專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，特別涉及一種圖像傳感器及其制造方法。
技術(shù)背景圖像傳感器是指將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器包 括用于將入射光收集和聚焦到光電二極管上的微透鏡陣列。在制造圖像傳感器時(shí)，所要解決的問(wèn)題之一是增加將入射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)的比率(例如提高圖像傳感器的靈敏度)。而且，在形成用于收集光的微透鏡陣列的過(guò)程中，進(jìn)行了各種努力以發(fā) 現(xiàn)實(shí)現(xiàn)零間隙的方法(例如，在微透鏡陣列中的相鄰?fù)哥R之間不提供間隙)。同時(shí)，由于各層間的應(yīng)力差而存在覆蓋層從焊盤(pán)區(qū)域(焊盤(pán)區(qū)域必須敞 開(kāi)以便用外部引線或跡線進(jìn)行信號(hào)連接)分離的現(xiàn)象。而且，存在另一現(xiàn)象，即例如在晶片背面磨削(back-grinding)工藝和 封裝(packing)工藝之類(lèi)的工藝中，例如因暴露的光敏層導(dǎo)致多個(gè)聚合物顆 粒可以粘附到微透鏡陣列。由于清潔困難等原因，這種現(xiàn)象不僅造成圖像傳 感器的靈敏度減小，還造成產(chǎn)量下降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例提供圖像傳感器及其制造方法，能夠提高其靈敏度 和產(chǎn)量。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種圖像傳感器。該圖像傳感器包括下部結(jié)構(gòu)，具有至少一個(gè)光電二極管和互連件；鈍化層，位于該下部結(jié)構(gòu)上；濾 色鏡陣列，位于該鈍化層上；以及微透鏡陣列，包括位于該濾色鏡陣列上的 氧化物層。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供圖像傳感器的制造方法。該方法包括在具 有至少一個(gè)光電二極管和互連件的下部結(jié)構(gòu)上形成鈍化層；在該鈍化層上形 成濾色鏡陣列；在該濾色鏡陣列上形成低溫氧化物(LTO)層；在該低溫氧 化物層上形成圖案化光敏層；以及濕法蝕刻該低溫氧化物層以形成微透鏡陣 列。本發(fā)明能夠防止因絕緣層與焊盤(pán)或覆蓋層之間的應(yīng)力差而導(dǎo)致絕緣層 從焊盤(pán)剝離的現(xiàn)象，并可防止聚合物顆粒粘附到微透鏡陣列。因此，不僅能 減小或防止圖像傳感器的靈敏度減小而且能增加產(chǎn)量。


圖1至圖7示出根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法。
具體實(shí)施方式
可以理解的是，在對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明中，當(dāng)稱(chēng)層(或膜)、區(qū)域、圖案、 或結(jié)構(gòu)位于另一個(gè)襯底、另一個(gè)層(或膜)、另一個(gè)區(qū)域、另一個(gè)焊盤(pán)、或 另一個(gè)圖案"上/上方"或"下/下方"時(shí)，它可以直接位于該另一個(gè)襯底、 層(或膜)、區(qū)域、焊盤(pán)、或圖案上，或者也可能存在中間層。而且，可以 理解的是，當(dāng)稱(chēng)層(或膜)、區(qū)域、圖案、焊盤(pán)、或結(jié)構(gòu)位于兩個(gè)層(或膜)、 區(qū)域、焊盤(pán)、或圖案之間時(shí)，它可以是在這兩個(gè)層(或膜)、區(qū)域、焊盤(pán)、 或圖案之間的唯一一層，或者也可能存在一個(gè)或多個(gè)中間層。因此，這應(yīng)根 據(jù)本發(fā)明的技術(shù)理念而定。在下文中，將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。以下將結(jié)合圖1至圖7說(shuō)明一種圖像傳感器的示例性制造方法。圖1至 7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)祖各種實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法。在如圖l所示的圖像傳感器的示例性制造方法中，在具有至少一個(gè)光電 二極管和互連件的下部結(jié)構(gòu)11上形成鈍化層。優(yōu)選地，該下部結(jié)構(gòu)具有多 個(gè)光電二極管，每一個(gè)光電二極管對(duì)應(yīng)微透鏡陣列中的一個(gè)微透鏡。在下部 結(jié)構(gòu)11上形成用于將圖像傳感器信號(hào)與外界相連的焊盤(pán)13，并且該鈍化層 是在焊盤(pán)13上或上方形成的。該鈍化層可以包括氧化物層15和/或氮化物層17，氧化物層15例如為 二氧化硅如未摻雜硅玻璃(USG)，氮化物層17例如為氮化硅。在一個(gè)實(shí) 施例中，在形成鈍化層的過(guò)程中，在下部結(jié)構(gòu)11上形成氧化物 層15，并且
隨后在氧化物層15上形成氮化物層17。在鈍化層包括氮化物層17的情況下，在氮化物層17上實(shí)施H2退火，以從氮化物層17除去缺陷。退火也可以在 包含其它還原劑例如NH3和/或SiH4的氣氛中，并可選地在存在惰性氣體如 Ar、 He、 Ne或N2的條件下實(shí)施。因此能夠改善所要制造的圖像傳感器的低 照度特性。氮化層17可以由基于SiN的材料構(gòu)成。例如，通過(guò)退火工藝可 除去懸鍵(dangling bond)。而且，退火工藝能夠防止因氧化物層與隨后形 成的低溫氧化物層之間的應(yīng)力差，而在氧化物層15中形成的裂縫。然后，如圖2所示，除去氮化層17以暴露氧化物層15。在除去氮化層 17時(shí)，可通過(guò)回蝕(etchback)工藝或化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝除去氮化 層17。這時(shí)，氧化物層15保留在焊盤(pán)13上。因此，焊盤(pán)13可受到氧化物 層15的保護(hù)而未暴露。然后，如圖3所示，在暴露的氧化物層15上形成熱固化樹(shù)脂層19。從 而能減少氧化物層15的缺陷。而且，能提高氧化物層15與隨后將形成在該 熱固化樹(shù)脂層上的層的粘附性。此時(shí)，依據(jù)圖像傳感器的設(shè)計(jì)，也可省略形 成熱固化樹(shù)脂層19的工序。在如圖3所示的圖像傳感器的示例性制造方法中，實(shí)施在熱固性樹(shù)脂層 19上形成濾色鏡陣列21的工序。濾色鏡陣列21可包含多個(gè)濾色鏡，每個(gè)濾 色鏡位于隨后形成的微透鏡與相應(yīng)的光電二極管之間，并且設(shè)置為過(guò)濾預(yù)定 顏色或光波帶之外的光。例如，濾色鏡陣列21可以包括紅、綠和藍(lán)濾色鏡 (例如，RGB系統(tǒng))或黃、青(cyan)和洋紅(magenta)濾色鏡(YCM系 統(tǒng))。而且，實(shí)施在濾色鏡陣列21上形成氧化物層的工序。該氧化物層可以 包括低溫氧化物層25或?qū)嵸|(zhì)上由低溫氧化物層25構(gòu)成。也可以在焊盤(pán)13上方形成低溫氧化物層25。這時(shí)，在焊盤(pán)13上依次堆 疊氧化物層15、熱固性樹(shù)脂層19、和低溫氧化物層25。低溫氧化物層25可具有從3，000A至10,000A左右的厚度。低溫氧化物 層25形成得比微透鏡陣列更厚，因?yàn)殡S后將通過(guò)蝕刻工藝由低溫氧化物層 25來(lái)形成微透鏡陣列。例如，低溫氧化物層25的厚度可為后續(xù)形成的微透 鏡陣列的厚度的1.5至3倍(例如2倍左右)。在20(TC下，在存在氧氣(02)和/或臭氧(03)的情況下，通過(guò)以等離 子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)來(lái)沉積一種或多種二氧化硅前體，例如硅烷(SiH4)或正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate, TEOS)，從而形成低溫氧 化物層25。作為一個(gè)示例，可通過(guò)PECVD，在150。C至20CTC的溫度范圍內(nèi) 形成低溫氧化物層25。在這種方式中，因?yàn)榈蜏匮趸飳?5是在相對(duì)低的 溫度下形成的，因此，可以減少或防止濾色鏡陣列21劣化。然后，在低溫氧化物層25上形成用于形成微透鏡陣列的第一光敏層圖 案27。作為一個(gè)示例，第一光敏層圖案27可通過(guò)在低溫氧化物層25上形成 第一光敏層、且隨后用光刻工藝將第一光敏層圖案化來(lái)形成。隨后，加熱第一光敏層圖案27，以將第一光敏層圖案27回流成微透鏡 的凸起或彎曲的形狀，然后非選擇性地蝕刻第一光敏層圖案27和下方的低 溫氧化物層25，以將凸起或彎曲的形狀轉(zhuǎn)印或轉(zhuǎn)移到下方的低溫氧化物層 25。雖然非選擇性蝕刻可以包括濕法或干法蝕刻，但是濕法蝕刻是優(yōu)選的。 濕法蝕刻使得第一光敏層圖案27和下方的低溫氧化物層25受到各向同性蝕 刻。因此，如圖5所示，由低溫氧化物層25形成微透鏡陣列25a。通過(guò)蝕刻低溫氧化物層25形成的微透鏡陣列25a可以具有零間隙。換 句話說(shuō)，微透鏡陣列25a可以在相鄰的微透鏡之間，沿微透鏡陣列25a的水 平和/或垂直的方向，在至少一個(gè)或多個(gè)捧觸點(diǎn)處，不具有間隙或空隙。而且，根據(jù)實(shí)施例，因?yàn)槲⑼哥R陣列25a是由低溫氧化物層25形成的， 所以在后續(xù)的工序，例如封裝工序中，能夠防止異物(例如聚合物顆粒等) 粘附到微透鏡陣列25a上。此后，如圖6所示，在示例性圖像傳感器的制造方法中，可以蝕刻(優(yōu) 選是在將光致抗蝕劑以光刻方式圖案化之后)微透鏡陣列25a、熱固性樹(shù)脂 層19、和氧化物層15，以暴露下部結(jié)構(gòu)11上的焊盤(pán)13。作為一個(gè)示例，此 工序可通過(guò)在微透鏡陣列25a上形成第二光敏層圖案29，并隨后照射和蝕刻 或顯影第二光敏層圖案29，來(lái)暴露焊盤(pán)13。在這種根據(jù)各實(shí)施例的圖像傳 感器的制造方法中，在暴露焊盤(pán)13時(shí)，同時(shí)可通過(guò)焊盤(pán)敞開(kāi)工藝使得曝光 易于進(jìn)行。隨后，除去第二光敏層圖案29，從而如圖7所示，可以獲得示例性圖像 傳感器。同時(shí)，用舉例的方式，以在第一光敏層圖案27上實(shí)施各向同性(例如
濕法)蝕刻為例，已結(jié)合圖3、 4和圖5說(shuō)明了形成氧化物層構(gòu)成的微透鏡陣列25a的工藝。然而如果必要的話，還可在第一光敏層圖案27上實(shí)施濕 法蝕刻之前，實(shí)施熱處理工藝。作為一個(gè)示例，熱處理工藝包括回流工藝。 該熱處理工藝允許第一光敏層圖案27具有透鏡形狀的曲率。因此，可以獲 得微透鏡陣列25a,其中反映或者說(shuō)復(fù)制了第一光敏層圖案27的透鏡形狀。 如上所述，可通過(guò)根據(jù)各實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法制造的本發(fā)明 的圖像傳感器包括下部結(jié)構(gòu)ll，具有至少一個(gè)光電二極管和互連件；鈍化 層(例如包括氧化物層)，形成于下部結(jié)構(gòu)ll上；以及焊盤(pán)13，形成于下 部結(jié)構(gòu)11上，起到將信號(hào)與外界相連的作用。而且，該圖像傳感器可以包 括熱固性樹(shù)脂層19，形成于氧化物層15上；以及濾色鏡陣列21，形成于熱固性樹(shù)脂層19上。同時(shí)，依據(jù)圖像傳感器的設(shè)計(jì)，也可不形成熱固性樹(shù) 脂層19。本發(fā)明的圖像傳感器進(jìn)一步包括形成于濾色鏡陣列21上的微透鏡 陣列25a (例如包括氧化物層)。微透鏡陣列25a可以包括低溫氧化物層或 實(shí)際上由低溫氧化物層構(gòu)成。陣列25a (包括低溫氧化物層)中的微透鏡可以具有凸起或彎曲形狀的 透鏡，并且陣列25a可以具有零間隙。只要不蝕刻掉低溫氧化物層的整個(gè)厚 度，即使光致抗蝕劑(透鏡形狀從該光致抗蝕劑轉(zhuǎn)移)在其透鏡形狀之間具 有小的間隙，微透鏡陣列25a也可容易地實(shí)現(xiàn)相鄰?fù)哥R之間的零空隙，亦即 不提供間隙。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以防止因絕緣層與焊盤(pán)或覆蓋層之間的應(yīng)力差 而導(dǎo)致絕緣層從焊盤(pán)剝離的現(xiàn)象。而且，例如在晶片背面磨削工序和/或封裝工序中，可防止因例如光敏層 導(dǎo)致的聚合物顆粒粘附到微透鏡陣列的現(xiàn)象。因此，不僅能減小或防止圖像 傳感器的靈敏度減小而且能增加產(chǎn)量。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器及其制造方法可以提高圖像傳感器 的靈敏度和產(chǎn)量。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)于"一個(gè)實(shí)施例"、"一實(shí)施例"、"示例性實(shí)施 例"等等的任何引用都意味著，結(jié)合該實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特 性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在本說(shuō)明書(shū)中多處出現(xiàn)的這些短語(yǔ)不 一定都涉及同一個(gè)實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任何實(shí)施例說(shuō)明特定的特征、結(jié)構(gòu)
或特性時(shí)，應(yīng)認(rèn)為結(jié)合其它實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)、或特性處于本領(lǐng) 域技術(shù)人員的范圍內(nèi)。盡管以上參考多個(gè)說(shuō)明性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但可以理解的是本領(lǐng) 域技術(shù)人員尚可推導(dǎo)出許多其他變化和實(shí)施例，這將落入本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)的原 理的精神和范圍之內(nèi)。更具體地說(shuō)，在本說(shuō)明書(shū)、附圖和所附權(quán)利要求的范 圍內(nèi)，對(duì)組件和/或附件組合配置中的排列可進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。除組件和 /或排列的變化和改進(jìn)之外，其他可選擇的應(yīng)用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也是 顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括下部結(jié)構(gòu)，具有至少一個(gè)光電二極管和互連件；鈍化層，位于所述下部結(jié)構(gòu)上；濾色鏡陣列，位于所述鈍化層上；以及微透鏡陣列，包括所述濾色鏡陣列上的第一氧化物層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述鈍化層包括第二氧化 物層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括熱固性樹(shù)脂層， 位于所述鈍化層與所述濾色鏡陣列之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述微透鏡陣列包括低溫 氧化物層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像傳感器，其中所述微透鏡陣列實(shí)質(zhì)上由 低溫氧化物層構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述微透鏡陣列在相鄰的 微透鏡之間具有零空隙。
7. —種圖像傳感器的制造方法，所述方法包括以下步驟在具有至少一個(gè)光電二極管和互連件的下部結(jié)構(gòu)上形成鈍化層； 在所述鈍化層上形成濾色鏡陣列； 在所述濾色鏡陣列上形成低溫氧化物層； 在所述低溫氧化物層上形成圖案化光敏層； 濕法蝕刻所述低溫氧化物層，以形成微透鏡陣列。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述鈍化層的步驟包括 在所述下部結(jié)構(gòu)上形成氧化物層； 在所述氧化物層上形成氮化物層；在包含還原劑的氣氛中對(duì)所述氮化物層進(jìn)行退火；以及 除去所述氮化物層以暴露所述氧化物層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括在暴露的所述氧化物層 上形成熱固性樹(shù)脂層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中除去所述氮化物層的步驟包括回蝕工藝。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中除去所述氮化物層的步驟包括化學(xué)機(jī)械研磨工藝。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述低溫氧化物層具有3,000A至 10，000A左右的厚度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述微透鏡陣列具有零間隙。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述低溫氧化物層的步驟包 括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述圖案化光敏 層之后，在所述圖案化光敏層上實(shí)施熱處理。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在蝕刻所述低溫氧化物 層以形成所述微透鏡陣列之后，蝕刻所述鈍化層以暴露所述下部結(jié)構(gòu)上的焊 盈:o
17. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括形成具有至少一個(gè)光電 二極管和所述互連件的所述下部結(jié)構(gòu)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述下部結(jié)構(gòu)具有多個(gè)光電二 極管，每個(gè)光電二極管對(duì)應(yīng)所述微透鏡陣列中的唯一一個(gè)微透鏡。
19. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述圖案化光敏層的步驟包 括在所述低溫氧化物層上沉積光致抗蝕劑，將所述光致抗蝕劑圖案化，并 回流所述圖案化光致抗蝕劑。
20. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述還原劑包括H2、NH3、或SiH4。
全文摘要
一種圖像傳感器及其制造方法，該圖像傳感器包括下部結(jié)構(gòu)，具有至少一個(gè)光電二極管和互連件；該下部結(jié)構(gòu)上的鈍化層；該鈍化層上的濾色鏡陣列；以及微透鏡陣列，包括位于該濾色鏡陣列上的氧化物層。本發(fā)明能夠防止因絕緣層與焊盤(pán)或覆蓋層之間的應(yīng)力差而導(dǎo)致絕緣層從焊盤(pán)剝離的現(xiàn)象，并可防止聚合物顆粒粘附到微透鏡陣列。因此，不僅能減小或防止圖像傳感器的靈敏度減小而且能增加產(chǎn)量。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101159280SQ20071015283
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者俊 黃 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司