本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種通過離子注入工藝輔助形成的傳感器微透鏡的制造方法。

背景技術(shù)：

目前，cmos圖像傳感器和紅外傳感器已得到了廣泛的應(yīng)用。在cmos圖像傳感器和紅外傳感器中，通常都需要使用微透鏡來匯聚入射cmos圖像傳感器的可見光或入射紅外傳感器的紅外光，以增強(qiáng)cmos圖像傳感感光二極管的感光效率或增強(qiáng)紅外傳感器紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的吸收率及提高感應(yīng)靈敏度。

微透鏡可通過各種方法制造，諸如使用激光脈沖的刻蝕方法、使用光刻膠的回流方法、干法刻蝕方法、使用二氧化碳(co2)激光的玻璃表面處理方法、使用液化玻璃表面張力的方法、用于通過激光沉積的聚合物的離子束處理方法、噴墨方法、用于光刻膠的加熱方法、灰度級(jí)掩模方法以及壓印成型(embossingmolding)方法等。

然而，上述方法存在著要么制作工藝復(fù)雜導(dǎo)致高成本、要么難以大批量生產(chǎn)導(dǎo)致效率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種傳感器微透鏡的制造方法，通過離子注入工藝的輔助形成微透鏡，實(shí)現(xiàn)工藝的簡(jiǎn)化和效率的提高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種傳感器微透鏡的制造方法，包括以下步驟：

提供一半導(dǎo)體硅襯底，在所述硅襯底上定義出微透鏡形成區(qū)域；

通過對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行離子注入，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的不同摻雜濃度梯度；

對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行刻蝕，利用高摻雜濃度區(qū)域硅襯底的刻蝕速率大于低摻雜濃度區(qū)域硅襯底刻蝕速率的特性，在所述硅襯底上形成具有一定曲率的微透鏡結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，通過對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行多次離子注入，并在每次離子注入前，先在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底上形成具有注入窗口的光刻掩模，每次使用的所述光刻掩模的注入窗口分別由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展或者反向逐漸縮小，以在多次離子注入完成后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞減的摻雜濃度梯度，從而在刻蝕后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成內(nèi)凹的微透鏡結(jié)構(gòu)；其中，每次離子注入的劑量相等。

優(yōu)選地，通過對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行多次離子注入，并在每次離子注入前，先在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底上形成具有注入窗口的光刻掩模，每次使用的所述光刻掩模的注入窗口分別由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展，以在多次離子注入完成后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞減的摻雜濃度梯度，從而在刻蝕后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成內(nèi)凹的微透鏡結(jié)構(gòu)；其中，每次離子注入的劑量遞減，并在每次離子注入時(shí)，對(duì)之前的所有注入窗口區(qū)域進(jìn)行遮擋。

優(yōu)選地，通過對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行多次離子注入，并在每次離子注入前，先在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底上形成具有注入窗口的光刻掩模，每次使用的所述光刻掩模的注入窗口分別由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展，以在多次離子注入完成后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞增的摻雜濃度梯度，從而在刻蝕后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成外凸的微透鏡結(jié)構(gòu)；其中，每次離子注入的劑量遞增，并在每次離子注入時(shí)，對(duì)之前的所有注入窗口區(qū)域進(jìn)行遮擋。

優(yōu)選地，通過在離子注入前，先在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底表面形成注入掩模，并使所述注入掩模的厚度由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸增加，以在離子注入完成后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞減的摻雜濃度梯度，從而在刻蝕后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成內(nèi)凹的微透鏡結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，通過在離子注入前，先在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底表面形成注入掩模，并使所述注入掩模的厚度由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸減小，以在離子注入完成后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞增的摻雜濃度梯度，從而在刻蝕后，在所述微透鏡形成區(qū)域形成外凸的微透鏡結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，通過對(duì)摻雜濃度梯度進(jìn)行調(diào)整，以調(diào)節(jié)形成的微透鏡曲率。

優(yōu)選地，通過向所述硅襯底表面內(nèi)凹的微透鏡結(jié)構(gòu)的凹槽中填充與硅襯底n/k(n：材料的折射率，k：材料的消光系數(shù))值不同的材料，以形成具有不同折射率或透光效果的微透鏡。

優(yōu)選地，所述微透鏡為凸透鏡或凹透鏡。

優(yōu)選地，對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行b離子注入，并對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行rie刻蝕。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明利用硅襯底上不同摻雜濃度區(qū)域存在不同刻蝕速率的特性，通過離子注入工藝的輔助刻蝕形成微透鏡結(jié)構(gòu)，并可通過對(duì)摻雜濃度梯度的調(diào)整，形成具有一定曲率的微透鏡，還可通過向硅襯底表面內(nèi)凹的微透鏡結(jié)構(gòu)的凹槽中填充與硅襯底n/k值不同的材料，形成具有不同折射率或透光效果的微透鏡，因而可制作多種形態(tài)及特性的微透鏡，并可實(shí)現(xiàn)工藝的簡(jiǎn)化和效率的提高，從而降低了成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種傳感器微透鏡的制造方法流程圖；

圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中根據(jù)圖1的方法使用的一組光刻掩模的形態(tài)對(duì)比示意圖；

圖3是圖2中各光刻掩模的重疊形態(tài)示意圖；

圖4-圖5是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中根據(jù)圖1的方法形成的注入掩模形態(tài)示意圖；

圖6-圖8是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中根據(jù)圖1的方法形成的微透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

需要說明的是，在下述的具體實(shí)施方式中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來加以理解。

在以下本發(fā)明的具體實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明的一種傳感器微透鏡的制造方法流程圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種傳感器微透鏡的制造方法，包括以下步驟：

步驟s01：提供一半導(dǎo)體硅襯底，在所述硅襯底上定義出微透鏡形成區(qū)域。

所述硅襯底可采用非晶硅、多晶硅或者單晶硅襯底(薄膜)；并可采用cmos常規(guī)工藝手段，在所述硅襯底上定義出后續(xù)需要形成微透鏡的區(qū)域。

步驟s02：通過對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行離子注入，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的不同摻雜濃度梯度。其中，摻雜濃度梯度包括遞增或遞減的摻雜濃度梯度。

請(qǐng)參閱圖2-圖3?？衫靡唤M具有不同半徑的圓形貫通窗口的光刻掩模01-05，各光刻掩模01-05的貫通窗口011、021、031、041、051如圖示自左而右般的半徑逐漸增大；每?jī)蓚€(gè)相鄰光刻掩模之間半徑的差距可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工。利用光刻掩模，可在貫通窗口以外區(qū)域阻擋注入離子進(jìn)入硅襯底中，并只能通過貫通窗口注入到硅襯底中。這樣，利用每個(gè)光刻掩模01-05就可在微透鏡形成區(qū)域的硅襯底上形成具有不同大小半徑、與貫通窗口011、021、031、041、051對(duì)應(yīng)的注入窗口。

作為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式，需要對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行多次離子注入，每次注入可采用相等的劑量。在每次進(jìn)行離子注入前，先在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底上布置好光刻掩模，并對(duì)上述組中每個(gè)光刻掩模依半徑大小次序單獨(dú)使用。其中，使每次使用的光刻掩模的貫通窗口(注入窗口)分別由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展或者反向逐漸縮小。

為了更清楚地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，可示意性將各個(gè)光刻掩模01-05在垂直方向依次疊加起來，并使各個(gè)貫通窗口011、021、031、041、051(注入窗口)的中心對(duì)準(zhǔn)，如圖3所示。這樣，可采用兩種方式來進(jìn)行注入。其中，一種是采用每次使用的光刻掩模的注入窗口分別由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的方式，即第一次注入時(shí)使用具有最小貫通窗口011的一個(gè)光刻掩模01，對(duì)微透鏡形成區(qū)域的中心位置進(jìn)行注入；第二次注入時(shí)使用臨近第一個(gè)光刻掩模01、具有半徑增大的貫通窗口021的另一個(gè)光刻掩模02，使其注入窗口環(huán)繞微透鏡形成區(qū)域的中心位置且略有增大，對(duì)包括微透鏡形成區(qū)域的中心位置在內(nèi)的擴(kuò)大了的區(qū)域(即第二個(gè)光刻掩模02的注入窗口021區(qū)域)進(jìn)行第二次注入；由于微透鏡形成區(qū)域的中心位置(即第一個(gè)光刻掩模01的窗口011區(qū)域)重復(fù)經(jīng)受了兩次注入，因而該區(qū)域?qū)⒕哂懈哂谄湟酝鈪^(qū)域的注入濃度。依次類推，每次注入采用相等的劑量，完成全部設(shè)定次數(shù)的注入，就可在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式(因注入窗口是圓形的)逐漸擴(kuò)展的遞減的摻雜濃度梯度。另一種是采用每次使用的光刻掩模的注入窗口分別由微透鏡形成區(qū)域邊緣向中心以等徑方式逐漸縮小的方式，即第一次注入時(shí)使用窗口半徑最大的一個(gè)光刻掩模05，對(duì)整個(gè)微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行注入；第二次注入時(shí)使用窗口半徑縮小且臨近第一個(gè)光刻掩模的另一個(gè)光刻掩模04，其注入窗口在微透鏡形成區(qū)域內(nèi)略有縮小，對(duì)微透鏡形成區(qū)域內(nèi)縮小了的區(qū)域(即第二個(gè)光刻掩模04的窗口041區(qū)域)進(jìn)行第二次注入；由于微透鏡形成區(qū)域內(nèi)第二個(gè)光刻掩模04的注入窗口區(qū)域重復(fù)經(jīng)受了兩次注入，因而該區(qū)域?qū)⒕哂懈哂谄湟酝鈪^(qū)域的注入濃度。依次類推，每次注入采用相等的劑量，完成全部設(shè)定次數(shù)的注入，就可在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞減的摻雜濃度梯度。

作為本發(fā)明的另一種具體實(shí)施方式，與上述實(shí)施方式相同，同樣需要對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行多次離子注入，可同樣使用上述圖2形式的光刻掩模01-05，并使每次使用的光刻掩模形成的注入窗口分別由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展。與上述實(shí)施方式不同的是，每次離子注入時(shí)，采取注入劑量遞增或遞減的方式，并在每次離子注入時(shí)，對(duì)之前的所有注入窗口區(qū)域進(jìn)行遮擋。例如，當(dāng)采取注入劑量遞增方式時(shí)，第一次注入時(shí)使用上述窗口半徑最小的一個(gè)光刻掩模01，對(duì)微透鏡形成區(qū)域的中心位置進(jìn)行注入；第二次注入時(shí)使用窗口半徑增大且臨近第一個(gè)光刻掩模的另一個(gè)光刻掩模02，使其注入窗口環(huán)繞微透鏡形成區(qū)域的中心位置且略有增大，并對(duì)第一次注入時(shí)采用的光刻掩模01的窗口011區(qū)域采用一個(gè)等徑的實(shí)心光刻掩模進(jìn)行遮擋，從而在該被遮擋區(qū)域邊界與第二個(gè)光刻掩模02的窗口021的邊界之間形成一個(gè)環(huán)形注入窗口；然后，對(duì)該環(huán)形注入窗口區(qū)域進(jìn)行劑量增加了的第二次注入，從而可在注入后，在所述微透鏡形成區(qū)域?qū)崿F(xiàn)使該環(huán)形注入窗口區(qū)域的注入濃度高于其以內(nèi)中心區(qū)域(即窗口011區(qū)域)的注入濃度。依次類推，每次注入時(shí)將劑量逐次提高，完成全部設(shè)定次數(shù)的注入，就可在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞增的摻雜濃度梯度。可以理解，如果采取在每次離子注入時(shí)使注入劑量遞減的相反方式，則可在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞減的摻雜濃度梯度。

請(qǐng)參閱圖4-圖5。作為本發(fā)明的再一種具體實(shí)施方式，還可通過在離子注入前，在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底10表面形成圓形的注入掩模11或12，使所述注入掩模11的厚度由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸增加，如圖4所示；或者，使所述注入掩模12的厚度由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣以等徑方式逐漸減小，如圖5所示。由于注入掩?？蓪?duì)注入濃度及深度產(chǎn)生影響，注入掩模的厚度越厚，注入濃度就越低、注入深度就越淺，因而當(dāng)在不同區(qū)域采用不同厚度的注入掩模進(jìn)行離子注入后，就可在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞減的摻雜濃度梯度(采用圖4的注入掩模11)；或者，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞增的摻雜濃度梯度(采用圖5的注入掩模12)。

可采用常用注入離子對(duì)上述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行注入；例如，可采用b離子對(duì)上述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行注入。

也可采用除上述光刻掩模、注入掩模以外的其他適用方式，在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞增或遞減的摻雜濃度梯度。

步驟s03：對(duì)所述微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行刻蝕，利用高摻雜濃度區(qū)域硅襯底的刻蝕速率大于低摻雜濃度區(qū)域硅襯底刻蝕速率的特性，在所述硅襯底上形成具有一定曲率的微透鏡結(jié)構(gòu)。

可采用例如rie(反應(yīng)離子刻蝕)工藝，對(duì)上述形成有遞增或遞減的摻雜濃度梯度的微透鏡形成區(qū)域進(jìn)行刻蝕。利用不同摻雜濃度在刻蝕速率上的不同，即高摻雜濃度區(qū)域硅襯底的刻蝕速率大于低摻雜濃度區(qū)域硅襯底刻蝕速率的特性，就可以通過常規(guī)刻蝕，在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底上形成具有一定曲率的微透鏡結(jié)構(gòu)。也可采用其他適用的干法刻蝕工藝進(jìn)行形成微透鏡的刻蝕。

目前，有兩種主流推論對(duì)摻雜后刻蝕速率變快的現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。推論一認(rèn)為，摻雜后，雜質(zhì)成分將影響到硅的晶格強(qiáng)度(化學(xué)鍵強(qiáng)度等)，或者有能夠加快反應(yīng)的中間產(chǎn)物產(chǎn)生，從而導(dǎo)致刻蝕速率較快。

推論二認(rèn)為，摻雜后，硅襯底的載流子密度將增加(電子空穴)，而載流子能夠使得刻蝕反應(yīng)產(chǎn)物快速離開硅襯底表面，從而加快刻蝕速率。在進(jìn)行硅rie刻蝕工藝時(shí)，含有f，cl，br，i單質(zhì)或者化合物的氣體均可以作為硅的刻蝕劑；如果添加一些輔助氣體則有助于提高選擇性。常用的刻蝕劑組合如：cf4/o2，cf2cl2，cf3cl，sf6/o2/cl2，ccl4，nf3，ccl4，chf3等。無論采用哪一種化合物作為刻蝕劑，在等離子體中都會(huì)存在大量的鹵素原子，它們以化學(xué)吸附方式與硅表面結(jié)合；在沒有外力作用的情況下，反應(yīng)生成的產(chǎn)物分離的速率很慢，特別是cl，br，i原子更是如此，這構(gòu)成了硅與其他活性成分進(jìn)一步接觸的障礙。但是，當(dāng)這些鹵素原子得到電子之后，就會(huì)與硅一起離開襯底表面，從而加快了刻蝕速率。

由微透鏡形成區(qū)域中心向邊緣形成遞增的摻雜濃度梯度或遞減的摻雜濃度梯度，決定了在刻蝕后所形成的微透鏡結(jié)構(gòu)形態(tài)。其中，當(dāng)在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞增的摻雜濃度梯度時(shí)，在刻蝕后將在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底10上形成外凸的微透鏡結(jié)構(gòu)101；在進(jìn)一步將外凸的微透鏡結(jié)構(gòu)周圍的硅襯底10材料去除后，就形成了如圖6所示的微透鏡結(jié)構(gòu)101，其為凸透鏡結(jié)構(gòu)。

而當(dāng)在所述微透鏡形成區(qū)域形成由其中心向邊緣以等徑方式逐漸擴(kuò)展的遞減的摻雜濃度梯度時(shí)，則在刻蝕后將在所述微透鏡形成區(qū)域的硅襯底10上形成內(nèi)凹的微透鏡結(jié)構(gòu)102，如圖7所示，其亦為凸透鏡結(jié)構(gòu)，只不過是以空氣作為其透鏡材料。因而，可進(jìn)一步通過向圖7中所述硅襯底表面內(nèi)凹的微透鏡結(jié)構(gòu)的凹槽中填充與硅襯底n/k(n：材料的折射率，k：材料的消光系數(shù))值不同的其他透鏡材料，來形成具有不同折射率或透光效果的其他微透鏡131。其中，在采用上述填充方式形成微透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)，可利用不同的填充技術(shù)來分別形成凸透鏡或凹透鏡。

此外，還可通過對(duì)摻雜濃度梯度進(jìn)行調(diào)整，以調(diào)節(jié)經(jīng)刻蝕后形成的微透鏡的曲率。

采用上述方法形成的微透鏡結(jié)構(gòu)，可以靈活地應(yīng)用于cmos影像傳感器、紅外傳感器等領(lǐng)域。

綜上所述，本發(fā)明利用硅襯底上不同摻雜濃度區(qū)域存在不同刻蝕速率的特性，通過離子注入工藝的輔助刻蝕形成微透鏡結(jié)構(gòu)，并可通過對(duì)摻雜濃度梯度的調(diào)整，形成具有一定曲率的微透鏡，還可通過向硅襯底表面內(nèi)凹的微透鏡結(jié)構(gòu)的凹槽中填充與硅襯底n/k值不同的材料，形成具有不同折射率或透光效果的微透鏡，因而可制作多種形態(tài)及特性的微透鏡，并可實(shí)現(xiàn)工藝的簡(jiǎn)化和效率的提高，從而降低了成本。

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。