圖像傳感器及其製造方法

2023-06-01 11:51:31

專利名稱：圖像傳感器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像傳感器及其製造方法。
技術背景圖像傳感器是將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。在圖像傳感器的 設計和製造中，提高靈敏度(例如，將入射光轉換成電信號的比率)是關鍵 的考慮因素。為了提高用於會聚光的微透鏡的效率， 一種途徑是充分消除相鄰微透鏡 之間的間距並建立零間隔微透鏡陣列。這種途徑增大了入射光的透射率，從 而產生更有效的器件。在使用光致抗蝕劑膜形成微透鏡陣列時，產生另外的效率問題。在晶片背部研磨(backgrinding)工藝和/或晶片切割(sawing)工藝中，諸如聚合 物微粒、矽微粒和/或二氧化矽微粒之類的微粒可能附著在微透鏡上。這可能 使得圖像傳感器的靈敏度下降，由此降低圖像傳感器的產率。發明內容本發明的實施例提供了一種圖像傳感器及其製造方法，其能夠提高圖像 傳感器半導體器件的靈敏度和產率。根據另一實施例，所述圖像傳感器包括濾色鏡層，位於半導體襯底上;以及微透鏡陣列，位於所述濾色鏡層上。所述微透鏡包括透明導電層。根據一個實施例， 一種製造圖像傳感器的方法包括以下步驟在下部結 構上形成保護層，所述下部結構包括光電二極體和互連；在所述保護層上形 成濾色鏡層；在所述濾色鏡層上形成透明導電層；在所述透明導電層上形成 光致抗蝕劑膜；通過將所述光致抗蝕劑膜圖案化形成犧牲微透鏡；以及通過 蝕刻所述犧牲微透鏡和所述透明導電層，形成包括透明導電層的微透鏡。根據另一實施例， 一種製造圖像傳感器的方法包括以下步驟在下部結 構上形成保護層，所述下部結構包括光電二極體和互連;在所述保護層上形 成濾色鏡層；在所述濾色鏡層上形成平坦化層；在所述平坦化層上形成透明 導電層；在所述透明導電層上形成光致抗蝕劑膜；通過將所述光致抗蝕劑膜 圖案化形成犧牲微透鏡；以及通過蝕刻所述犧牲微透鏡和所述透明導電層， 形成包括透明導電層的微透鏡。本發明能夠提高微透鏡陣列的透光效率。


圖l提供示意性表示製造圖像傳感器的方法的橫截面圖，所述方法包括 在濾色鏡層15上方形成透明導電層17和光致抗蝕劑膜19。圖2提供示意性表示製造圖像傳感器的方法的橫截面圖，所述方法包括 形成犧牲微透鏡陣列19a。圖3提供示意性表示製造圖像傳感器的方法的橫截面圖，所述方法包括 形成微透鏡陣列17a。
具體實施方式
在各個實施例的說明中，在將一個層(或膜)、區域、圖案或結構表述 為位於另一襯底、另一層(或膜)、另一區域、另一焊盤或另一圖案的"上 /上方"或"下/下方"時，應該理解為其可以直接位於其它襯底、層(或膜)、 區域、焊盤或圖案上，或者也可以存在中間層。此外，在將一個層(或膜)、 區域、圖案、焊盤或結構表述為位於兩個層(或膜)、區域、焊盤或圖案"之 間"時，應該理解為只有這一層位於所述兩個層(或膜)、區域、焊盤或圖 案之間，或者也可以存在一個或多個中間層。因此，應該通過本發明的技術 要旨來確定。下面，將參照附圖詳細描述本發明的實施例。圖1至圖3為示出製造圖 像傳感器的示例性方法的示意圖。如圖1所示，在根據一個實施例的製造圖像傳感器的方法中，保護層13 形成在下部結構11上，而濾色鏡層15形成在保護層13上。在一個實施例 中，下部結構ll包括矽半導體襯底(例如單晶矽晶片)。下部結構ll也可 以包括諸如光電二極體的光接收單元和互連(例如，位於絕緣層上或絕緣層
中的金屬線，所述絕緣層具有將金屬線與其下方的電學結構(electrical structures)電連接的接觸塞)。更具體而言，下部結構11通常包括多個單 元像素，每個單元像素包括一個光電二極體和預定數目的電晶體(典型為3、 4或5個)。濾色鏡層15可包括紅濾色鏡、綠濾色鏡和藍濾色鏡。根據一個實施例的製造圖像傳感器的方法包括在濾色鏡層15上形成 透明導電層17，以及在透明導電層17上形成光致抗蝕劑膜19。透明導電層 17可包括ITO (氧化銦錫)層或基本由ITO層構成。ITO層的厚度在大約 1000A至6000A的範圍內。ITO層可以使用包含銦鹽和錫鹽的混合溶液通過 化學氣相沉積(CVD，例如低壓CVD、高密度等離子體CVD或等離子體增 強CVD)來形成的。現有技術的方法可通過濺射來沉積ITO層。當使用濺射時，在執行濺射 工藝期間半導體襯底的溫度必須保持在40(TC以上。然而，將上面具有濾色 鏡層的襯底加熱到這樣的溫度會損壞濾色鏡層。因此，優選地，通過CVD 工藝來形成ITO層。例如，ITO層可通過以下工藝來形成。首先，製備稀釋溶液，其包括在 包含乙醇的溶劑(例如，Cl-C6烷醇)中溶解的氯化銦和氯化錫(例如，InCl3 和SnCl2或SnCl4)。然後，將混合的溶液噴射到靶(target)上(例如，半 導體襯底或者半導體襯底上的層，例如平坦化層或濾色鏡層)。可選擇地， 所述溶液可以旋塗在襯底、平坦化層或濾色鏡層上。ITO層可以是形成在襯底上的ITO薄膜，並且可以具有在0.6 %至2.8% 範圍內的Sn濃度(density)以及在800nrn的單色光帶下等於或小於2.0X 10、m"的吸收係數(cO 。在根據一個實施例的製造ITO層的方法中，在空氣中加熱襯底，並且同 時將包含銦鹽和錫鹽的ITO形成溶液噴射在襯底上以形成ITO層。由此形成 的ITO層是充分透明的，尤其是相比於光致抗蝕劑或二氧化矽，從而允許光 更有效地透射至下部的濾色鏡。因此，可以形成透明導電層17。相比於光致抗蝕劑膜，透明導電層17的ITO材料更硬且更堅固。透明 導電層17可包括附加的透明或近透明材料和/或層，例如氧化鋅(ZnO)。然後，在透明導電層17上方形成光致抗蝕劑膜19。光致抗蝕劑膜19可 包括或者可以是通過傳統方法(例如，旋塗)沉積的傳統聚合物光致抗蝕劑
材料。光致抗蝕劑層19的厚度例如為200nm至500nm。如圖2所示，通過曝光和顯影工藝將光致抗蝕劑膜19圖案化，由此形 成具有凸微透鏡或曲面微透鏡的犧牲微透鏡陣列19a。犧牲微透鏡陣列19a 形成為使得相鄰的單個微透鏡之間的間隔最小化。這可以通過在大約120°C 至25(TC (例如，大約15(TC至大約20(TC)的溫度下執行多次熱回流工藝來 實現。之後，如圖3所示，蝕刻犧牲微透鏡陣列19a和透明導電層17，由此在 經蝕刻的透明導電層17中形成微透鏡陣列17a。在根據一個實施例的製造圖像傳感器的方法中，犧牲微透鏡陣列19a和 透明導電層17是通過非選擇性(例如，犧牲微透鏡與透明材料的蝕刻選擇 率約為l: 1)的定向蝕刻(directional etching)(例如，各向異性蝕刻)而 被蝕刻的。犧牲微透鏡陣列19a的外形(包括凸微透鏡拓撲結構)被轉移到 蝕刻的透明導電層(例如，ITO層)。因此，以ITO材料形成微透鏡陣列17a。 相鄰微透鏡之間的最小化間隔也轉移到蝕刻的透明導電層。從而，微透鏡陣 列17a的相鄰微透鏡之間的間隔也被最小化。最小化的間隔提高了微透鏡陣 列17a的透光效率。微透鏡陣列17a由此以透明導電層的ITO材料形成，而透明導電層的ITO 材料比光致抗蝕劑或二氧化矽更為透明。這進一步提高了微透鏡陣列17a的 透光效率。當犧牲微透鏡陣列19a為無間隔時，經蝕刻的透明導電層17a (例如其 中形成有微透鏡陣列的ITO層)可以用作器件的下部結構的電磁屏蔽物。可 選擇地，當透明導電層17沒有被完全蝕刻時，經蝕刻的透明導電層17a(例 如其中形成有微透鏡陣列的ITO層)可用作器件的下部結構的電磁屏蔽物。如上所述，在製造圖像傳感器的示例性方法中，微透鏡陣列17a包括比 光致抗蝕劑材料更硬的材料。從而，可以避免諸如聚合物微粒、矽微粒或二 氧化矽微粒之類的微粒附著在微透鏡陣列上。因此，能夠提高半導體器件的 靈敏度和產率。在根據一個實施例的製造圖像傳感器的方法中，在形成微透鏡陣列17a 之後，可以蝕刻保護層13，使得下部結構11上的焊盤部件(圖中未示)暴 露出來。
通過上述工藝，在微透鏡陣列17a上可以形成光致抗蝕劑圖案(圖中未 示)。光致抗蝕劑膜可以包括通過傳統方法(例如，旋塗)沉積的傳統聚合 物光致抗蝕劑材料。然後，蝕刻獲得的結構，使得焊盤暴露出來。在根據一個實施例的製造圖像傳感器的方法中，通過一個焊盤開口 (例 如暴露)工藝可以容易地暴露出焊盤。此外，將焊盤開口 (例如暴露)工藝 作為最終工藝來執行，以避免在最終工藝之前暴露焊盤時引起的焊盤腐蝕。上述說明涉及在濾色鏡層上形成微透鏡陣列的工藝。然而，用於製造圖 像傳感器的方法不僅僅限於上述實施例。在可選擇的實施例中，平坦化層可 以形成在濾色鏡層上(例如，當單個濾色鏡具有不同的厚度時)，並且微透 鏡陣列可以形成在平坦化層上。平坦化層可以包括傳統光致抗蝕劑材料(光 致抗蝕劑聚合物)或者基本由傳統光致抗蝕劑材料(光致抗蝕劑聚合物)構 成。同時，參照圖l至圖3進行的說明描述了以均勻的厚度在透明導電層上 形成光致抗蝕劑膜以形成犧牲微透鏡陣列的實施例。然而，用於形成犧牲微 透鏡陣列的光致抗蝕劑膜可以通過幾個工藝代替一個工藝(例如多次回流工 藝)來形成。此外，用於形成犧牲微透鏡的光致抗蝕劑膜在陣列的不同區域 中可以具有不同的厚度。如上所述，通過根據本發明實施例的製造圖像傳感器的方法而獲得的圖 像傳感器包括下部結構11，具有光電二極體及其上的互連；以及保護層 13，形成在下部結構ll上。此外，焊盤部件可以形成在下部結構ll上。焊 盤部件執行與外部信號連接的功能。此外，根據一個實施例的圖像傳感器包括形成在保護層13上的濾色鏡 層15和形成在濾色鏡層15上的微透鏡陣列17a，微透鏡陣列17a包括透明 導電層。在根據本發明實施例的圖像傳感器中，通過使用比光致抗蝕劑材料更硬 的材料(例如，ITO)形成微透鏡陣列17a。從而，可以避免在擺動式(waver) 背部研磨工藝和/或切割工藝中諸如聚合物微粒之類的微粒附著在微透鏡陣 列上。因此，能夠提高半導體器件的靈敏度和製造產率。另夕卜，由於ITO層的透明性和微透鏡陣列中相鄰微透鏡之間的最小化間 隔，因此能夠提高微透鏡陣列的透光效率。
本說明書中對"一個實施例"、"實施例"、"示例實施例"等等的引 用，意味著結合該實施例描述的特定特徵、結構或特性包含在本發明的至少 一個實施例中。在說明書的各個地方出現這樣的短語，不一定全是指同一實 施例。此外，當結合任何實施例描述特定特徵、結構或特性時，認為它是在 本領域技術人員可以結合其它實施例實現這樣的特徵、結構或特性的範圍 內。儘管通過參考多個示例性實施例對本發明的實施例進行了描述，但應該 理解為本領域技術人員可設計出許多其它修改和實施例，這些修改和實施例落入本發明原理的精神和範圍之內。更加特別地，在說明書、附圖和隨附的 權利要求書的範圍之內的主題結合排列的組成部分和/或排列中，可以進行變 化和修改。除了組成部分和/或排列的變化和修改之外，對本領域技術人員而 言可替代的用途是顯然的。
權利要求
1.一種圖像傳感器，包括濾色鏡層，位於半導體襯底上；以及微透鏡陣列，位於所述濾色鏡層上，其中，所述微透鏡包括透明導電層。
2. 根據權利要求1所述的圖像傳感器，還包括平坦化層，位於所述 濾色鏡層與所述微透鏡陣列之間。
3. 根據權利要求1所述的圖像傳感器，其中所述微透鏡陣列包括ITO層。
4. 根據權利要求3所述的圖像傳感器，其中所述ITO層的厚度在大約 1000A至大約6000A的範圍內。
5. —種製造圖像傳感器的方法，所述方法包括以下步驟 在下部結構上形成保護層，所述下部結構包括光電二極體和互連； 在所述保護層上形成濾色鏡層； 在所述濾色鏡層上形成透明導電層；在所述透明導電層上形成光致抗蝕劑膜； 通過將所述光致抗蝕劑膜圖案化形成犧牲微透鏡陣列；以及 蝕刻所述犧牲微透鏡和所述透明導電層，以在所述透明導電層中形成微 透鏡陣列。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中蝕刻所述犧牲微透鏡陣列和所述 透明導電層包括以l: l的選擇率進行蝕刻。
7. 根據權利要求5所述的方法，其中所述微透鏡陣列包括ITO層。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中所述ITO層的厚度在大約1000A 至大約6000A的範圍內。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中使用包括銦鹽和錫鹽的溶液通過 CVD工藝形成所述ITO層。
10. 根據權利要求7所述的方法，其中所述ITO層具有在大約0.6X至 2.8%的範圍內的錫濃度。
11. 根據權利要求5所述的方法，其中通過CVD工藝形成所述透明導 電層。
12. —種製造圖像傳感器的方法，所述方法包括以下步驟 在下部結構上形成保護層，所述下部結構包括光電二極體和互連； 在所述保護層上形成濾色鏡層； 在所述濾色鏡層上形成平坦化層； 在所述平坦化層上形成透明導電層； 在所述透明導電層上形成光致抗蝕劑膜； 通過將所述光致抗蝕劑膜圖案化形成犧牲微透鏡陣列；以及 蝕刻所述犧牲微透鏡和所述透明導電層，以在所述透明導電層中形成微 透鏡陣列。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中蝕刻所述犧牲微透鏡和所述透 明導電層的步驟包括以大約1: 1的選擇率進行蝕刻。
14. 根據權利要求12所述的方法，其中所述微透鏡陣列包括ITO層。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中所述ITO層的厚度在大約1000A 至大約6000A的範圍內。
16. 根據權利要求14所述的方法，其中使用包括銦鹽和錫鹽的溶液通 過CVD工藝形成所述ITO層。
17. 根據權利要求14所述的方法，其中所述ITO層具有在大約0.6%至 2.8%的範圍內的錫濃度。
18. 根據權利要求12所述的方法，其中通過CVD工藝形成所述透明導 電層。
19. 根據權利要求14所述的方法，其中所述微透鏡陣列在800nm的單 色光帶下具有等於或小於2.0X 103cm"的吸收係數。
20. 根據權利要求12所述的方法，其中所述ITO層具有在大約0.6 %至2.8°%的範圍內的錫濃度。
全文摘要
本發明提供一種圖像傳感器及其製造方法，所述圖像傳感器包括位於半導體襯底上的濾色鏡層以及位於濾色鏡層上的微透鏡陣列，其中所述微透鏡包括透明導電層。本發明能夠提高微透鏡陣列的透光效率。
文檔編號H01L27/146GK101211935SQ200710159900
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月25日 優先權日2006年12月27日
發明者丁海壽, 韓昌勳 申請人:東部高科股份有限公司