專利名稱：微透鏡形成方法和包括微透鏡的圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微透鏡的形成方法、包括該微透鏡的圖像傳感器和該圖 像傳感器的制造方法，且更具體而言，涉及能提高光效率的微透鏡的形成方 法、包括該微透鏡的圖像傳感器以及該圖像傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
微透鏡目前使用在各種領(lǐng)域中，例如圖像傳感器、液晶顯示器(LCD) 裝置和光學(xué)通訊系統(tǒng)。將來，微透鏡可以應(yīng)用為物鏡以記錄或復(fù)制光盤驅(qū)動(dòng) 器(ODD)例如光盤(CD)或數(shù)字視頻光盤(DVD)的信息。
包括微透鏡的圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的半導(dǎo)體器件，并 通常包括電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳 感器。
CCD包括多個(gè)相鄰設(shè)置的MOS電容器并在由光產(chǎn)生的電荷(栽流子) 存儲(chǔ)在MOS電容器中或在MOS電容器之間移動(dòng)時(shí)操作。CMOS圖像傳感 器使用CMOS技術(shù)，CMOS技術(shù)使用控制電路和信號(hào)處理電路作為外圍電 路并包括多個(gè)單元像素和控制單元像素輸出信號(hào)的CMOS電路。
圖1是常規(guī)CMOS圖像傳感器的局部剖面圖。參考圖1,常規(guī)CMOS 圖像傳感器包括在半導(dǎo)體襯底SUB上限定有源區(qū)的隔離層(未顯示)和位 于器件隔離層之間的光電二極管PD。光電二極管PD接收入射光并存儲(chǔ)電 荷。
第一層間介電膜ILD1形成在形成有器件隔離層和光電二極管PD的半 導(dǎo)體襯底SUB的整個(gè)表面上。雖然未示出，但第一層間介電膜ILD1可以形 成為多層結(jié)構(gòu)且形成單元像素的金屬線M設(shè)置在第一層間介電膜ILD1中。 金屬線M設(shè)置得不阻擋入射到光電二極管PD上的光。金屬線M也可以形 成為多層結(jié)構(gòu)。
具有染色成紅、綠和藍(lán)的部分以相應(yīng)于形成光電二極管PD的每個(gè)區(qū)的 濾色器層CF形成在第一層間介電膜ILD1上。第二層間介電膜ILD2形成在
濾色器層CF上。第二層間介電膜ILD2充當(dāng)覆層以消除臺(tái)階并調(diào)整微透鏡 的焦距。
圓型微透鏡ML形成在相應(yīng)于形成光電二極管PD的區(qū)域的第二層間介 電膜ILD2上。微透鏡ML用于將入射光聚集在光電二極管PD上。
雖然未顯示，保護(hù)膜可以進(jìn)一步設(shè)置在第一層間介電膜ILD1上以保護(hù) 光電二極管PD和金屬線M不受由外部濕氣的侵入而引起的損壞。平坦化層 還可以設(shè)置在保護(hù)層上以消除臺(tái)階并提高附著性。
然而，上述常規(guī)圖像傳感器具有下述缺點(diǎn)。
首先，由于死區(qū)即光不能被聚集的區(qū)域存在于微透鏡之間，光學(xué)效率降 低。死區(qū)相應(yīng)于下述微透鏡形成方法而產(chǎn)生。
圖2A到2C是示出常規(guī)微透鏡形成方法的步驟的剖面圖。參考圖2A， 在充當(dāng)覆層的層間介電膜ILD形成在具有預(yù)定下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底(未顯 示)上之后，光致抗蝕劑層PR涂覆在該層間介電膜ILD上。參考圖2B， 在曝光光致抗蝕劑層PR的預(yù)定區(qū)域例如形成微透鏡的區(qū)域以外的區(qū)域之 后，該區(qū)域用顯影劑來顯影，因此形成光致抗蝕劑圖案PRP。參考圖2C， 光致抗蝕劑圖案PRP在超過玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的例如120-200。C的溫度下被 被允許回流(reflow)，因此形成圓型微透鏡ML。
如上所述，微透鏡ML通常在光致抗蝕劑的回流工藝中形成。然而，由 于曝光設(shè)備的分辨率限制，難以將光致抗蝕劑圖案PRP之間的間距減小到小 于預(yù)定值。因此，隨著相鄰ML之間的間距增加，產(chǎn)生死區(qū)。
圖3和4分別是常規(guī)圖像傳感器的平面圖和剖面圖。如圖3和4所示， 可以看出產(chǎn)生了上述死區(qū)。
第二，在常規(guī)圖像傳感器中，當(dāng)入射光傾斜時(shí)，微透鏡ML的光密度降 低。即，當(dāng)入射光傾斜輸入時(shí)，穿過微透鏡ML的部分入射光不能到達(dá)與其 相應(yīng)的光電二極管PD，因此圖像傳感器出現(xiàn)故障。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述和/或其他問題,本發(fā)明提供了制造能夠改善由圖像傳感器 中的死區(qū)導(dǎo)致的光學(xué)效率降低問題同時(shí)提高光密度的微透鏡的方法。
本發(fā)明還提供一種包括上述微透鏡的圖像傳感器及該圖像傳感器的制
造方法。 — 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，形成微透鏡的方法包括在具有下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo) 體襯底上形成硅圖案；在半導(dǎo)體襯底上形成蓋膜以覆蓋硅圖案；退火硅圖案 和蓋膜以將硅圖案變形為具有桿形狀的多晶硅圖案并將蓋膜變形為圓型微 透鏡的殼部；和通過半導(dǎo)體襯底與將蓋膜變形為殼部時(shí)產(chǎn)生的殼部邊緣之間 的開口，用透鏡材料填充殼部的內(nèi)部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，形成微透鏡的方法包括在具有下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo) 體襯底上形成硅圖案；在半導(dǎo)體襯底上形成蓋膜以覆蓋硅圖案；退火硅圖案 和蓋膜以將硅圖案變形為具有桿形狀的多晶硅圖案并將蓋膜變形為圓型微 透鏡的第一殼部；和形成微透鏡的第二殼部以覆蓋第一殼部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，形成微透鏡的方法包括提供半導(dǎo)體襯底，其 上形成帶接觸孔的層間介電膜；在接觸孔中形成硅插栓并在接觸孔上和接觸 孔周圍的層間介電膜上形成硅圖案；在層間介電膜上形成蓋膜以覆蓋硅圖 案；退火硅圖案、硅插栓和蓋膜以將硅圖案變形為具有桿形狀的多晶硅圖案 并將蓋膜變形為圓型微透鏡的殼部；和通過半導(dǎo)體襯底與將蓋膜變形為殼部 時(shí)產(chǎn)生的殼部邊緣之間的開口 ，將透鏡材料填充到殼部內(nèi)部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，形成微透鏡的方法包括提供半導(dǎo)體襯底，其 上形成帶有接觸孔的層間介電膜；在接觸孔中形成硅插栓并在接觸孔上和接 觸孔周圍的層間介電膜上形成硅圖案；在層間介電膜上形成蓋膜以覆蓋硅圖 案；退火硅圖案、硅插栓和蓋膜以將硅圖案變形為具有桿形狀的多晶硅圖案， 并將蓋膜變形為圓型微透鏡的第一殼部；和在層間介電膜上形成微透鏡的第
二殼部以覆蓋第一殼部。
硅圖案和硅插拴可以由非晶硅或多晶硅形成。 硅圖案可以形成為具有10-50000A的寬度和10-50000A的厚度。 蓋膜可以由氧化^5圭或氧化#"形成。
退火可以是在100 - 3000 mJ/cm2強(qiáng)度下進(jìn)行的受激準(zhǔn)分子激光退火。 具有桿形狀的多晶硅圖案可以具有小于硅圖案的寬度和大于硅圖案的高度。
填充殼部內(nèi)部的透鏡材料可以是氧化硅或光致抗蝕劑。 第二殼部可以由氧化硅或氧化鋯形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底；光電二極管的， 一部分，通過在半導(dǎo)體襯底表面中摻雜雜質(zhì)而形成；層間介電膜，形成在^
導(dǎo)體襯底上并具有暴露部分光電二極管的第一部分的接觸孔；光電二極管的 第二部分，由摻雜多晶硅形成在接觸孔上，并具有大于層間介電膜的高度； 圓型第一微透鏡，形成在層間介電膜上以覆蓋光電二極管的第二部分；和濾 色器層，形成在第一微透鏡上。
該微透鏡可以包括殼部和內(nèi)部，且該內(nèi)部可以填充透鏡材料或者空著。
首先，第一微透鏡可以包括圓型殼部，其形成在光電二極管第二部分的 上表面上以及光電二極管第二部分周圍，并具有從層間介電膜分開的邊緣； 和填充材料，填充殼部的內(nèi)部。該圓型殼部可以由氧化硅或氧化鋯形成。填 充材料可以由氧化硅或光致抗蝕劑形成。
第二，微透鏡可以包括圓型第一殼部，形成在光電二極管第二部分的 上表面上以及光電二極管第二部分周圍，并具有從層間介電膜分開的邊緣； 和第二殼部，形成在第一殼部上和第一殼部周圍的層間介電膜上。第一殼部 可以由氧化硅或氧化鋯形成。第二殼部由氧化硅或氧化鋯形成。
濾色器層可以沿第 一微透鏡表面形成或者與第 一微透鏡分開而中間設(shè) 置另一層間介電膜。
圖像傳感器還可以包括形成在濾色器層上的第二微透鏡，其間設(shè)置介電 膜。具體地，圖像傳感器還可以包括介電膜，形成在層間介電膜上以覆蓋 濾色器層；多晶硅圖案，具有桿形狀，形成在相應(yīng)于形成光電二極管的第二 部分的區(qū)域的介電膜的部分上；和圓型第二微透鏡，形成在介電膜上以覆蓋 多晶硅圖案。
第二微透鏡可以包括殼部和內(nèi)部，其中內(nèi)部被填充透鏡材料或者空著。 其結(jié)構(gòu)和材料與上述微透鏡相同。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造圖像傳感器的方法包括通過在半導(dǎo)體襯 底表面中摻雜雜質(zhì)而形成光電二極管的第一部分；在半導(dǎo)體襯底上形成第一 層間介電膜，該第一層間介電膜具有暴露部分光電二極管的第一部分的接觸 孔；在所述接觸孔中形成硅插栓，并在接觸孔上和接觸孔周圍的第一層間介 電膜上形成具有第一高度和大于接觸孔直徑的寬度的第一硅圖案；在第一層 間介電膜上形成第一蓋膜以覆蓋第一硅圖案；退火第一硅圖案、硅插栓和第 一蓋膜以將第一硅圖案和硅插栓變形為具有大于第一高度的第二高度并充 當(dāng)光電二極管的第二部分的第一多晶硅圖案，并將第一蓋膜變形為圓型第一、 微透鏡的殼部；通過第一層間介電膜與蓋膜變形為殼部時(shí)產(chǎn)生的殼部邊緣之
間的開口，透鏡材料被填充在殼部內(nèi)部；和在殼部上形成濾色器層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造圖像傳感器的方法包括通過在半導(dǎo)體襯 底表面中摻雜雜質(zhì)而形成光電二極管的第 一部分；在半導(dǎo)體襯底上形成具有 暴露部分光電二極管的第一部分的接觸孔的第一層間介電膜；在接觸孔中形 成硅插栓，并在接觸孔和接觸孔周圍的第 一層間介電膜上形成具有第 一高度 和大于接觸孔直徑的寬度的第一硅圖案；在第一層間介電膜上形成第一蓋膜 以覆蓋硅圖案；退火第一硅圖案、硅插栓和第一蓋膜，以將第一硅圖案和硅 插栓變形為具有大于第一高度的第二高度并充當(dāng)光電二極管的第二部分的 第一多晶硅圖案，并將第一蓋膜變形為圓型第一微透鏡的第一殼部；在第一 殼部上和第一殼部周圍的介電膜上形成第一微透鏡的第二殼部；和在第二殼 部上形成濾色器層。
該硅插栓可以由非晶硅或多晶硅形成。 該硅圖案可以由非晶硅或多晶硅形成。
該硅圖案可以形成為具有10 - 50000A的寬度和10 - 50000A的厚度。 該蓋膜可以由氧化硅或氧化鋯形成。
退火可以是在100 - 3000 mJ/cm2強(qiáng)度下進(jìn)行的受激準(zhǔn)分子激光退火。 填充第二透鏡的殼部內(nèi)部的透鏡材料可以是氧化硅或光致抗蝕劑膜。 第二殼部可以由氧化硅或氧化鋯形成。
該方法在形成濾色器層之后還包括在第一層間介電膜上形成介電膜以 覆蓋濾色器層；在介電膜上形成第二硅圖案以相應(yīng)于形成第一硅圖案的區(qū) 域；形成第二蓋膜以覆蓋第二硅圖案；退火第二硅圖案和第二蓋膜，從而將 第二硅圖案變形為具有桿形狀的第二多晶硅圖案，并將第二蓋膜變形為圓型 第二微透鏡的第 一殼部；和在第二微透鏡的第 一殼部上以及第二微透鏡的第 一殼部周圍的介電膜上形成第二微透鏡的第二殼部。
第二硅圖案可以由非晶硅或多晶硅形成。
第二硅圖案可以形成為具有10-50000A的寬度和10-50000A的厚度。 第二蓋膜可以由氧化硅或氧化鋯形成。
退火可以是在100 - 3000 mJ/cm2強(qiáng)度下進(jìn)行的受激準(zhǔn)分子激光退火。 第二多晶硅圖案具有小于第二硅圖案的寬度和大于第二硅圖案的高度。 第二微透鏡的第二殼部可以是氧化硅膜或氧化鋯膜。


通過參考附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特
點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明顯，在附圖中
圖1是常規(guī)CMOS圖像傳感器的局部剖面圖2A到2C是示出常規(guī)微透鏡形成方法步驟的剖面圖3和4分別是示出常規(guī)技術(shù)問題的常規(guī)圖像傳感器的平面圖和剖面
圖5A到5D是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成微透鏡的方法步驟的剖面
圖6是解釋根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例形成微透鏡的方法的剖面圖； 圖7A到7C是示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例形成微透鏡的方法步驟的剖 面圖8是解釋根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例形成微透鏡的方法的剖面圖； 圖9是#4居本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的局部剖面圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明另 一實(shí)施例的圖像傳感器的局部剖面圖； 圖11是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的圖像傳感器的局部剖面圖； 圖12A到12G是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造圖像傳感器的方法步驟的 剖面圖13是在進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火(ELA)之前非晶硅圖案的平面圖； 圖14是示出在950 mJ/cr^強(qiáng)度下通過ELA圖13的非晶硅圖案而形成
的多晶硅圖案的平面圖15是示出在根據(jù)本發(fā)明的方法中形成的微透鏡的多晶硅圖案和殼部
的剖面圖16A和16B是解釋根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造圖像傳感器的方法步 驟的剖面圖17A和17D是解釋根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例制造圖像傳感器的方法步 驟的剖面圖；以及
圖18是沖艮據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的圖像傳感器的局部剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成微透鏡的方法、包括該微
透鏡的圖像傳感器及圖像傳感器的制造方法。在附圖中，為了清楚而夸大了 層和區(qū)域的厚度。
圖5A到5D是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成微透鏡的方法步驟的剖面 圖。參考圖5A，層間介電膜ILD形成在半導(dǎo)體襯底SUB上且硅圖案SP形 成在層間介電膜ILD上。硅圖案SP可以由非晶硅或多晶硅形成為10-50000A的寬度和10 - 50000A的厚度。
蓋膜C形成在層間介電膜ILD之上和上方以覆蓋硅圖案SP。蓋膜C可 以由顯示高透射率的氧化硅膜或氧化鋯膜形成，并優(yōu)選根據(jù)硅圖案SP和層 間介電膜ILD的表面共形(conformal)而形成。然后，硅圖案SP和蓋膜C 被退火，且此時(shí)退火可以由受激準(zhǔn)分子激光進(jìn)行的受激準(zhǔn)分子退火(此后稱 為ELA ),且ELA強(qiáng)度可以是100-3000 mJ/cm2。
當(dāng)受激準(zhǔn)分子激光發(fā)射時(shí)，激光通過透明蓋膜C行進(jìn)到下層，從而激光 聚集在硅圖案SP上而不是氧化硅膜的層間介電膜ILD上。因此，硅圖案SP 的溫度迅速升高且硅圖案SP被部分或完全熔化。熔化程度可以根據(jù)受激準(zhǔn) 分子激光的強(qiáng)度而控制。
參考圖5B，由受激準(zhǔn)分子激光熔化的硅圖案SP由于表面張力而傾向于 具有類似于半球形的形狀。由于熔化的硅圖案逐漸冷卻，在其中心部分下部 中產(chǎn)生結(jié)晶的籽晶。籽晶產(chǎn)生在熔化的硅中心部分下部是因?yàn)樵搮^(qū)域的流速 最小。從該中心部分下部的籽晶沿向上方向進(jìn)行多晶化。參考標(biāo)記SP，表示 多晶化中間的硅圖案。
在多晶化過程中，蓋膜C具有某種程度的柔性，從而其形狀被變形為圓 形，即圓頂。由于被變形為圓頂?shù)纳w膜C的邊緣部分從層間介電膜ILD分 開，因此產(chǎn)生開口部分。參考標(biāo)記C，表示在變形中間的蓋膜C。
參考圖5C，具有桿形狀的多晶硅圖案P通過ELA進(jìn)行的多晶化由硅圖 案SP形成，同時(shí)形成由蓋膜C變形的圓型微透鏡的殼部S。多晶硅圖案P 的寬度小于硅圖案SP的寬度，且其高度大于硅圖案SP的高度。雖然未示出， 但蓋膜C的部分可以保留在層間介電膜ILD上。
參考圖5D,透鏡材料F通過層間介電膜ILD與在蓋膜C變形為殼部S 的過程中產(chǎn)生的殼部S的邊緣之間的開口部分填充殼部S的內(nèi)部。因此，形 成由殼部S和填充殼部S內(nèi)部的透鏡材料F構(gòu)成的圓型微透鏡MLa。填充 殼部S內(nèi)部的透鏡材料F可以是氧化硅膜或光致抗蝕劑膜。當(dāng)在LPCVD(、 壓化學(xué)氣相沉積)中形成氧化硅膜時(shí)，殼部S的內(nèi)部可以通過開口被填充氧 化硅膜。當(dāng)使用光致抗蝕劑膜時(shí)，殼部S的內(nèi)部可以被光致抗蝕劑膜的流體 所填充。例如，當(dāng)使用光致抗蝕劑膜時(shí)，被熔融的光致抗蝕劑膜涂覆到大于
殼部S的高度從而用光致抗蝕劑膜填充殼部S的內(nèi)部。當(dāng)使用殼部S作為蝕
刻掩模除去殼部s之外的光致抗蝕劑膜時(shí)，光致抗蝕劑膜僅保留在殼部s內(nèi)部。
圖6是解釋根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例形成微透鏡的方法的剖面圖。參考圖 6，本實(shí)施例是通過改進(jìn)上述實(shí)施例的方法而獲得的方法。直到圖5C示出的 步驟都相同，只是圖5C之后的步驟不同。因此，為了避免重復(fù)解釋，將僅 描述圖5C的步驟之后的步驟。為了解釋方便，在圖6中，圖5C的殼部S 被稱為第一殼部Sl。
參考圖6,微透鏡的第二殼部S2形成在層間介電膜ILD上以覆蓋第一 殼部S1。第二殼部S2可以由氧化硅或氧化鋯形成。因此，形成由第一和第 二殼部Sl和S2構(gòu)成并具有空的內(nèi)部的孩史透4竟MLb。
圖7A到7C是示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例形成微透鏡的方法步驟的剖 面圖。在本實(shí)施例中，基本原理與參考圖5A到5D所描述的實(shí)施例相同， 但形成在半導(dǎo)體襯底SUB上的下結(jié)構(gòu)不同。即，雖然在參考圖5A到5D所 描述的實(shí)施例中，形成在半導(dǎo)體襯底SUB上的下結(jié)構(gòu)是層間介電膜ILD， 但在本實(shí)施例中形成在半導(dǎo)體襯底SUB上的下結(jié)構(gòu)是包括硅插栓的層間介 電膜。除了下結(jié)構(gòu)之外的組成元件相同，因此這里將省略其描述。
參考圖7A，在層間介電膜ILD形成在半導(dǎo)體襯底SUB上之后，層間介 電膜ILD的預(yù)定部分被蝕刻以形成暴露半導(dǎo)體村底SUB的接觸孔H。然后， 硅插栓SH形成在接觸孔H中且硅圖案SP形成在接觸孔H上和接觸孔H周 圍的層間介電膜ILD上。硅插栓SH可以由非晶硅或多晶硅形成。接著，蓋 膜C形成在層間介電膜ILD上以覆蓋硅圖案SP。
然后，使用具有與圖5A到5D的實(shí)施例相同的100-3000 mJ/cm2強(qiáng)度的 受激準(zhǔn)分子激光退火硅圖案SP、硅插栓SH和蓋膜C。當(dāng)發(fā)射受激準(zhǔn)分子激 光時(shí)，激光通過蓋層C行進(jìn)到下層中。因此，硅圖案SP和硅插栓SH的溫 度迅速升高從而它們被部分或完全熔化。
參考圖7B，被受激準(zhǔn)分子激光熔化的硅圖案SP由于表面張力而傾向于 具有類似半圓形的形狀。由于熔化的硅插栓SH和硅圖案SP被逐漸冷4|^
在其邊界部分或硅插栓SH的下部分產(chǎn)生多晶化的籽晶。多晶化從籽晶向上 進(jìn)行。因此，隨著熔化的硅圖案SP的冷卻，硅圖案SP變形為桿形。
在多晶化過程中，蓋膜C具有某種程度的柔性，從而其形狀被變形為圓 形，即圓頂。由于變形為圓頂?shù)纳w膜C的邊緣從層間介電膜ILD分開，產(chǎn) 生了開口部分。結(jié)果，通過ELA由硅插栓SH和硅圖案SP形成了桿形多晶 硅圖案P，并形成從蓋膜C變形而得的圓型微透鏡的殼部S。
參考圖7C，透鏡材料F通過層間介電膜ILD與在蓋膜C變形為殼部S 中產(chǎn)生的殼部的邊緣之間的開口部分填充殼部S內(nèi)部。因此，形成由殼部S 和填充在該殼部S內(nèi)部的透鏡材料F構(gòu)成的圓型微透鏡MLa。
圖8是解釋4艮據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例形成微透鏡的方法的剖面圖。本實(shí)施 例是通過改進(jìn)參考圖7A到7C所述的實(shí)施例的方法而獲得的。直到圖7B所 示的步驟都相同，只是圖7B之后的步驟不同。因此，為了避免重復(fù)解釋， 將僅描述圖7B的步驟之后的步驟。為了解釋方便，在圖8中，圖7B的殼 部S被稱為第一殼部Sl。
參考圖8,微透鏡的第二殼部S2形成在層間介電膜ILD上以覆蓋第一 殼部S1。第二殼部S2的材料與參考圖6所述的實(shí)施例相同。因此，形成由 第一和第二殼部Sl和S2構(gòu)成并具有空的內(nèi)部的透鏡MLb。
由于在后面將詳細(xì)描述的本實(shí)施例中，使用ELA引起的蓋膜C的膨脹 (swelling)現(xiàn)象而不是使用常規(guī)光刻和回流工藝形成微透鏡，因此微透鏡 之間的間隔即死區(qū)可以減少。尤其是，當(dāng)通過在從蓋膜C變形而來的第一殼 部Sl之外增加第二殼部S2來形成微透鏡時(shí)，可以容易地進(jìn)一步減少死區(qū)。
而且，本發(fā)明提供了包括在上述方法中形成的微透鏡的圖像傳感器。在 根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器中，根據(jù)參考圖7A到7C和圖8描述的實(shí)施例的 微透鏡形成方法中具有桿形的多晶硅圖案P可以用作光電二極管的 一部分。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的局部剖面圖。圖IO是根據(jù)本 發(fā)明另一實(shí)施例的圖像傳感器的局部剖面圖。參考圖9和10，根據(jù)這些實(shí)施 例的圖像傳感器包括通過在半導(dǎo)體襯底SUB表面中摻雜雜質(zhì)而形成的光電 二極管的第一部分PD1。該第一部分PD1可以是其中第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜 質(zhì)區(qū)依次沉積或者僅沉積一個(gè)雜質(zhì)區(qū)的結(jié)構(gòu)。
具有暴露第一部分PD1的一部分且優(yōu)選中心部分的接觸孔H的層間介 電膜ILD形成在半導(dǎo)體襯底SUB上。層間介電膜ILD可以是多層結(jié)構(gòu)且構(gòu)
成單元像素的金屬線M可以設(shè)置在層間介電膜ILD中。金屬線M設(shè)置在不 阻擋入射光的位置，并可以形成為多層結(jié)構(gòu)。
由摻雜多晶硅形成具有大于層間介電膜ILD的高度的光電二極管的第 二部分PD2形成在接觸孔H中。光電二極管的第二部分PD2優(yōu)選由雜質(zhì)區(qū) 形成。然而，在某些情形，第二部分PD2可以為其中第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì) 區(qū)依次沉積的結(jié)構(gòu)。第二部分PD2與第一部分PD1 —起充當(dāng)光電二極管PD。
圓型微透鏡MLa和MLb形成在層間介電膜ILD上以覆蓋第二部分PD2。 濾色器層CF沿微透鏡MLa和MLb的表面形成。微透鏡MLa和MLb可以 分為殼部和內(nèi)部。內(nèi)部可以如圖5所示填充透鏡材料或者如圖6所示空著。 根據(jù)本實(shí)施例的微透鏡結(jié)構(gòu)描述如下。
首先，如圖9所示，根據(jù)本實(shí)施例的微透鏡可以由圓型殼部S和填充在 殼部S內(nèi)部的填充材料F形成，該圓形殼部S形成在光電二極管第二部分 PD2的上表面上及其周圍并具有從層間介電膜ILD分開的邊緣。此后微透鏡 的此結(jié)構(gòu)被稱為第一類型。
第一類型微透鏡MLa的殼部S可以由氧化硅或氧化鋯形成，而填充的F 可以由氧化硅或光致抗蝕劑形成。
第二，如圖IO所示，根據(jù)本實(shí)施例的微透鏡可以由圓型第一殼部S1和 形成在第一殼部Sl及其周圍的一部分層間介電膜ILD上的第二殼部S2形 成，其中第一殼部81形成在光電二極管第二部分PD2的上表面上及其周圍 并具有從層間介電膜ILD分開的邊緣。此后，微透鏡的此結(jié)構(gòu)被稱為第二類 型。第二類型微透鏡MLb的第一和第二殼部Sl和S2可以由氧化硅或氧化 鋯形成。
由于在本實(shí)施例中，在上述微透鏡形成方法中而不是常規(guī)光刻和回流工 藝中形成微透鏡，微透鏡之間的間隔即死區(qū)可以減少。尤其是，由于第二類 型是其中第二殼部S2添加到第一殼部S1外部的結(jié)構(gòu)，因此可以進(jìn)一步容易 i也減少死區(qū)。
而且，由于在根據(jù)本實(shí)施例的圖像傳感器中光電二極管PD由半導(dǎo)體襯 底SUB中的第一部分PD1和建立在光電二極管PD1中心部分的桿形的第二 部分PD2構(gòu)成，光電二極管PD的密度增加了。即，當(dāng)入射光傾斜時(shí)，因?yàn)?第二部分PD2防止了光的損失，可以防止由于光的損失引起的圖像傳感器的 故障。
根據(jù)本實(shí)施例的圖像傳感器還可以包括形成在濾色器層CF上的第二微 透鏡，介電膜設(shè)置在其間。在此情形，濾色器層CF可以通過從微透鏡MLa 和MLb分開并在其間設(shè)置另一層間介電膜而形成。根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例 的還包括第二微透鏡的圖像傳感器的示例在圖11中示出。
圖11是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的圖像傳感器的局部剖面圖。參考圖11, 根據(jù)本實(shí)施例的圖像傳感器從半導(dǎo)體襯底SUB到微透鏡MLa具有與圖9所 示的圖像傳感器相同的結(jié)構(gòu)。為了解釋方便，在圖11中，圖9的微透鏡MLa 被稱為第一微透鏡MLa-l,圖9的層間介電膜ILD被稱為第一層間介電膜 ILD1，且圖9的金屬線M被稱為第一金屬線M1。
在本圖像傳感器中，濾色器層CF形成在第一微透鏡MLa-l中，第二層 間介電膜ILD2設(shè)置在其間且第三層間介電膜ILD3形成在濾色器層CF上。 具有與第一金屬線Ml類似形狀的第二金屬線M2設(shè)置在第三層間介電膜 ILD3中。
具有桿形的多晶硅圖案P形成在相應(yīng)于形成第二部分PD2的區(qū)域的第 三層間介電膜ILD3的部分中。第二孩i透鏡ML-2形成在層間介電膜ILD3上 以覆蓋多晶硅圖案P。如圖ll所示，第二微透鏡ML-2形成在多晶硅圖案P 的上表面上及其周圍，并可以包括具有從第三層間介電膜ILD3分開的邊緣 的圓型第二微透鏡的第一殼部S2-l和形成在第一殼部S2-l上以及第一殼部 S2-l周圍的層間介電膜ILD3上的第二微透鏡的第二殼部S2-2。
雖然在圖11中，微透鏡ML-2示出為其內(nèi)部空著的第二類型，但在一 些情況中，微透鏡ML-2由與圖9的微透鏡MLa相同的結(jié)構(gòu)和材料或者與圖 10的微透鏡MLb相同的結(jié)構(gòu)和材料形成。
在具有圖11所示的雙微透鏡的圖像傳感器結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選上微透鏡的寬 度大于下微透鏡的寬度。因此，優(yōu)選下微透鏡由第一類型形成且上微透鏡由 第二類型形成。
此后，將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造圖像傳感器的方法。
圖12A到12G是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法步驟 的剖面圖。參考圖12A,通過在半導(dǎo)體襯底SUB表面中摻雜雜質(zhì)而形成光 電二極管的第一部分PD1。具有暴露部分光電二極管PD1的接觸孔H的層 間介電膜ILD形成在半導(dǎo)體襯底SUB上。層間介電膜ILD可以是多層結(jié)構(gòu)。 構(gòu)成單元像素的金屬線M可以設(shè)置在層間介電膜ILD中。金屬線M可p》是
多層結(jié)構(gòu)。
參考圖12B,當(dāng)硅插栓SH形成在接觸孔H中時(shí)，具有大于接觸孔H的 高度和寬度的硅圖案SP形成在接觸孔H上和接觸孔H周圍的部分層間介電 膜ILD上。硅插栓SH和硅圖案SP可以同時(shí)形成或單獨(dú)形成。硅插栓SH 和硅圖案SP可以由非晶硅或多晶硅形成。硅圖案SP優(yōu)選由非晶硅形成。硅 圖案SP可以形成為多種形狀例如圓形或矩形并具有10-50000A的寬度和 10-50000A的厚度。硅插栓SH和硅圖案SP可以摻雜雜質(zhì)或不摻雜。如果在 此步驟中在硅圖案SP中不摻雜雜質(zhì)，則為了充當(dāng)光電二極管，在后續(xù)步驟 中需要在硅圖案SP或變形的硅圖案中摻雜雜質(zhì)。
參考圖12C，蓋膜C形成在層間介電膜ILD上以覆蓋硅圖案SP。蓋膜 C可以是顯示高透射率的膜，例如氧化硅膜或氧化鋯膜，并優(yōu)選共形形成為 均勻厚度。接著，退火硅圖案SP、硅插栓SH和蓋膜C,例如進(jìn)行ELA。受 激準(zhǔn)分子激光的強(qiáng)度可以是100-3000 mJ/cm2。
如上所述，當(dāng)發(fā)射受激準(zhǔn)分子激光時(shí)，激光通過蓋層C行進(jìn)到下層中并 聚集在硅圖案SP和硅插栓SH的部分上而不是在氧化硅膜的層間介電膜ILD 上。因此，硅圖案SP和硅插栓SH的溫度迅速增加因此它們被部分或完全 熔化。熔化程度可以根據(jù)受激準(zhǔn)分子激光強(qiáng)度而控制。
參考圖12D，被受激準(zhǔn)分子激光熔化的硅圖案SP由于表面張力而傾向 于具有類似半球形的形狀。由于熔化的硅圖案SP和硅插栓SH逐步冷卻， 在其中心部分下部中產(chǎn)生多晶化的籽晶。籽晶產(chǎn)生在熔化的硅中心部分下部
是因?yàn)樵搮^(qū)域的流速最小。從該中心部分下部的籽晶沿向上方向進(jìn)行多晶 化。參考標(biāo)記SP，表示多晶化中間的硅圖案和硅插栓。
在多晶化過程中，蓋膜C具有某種程度的柔性，從而其形狀被變形為圓 形，即圓頂。被變形為圓頂?shù)纳w膜C的邊緣部分從層間介電膜ILD分開。 參考標(biāo)記C，表示在變形中間的蓋膜C。
參考圖12E,桿形多晶硅圖案(光電二極管的第二部分此后稱為PD2) 通過采用ELA的多晶化由硅插栓和硅圖案形成，且同時(shí)圓型微透鏡的殼部S 由蓋膜形成。多晶硅圖案是高度大于硅圖案SP的具有桿形的圖案，并是與 第一部分PD1 —起構(gòu)成光電二極管PD的光電二極管的第二部分PD2。當(dāng)硅 圖案SP是未摻雜材料時(shí)，可以在多晶化之后在多晶硅圖案中進(jìn)行摻雜工^ 。
參考圖12F，透鏡材料F通過層間介電膜ILD與形成殼部S時(shí)產(chǎn)生"殼
部S邊緣之間的開口填充殼部S內(nèi)部。填充殼部S內(nèi)部的透鏡材料F可以是 氧化硅膜或光致抗蝕劑膜。如上所述，當(dāng)在LPCVD中形成氧化硅膜時(shí)，殼 部S的內(nèi)部可以通過該開口被填充。當(dāng)使用光致抗蝕劑膜時(shí)，殼部S的內(nèi)部 可以被光致抗蝕劑膜的流體填充。因此，微透鏡MLa由殼部S和填充殼部S 內(nèi)部的透鏡材料F構(gòu)成。
參考圖12G,濾色器層CF形成在由殼部S和殼部S內(nèi)部的透鏡材料F 構(gòu)成的微透鏡MLa表面上。雖然未顯示，但為了制造本發(fā)明的圖像傳感器 而進(jìn)行已知的后續(xù)工藝。
圖13是在進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火(ELA)之前的非晶硅圖案(a-Si) 的平面圖。圖14是示出通過在950 mJ/cm^雖度下ELA圖13的非晶硅圖案 而形成的多晶硅圖案(a-Si)的平面圖。圖15是示出在根據(jù)本發(fā)明的方法中 形成的具有桿形的多晶硅圖案(poly-Si)和圓型微透鏡的殼部S的剖面圖。
圖16A和16B是解釋根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造圖像傳感器的方法步 驟的剖面圖。本實(shí)施例是通過改進(jìn)參考圖12A到12G描述的上述實(shí)施例的 方法(圖像傳感器制造方法)而獲得的方法。直到圖12E所示的步驟都相同， 僅在圖12E之后的步驟不同。因此，為了避免重復(fù)解釋，將僅描述圖12E的 步驟之后的步驟。為了解釋方便，在圖16A和16B中，圖12E的殼部S被 稱為第一殼部Sl。
參考圖16A，微透鏡的第二殼部S2形成在第一殼部Sl及其周圍的層間 介電膜ILD上。第二殼部S2可以由氧化硅或氧化鋯形成。因此，形成由第 一和第二殼部Sl和S2構(gòu)成的微透鏡MLb。參考圖16B,濾色器層CF形成 在第二殼部S2的表面上。雖然未顯示，但為了制造本發(fā)明的圖像傳感器， 進(jìn)行已知的后續(xù)工藝。
圖17A和17D是解釋根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法 的步驟的剖面圖。本實(shí)施例是通過改進(jìn)參考圖12A到12G描述的上述實(shí)施 例的方法(圖像傳感器制造方法)獲得的方法。直到圖12F所示的步驟都相 同，僅圖12F之后的步驟不同。因此，為了避免重復(fù)描述，在圖17A到17D 中，微透鏡MLa被稱為第 一微透鏡MLa-1 ，圖12F的殼部S被稱為第 一 殼 部Sl,圖12F的層間介電膜ILD被稱為第一層間介電膜ILD1，且圖12F的 金屬線M被稱為第一金屬線Ml 。
參考圖17A，第二層間介電膜ILD2形成在第一層間介電膜ILD1上以
覆蓋微透鏡MLa-l且表面被平面化。然后，濾色器層CF形成在相應(yīng)于形成 微透鏡MLa-l的區(qū)域的第二層間介電膜ILD2的部分中。形成層間介電膜 ILD3來覆蓋濾色器層CF。第二金屬線M2可以形成在層間介電膜ILD3中。 與第一金屬線Ml —樣，設(shè)置第二金屬線M2來阻擋入射光。層間介電膜ILD3 和第二金屬線M3可以是多層結(jié)構(gòu)。
參考圖17B，第二硅圖案SP2形成在相應(yīng)于形成硅圖案SP的區(qū)域的層 間介電膜ILD3的部分中。第二蓋膜C2形成在層間介電膜ILD3上來覆蓋第 二硅圖案SP2。第二硅圖案SP2和第二蓋膜C2的材料、寬度和厚度與硅圖 案SP和蓋膜C相同。然后，通過對(duì)剩余的半導(dǎo)體襯底SUB發(fā)射受激準(zhǔn)分子 激光，通過與上述相同的方法進(jìn)行第二硅圖案SP2的多晶化。第二蓋膜C2 的形狀被變形。
參考圖17C,桿形多晶硅圖案P通過由ELA進(jìn)行的多晶化由第二硅圖 案形成，并同時(shí)由第二蓋膜形成圓型第二微透鏡的第一殼部S2-1。
參考圖17D，第二微透鏡的第二殼部S2-2形成在第二微透鏡的第一殼 部S2-1及其周圍的層間介電膜ILD3上。因此，形成由兩個(gè)殼部構(gòu)成并具有 空的內(nèi)部的第二類型的第二微透鏡ML-2。雖然未顯示，為了制造本發(fā)明的 圖像傳感器而進(jìn)行已知的后續(xù)步驟。
雖然在參考圖nA到17D所描述的本發(fā)明的再一實(shí)施例(圖像傳感器 制造方法)中，上部的第二微透鏡由第二類型形成，在其他實(shí)施例中它也可 以是其中第二微透鏡的內(nèi)部被填充的第一類型?？梢酝ㄟ^參考圖17A到17D 描述的本發(fā)明的實(shí)施例的相同方法制造具有雙微透鏡的圖像傳感器，從圖 16A所示的結(jié)構(gòu)開始。在此情形，下部的第一微透鏡是第二類型而上部的第 二微透鏡可以是第一類型或者第二類型。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用下述原理制造具有新結(jié)構(gòu)的圖像傳感器，即當(dāng)硅 圖案在覆蓋透明蓋膜之后被ELA多晶化時(shí)，硅圖案變?yōu)榫哂袟U形的多晶硅 圖案，且蓋膜變成圓型微透鏡的殼部。
在此情形，如上所述，由于使用蓋膜的膨脹現(xiàn)象形成微透鏡的基本結(jié)構(gòu)， 不使用常規(guī)的光刻和回流工藝，因此微透鏡之間的間隔即死區(qū)可以減少。尤 其更有利的是，當(dāng)通過向由蓋膜形成的第一殼部添加第二殼部而形成微透鏡 時(shí)，可以進(jìn)一步容易地減少死區(qū)。
而且，在本發(fā)明中，由于具有桿形光電二極管的光電二極管PD2存在于微透鏡中心部分下面，當(dāng)入射光傾斜時(shí)，通過光電二極管PD2防止了光損失。 因此，本發(fā)明可以提高圖像傳感器的光效率并防止由光損失導(dǎo)致的傳感器故 障。此外，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于提高透鏡效率，因?yàn)槭褂美缪趸枘さ木哂懈?折射系數(shù)的材料而不是常規(guī)光致抗蝕劑膜作為透鏡材料。此外，由于采用將 激光聚集在非晶硅圖案上的ELA工藝，不需要高溫工藝，從而不引起高溫 工藝導(dǎo)致的成本增加和性能退化。
圖18是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的圖像傳感器的局部剖面圖。參考圖18， 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器包括在半導(dǎo)體襯底SUB表面摻雜雜質(zhì)的光 電二極管PD。第一層間介電膜ILD1形成在包括光電二極管PD的半導(dǎo)體襯 底SUB上。金屬線M可以設(shè)置在第一層間介電膜ILD1中。濾色器層CF 形成在相應(yīng)于形成光電二極管PD的層間介電膜ILD區(qū)域的區(qū)域中。第二層 間介電膜ILD2形成在第一層間介電膜ILD1上以覆蓋濾色器層CF。具有桿 形的多晶硅圖案P形成在第二層間介電膜ILD2的預(yù)定部分中，優(yōu)選在相應(yīng) 于形成光電二極管PD區(qū)域的中心部分的區(qū)域中。多晶硅圖案P可以通過與 圖17C的多晶硅圖案P相同的形成方法形成。具有從第二層間介電膜ILD2 分開的邊緣的圓型微透鏡的第一殼部Sl形成在多晶硅圖案P的上表面及其 附近。第二殼部S2形成在第一殼部Sl及其周圍的第二層間介電膜ILD2上。 第一和第二殼部Sl和S2是第二類型的透鏡MLb。第一和第二殼部Sl和S2 可以在與參考圖nA到17D所描述的本發(fā)明實(shí)施例的第一和第二殼部S2-l 和S2-2相同的形成方法(圖像傳感器制造方法)中形成。
根據(jù)本實(shí)施例，雖然可以獲得減少死區(qū)的效果，但不存在垂直光電二極 管部分。而且，由于多晶硅圖案P用于阻擋入射光，存在光效率提高效果稍 微降低的問題。多晶硅圖案P阻擋入射光的問題與參考圖17A到17D所示 的實(shí)施例相同。然而，由于多晶硅圖案P的寬度可以通過受激準(zhǔn)分子激光的 強(qiáng)度來控制，當(dāng)多晶硅圖案P的寬度形成為比微透鏡寬度小得多時(shí)，多晶硅 圖案P阻擋的光幾乎可以忽略。
如上所述，在本發(fā)明中，由于硅圖案在覆蓋蓋膜之后通過ELA多晶化， 由硅圖案形成具有桿形的光電二極管的多晶硅圖案，并同時(shí)由蓋膜形成圓型 微透鏡的殼部。因此，可以獲得下述優(yōu)點(diǎn)。
首先，由于使用通過ELA的蓋膜膨脹現(xiàn)象形成微透鏡的基本結(jié)構(gòu)，不 使用常規(guī)光刻和回流工藝，微透鏡之間的間隔即死區(qū)可以減少。尤其更有利 的是，當(dāng)通過向由蓋膜形成的第一殼部添加第二殼部時(shí)，可以進(jìn)一步容易地 減少死區(qū)。
第二，由于在微透鏡中心下部設(shè)置垂直光電二極管，當(dāng)入射光傾斜時(shí)， 可以防止光損失。
第三，由于使用例如氧化硅膜的具有比常規(guī)光致抗蝕劑膜高的折射率的 材料作為透鏡材料，可以提高透鏡效率。
第四，由于使用將激光聚集在非晶硅圖案上的ELA工藝，不需要高溫 工藝，從而不引起由高溫工藝導(dǎo)致的成本增加以及性能退化。
雖然參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技 術(shù)人員將理解，可以對(duì)其進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)的變化而不脫離由權(quán)利要求限 定的本發(fā)明的精神和范圍。例如，根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造 方法不僅可以使用CMOS圖像傳感器而且可以使用各種圖像傳感器。而且， 在一些情況中，層間介電膜可以充當(dāng)覆蓋層(overcoat layer )來消除臺(tái)階并 調(diào)整微透鏡焦距。此外，組成元件可以多樣化，例如可以增加覆蓋層、保護(hù) 層或平面化層。
權(quán)利要求
1、一種形成微透鏡的方法，該方法包括在具有下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底上形成硅圖案；在所述半導(dǎo)體襯底上形成蓋膜以覆蓋所述硅圖案；退火所述硅圖案和蓋膜以將所述硅圖案變形為具有桿形狀的多晶硅圖案并將所述蓋膜變形為圓型微透鏡的殼部；和通過所述半導(dǎo)體襯底與將蓋膜變形為殼部時(shí)產(chǎn)生的殼部邊緣之間的開口，用透鏡材料填充所述殼部的內(nèi)部。
2、 一種形成微透鏡的方法，該方法包括 在具有下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底上形成硅圖案；在所述半導(dǎo)體襯底上形成蓋膜以覆蓋所述硅圖案； 退火所述硅圖案和所述蓋膜以將硅圖案變形為具有桿形狀的多晶硅圖 案并將所述蓋膜變形為圓型微透鏡的第一殼部；和 形成微透鏡的第二殼部以覆蓋所述第一殼部。
3、 一種形成孩i透4竟的方法，該方法包4舌 提供半導(dǎo)體襯底，其上形成帶接觸孔的層間介電膜； 在所述接觸孔中形成硅插栓并在接觸孔上和接觸孔周圍的層間介電膜上形成硅圖案；在所述層間介電膜上形成蓋膜以覆蓋所述硅圖案；退火所述硅圖案、硅插栓和蓋膜以將所述硅圖案變形為具有桿形狀的多 晶硅圖案并將所述蓋膜變形為圓型微透鏡的殼部；和通過所述半導(dǎo)體襯底與將蓋膜變形為殼部時(shí)產(chǎn)生的殼部邊緣之間的開 口，將透鏡材料填充到殼部內(nèi)部。
4、 一種形成孩吏透4竟的方法，該方法包才舌 提供半導(dǎo)體襯底，其上形成帶有接觸孔的層間介電膜； 在所述接觸孔中形成硅插栓并在所述接觸孔上和接觸孔周圍的層間介電膜上形成硅圖案；在所述層間介電膜上形成蓋膜以覆蓋所述硅圖案；退火所述硅圖案、硅插栓和蓋膜以將所述硅圖案變形為具有桿形狀的多 晶硅圖案，并將蓋膜變形為圓型微透鏡的第一殼部；和 在所述層間介電膜上形成微透鏡的第二殼部以覆蓋所述第一殼部。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一所述的方法，其中所述硅圖案由非晶硅 或多晶硅形成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一所述的方法，其中所述硅圖案形成為具 有10-50000A的寬度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一所述的方法，其中所述硅圖案形成為具 有10-50000A的厚度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一所述的方法，其中所述蓋膜由氧化硅或 氧化鋯形成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一所述的方法，其中所述退火是受激準(zhǔn)分 子激光退火。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述受激準(zhǔn)分子激光退火在100 -3000 mJ/cm2強(qiáng)度下進(jìn)行。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一所述的方法，其中所述具有桿形狀的多 晶硅圖案具有小于所述硅圖案的寬度和大于所述硅圖案的高度。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其中填充所述殼部內(nèi)部的所述透 鏡材料是氧化硅或光致抗蝕劑。
13、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其中所述第二殼部由氧化硅或氧 化鋯形成。
14、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述硅插栓由非晶硅或多晶 硅形成。
15、 一種圖像傳感器，包括 半導(dǎo)體襯底；光電二極管的第一部分，通過在所述半導(dǎo)體襯底表面中摻雜雜質(zhì)而形成；層間介電膜，形成在所述半導(dǎo)體襯底上并具有暴露部分光電二極管的第 一部分的接觸孔；光電二極管的第二部分，由摻雜多晶硅形成在接觸孔上，并具有大于所 述層間介電膜的高度；圓型第 一微透鏡，形成在所述層間介電膜上以覆蓋所述光電二極管的第 二部分；和濾色器層，形成在所述第一微透鏡上。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像傳感器，其中所述第一微透鏡包括殼 部和內(nèi)部，其中所述內(nèi)部被填充透鏡材料或空著。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像傳感器，其中所述第一微透鏡包括 圓型殼部，形成在所述光電二極管第二部分的上表面上以及光電二極管第二部分周圍，并具有從所述層間介電膜分開的邊緣；和 填充材料，填充所述殼部的內(nèi)部。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像傳感器，其中所述圓型殼部由氧化硅 或氧化鋯形成。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像傳感器，其中所述填充材料由氧化硅 或光致抗蝕劑形成。
20、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像傳感器，其中所述第一微透鏡包括 圓型第一殼部，形成在所述光電二極管第二部分的上表面上以及光電二極管第二部分周圍，并具有從所述層間介電膜分開的邊緣；和第二殼部，形成在所述第一殼部上和第一殼部周圍的層間介電膜上。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的圖像傳感器，其中所述第一殼部由氧化硅 或氧化鋯形成。
22、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的圖像傳感器，其中所述第二殼部由氧化硅 或氧化鋯形成。
23、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像傳感器，其中所述濾色器層沿第一微 透鏡表面形成或者與第 一微透鏡分開而其之間設(shè)置另 一層間介電膜。
24、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像傳感器，還包括形成在所述濾色器層 上的第二微透鏡，其間設(shè)置介電膜。
25、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像傳感器，還包括 介電膜，形成在所述層間介電膜上以覆蓋所述濾色器層； 多晶硅圖案，具有桿形狀，形成在相應(yīng)于形成光電二極管第二部分的區(qū)域的介電膜的部分上；和圓型第二微透鏡，形成在所述介電膜上以覆蓋所述多晶硅圖案。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的圖像傳感器，其中所述第二微透鏡包括殼 部和內(nèi)部，其中所述內(nèi)部被填充透鏡材料或者空著。
27、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的圖像傳感器，其中所述第二微透鏡包A:圓型殼部，形成在所述多晶硅圖案的上表面上以及多晶硅圖案周圍，并具有從所述介電膜分開的邊緣；和 填充材料，填充所述殼部內(nèi)部。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的圖像傳感器，其中所述殼部由氧化硅或氧 化鋯形成。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的圖像傳感器，其中所述填充材料由氧化硅 或光致抗蝕劑形成。
30、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的圖像傳感器，其中所述第二微透鏡包括 圓型第一殼部，形成在所述多晶硅圖案上表面上以及多晶硅圖案周圍，并具有從所述介電膜分開的邊緣；和第二殼部，形成在所述第一殼部上以及第一殼部周圍的介電膜上。
31、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的圖像傳感器，其中所述第一殼部由氧化硅 或氧化鋯形成。
32、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的圖像傳感器，其中所述第二殼部由氧化硅 或氧化鋯形成。
33、 一種制造圖像傳感器的方法，該方法包括 通過在半導(dǎo)體襯底表面中摻雜雜質(zhì)而形成光電二極管的第一部分； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一層間介電膜，該第一層間介電膜具有暴露部分光電二極管的第一部分的接觸孔；在所述接觸孔中形成硅插栓，并在接觸孔上和接觸孔周圍的第 一層間介 電膜上形成具有第一高度和大于接觸孔直徑的寬度的第一硅圖案；在所述第一層間介電膜上形成第一蓋膜以覆蓋所述第一硅圖案；退火所述第 一硅圖案、硅插栓和第 一蓋膜以將第 一硅圖案和硅插栓變形 為具有大于第一高度的第二高度并充當(dāng)光電二極管的第二部分的第一多晶 硅圖案，并將第一蓋膜變形為圓型第一微透鏡的殼部；通過第一層間介電膜與蓋膜變形為殼部時(shí)產(chǎn)生的殼部邊緣之間的開口， 透鏡材料被填充在所述殼部內(nèi)部；和在所述殼部上形成濾色器層。
34、 一種制造圖像傳感器的方法，該方法包括 通過在半導(dǎo)體襯底表面中摻雜雜質(zhì)而形成光電二極管的第一部分； 在所述半導(dǎo)體村底上形成具有暴露部分光電二極管的第一部分的接觸孔的第一層間介電膜；在所述接觸孔中形成硅插栓，并在接觸孔和接觸孔周圍的第 一層間介電膜上形成具有第 一 高度和大于接觸孔直徑的寬度的第 一硅圖案； 在所述第一層間介電膜上形成第一蓋膜以覆蓋第一硅圖案；退火所述第一硅圖案、硅插栓和第一蓋膜，以將所述第一硅圖案和硅插 栓變形為具有大于第一高度的第二高度并充當(dāng)光電二極管的第二部分的第一多晶硅圖案，并將所述第一蓋膜變形為圓型第 一微透鏡的第 一殼部；在所述第一殼部上和第一殼部周圍的介電膜上形成第一微透鏡的第二殼部；和在所述第二殼部上形成濾色器層。
35、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其中所述硅插栓由非晶硅或多 晶硅形成。
36、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其中所述第一硅圖案由非晶硅 或多晶硅形成。
37、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其中所述第一硅圖案形成為具 有10 - 50000A的寬度。
38、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其中所述硅圖案形成為具有10- 50000A的厚度。
39、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其中所述第一蓋膜由氧化硅或 氧化鋯形成。
40、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其中所述退火是受激準(zhǔn)分子激 光退火。
41、 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中所述受激準(zhǔn)分子激光退火在100- 3000 mJ/cm2強(qiáng)度下進(jìn)行。
42、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中填充所述殼部內(nèi)部的透鏡材料 是氧化硅或光致抗蝕劑。
43、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括在用透鏡材料填充所述殼部 內(nèi)部之后和在形成濾色器層之前，在所述第一層間介電膜上形成第二層間介 電膜以覆蓋所述殼部。
44、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，還包括在形成濾色器層之后， 在濾色器層上形成第二微透鏡，介電膜設(shè)置在第二微透鏡與濾色器層之間。
45、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，在形成濾色器層之后還包括 在所述第一層間介電膜上形成介電膜以覆蓋所述濾色器層； 在所述介電膜上形成第二硅圖案以相應(yīng)于形成第一硅圖案的區(qū)域； 形成第二蓋膜以覆蓋所述第二硅圖案；退火所述第二硅圖案和第二蓋膜，從而將第二硅圖案變形為具有桿形狀 的第二多晶硅圖案，并將第二蓋膜變形為圓型第二微透鏡的殼部；和通過介電膜與將第二蓋膜變形為第二微透鏡的殼部時(shí)所產(chǎn)生的第二微 透鏡的殼部邊緣之間的開口 ，用透鏡材料填充第二微透鏡的殼部內(nèi)部。
46、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第二硅圖案由非晶硅或多 晶硅形成。
47、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第二硅圖案形成為具有10 -50000A的寬度。
48、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第二硅圖案形成為具有10 - 50000A的厚度。
49、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第二蓋膜由氧化硅或氧化 鋯形成。
50、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述退火是受激準(zhǔn)分子激光退火。
51、 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所述受激準(zhǔn)分子激光退火在100 -3000 mJ/cm2強(qiáng)度下進(jìn)行。
52、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中具有桿形狀的所述第二多晶硅 圖案具有小于第二硅圖案的寬度和大于第二硅圖案的高度。
53、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中填充所述第二微透鏡殼部內(nèi)部 的透鏡材料是氧化硅或光致抗蝕劑。
54、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，在形成濾色器層之后還包括 在所述第一層間介電膜上形成介電膜以覆蓋所述濾色器層； 在所述介電膜上形成第二硅圖案以相應(yīng)于形成第一硅圖案的區(qū)域； 形成第二蓋膜以覆蓋所述第二硅圖案；退火所述第二硅圖案和第二蓋膜，從而將第二硅圖案變形為具有桿形狀 的第二多晶硅圖案，并將第二蓋膜變形為圓型第二微透鏡的第一殼部；和 在所述第二微透鏡的第一殼部上和第二微透鏡的第一殼部周圍4介電膜上形成第二微透鏡的第二殼部。
55、 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述第二硅圖案由非晶硅或多 晶硅形成。
56、 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述第二硅圖案形成為具有10 -50000A的寬度。
57、 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述第二硅圖案形成為具有10 -50000A的厚度。
58、 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述第二蓋膜由氧化硅或氧化 鋯形成。
59、 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述退火是受激準(zhǔn)分子激光退火。
60、 根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中所述受激準(zhǔn)分子激光退火在100 -3000 mJ/cm2強(qiáng)度下進(jìn)行。
61、 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中具有桿形狀的所述第二多晶硅 圖案具有小于第二硅圖案的寬度和大于第二硅圖案的高度。
62、 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述第二微透鏡的第二殼部由 氧化硅或氧化鋯形成。
63、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第二殼部由氧化硅或氧化 鋯形成。
64、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括在形成第二殼部之后和形成 濾色器層之前，在第一層間介電膜上形成第二層間介電膜來覆蓋第二殼部。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種形成微透鏡的方法、包括微透鏡的圖像傳感器和制造該圖像傳感器的方法。形成微透鏡的方法包括在具有下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底上形成硅圖案；在該半導(dǎo)體襯底上形成蓋膜以覆蓋硅圖案；退火硅圖案和蓋膜以將硅圖案變形為具有桿形狀的多晶硅圖案并將蓋膜變形為圓型微透鏡的殼部；和通過半導(dǎo)體襯底與將蓋膜變形為殼部時(shí)產(chǎn)生的殼部邊緣之間的開口，用透鏡材料填充殼部的內(nèi)部。圖像傳感器包括通過上述方法或類似方法形成的微透鏡和在該微透鏡中心之下具有桿形狀并由多晶硅形成的光電二極管部分。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101114570SQ20071000592
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
發(fā)明者樸永洙, 赫 林, 殷華湘, 趙世泳, 鮮于文旭 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社