專利名稱：Cmos圖像傳感器的微透鏡及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器的微透鏡及其制造方法。
技術(shù)背景圖像傳感器是一種可以在光電二極管或光電晶體管處接收光，并利用模 數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將光轉(zhuǎn)換為電數(shù)字圖像信號(hào)的器件。兩種不同的圖像傳感 器分別是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件和電荷耦合器件(CCD)。 CMOS器件可應(yīng)用在低功率的小型相機(jī)中。在CMOS器件中，微透鏡(其可 暴露在空氣中)可將光會(huì)聚在光電二極管上。光電二極管可將所會(huì)聚的光轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)。多個(gè)晶體管可將所轉(zhuǎn)換的電信號(hào)顯示為圖像。CMOS器件可包括一個(gè)光電二極管，至少一個(gè)晶體管，至少一個(gè)金屬布 線層和/或至少一個(gè)層間介電層。金屬布線層可電連接CMOS器件中的電路 組件(device)。層間介電層可隔離電路組件和金屬布線層。CMOS器件可 包括具有多個(gè)彩色濾光片的彩色濾光片陣列。每個(gè)彩色濾光片允許預(yù)定波長(zhǎng) 范圍內(nèi)的光透射，所述預(yù)定波長(zhǎng)范圍可對(duì)應(yīng)于三原色(即紅、藍(lán)、綠)之一。 彩色濾光片可形成在上部層間介電層上方和/或上面。CMOS器件可包括與形 成在彩色濾光片陣列上方和/或上面的多個(gè)濾光片對(duì)應(yīng)的多個(gè)微透鏡。CMOS 器件可包括平坦層，用于補(bǔ)償彩色濾光片之間的高度差異。平坦層可位于多 個(gè)微透鏡與彩色濾光片陣列之間。形成微透鏡是為了使彩色濾鏡陣列的效果最大化。為了形成微透鏡，可 利用具有較高透明度的光致抗蝕劑來(lái)形成預(yù)定圖案。通過(guò)熱處理，可使光致 抗蝕劑圖案形成為微透鏡。圖1A至圖1C示出形成微透鏡的方法。如圖1A所示，紅色濾光片10a、
綠色濾光片10b和藍(lán)色濾光片10c形成在圖像器件的上部層間介電層上方。 該上部層間介電層和至少一個(gè)金屬布線層形成在半導(dǎo)體襯底上方。 一個(gè)光電 二極管和多個(gè)晶體管形成在半導(dǎo)體襯底上面和/或上方。在彩色濾光片陣列10上面和/或上方形成平坦層20，以補(bǔ)償濾光片10 之間的高度差異。在平坦層20上面和/或上方形成光致抗蝕劑膜30?？赏ㄟ^(guò) 具有預(yù)定圖案的掩模50對(duì)光致抗蝕劑膜30進(jìn)行曝光，以使微透鏡具有半球 形狀?？蓤?zhí)行散焦曝光以使光致抗蝕劑膜30的未暴露部分30b具有傾斜的 側(cè)面。未暴露部分30b可通過(guò)顯影來(lái)去除，因此形成具有梯形形狀的光致抗 蝕劑圖案30b。如圖1C所示，對(duì)光致抗蝕劑圖案30b進(jìn)行回流和/或硬化處 理，而形成具有近似半球形狀的微透鏡40。CMOS圖像傳感器的特征或特性可能受不同因素組合的影響，比如微透 鏡的焦距、彩色濾光片的尺寸和分布程度、層間介電層的厚度和/或光電二極 管的間距。由于制造過(guò)程中的各種變化而難以將微透鏡的焦距標(biāo)準(zhǔn)化，因而 限制了微透鏡的再現(xiàn)性。例如，難以將回流處理標(biāo)準(zhǔn)化。例如，圖1B中所 示的光致抗蝕劑圖案30b應(yīng)該形成為彼此相距足夠遠(yuǎn)，以避免形成橋。同樣， 微透鏡40相互之間應(yīng)該具有足夠間距，以避免串?dāng)_(crosstalk)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器的微透鏡以及制造微透鏡的方法。在 本發(fā)明的實(shí)施例中，利用氧化硅層形成微透鏡。在本發(fā)明的實(shí)施例中，以較 高的再現(xiàn)性形成微透鏡。在本發(fā)明的實(shí)施例中，微透鏡可具有較高的硬度， 和域以可防止串?dāng)_及其它影響的最小間距而相互分離。本發(fā)明提供一種制造CMOS圖像傳感器中微透鏡的方法，該方法包括下 列步驟中的至少一個(gè)步驟在半導(dǎo)體襯底上形成包含多個(gè)彩色濾光片的彩色 濾光片陣列，其中所述半導(dǎo)體襯底包含光電二極管和MOS晶體管。在彩色 濾光片陣列上面和/或上方形成平坦層，以補(bǔ)償彩色濾光片之間的高度差異。 在所述平坦層上面和/或上方形成氧化硅層。在所述氧化硅層上面和/或上方 形成與所述彩色濾光片對(duì)應(yīng)的多個(gè)光致抗蝕劑圖案，其中所述光致抗蝕劑圖 案彼此分離。利用至少一種工藝氣體(例如，C5F8、 CH2F2、 Ar和/或02)形 成圍繞所述多個(gè)光致抗蝕劑圖案的多個(gè)CxFy基聚合物凸塊。利用在多個(gè)聚 合物凸塊、多個(gè)光致抗蝕劑圖案和氧化硅層之間具有基本相同蝕刻選擇比的 蝕刻處方，蝕刻多個(gè)聚合物凸塊、多個(gè)光致抗蝕劑圖案和氧化硅層。本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器，該CMOS圖像傳感器可包括至少 一個(gè)光電二極管、多個(gè)MOS晶體管、至少一個(gè)金屬布線層、多個(gè)層間介電 層、包含多個(gè)彩色濾光片的彩色濾光片陣列、以及多個(gè)微透鏡，其中所述多 個(gè)微透鏡由對(duì)可見(jiàn)光透明的氧化硅材料形成。此外，本發(fā)明提供一種方法，包括在至少一個(gè)彩色濾光片上方形成近 似透明層；在所述近似透明層上方形成至少一個(gè)近似半球形圖案；以及蝕刻 所述至少一個(gè)近似半球形圖案和所述近似透明層，以在所述近似透明層處形 成至少一個(gè)透明圖案，其中所述至少一個(gè)透明圖案與所述至少一個(gè)近似半球 形圖案具有基本相同的形狀。本發(fā)明還提供一種裝置，包括形成在至少一個(gè)彩色濾光片上方的至少一個(gè)近似透明圖案，其中，所述至少一個(gè)近似透明圖案是通過(guò)下列步驟而形成在所述至少一個(gè)彩色濾光片上方形成近似透明層；在所述近似透明層上方形 成至少一個(gè)近似半球形圖案；以及蝕刻所述至少一個(gè)近似半球形圖案和所述近似透明層，以在所述近似透明層處形成所述至少一個(gè)透明圖案，其中所述 至少一個(gè)透明圖案與所述至少一個(gè)近似半球形圖案具有基本相同的形狀。本發(fā)明能夠使微透鏡的再現(xiàn)性最優(yōu)化且使微透鏡形成為彼此之間具有 最小間距。此外，本發(fā)明可以相對(duì)精確地控制微透鏡的形成，使得CMOS 圖像傳感器之間的串?dāng)_最小化。


圖1A至圖IC為CMOS傳感器的剖面圖，示出了微透鏡的制造過(guò)程； 圖2A至圖2C為本發(fā)明CMOS圖像傳感器的剖面圖，示出了微透鏡的 制造過(guò)程。
具體實(shí)施方式
如圖2A所示，根據(jù)實(shí)施例，彩色濾光片陣列100和/或平坦層200形成 在半導(dǎo)體襯底上面和/或上方。具有預(yù)定厚度的氧化硅(SiQ2)層400形成在平坦層200和/或彩色濾光
片陣列100上面和/或上方。用于電連接電路元件的多個(gè)金屬布線層形成在半導(dǎo)體襯底上面和/或上方。電路元件(例如， 一個(gè)光電二極管和/或多個(gè)MOS晶體管)形成在半導(dǎo) 體襯底上面和/或上方。可形成多個(gè)層間介電層，以電隔離電路元件和/或金 屬布線層。彩色濾光片陣列100 (例如，包括紅色濾光片100a、綠色濾光片 100b和/或藍(lán)色濾光片100c)形成在上部層間介電層上面和/或上方。平坦層 200形成在彩色濾光片陣列100上面和/或上方，并且補(bǔ)償不同濾光片之間的 高度差異。根據(jù)實(shí)施例，氧化硅層400形成在平坦層200上方。氧化硅層400為用 于形成微透鏡的材料。在實(shí)施例中，氧化硅層400可由對(duì)可見(jiàn)光透明或近似 透明的材料形成。氧化硅層400可通過(guò)低溫化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)來(lái)沉 積，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以推及其它沉積工藝。在實(shí)施例中，氧化硅層400 可沉積為與待形成的微透鏡具有基本相同的厚度。根據(jù)實(shí)施例，對(duì)應(yīng)所述彩色濾光片的多個(gè)光致抗蝕劑圖案300形成在氧 化硅層400上面和/或上方。如圖2A所示，根據(jù)實(shí)施例，光致抗蝕劑圖案300 可形成為具有矩形形狀。在實(shí)施例中，光致抗蝕劑圖案300可形成為具有梯 形形狀。根據(jù)實(shí)施例，利用散焦曝光形成具有梯形形狀的光致抗蝕劑圖案 300。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)能推及其它形狀的光致抗蝕劑圖案300和/或 形成方法。在實(shí)施例中，如圖2B所示，多個(gè)CxFy基的聚合物凸塊320形成在光致 抗蝕劑圖案300上面和/或上方。在實(shí)施例中，聚合物凸塊320可形成為包圍 光致抗蝕劑圖案300。在實(shí)施例中，聚合物凸塊320可大致具有半球形狀。 根據(jù)實(shí)施例，聚合物凸塊320可通過(guò)將工藝氣體(例如，C5F8、 CH2F2、 Ar 和/或02)引入干法蝕刻室來(lái)形成。當(dāng)通過(guò)將工藝氣體引入干法蝕刻室來(lái)執(zhí) 行蝕刻工藝時(shí)，光致抗蝕劑圖案300和氧化硅層400基本不受影響(例如， 基本不被蝕刻)。根據(jù)實(shí)施例，在蝕刻處理過(guò)程中，CxFy基聚合物作為反應(yīng)的副產(chǎn)品而 生成。在實(shí)施例中，如果生成的聚合物沒(méi)有被排放到室外而使聚合物留在襯 底上方，則該聚合物可能附著在光致抗蝕劑圖案300的周圍。在某些工藝條 件下(例如，適當(dāng)控制聚合物的停留時(shí)間)，在光致抗蝕劑圖案300上面和 /或上方可包覆多個(gè)近似半球形聚合物凸塊320。在實(shí)施例中，形成梯形形狀 的光致抗蝕劑圖案300 (例如，利用散焦曝光)對(duì)在光致抗蝕劑圖案300上 包覆具有近似半球形狀的聚合物凸塊更有效。在實(shí)施例中，可利用15-25sccm的C5H8、3-7sccm的CH2F2、 100-140sccm 的Ar和/或4-8sccm的02形成CxFy基的聚合物凸塊320。通過(guò)使工藝氣體 02、 C5F8、 CH2F2和Ar之間的工藝氣體分壓比分別為1:2.5-4.2:0.5-1.2:16-24 (即，假設(shè)02的分壓為1時(shí)，CsF8的分壓為2.5-4.2、CH2F2的分壓為0.5-1.2、 以及Ar的分壓為16-24)，能夠可靠地生成聚合物凸塊320。如圖2C所示，根據(jù)實(shí)施例，可執(zhí)行反應(yīng)離子蝕刻工藝。該工藝?yán)迷?光致抗蝕劑圖案300、 CxFy基的聚合物凸塊320和氧化硅層400之間具有基 本相同蝕刻選擇比的蝕刻處方(即，三者之間的蝕刻選擇比為1:1:1)。根據(jù) 實(shí)施例，作為蝕刻結(jié)果，使得包覆的聚合物凸塊320的半球形剖面轉(zhuǎn)變?yōu)檠?化硅層400中基本相同的半球形剖面。相應(yīng)地，作為蝕刻結(jié)果，在光致抗蝕 劑圖案300和聚合物凸塊320被蝕刻去除后，形成半球形微透鏡400a。本發(fā)明的實(shí)施例能夠使微透鏡的再現(xiàn)性最優(yōu)化。在實(shí)施例中，微透鏡可 形成為彼此之間具有最小間距。根據(jù)實(shí)施例，可以相對(duì)精確地控制微透鏡的 形成，使得CMOS圖像傳感器之間的串?dāng)_最小化。在實(shí)施例中，由于微透鏡暴露在空氣中，因此較硬的微透鏡是有利的。 例如，基于光致抗蝕劑的微透鏡易于在對(duì)芯片進(jìn)行劃片處理時(shí)產(chǎn)生微粒，以 較硬的微透鏡可避免上述問(wèn)題。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和 變化，而不脫離本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的精神或范圍。因此，這意味著本發(fā)明覆 蓋在所附權(quán)利要求書及其等同范圍內(nèi)的所有修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在至少一個(gè)彩色濾光片上方形成近似透明層；在所述近似透明層上方形成至少一個(gè)近似半球形圖案；以及蝕刻所述至少一個(gè)近似半球形圖案和所述近似透明層，以在所述近似透明層處形成至少一個(gè)透明圖案，其中所述至少一個(gè)透明圖案與所述至少一個(gè)近似半球形圖案具有基本相同的形狀。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述近似透明層包含二氧化硅。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述至少一個(gè)近似半球形圖案是通 過(guò)下列步驟而形成在所述近似透明層上方形成至少一個(gè)光致抗蝕劑圖案；以及 在所述至少一個(gè)光致抗蝕劑圖案周圍形成至少一個(gè)聚合物凸塊。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述至少一個(gè)光致抗蝕劑圖案、所 述至少一個(gè)聚合物凸塊和所述近似透明層在進(jìn)行蝕刻工藝時(shí)具有基本相同 的蝕刻敏感度。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述至少一個(gè)光致抗蝕劑圖案具有 矩形形狀。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述至少一個(gè)光致抗蝕劑圖案具有 梯形形狀。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述梯形形狀是通過(guò)散焦曝光而形成。
8. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述至少一個(gè)聚合物凸塊包含CxFy 基聚合物。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述至少一個(gè)聚合物凸塊是通過(guò)使 用CsFs、 CH2F2、 Ar和02中的至少一種作為工藝氣體而形成。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述至少一個(gè)聚合物凸塊是通過(guò) 在干法蝕刻室中引入工藝氣體而形成，所述工藝氣體包括以下氣體中的至少 一種約15sccm與約25sccm之間的C5H8; 約3sccm與約7sccm之間的CH2F2;約100sccm與約140sccm之間的Ar;以及約4sccm與約8sccm之間的02。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述工藝氣體之間的工藝氣體分 壓比為02:CsFs為1:2.5-4.2; 02:CH2F2為1:0.5-1.2;以及 02:Ar為1:16-24。
12.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述方法包含在CMOS圖像傳感器的制造方法中，其中所述CMOS圖像傳感器包括光電二極管；至少一個(gè)MOS晶體管； 至少一個(gè)金屬布線層；以及至少一個(gè)層間介電層。
13. —種裝置，包括形成在至少一個(gè)彩色濾光片上方的至少一個(gè)近似透 明圖案，其中，所述至少一個(gè)近似透明圖案是通過(guò)下列步驟而形成在所述至少一個(gè)彩色濾光片上方形成近似透明層； 在所述近似透明層上方形成至少一個(gè)近似半球形圖案；以及 蝕刻所述至少一個(gè)近似半球形圖案和所述近似透明層，以在所述近似透明層處形成所述至少一個(gè)透明圖案，其中所述至少一個(gè)透明圖案與所述至少一個(gè)近似半球形圖案具有基本相同的形狀。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述近似透明層包含二氧化硅。
15. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)近似半球形圖案是 通過(guò)在所述近似透明層上方形成至少一個(gè)光致抗蝕劑圖案；以及在所述至少 一個(gè)光致抗蝕劑圖案周圍形成至少一個(gè)聚合物凸塊而形成。
16. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)光致抗蝕劑圖案、 所述至少一個(gè)聚合物凸塊和所述近似透明層在進(jìn)行蝕刻工藝時(shí)具有基本相 同的蝕刻敏感度。
17. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)光致抗蝕劑圖案具 有矩形形狀和梯形形狀中的至少一種形狀。
18. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)聚合物凸塊包含 CxFy基聚合物。
19. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)聚合物凸塊是通過(guò) 使用CsFs、 CH2F2、 Ar和02中的至少一種作為工藝氣體而形成，其中所述至少一個(gè)聚合物凸塊是通過(guò)在干法蝕刻室中引入工藝氣體而形成， 所述工藝氣體包含以下氣體中的至少一種 約15sccm與約25sccm之間的C5H8， 約3sccm與約7sccm之間的CH2F2， 約100sccm與約140sccm之間的Ar，以及 約4sccm與約8sccm之間的02;以及 所述工藝氣體之間的工藝氣體分壓比是 02:C5FJ 1:2.5-4.2， 02:01^2為1:0.5-1.2，以及 02:Ar為1:16-24。
20. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述裝置為CMOS圖像傳感器， 其中所述圖像傳感器包括光電二極管；至少一個(gè)MOS晶體管； 至少一個(gè)金屬布線層；以及至少一個(gè)層間介電層。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器的微透鏡及其制造方法，所述方法包括下列步驟中的至少一個(gè)步驟在半導(dǎo)體襯底上形成包含多個(gè)彩色濾光片的彩色濾光片陣列。在彩色濾光片陣列上面和/或上方形成平坦層，以補(bǔ)償彩色濾光片之間的高度差異。在平坦層上面和/或上方形成氧化硅層。在氧化硅層上面和/或上方形成對(duì)應(yīng)彩色濾光片的多個(gè)光致抗蝕劑圖案，其中光致抗蝕劑圖案彼此分離。利用至少一種工藝氣體(例如C₅F₈、CH₂F₂、Ar和/或O₂)形成包圍多個(gè)光致抗蝕劑圖案的多個(gè)CxFy基聚合物凸塊。利用在多個(gè)聚合物凸塊、多個(gè)光致抗蝕劑圖案和氧化硅層之間具有基本相同蝕刻選擇比的蝕刻處方蝕刻多個(gè)聚合物凸塊、多個(gè)光致抗蝕劑圖案和氧化硅層。
文檔編號(hào)H01L27/14GK101118379SQ20071013715
公開(kāi)日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者趙殷相 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司