專(zhuān)利名稱(chēng)：形成圖像傳感器的微透鏡的方法和制造圖像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于形成圖像傳感器的微透鏡的方法。
背景技術(shù)：
通常，圖像傳感器定義為將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。典型的圖像傳 感器包括電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。
通常通過(guò)以下步驟來(lái)制造圖像傳感器在半導(dǎo)體襯底上形成晶體管和電連接到晶 體管的光電二極管，在晶體管和光電二極管上形成電介質(zhì)結(jié)構(gòu)和電線(xiàn)，并隨后在電介質(zhì)結(jié) 構(gòu)上形成紅色、綠色和藍(lán)色濾色器。 此處，當(dāng)在電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的上表面上形成的紅色、綠色和藍(lán)色濾色器的厚度互不相 同時(shí)，可以在濾色器的上表面上涂覆光敏材料以形成平面化層，并且在平面化層的上表面 上涂覆光致抗蝕劑膜，使光致抗蝕劑膜圖案化并經(jīng)受回流過(guò)程(reflow process)，從而形 成向與各濾色器相對(duì)應(yīng)的部分中的光電二極管提供匯聚光的微透鏡。 微透鏡是決定圖像傳感器性能的重要元件之一。在相關(guān)技術(shù)中，通常形成角度微 透鏡圖案，并作為回流過(guò)程的一部分將其加熱使得該圖案變?yōu)榱黧w狀態(tài)，這導(dǎo)致隨后冷卻 為半球形狀，從而制造微透鏡。 盡管這樣的方法由于使用價(jià)格低廉的材料和簡(jiǎn)單的加工過(guò)程而有優(yōu)勢(shì)，但是相關(guān) 技術(shù)的方法有較低的可再現(xiàn)性的缺點(diǎn)。 同時(shí)，作為另一種方法，通過(guò)影響微透鏡的光敏膜上的光圖案來(lái)形成微透鏡形狀。 此處，通過(guò)取決于微透鏡半徑而改變光刻掩模清晰區(qū)域的面積來(lái)影響經(jīng)過(guò)光刻掩模區(qū)域的 光強(qiáng)。與前面的情形相比，盡管這樣的方法可以具有更好的可再現(xiàn)性的優(yōu)點(diǎn)，但是該方法具 有掩模清晰區(qū)域的形狀非常復(fù)雜的缺點(diǎn)。 此外，在使用這些方法時(shí)，存在對(duì)減小微透鏡尺寸的限制。因此，需要一種用于形 成能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件超小型化目標(biāo)的微透鏡的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于形成圖像傳感器的與相關(guān)技術(shù)相比尺寸更小的微透 鏡的方法。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于形成圖像傳感器的微透鏡的方法包括在襯底上涂覆用于 形成微透鏡的光致抗蝕劑；允許激光入射到光致抗蝕劑內(nèi)穿越光致抗蝕劑的整個(gè)長(zhǎng)度，激 光影響光致抗蝕劑的位于激光振幅范圍中的部分；以及通過(guò)固化光致抗蝕劑來(lái)形成微透 鏡，用位于激光振幅范圍中的光致抗蝕劑區(qū)域來(lái)形成微透鏡。 根據(jù)另一實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法包括在上面形成有多個(gè)光電二極 管的半導(dǎo)體襯底上形成層間電介質(zhì)層；在層間電介質(zhì)層上方形成濾色器層；在濾色器層上 涂覆光致抗蝕劑；允許具有第一相位的第一光水平地入射到光致抗蝕劑的內(nèi)部穿越光致抗 蝕劑；允許第二光水平地入射到光致抗蝕劑穿越光致抗蝕劑，第二光具有與第一光相同的波長(zhǎng)但具有與第一相位相反的第二相位，由此暴露于第一光和第二光的區(qū)域形成微透鏡。
根據(jù)又一實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法包括在襯底上形成用于形成微透 鏡的材料層；以及通過(guò)允許光入射到材料層的第一側(cè)表面，其中光水平地通過(guò)材料層到材 料層的第二側(cè)表面，并使光能夠入射到材料層的第二表面并水平地通過(guò)材料層到達(dá)材料層 的第一側(cè)表面，來(lái)對(duì)材料層進(jìn)行圖案化處理。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，入射到材料層的第二表面的光在第二側(cè)表面上或第二側(cè)表 面外部反射，以當(dāng)該光水平地穿過(guò)材料層到達(dá)材料層的第一側(cè)表面時(shí)，在材料層中形成駐 波。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，形成在材料層的第二側(cè)表面上反射光的反射層，以允許在反射
層和材料層之間的界面上反射光，使得光能夠入射到材料層的第二表面。 根據(jù)另一實(shí)施例，將反射光的反射鏡布置為與材料層的第二側(cè)表面接觸，以允許
在反射鏡的反射表面上反射光，使得光能夠入射到材料層的第二表面。 根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)在第二側(cè)表面外部反射光時(shí)，將反射光的反射鏡的反射表面布置 為與材料層的第二側(cè)表面相對(duì)，以允許在反射表面上反射光。


圖1至圖5是根據(jù)實(shí)施例的說(shuō)明用于制造圖像傳感器的方法的截面圖。
圖6和圖7是根據(jù)實(shí)施例的說(shuō)明用于形成微透鏡的方法的圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，參照附圖詳細(xì)描述所提出的實(shí)施例。但是，本發(fā)明的范圍不限于此處明確 描述的實(shí)施例。 下文中，術(shù)語(yǔ)"包括"不會(huì)排除除了說(shuō)明的部件或步驟之外的部件或步驟的存在。 此外，在附圖中可能增大了若干層和區(qū)域的厚度以便闡明它們。在整個(gè)附圖中使用相同的 附圖標(biāo)記來(lái)指示相同或相似的部分。在實(shí)施例的描述中，當(dāng)諸如層、膜、區(qū)域、盤(pán)等的元件被 描述為形成"在"另一元件"上"時(shí)，可以理解為"直接"接觸其它元件或者可以在這些元件 之間形成其它層、膜、區(qū)域等等。 圖1至圖5是根據(jù)實(shí)施例的說(shuō)明用于制造圖像傳感器的方法的截面圖，圖6和圖 7是根據(jù)實(shí)施例的說(shuō)明用于形成使用激光波長(zhǎng)的微透鏡的方法的圖。 首先，參照?qǐng)Dl，層間電介質(zhì)層130形成在上面形成有多個(gè)光電二極管120的半導(dǎo) 體襯底110上?？梢砸远鄬有问叫纬蓪娱g電介質(zhì)層130。 盡管未示出，但是還可以在光電二極管120和層間電介質(zhì)層130之間形成若干金 屬圖案。電路和光電二極管類(lèi)型和布置可以變化，但是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于形成微透 鏡的方法可以應(yīng)用到各種圖像傳感器，使得該方法不限于圖中所示的圖像傳感器。
接下來(lái)，參照?qǐng)D2，在層間電介質(zhì)層130上方形成具有與光電二極管120相對(duì)應(yīng)的 濾色器的濾色器層140。 濾色器層140可以包括按每個(gè)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍來(lái)過(guò)濾光的紅色R、綠色G和藍(lán)色B 濾色器，并可以使用被涂覆、曝光和顯影的可染色抗蝕劑來(lái)形成。 特別地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，濾色器層140的各濾色器的水平長(zhǎng)度2a、2b和2c
4可以被形成為后面要描述的激光波的半波長(zhǎng)尺寸。因?yàn)樵跒V色器層140上形成的微透鏡的
水平長(zhǎng)度被形成為激光波的半波長(zhǎng)尺寸，所以這允許容易地將各濾色器對(duì)準(zhǔn)各微透鏡。 接下來(lái)，參照?qǐng)D3，可以在濾色器層140上方形成平面化層150。 可以在包括濾色器層140的半導(dǎo)體襯底IIO上方形成平面化層150，以保護(hù)下面的
器件免受來(lái)自外部的濕氣或重金屬滲透。在一個(gè)實(shí)施例中，可以用氮化硅層來(lái)形成平面化
層150。 在圖像傳感器中，因?yàn)楣鈱W(xué)透射是重要的，所以選擇平面化層150的厚度來(lái)抑制 干涉。例如，根據(jù)實(shí)施例，可以用1000埃(AJ至6000埃的厚度形成平面化層150，以減少 由薄膜引起的干涉。 接下來(lái)，參照?qǐng)D4，在平面化層150上方涂覆用于形成微透鏡的光致抗蝕劑160。
可以將光致抗蝕劑160的厚度形成得大于后面要描述的激光波的振幅。特別地， 為了保留在由激光波形成駐波的區(qū)域中的光致抗蝕劑，可以用在顯影后只保留接收光的部 分的負(fù)性光致抗蝕劑來(lái)形成光致抗蝕劑160。 下面參照?qǐng)D6和圖7更詳細(xì)地描述用于在涂覆有負(fù)性光致抗蝕劑的狀態(tài)下使用激 光來(lái)形成微透鏡161的方法。 圖6示出具有圖像傳感器(諸如在對(duì)應(yīng)于圖5的方法步驟處所示的器件)的截面 圖的代表圖，用于說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的用于形成微透鏡的方法。圖7示出具有根據(jù)本發(fā)明的 實(shí)施例在進(jìn)行顯影處理后形成的微透鏡的圖像傳感器的截面圖。參照?qǐng)D6，根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施例，可以通過(guò)在襯底(參見(jiàn)圖5的標(biāo)號(hào)110)上涂覆有負(fù)性光致抗蝕劑的狀態(tài)下導(dǎo)引光水 平地穿越晶片來(lái)形成微透鏡。 更具體地，為了制造圖像傳感器中的微透鏡161，將具有上面涂覆了光致抗蝕劑 160的襯底布置在反射鏡210和激光發(fā)生器200之間。 在考慮到要被制造的微透鏡的尺寸(水平長(zhǎng)度)的情況下，激光發(fā)生器200設(shè)定 要被發(fā)射的激光的波長(zhǎng)。換言之，激光發(fā)生器200發(fā)射波長(zhǎng)為要被制造的微透鏡161的尺 寸的兩倍的激光。 反射鏡210用于允許從激光發(fā)生器200發(fā)射的激光201在從反射鏡210反射之后 形成駐波。還可以在涂覆有光致抗蝕劑160的半導(dǎo)體襯底和激光發(fā)生器200之間提供透射 鏡220。 當(dāng)從激光發(fā)生器200的激光發(fā)射表面到反射鏡210的反射表面的距離是L1時(shí)，距 離Ll應(yīng)該是所發(fā)射的激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍。 通過(guò)使距離Ll為所發(fā)射的激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，從激光發(fā)生器200發(fā)射的激光可以 在反射鏡210上反射之后在光致抗蝕劑160中形成駐波。 當(dāng)從激光發(fā)生器200的激光發(fā)射表面到透射鏡220的距離是L3時(shí)，并且如果也使 距離L3為所發(fā)射的激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，則從透射鏡220到反射鏡210的反射表面的距離L2 也應(yīng)該是激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，以便在光致抗蝕劑160中形成激光的駐波。
換言之，從激光發(fā)生器200發(fā)射的激光(用粗線(xiàn)所示的第一光201)在經(jīng)過(guò)光致抗 蝕劑160內(nèi)部后，在反射鏡210的反射表面上反射(用虛線(xiàn)所示的第二光202)，隨后再次發(fā) 射到光致抗蝕劑160。因此，由具有相同波長(zhǎng)和振幅但具有相反相位的第一光和第二光在光 致抗蝕劑160中形成駐波。
使用當(dāng)具有相同波長(zhǎng)、振幅和周期的兩個(gè)波從不同方向行進(jìn)時(shí)波重疊的原理，在 光致抗蝕劑160中形成駐波。因此，在光致抗蝕劑160中，固化屬于駐波的振幅范圍的區(qū)域 (光通過(guò)的區(qū)域)，并且可以通過(guò)后面進(jìn)行的顯影過(guò)程來(lái)移除其它光致抗蝕劑區(qū)域。
因此，在負(fù)性光致抗蝕劑中，未對(duì)駐波的振幅范圍之外的外部區(qū)域進(jìn)行固化以便 移除，使得可以形成具有激光的一半半徑尺寸(即，直徑為激光波長(zhǎng)的一半)的微透鏡161。
如圖7中所示，通過(guò)上述方法制造的微透鏡161可以形成為相同尺寸(水平長(zhǎng) 度)。同時(shí)，對(duì)應(yīng)于微透鏡161的濾色器也形成為具有激光的一半半徑尺寸，以便允許在濾 色器(和對(duì)應(yīng)的像素)上方適當(dāng)?shù)夭贾梦⑼哥R。 盡管將光致抗蝕劑160描述為用于形成微透鏡161的材料層，但是實(shí)施例不限于 此。例如，可以根據(jù)本發(fā)明使用各種材料，如果這些材料可以被光(例如，激光)固化的話(huà)。
根據(jù)實(shí)施例，可以將反射鏡210布置得與光致抗蝕劑160的側(cè)表面(與面對(duì)激光 源的第一側(cè)表面相對(duì)的第二側(cè)表面)接觸，并且可以將從激光的發(fā)射表面到光致抗蝕劑 160的第二側(cè)表面或反射鏡210的反射表面的距離布置為激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，使得激光在 光致抗蝕劑160的第一側(cè)表面上入射，隨后在第二側(cè)表面上反射，從而形成駐波。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，替代單獨(dú)的反射鏡，可以在光致抗蝕劑160的側(cè)表面上形成反 射層。反射層可以是能夠使光反射的任何適當(dāng)材料。因此，甚至在形成由可以使光在光致 抗蝕劑160的第二側(cè)表面上反射而非在反射鏡210上反射的材料形成的反射層時(shí)，光在光 致抗蝕劑160的第二側(cè)表面上反射，因此使得可以在光致抗蝕劑160中形成駐波。
借助所提出的用于形成微透鏡的方法，微透鏡形成為激光的一半半徑尺寸，優(yōu)點(diǎn) 在于可以通過(guò)改變激光波 來(lái)改變要被制造的微透鏡的尺寸。換言之，與相關(guān)技術(shù)的微透 鏡加工方法相比，可以形成尺寸更加多樣化的微透鏡，并可以形成尺寸更加精細(xì)的微透鏡。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于廣泛的半導(dǎo)體器件技術(shù)，并且可以根據(jù)各種半導(dǎo)體 材料來(lái)加工。因?yàn)榇蠖鄶?shù)當(dāng)前可用的半導(dǎo)體器件是以硅襯底來(lái)加工的，并且本發(fā)明最經(jīng)常 遇到的應(yīng)用會(huì)涉及硅襯底，所以下面的描述討論了用硅襯底實(shí)施的本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的 若干目前優(yōu)選實(shí)施例。盡管如此，本發(fā)明還可以有利地用于絕緣體上硅(S0I)、鍺和其它半 導(dǎo)體材料。因此，本發(fā)明不是要限于以硅半導(dǎo)體材料加工的那些器件，而是會(huì)包括以本領(lǐng)域 技術(shù)人員可利用的一種或更多可用半導(dǎo)體材料和技術(shù)(諸如在玻璃襯底上使用多晶硅的 薄膜晶體管(TFT)技術(shù))加工的那些器件。 應(yīng)該注意的是，附圖在比例上未真實(shí)按比例繪制。此外，沒(méi)有按比例繪制有源元件 的各部分。某些維度與其它維度相比被放大了，以便提供對(duì)本發(fā)明的更清楚的圖示和理解。
此外，盡管此處說(shuō)明的實(shí)施例被示出為具有深度和寬度的各種區(qū)域的二維圖，但 是應(yīng)該清楚地理解，這些區(qū)域僅圖示了實(shí)際上為三維結(jié)構(gòu)的器件的一部分。因此，當(dāng)在實(shí)際 器件上加工時(shí)，這些區(qū)域具有包括長(zhǎng)度、寬度和深度的三個(gè)維度。此外，盡管通過(guò)針對(duì)有源 器件的優(yōu)選實(shí)施例闡釋了本發(fā)明，但是這些闡釋并非要限制本發(fā)明的范圍或可應(yīng)用性。不 要將本發(fā)明的有源器件限于所闡釋的物理結(jié)構(gòu)。對(duì)于目前的優(yōu)選實(shí)施例，這些結(jié)構(gòu)被包括 以示出本發(fā)明的效用和應(yīng)用。 在本說(shuō)明書(shū)中對(duì)" 一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例實(shí)施例"等的任何弓|用是指結(jié)合 該實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書(shū)中各 處出現(xiàn)的這樣的短語(yǔ)不一定都引 同一實(shí)施例。此外，在結(jié)合任何實(shí)施例描述特定特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征時(shí)，所主張的是，在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)來(lái)結(jié)合實(shí)施例的其它特點(diǎn)、結(jié)構(gòu) 或特征來(lái)利用或組合這樣的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征。 盡管已經(jīng)參照大量說(shuō)明性實(shí)施例描述了實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解，可以由本領(lǐng)域 技術(shù)人員設(shè)計(jì)出落在本公開(kāi)的原理的精神和范圍內(nèi)的眾多其它修改和實(shí)施例。更具體地， 在本公開(kāi)、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以在主題組合布置的組成部分和/或布置中 進(jìn)行各種改變和修改。除了組成部分和/或布置中的改變和修改之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還 應(yīng)當(dāng)清楚可替換的用途。
權(quán)利要求
一種用于形成圖像傳感器的微透鏡的方法，包括在用于所述圖像傳感器的襯底上涂覆用于形成微透鏡的光致抗蝕劑；允許激光以水平方向入射到所述光致抗蝕劑的內(nèi)部，所述激光影響所述光致抗蝕劑的位于所述激光的振幅范圍中的部分；以及通過(guò)固化具有所述受激光影響的部分的光致抗蝕劑來(lái)形成微透鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于形成圖像傳感器的微透鏡的方法，其中，允許激光入射 到所述光致抗蝕劑的內(nèi)部包括允許在所述光致抗蝕劑中形成所述激光的駐波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于形成圖像傳感器的微透鏡的方法，其中，所述微透鏡形 成為所述激光的一半半徑尺寸。
4. 一種用于制造圖像傳感器的方法，包括在上面形成有多個(gè)光電二極管的半導(dǎo)體襯底上形成層間電介質(zhì)層； 在所述層間電介質(zhì)層上方形成濾色器層； 在所述濾色器層上涂覆光致抗蝕劑；允許具有第一相位的第一光水平地入射到所述光致抗蝕劑的內(nèi)部穿越所述光致抗蝕劑；允許第二光水平地入射到所述光致抗蝕劑穿越所述光致抗蝕劑，所述第二光具有與所 述第一光相同的波長(zhǎng)但具有與所述第一相位相反的第二相位；以及基于暴露于所述第一光和所述第二光的所述光致抗蝕劑的區(qū)域形成微透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造圖像傳感器的方法，其中，所述第二光是從面對(duì)所 述光致抗蝕劑的外側(cè)表面的反射表面反射的所述第一光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造圖像傳感器的方法，其中，所述微透鏡的水平長(zhǎng)度 是所述第一光或所述第二光的一半半徑尺寸。
7. —種用于制造圖像傳感器的方法，包括 在圖像傳感器的襯底上形成用于形成微透鏡的材料層；以及通過(guò)使光入射到所述材料層的第一側(cè)表面，并使光入射到所述材料層的與所述材料層 的所述第一側(cè)表面相對(duì)的第二側(cè)表面，來(lái)對(duì)所述材料層進(jìn)行圖案化處理，其中，所述光水平 地穿過(guò)在所述第一側(cè)表面和所述第二側(cè)表面之間的材料層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造圖像傳感器的方法，其中，使光入射到所述材料層 的所述第二側(cè)表面包括提供反射表面以提供具有與入射到所述材料層的所述第一側(cè)表面 的光相反相位的光，從而在所述材料層中形成駐波。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造圖像傳感器的方法，其中，提供所述反射表面包括 提供與所述材料層的所述第二側(cè)表面接觸的反射鏡，從而允許在所述反射鏡的反射表面上 反射入射到所述第一側(cè)表面的光。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造圖像傳感器的方法，還包括根據(jù)所述微透鏡的所 需尺寸來(lái)選擇所述光的波長(zhǎng)和幅度，所選擇的光的波長(zhǎng)確定了所述微透鏡的直徑。
全文摘要
公開(kāi)了形成圖像傳感器的微透鏡的方法和制造圖像傳感器的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成圖像傳感器的微透鏡的方法包括在圖像傳感器的襯底上涂覆用于形成微透鏡的光致抗蝕劑；允許激光入射到光致抗蝕劑的內(nèi)部以生成駐波，激光影響光致抗蝕劑的位于激光振幅范圍中的部分；以及通過(guò)固化具有受激光影響的部分的光致抗蝕劑來(lái)形成微透鏡。借助所提出的用于形成微透鏡的方法，通過(guò)例如調(diào)節(jié)激光的波長(zhǎng)，可以形成各種尺寸的微透鏡，也可以形成精細(xì)尺寸的微透鏡。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101738853SQ20091020872
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者金明洙 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司