專利名稱：圖像感測(cè)裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，特別涉及一種感測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著光電產(chǎn)品諸如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字圖像記錄器、具有圖像拍攝功能的手 機(jī)、以及監(jiān)視器逐漸普及化，圖像感測(cè)裝置的需求也與日倶增。圖像感測(cè)裝 置用于記錄來自圖像的光學(xué)信號(hào)的變化并且將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。在 記錄及處理上述電子信號(hào)之后，便可產(chǎn)生一數(shù)字圖像。而圖像感測(cè)裝置一般
可分為兩種主要類型 一者為電荷耦合裝置(charge-coupled device, CCD)， 而另一者為互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體 (complementary metal oxide semiconductor , CMOS)裝置。
圖像感測(cè)裝置通常包括一像素陣列。每一陣列包括一光感測(cè)器 (photosensor)，用以提供對(duì)應(yīng)照射于光感測(cè)器的光強(qiáng)度的一信號(hào)。當(dāng)一圖 像聚焦于該陣列時(shí)，這些信號(hào)可用于顯示一對(duì)應(yīng)的圖像。在傳統(tǒng)的技術(shù)中， 配有彩色濾光片(color filter, CF)陣列的微透鏡陣列對(duì)應(yīng)設(shè)置于像素陣列上 方，用以將光線聚焦于像素陣列上。而彩色濾光片陣列則容許像素聚集具有 特定波長的光線。
然而，盡管使用了微透鏡陣列，由于微透鏡陣列幾何排列，大量的入射 光線并未能有效地導(dǎo)入光感測(cè)器。入射光線對(duì)于每一光感測(cè)器的聚焦深度會(huì) 隨著光線入射角(即，主光入射角(chief ray angle, CRA))而變。由于入 射至位于像素陣列邊緣附近的光感測(cè)器的光線通常為傾斜的，因此位于像素 陣列邊緣附近的光感測(cè)器的聚焦深度短于入射至位于像素陣列中心附近的 光感測(cè)器的光線。不同的聚焦深度使得鄰近像素陣列邊緣的入射光量少于鄰 近像素陣列中心的入射光量。如此一來，圖像感測(cè)裝置的光敏性 (photosensitivity )會(huì)因而降低。因此，有必要尋求一種新的圖像感測(cè)裝置結(jié)構(gòu)，其能夠增加圖像感測(cè)裝 置的光敏性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像感測(cè)裝置及其制造方法，其 通過改變微透鏡陣列的幾何配置，以光感測(cè)器的聚焦深度，進(jìn)而增加圖像感 測(cè)裝置的光敏性。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種圖像感測(cè)裝置，包括 一基板、 一第 一透明層、以及一微透鏡陣列。基板具有一像素陣列形成于內(nèi)。第一透明層 具有一曲面且設(shè)置于基板上。微透鏡陣列順應(yīng)性設(shè)置于第一透明層的該曲面 且對(duì)應(yīng)于基板內(nèi)的像素陣列。
又根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種圖像感測(cè)裝置的制造方法，包括 提供一基板，其具有一像素陣列形成于內(nèi)。在基板上形成具有一曲面的一第 一透明層。在第一透明層的曲面上順應(yīng)性形成一微透鏡陣列，且對(duì)應(yīng)于基板 內(nèi)的該像素陣列。
綜上所述，本發(fā)明提供一種圖像感測(cè)裝置及其制造方法，通過改變微透 鏡陣列的幾何配置，可將不同CRA的不同聚焦深度調(diào)整成大體一致的聚焦
深度，以容許不同CRA的入射光能夠適當(dāng)?shù)鼐劢褂谒鶎?duì)應(yīng)的光感測(cè)器，借
以增加圖像感測(cè)裝置的光敏性。


圖1A至圖1E繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置制造方法剖面 示意圖2A至圖2C繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于圖像感測(cè)裝置中曲面膜 層形成方法剖面示意圖3A至圖3C繪示出根據(jù)本發(fā)明另一 實(shí)施例的用于圖像感測(cè)裝置中曲面 膜層形成方法剖面示意圖4繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置局部剖面示意圖5繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像感測(cè)模塊剖面示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下100~基板
101-光感測(cè)器
102 像素陣列
104、 108~透明層
104a、 106a、 108a、 110a 曲面
106-彩色濾光層
110 光致抗蝕劑層(光敏層)
112 灰階光掩模
114 曝光工藝
119~微透鏡
120 微透鏡陣列
130 透鏡模塊
200 圖像感測(cè)模塊
具體實(shí)施例方式
以下說明本發(fā)明的實(shí)施例。此說明的目的在于提供本發(fā)明的總體概念而 并非用以局限本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界 定的范圍為準(zhǔn)。
圖1E繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置。圖像感測(cè)裝置包括 一基板100，例如一半導(dǎo)體基板，其具有一像素陣列102形成于內(nèi)?；?00 內(nèi)可形成隔離區(qū)(未繪示)，用以定義用于排列像素陣列102的有源區(qū)。像 素陣列102中每一像素單元包括一對(duì)應(yīng)的光感測(cè)器101，將來自入射光(未 繪示)的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。
一透明層104設(shè)置于基板100上。透明層104可為一單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié) 構(gòu)。在本實(shí)施例中，透明層104可包括一層間介電(interlayer dielectric, ILD) 層及位于上方的鈍化層或平坦層。此處為了簡(jiǎn)化附圖，僅繪示出一平整透明 層104。
一具有紅色、綠色、及藍(lán)色濾光片的彩色濾光層106設(shè)置于透明層104 上。由氧化硅、氮化硅、或其組合所構(gòu)成的另一透明層108覆蓋彩色濾光層 106，用以保護(hù)彩色濾光層106。在本實(shí)施例中，透明層108具有一曲面108a，用以補(bǔ)償因不同主光入射角(CRA)的微透鏡而偏移的聚焦深度。舉例而言, 透明層108具有平凸(plano-convex)的外型且曲面108a為對(duì)稱的凸面，如 圖1E所示。在另一實(shí)施例中，透明層108的曲面108a為非對(duì)稱的凸面，如 圖4所示。再者，在其它的實(shí)施例中，曲面108a由具有曲面104a的透明層 104所造成，如圖2C所示，或是由具有曲面106a的彩色濾光層106所造成， 如圖3C所示。由于彩色濾光層106及透明層108依序且順應(yīng)性地設(shè)置于具 有曲面104a的透明層104，因此曲面106a會(huì)大體相同于曲面106a及/或曲面 104a。
圖1A至圖1E繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置制造方法剖 面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1A，提供一基板100，其具有一像素陣列102形成于內(nèi)。 基板100可由硅或其它半導(dǎo)體材料所構(gòu)成，且含有不同元件，例如晶體管、 電阻、及其它公知的半導(dǎo)體元件。此處為了簡(jiǎn)化附圖，并未繪示出這些元件。 再者，基板100也可具有隔離區(qū)(未繪示)形成于內(nèi)，用以定義用于排列像 素陣列102的有源區(qū)。每一有源區(qū)(即，像素單元)包括一對(duì)應(yīng)的光感測(cè)器 101，以將來自入射光(未繪示)的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。光感測(cè)器101 包括光電二極管(photodiode)、光電晶體管(phototransistor)、或其它公 知的光感測(cè)器。
在基板IOO上形成一透明層104。在本實(shí)施例中，透明層104可包括一 層間介電(ILD)層及位于上方的鈍化層或平坦層。ILD層可通過化學(xué)氣相 沉積(chemical vapor deposition, CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(low pressure CVD， LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasma enhanced CVD，PECVD)、 高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(high density plasma CVD，HDPCVD)、或其 它公知沉積技術(shù)形成，且可由氧化硅或其它低介電常數(shù)(lowk)材料所構(gòu)成， 例如氟硅玻璃(FSG)、摻雜碳的氧化物、甲基硅酸鹽類(methyl silsequioxane, MSQ)、含氫硅酸鹽類(hydrogen silsequioxane, HSQ)、或氟四乙基硅酸鹽 (fluorine tetra-ethyl-orthosilicate,FTEOS)。再者，鈍化層或平坦層可由氮化 硅(例如，SiN或Si3N》、氮氧化硅(例如，SiON)、碳化硅(例如，SiC)、 碳氧化硅(例如，SiOC)、或其組合所構(gòu)成。另外，ILD層中可具有金屬內(nèi) 連線(未繪示)形成于內(nèi)。此處為了簡(jiǎn)化附圖，僅繪示出一平整的透明層104。 一具有紅色、綠色、及藍(lán)色濾光片的彩色濾光層106是通過光刻工藝形成于透明層104上，使每一彩色濾光片能對(duì)應(yīng)于每一像素單元或是光感測(cè)器 101。
接著，在彩色濾光層106上形成一透明層108，用以保護(hù)彩色濾光層106。 透明層108可通過CVD、 LPCVD、 PECVD、 HDPCVD、或其它公知沉積 技術(shù)形成，且可由氧化硅、氮化硅、或其組合所構(gòu)成。
請(qǐng)參照?qǐng)D1B， 一光敏層IIO，例如一正型光致抗蝕劑層，形成于透明層 108上。之后，使用一灰階光掩模(gray level mask) 112對(duì)光致抗蝕劑層110 實(shí)施一曝光工藝，例如I-line曝光工藝?；译A光掩模112通常具有光柵結(jié)構(gòu)， 以在光通過時(shí)產(chǎn)生不同的光強(qiáng)度。因此，在本實(shí)施例中，可在灰階光掩模112 中設(shè)計(jì)出所需的光柵結(jié)構(gòu)，使得實(shí)施曝光及顯影工藝之后，光致抗蝕劑層110 在不同的部位具有不同的厚度而構(gòu)成一曲面110a。舉例而言，光致抗蝕劑層 110的中心部位的厚度大于其周圍部位，使光致抗蝕劑層110的曲面110a呈 現(xiàn)一對(duì)稱的凸面，如圖1C所示。
請(qǐng)參照?qǐng)D1C及圖1D，在實(shí)施顯影工藝之后，依序蝕刻具有曲面110a 的光致抗蝕劑層IIO及下方的透明層108，例如使用干蝕刻去除光致抗蝕劑 層IIO，同時(shí)在透明層108上形成一曲面108a，其大體相同于光致抗蝕劑層 110的曲面110a。在本實(shí)施例中，透明層108具有平凸的外型且曲面108a 為對(duì)稱的凸面。在另一實(shí)施例中，光致抗蝕劑層110的曲面110a可為非對(duì) 稱凸面，使透明層108的曲面108a為非對(duì)稱的凸面，如圖4所示。需注意 的是雖然圖4中透明層108的左側(cè)厚度大于其右側(cè)厚度，然而在其它實(shí)施例 中，透明層108的右側(cè)厚度也可大于其左側(cè)厚度。
請(qǐng)參照?qǐng)D1E，在透明層108的曲面108a上順應(yīng)性形成一微透鏡陣列 120，其具有多個(gè)圓蓋型(dome-type)的微透鏡119，其中微透鏡陣列120 中的微透鏡119對(duì)應(yīng)于像素陣列102中的光感測(cè)器101。微透鏡陣列120可 通過在透明層108上涂布一透鏡樹脂材料(未繪示)而形成。接著，通過光 刻工藝以圖案化透鏡樹脂材料，使其形成于對(duì)應(yīng)的光感測(cè)器101上方的位置。 接著，對(duì)圖案化的透鏡樹脂材料實(shí)施一熱流(thermal flow)工藝，以利用表 面張力而形成圓蓋型的微透鏡119。
圖2A至圖2C繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于圖像感測(cè)裝置中曲面 透明層形成方法剖面示意圖，其中相同于圖1A至圖1E中的部件使用相同的標(biāo)記并省略其相關(guān)說明。請(qǐng)參照?qǐng)D2A，形成一彩色濾光層106之前，在透 明層104上涂布一光致抗蝕劑層110。之后，使用灰階光掩模112對(duì)光致抗 蝕劑層110實(shí)施一曝光工藝114。
請(qǐng)參照?qǐng)D2B，接著實(shí)施顯影工藝，以形成具有一曲面110a的光致抗蝕 劑層110。
請(qǐng)參照?qǐng)D2C，依序蝕刻具有曲面110a的光致抗蝕劑層IIO及下方的透 明層104，以去除光致抗蝕劑層IIO且同時(shí)在透明層104上形成一曲面104a， 其大體相同于光致抗蝕劑層110的曲面110a。之后，依序在具有曲面104a 的透明層104上順應(yīng)性形成一彩色濾光層106及一透明層108，使彩色濾光 層106及透明層108分別具有大體相同于透明層104的曲面104a的曲面106a 及108a。
圖3A至圖3C繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于圖像感測(cè)裝置中曲面 膜層形成方法剖面示意圖，其中相同于圖1A至圖1E中的部件使用相同的標(biāo) 記并省略其相關(guān)說明。請(qǐng)參照?qǐng)D3A，形成一透明層108之前，在彩色濾光 層106上涂布一光致抗蝕劑層110。之后，使用灰階光掩模112對(duì)光致抗蝕 劑層110實(shí)施一曝光工藝114。
請(qǐng)參照?qǐng)D3B，接著實(shí)施顯影工藝，以形成具有一曲面110a的光致抗蝕 劑層110。
請(qǐng)參照?qǐng)D3C，依序蝕刻具有曲面110a的光致抗蝕劑層IIO及下方的彩 色濾光層106，以去除光致抗蝕劑層110且同時(shí)在彩色濾光層106上形成一 曲面106a，其大體相同于光致抗蝕劑層110的曲面110a。之后，在具有曲 面106a的彩色濾光層106上順應(yīng)性形成一透明層108，使透明層108具有大 體相同于彩色濾光層106的曲面106a的曲面108a。
圖5繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像感測(cè)模塊剖面示意圖。圖像感測(cè) 模塊200包括一圖像感測(cè)裝置，如圖1E所示，及設(shè)置于其上的一透鏡模塊 130。在入射光(未繪示)通過透鏡模塊130之后，光會(huì)擴(kuò)展成較寬的角度。 也即，位于周邊的微透鏡119 (即，位于像素陣列102邊緣附近)的CRA大 于位于中心的微透鏡119 (即，位于像素陣列102中心附近)的CRA。如此 一來，位于周邊的微透鏡119的聚焦深度會(huì)短于位于中心的微透鏡119的聚 焦深度。因此，圖像感測(cè)裝置的光敏性會(huì)因?yàn)橥ㄟ^位于周邊的微透鏡119的光線無法適當(dāng)?shù)鼐劢褂谒鶎?duì)應(yīng)的光感測(cè)器101而降低。
然而，根據(jù)本實(shí)施例，由于微透鏡陣列120直接形成于透明層108的曲 面108a上，位于周邊的微透鏡119的聚焦深度得以延伸，使光線適當(dāng)?shù)鼐?焦于所對(duì)應(yīng)的光感測(cè)器IOI。因此，可將不同CRA的不同聚焦深度調(diào)整成大 體一致的聚焦深度，以容許不同CRA的入射光能夠適當(dāng)?shù)鼐劢褂谒鶎?duì)應(yīng)的 光感測(cè)器，借以增加圖像感測(cè)裝置的光敏性。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任 何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動(dòng) 與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種圖像感測(cè)裝置，包括一基板，具有一像素陣列形成于內(nèi)；一第一透明層，具有一曲面且設(shè)置于該基板上；以及一微透鏡陣列，順應(yīng)性設(shè)置于該第一透明層的該曲面且對(duì)應(yīng)于該基板內(nèi)的該像素陣列。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測(cè)裝置，還包括一彩色濾光層，設(shè)置于該 基板與該第一透明層之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像感測(cè)裝置，其中該彩色濾光層具有一曲面， 其大體相同于該第一透明層的該曲面。
4. 如權(quán)利要求2所述的圖像感測(cè)裝置，還包括一第二透明層，設(shè)置于該 基板與該彩色濾光層之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的圖像感測(cè)裝置，其中該彩色濾光層與該第二透明 層分別具有一曲面，其大體相同于該第一透明層的該曲面。
6. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測(cè)裝置，其中該第一透明層的該曲面為對(duì) 稱或非對(duì)稱的凸面。
7. —種圖像感測(cè)裝置的制造方法，包括 提供一基板，其具有一像素陣列形成于內(nèi)； 在該基板上形成具有一曲面的一第一透明層；以及 在該第一透明層的該曲面上順應(yīng)性形成一微透鏡陣列，且對(duì)應(yīng)于該基板內(nèi)的該像素陣列。
8. 如權(quán)利要求7所述的圖像感測(cè)裝置的制造方法，還包括在該基板與該 第一透明層之間形成一彩色濾光層。
9. 如權(quán)利要求8所述的圖像感測(cè)裝置的制造方法，其中形成具有該曲面 的該第一透明層包括通過一灰階光掩模在該彩色濾光層上形成具有一曲面的一光致抗蝕劑層；依序蝕刻該光致抗蝕劑層及下方的該彩色濾光層，以去除該光致抗蝕劑 層，同時(shí)在該彩色濾光層上形成一曲面；以及在該彩色濾光層的該曲面上順應(yīng)性形成該第一透明層。
10. 如權(quán)利要求8所述的圖像感測(cè)裝置的制造方法，還包括在該基板與該 彩色濾光層之間形成一第二透明層。
11. 如權(quán)利要求7所述的圖像感測(cè)裝置的制造方法，其中形成具有該曲面的該第一透明層包括通過一灰階光掩模在該第二透明層上形成具有一曲面的一光致抗蝕劑層；依序蝕刻該光致抗蝕劑層及下方的該第二透明層，以去除該光致抗蝕劑 層，同時(shí)在該第二透明層上形成一曲面；以及依序在該第二透明層的該曲面上順應(yīng)性形成該彩色濾光層及該第一透 明層。
12. 如權(quán)利要求7所述的圖像感測(cè)裝置的制造方法，其中形成具有該曲面 的該第一透明層包括通過一灰階光掩模在該第一透明層上形成具有一曲面的一光致抗蝕劑 層；以及依序蝕刻該光致抗蝕劑層及下方的該第一透明層，以去除該光致抗蝕劑 層，同時(shí)在該第一透明層上形成一曲面。
13. 如權(quán)利要求7所述的圖像感測(cè)裝置的制造方法，其中該第一透明層的 該曲面為對(duì)稱或非對(duì)稱的凸面。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種圖像感測(cè)裝置及其制造方法，包括一基板、一第一透明層、以及一微透鏡陣列?；寰哂幸幌袼仃嚵行纬捎趦?nèi)。第一透明層具有一曲面且設(shè)置于基板上。微透鏡陣列順應(yīng)性設(shè)置于第一透明層的該曲面且對(duì)應(yīng)于基板內(nèi)的像素陣列。本發(fā)明還揭示一種圖像感測(cè)裝置的制造方法。本發(fā)明提供的圖像感測(cè)裝置及其制造方法，通過改變微透鏡陣列的幾何配置，可將不同CRA的不同聚焦深度調(diào)整成大體一致的聚焦深度，以容許不同CRA的入射光能夠適當(dāng)?shù)鼐劢褂谒鶎?duì)應(yīng)的光感測(cè)器，借以增加圖像感測(cè)裝置的光敏性。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101414614SQ200810087410
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日
發(fā)明者劉宇杰, 彭進(jìn)寶, 林建邦, 顏秀芳 申請(qǐng)人:采鈺科技股份有限公司