小。由于像素尺寸變小，接收光的光電二極管面積也減小，從而降低了光敏度。為補(bǔ)償降低的光敏度，光電二極管區(qū)域需要更多的光。為此，提出了增加開口尺寸的方法及形成聚焦微透鏡的方法。形成該開口用于聚焦透鏡。這些開口通過形成金屬層來產(chǎn)生，金屬層用作布線及遮光層。以這種方式，入射到遮光層的光被折射向開口。透鏡的附著力隨聚焦透鏡尺寸最大化而變化。這將導(dǎo)致影響圖像均勻性特性。透鏡的聚焦也受到濾色器層的影響，尤其是，如果相鄰濾色器的圖像信號(hào)相混合，其將使重現(xiàn)的圖像的對(duì)比度和彩色信息變差。此外，在調(diào)準(zhǔn)曝光時(shí)由于在濾色器層的各個(gè)濾色器形成時(shí)顏料的混合導(dǎo)致的低等光學(xué)分辨率，使得難以形成精確的圖樣。由于在濾色器之間出現(xiàn)的重疊與間隙，還需要有平坦化層。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種圖像傳感器及其制造方法，其能基本上消除由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性和缺陷導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種圖像傳感器及其制造方法，其使聚焦透鏡的面積最大化，并吸收未聚焦光的相位信號(hào)，以防止其光電轉(zhuǎn)換，從而獲得優(yōu)異的光敏度。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種圖像傳感器及其制造方法，其能通過聚焦光來補(bǔ)償光敏度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及特征的其他例子部分地將在隨后的說明中闡述，部分地從說明書或通過本發(fā)明的實(shí)施變得顯而易見。
為獲得根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其他優(yōu)點(diǎn)，如已概括和充分說明的，提供了一種圖像傳感器，包括形成于硅襯底的預(yù)定表面內(nèi)的光電二極管；形成于該硅襯底之上的平坦化層，該平坦化層具有與光電二極管相對(duì)應(yīng)的凹部；以及具有多個(gè)通過光刻工藝形成在平坦化層上的濾色器的濾色器層，每個(gè)濾色器都包括凸結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造圖像傳感器的方法。該方法包括在硅襯底的預(yù)定表面內(nèi)形成光電二極管；在該硅襯底之上形成平坦化層，該平坦化層包括與光電二極管相對(duì)應(yīng)的凹處；以及形成包括多個(gè)通過光刻工藝形成于平坦化層上的濾色器的濾色器層，每個(gè)濾色器均具有凸結(jié)構(gòu)。
因此，本發(fā)明的圖像傳感器可以簡(jiǎn)單地通過在濾色器層上形成透鏡來制造，該濾色器層具有凸結(jié)構(gòu)并通過旋涂(spin coating)或沉積光刻膠來形成。
應(yīng)該理解，以上對(duì)本發(fā)明的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是列舉和說明性質(zhì)的，目的在于對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。


構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖有助于進(jìn)一步理解本發(fā)明，這些附解了本發(fā)明的一些實(shí)施例，并可與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。
附圖中圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的縱向結(jié)構(gòu)的剖視圖；
圖2A-2C為示出根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的縱向結(jié)構(gòu)的剖視圖，分別示出了遮光層、平坦化層、以及濾色器層的構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其實(shí)例示于附圖中。盡可能地，在所有附圖中，用相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相近似的部件。
參見圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的縱向結(jié)構(gòu)，光電二極管12形成于硅襯底10的預(yù)定表面上，濾色器層16形成于具有良好透明性的有機(jī)材料的平坦化層14上，該濾色器層具有多個(gè)濾色器、每個(gè)濾色器都具有凸結(jié)構(gòu)。平坦化層14形成于圖像傳感器的上部，并具有與光電二極管12相對(duì)應(yīng)的凹部。多個(gè)微透鏡18形成于濾色器層16上，與多個(gè)濾色器相對(duì)應(yīng)，以保持濾色器層的總體輪廓，并保護(hù)濾色器層的濾色器。
如圖2A所示，其示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的縱向結(jié)構(gòu)，光電二極管12形成為硅襯底10的預(yù)定表面區(qū)域上的子層。本發(fā)明的圖像傳感器形成于硅襯底上，既可作為CCD型圖像傳感器又可作為CMOS型圖像傳感器，包括金屬層15，除建立必要的布線連接外，作為遮光層，防止光進(jìn)入硅襯底的沒有被光電二極管覆蓋的部分。遮光層15根據(jù)填充系數(shù)成形，從而具有最小的線寬(linewidth)，其根據(jù)微透鏡的焦距，在光線跟蹤(ray tracing)時(shí)提供很小的正常金屬屏蔽效應(yīng)。
如圖2B所示，形成平坦化層14，以改善要在其上形成的濾色器層16的輪廓和均勻性。平坦化層14由具有良好填充系數(shù)的旋涂玻璃(spin-on-glass)形成，以有效地減小由遮光層15產(chǎn)生的表面階梯(vertical difierential，也稱垂直差異)。除了通過可見波長(zhǎng)的光外，平坦化層還用來鈍化遮光層15的金屬。
如圖2C所示，濾色器層16的濾色器形成在平坦化層14上，用于例如由可選地執(zhí)行三次的光刻工藝的每個(gè)像素，以分別形成濾色器層16的分色層，即，紅色濾色器陣列、綠色濾色器陣列、以及藍(lán)色濾色器陣列。濾色器層16要求與多像素系統(tǒng)一致的精確圖樣及單位像素的微型化。在濾色器層內(nèi)通過顏料擴(kuò)散(pigmentdispersing)法難以形成精確的濾色器圖樣，這是因?yàn)轭伭弦殉尸F(xiàn)在光刻膠上，還因?yàn)檫@種方法的制造成本在用于較高的分辨率時(shí)增加。濾色器層的濾色器的階梯差異(step differential)可以基于與用于填充間隙的旋涂玻璃的使用相關(guān)的填充系數(shù)來調(diào)節(jié)。這影響到微透鏡的尺寸和曲率。如果用于微透鏡的光刻膠是旋涂的，以致階梯差異在濾色器層中產(chǎn)生，取決于子層的階梯尺寸，自對(duì)準(zhǔn)微透鏡可以不用蝕刻和顯影工藝來形成。
如上所述，不需要單獨(dú)的外涂層(overcoat layer)來對(duì)準(zhǔn)濾色器層上的微透鏡，而且由于微透鏡是自對(duì)準(zhǔn)的，所以可以減少工序數(shù)。因此，通過采用根據(jù)本發(fā)明的這種圖像傳感器及其制造方法，濾色器層的濾色器能夠更穩(wěn)定和更方便地形成，用于每個(gè)像素以獲得更清晰的圖像。在形成濾色器層時(shí)，平坦化層被簡(jiǎn)化并提高了濾色器構(gòu)造的效率。由于不需要外涂層以及透鏡是自對(duì)準(zhǔn)的，所以光刻工藝也被簡(jiǎn)化并穩(wěn)定化。這就降低了制造成本，提升了最終產(chǎn)品的質(zhì)量，有利于下一代產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用。當(dāng)使用了微透鏡的整個(gè)表面區(qū)域時(shí)，改善了光敏度，其又改善了圖像特性及傳感器質(zhì)量。
可以理解，盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明作出各種更改和變化。因此，本發(fā)明的各種更改、變化由所附的權(quán)利要求書及其等同物的內(nèi)容涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括光電二極管，形成于硅襯底的預(yù)定表面內(nèi)；平坦化層，形成于所述硅襯底之上，所述平坦化層包括與所述光電二極管相對(duì)應(yīng)的凹部；以及濾色器層，包括多個(gè)通過光刻工藝形成于所述平坦化層上的濾色器，每個(gè)濾色器都具有凸結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括多個(gè)微透鏡，形成于所述濾色器層上，與所述多個(gè)濾色器相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述多個(gè)微透鏡通過在所述濾色器層上旋涂光刻膠與在所述濾色器層上沉積光刻膠中的一種來形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述平坦化層由旋涂玻璃形成。
5.一種制造圖像傳感器的方法，所述方法包括在硅襯底的預(yù)定表面內(nèi)形成光電二極管；在所述硅襯底之上形成平坦化層，所述平坦化層包括與所述光電二極管相對(duì)應(yīng)的凹部；以及形成濾色器層，所述濾色器層包括多個(gè)通過光刻工藝形成于所述平坦化層上的濾色器，每個(gè)濾色器都具有凸結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括在所述濾色器層上形成多個(gè)微透鏡，與所述多個(gè)濾色器相對(duì)應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述多個(gè)微透鏡通過在所述濾色器層上旋涂光刻膠與在所述濾色器層上沉積光刻膠中的一種來形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述平坦化層由旋涂玻璃形成。
全文摘要
一種具有自對(duì)準(zhǔn)微凸鏡的圖像傳感器及其制造方法。該圖像傳感器包括形成于硅襯底的預(yù)定表面內(nèi)的光電二極管；形成于硅襯底之上的平坦化層，平坦化層具有與光電二極管相對(duì)應(yīng)的凹部；以及濾色器層，包括多個(gè)通過光刻工藝形成于平坦化層上的濾色器，每個(gè)濾色器都具有凸結(jié)構(gòu)。聚焦凸鏡的面積可以最大化，而且未聚焦光的相位信號(hào)被吸收以防止其光電轉(zhuǎn)換，從而獲得優(yōu)異的光敏度。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1797778SQ20051012577
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者金相植 申請(qǐng)人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社