专利名称：图像传感器的微透镜的制造方法
技术领域：
本发明涉及图像传感器领域，特别是涉及一种图像传感器的微透镜的制造 方法。
背景技术：
图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的电子器件。图像传感器通常
分为两类电荷耦合器件(Charge Coupled Device,以下简称CCD)型和互补型 金属氧化物半导体(CMOS)型。这两种图像传感器的感光区都是由感光基本单 元——像素(pixel)构成的阵列。其中每一个像素至少包含一个光电二极管， 该光电二极管是用来接收图像的光信号。但二极管在一个像素中所占的比例有 限，例如CMOS图像传感器的像素是由一个感光二极管和3 5个MOS晶体管构 成。如图1所示，对于4ixm尺寸的像素，二极管仅占40%左右的面积。为了获得 最大光信号，现有技术是在每一个光电二极管103上方增设一个微透镜112。该 微透镜的曲率、折射率、透镜到二极管之间的距离和材料折射率预先设计好， 以使射入到像素范围内的可见光所示的通过微透镜的折射全部聚集在感光二极 管所在的区域。如图1所示，101单晶P型硅衬底、102浅沟槽隔离区、103感光二 极管N极，104像素晶体管栅极，105、 107、 109为绝缘介质，106、 108、 IIO为 互联金属，lll为绝缘介质(包括钝化层或滤光层)，112为微透镜。
现有的微透镜112是采用光刻胶或聚合物制成，例如硅胶光阻、铁氟龙、聚 氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丁醛树脂、乙酸乙二醇丁醚酯、聚甲基丙烯酸甲酯。 这些材料具有低热变形温度，上述这些材料的变形温度约在100'C至250'C之间。 现有的微透镜制造方法为-
步骤l、在完成图像传感器最上层金属间介质的平坦化后，在微透镜区域沉 积用于制造微透镜的材料，材料为上述的光刻胶或聚合物；
步骤2、如图lb所示，将制造微透镜的材料层蚀刻成预定的图形112a;
步骤2、在高于该材料热变形温度的温度下进行热处理，材料受到本身应力
的作用，形成如图lc所示的一定曲率的凸透镜112。
由有上述分析可以很明显的看出，采用现有技术的方法制造出来的微透镜 的低温变形温度使其不适用于温度较高的环境的缺点。例如汽车用监视器或路 灯监视器，经常在日晒环境中工作，随着温度升高会使微透镜材料变形，导致 传感器图像质量变差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的是提出一种图像传感器 的微透镜的制造方法，能够制造出较现有产品受温度较小的图像传感器的微透 镜。
为了达到上述目的，本发明提出了一种图像传感器的微透镜的制造方法，
包括
步骤l 、使用电介质材料在微透镜区域沉积电介质层;所述电介质材料为Si02 和域SiOxNy和/或Si3N4和/或氟硅玻璃和域碳掺杂的氧化硅和/或氮掺杂的碳化 硅和/或多孔Si02;
步骤2、将电介质层制成预设图案并将电介质层边缘制成为弯曲形状。 作为上述技术方案的优选，所述步骤l具体为
步骤ll、采用等离子增强化学气相淀积法或原子层化学气相淀积法或高密 度等离子化学气相淀积法，在微透镜区沉积第一电介质层。
作为上述技术方案的优选，所述步骤2具体为
步骤21 、通过光刻和/或蚀刻将第一 电介质层制成预设图案；
步骤22、利用高密度等离子化学气相淀积法在第一电介质层表面再沉积第
二电介质层，并在沉积时增加等离子体能量以使制成预设图案的第一电介质层 的边缘形成弯曲形状。
作为上述技术方案的优选，所述步骤2具体为
步骤21a、通过光刻和/或蚀刻将第一电介质层制成预设图案；
步骤22a、利用反应离子蚀刻法或湿法蚀刻法使制成预设图案的第一电介质 层的边缘形成弯曲形状；
步骤23a、在第一电介质层的表面淀积第二电介质层。
作为上述技术方案的优选，用于制造所述第二电介质层的电介质材料与用 于制造所述第一 电介质层的电介质材料相同。
作为上述技术方案的优选，所述步骤2还包括
通过回蚀刻时通过调节蚀刻各向同性和各向异性的蚀刻比例，对电介质层 边缘的弯曲形状进行微调。
作为上述技术方案的优选，所述步骤l具体为
步骤lla、在微透镜区沉积一电介质层；
步骤12a、使光刻胶在曝光后加热回流，在所述电介质层表面形成与所需微 透镜形状相同的光刻胶层。
作为上述技术方案的优选，所述步骤2具体为
采用光刻法对所述电介质层进行蚀刻。
作为上述技术方案的优选，所述步骤l具体为
使用电介质材料在微透镜区域利用沉积电介质层，所述电介质层为钝化层; 所述电介质材料为SiC^Ny或Si3N4 。
作为上述技术方案的优选，所述电介质的材料与最上层金属间介质的材料 相同。
本发明提出了一种图像传感器的微透镜的制造方法。现有的微透镜是采用 对微透镜的材料进行热处理以使材料受到本身应力的作用形成一定曲率，这样 在当图像传感器工作在温度较高的环境时就会造成微透镜变形而引起图像质量 变差。本发明提出的图像传感器的微透镜的制造方法，采用制造集成电路常用 的电介质材料，来制造图像传感器的微透镜，可以使微透镜的耐热温度提高到 不低于40(TC，这将极大扩大图像传感器的适用范围。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。对于所属 技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目 的、特征和优点将显而易见。
图la至图lc为现有技术中图像传感器微透镜的制作流程示意图； 图2a至2e为本发明第一优选实施例的图像传感器微透镜的制造过程的截面 示意图2伪本发明第二优选实施例的图像传感器微透镜的制造过程的截面示意
图2g至图2h为本发明第三优选实施例的图像传感器微透镜的制造过程的截 面示意图3为本发明第四优选实施例的图像传感器微透镜的制造过程的截面示意图。
具体实施例方式
下面根据附图对本发明做进一步说明。
在实施本发明的方法前，首先需要制造图像传感器。在图像传感器的最上 层金属间介质221平坦化后，如图2a所示，具有单晶P型硅衬底211，浅沟槽隔离 区212,感光二极管N区213，像素晶体管栅极214，绝缘介质Si02215 、 217、 219、 221，互联金属220。其中互联金属220可以为Cu质互联线，也可以为A1质互联线。
本发明第一优选实施例如图2a-2e所示，制造微透镜的方法为
步骤A、在完成介质221平坦化处理后，利用等离子增强化学气相淀积法 (PECVD)或原子层化学气相淀积法(ALCVD)或高密度等离子化学气相淀积 法(HDP-CVD)沉积与介质221相同介质的Si02的第一电介质层，电介质材料 可以为Si02、 SiOxNy、 Si3N4、氟硅玻璃、碳掺杂的氧化硅、氮惨杂的碳化硅、 多孔Si02其中的 一种或数种的复合物；
步骤B、用常规的光刻和蚀刻方法形成预设图案222a后去除光刻胶； 步骤C、用高密度等离子化学气相淀积法(HDP-CVD)再淀积一层与介质 221相同介质的Si02的第二电介质层222b;在淀积时适当增加等离子体能量(大 于500W)，就可以使预设图案222a的边缘被蚀刻，如图2c所示；这样有利于是 第二电介质层222b形成弯曲形状222c;本领域内技术人员可以理解，通过控制 第一电介质层222a的沉积厚度、预设图案之间的间距和淀积时沉积/蚀刻比例等 工艺可以控制第二电介质层222b的弯曲形状；
步骤D、利用等离子增强化学气相淀积法(PECVD)或原子层化学气相淀 积法(ALCVD)淀积氮化硅Si2N4或氮氧化硅SiOxNy作为钝化层223;
步骤E、沉积Si02或SiOxNy作为抗反射膜。
这样，第一电介质层222a、第二电介质层222b形成的弯曲形状222c、钝化层 223、抗反射膜224就形成了如图2e所示的微透镜。
其中，如果步骤B中形成的弯曲形状22c的弯曲形状不足与满足要求，则可 以对第二电介质层222b再进行回蚀刻以得到适当的弯曲形状222c;回蚀刻时通 过调节蚀刻各向同性和各向异性的蚀刻比例来控制弯曲形状；例如增加各向同 性的蚀刻比例可以使曲率半径增加或降低弯曲度。、
本发明第二实施例如图2f所示，包括
步骤a、在完成介质221平坦化处理后，利用等离子增强化学气相淀积法 (PECVD)或原子层化学气相淀积法(ALCVD)或高密度等离子化学气相淀积 法(HDP-CVD)沉积与介质221相同介质的Si02的第一电介质层，电介质材料 可以为Si02、 SiOxNy、 Si3N4、氟硅玻璃、碳掺杂的氧化硅、氮掺杂的碳化硅、 多孔Si02其中的一种或数种的复合物；
步骤b、用常规的光刻和蚀刻方法形成预设图案222a后去除光刻胶；
步骤c、利用反应离子蚀刻法或湿法蚀刻法使制成预设图案的第一电介质层 的边缘形成弯曲形状222d;
步骤d、在第一电介质层222d的表面使用常规方法淀积第二电介质层，第二 电介质层的电介质材料与第一 电介质层的电介质材料相同；
步骤e、利用等离子增强化学气相淀积法(PECVD)或原子层化学气相淀积 法(ALCVD)淀积氮化硅si2n4或氮氧化硅SiOxNy作为钝化层223;
步骤f、沉积Si02或Si(XNy作为抗反射膜。
本发明第三实施例如图2g所示，包括
步骤①、在完成介质221平坦化处理后，利用等离子增强化学气相淀积法
(PECVD)或原子层化学气相淀积法(ALCVD)或高密度等离子化学气相淀积 法(HDP-CVD)沉积与介质221相同介质的Si02的第一电介质层222，电介质材 料可以为Si02、 SiOxNy、 Si3N4、氟硅玻璃、碳掺杂的氧化硅、氮掺杂的碳化硅、 多孔Si02其中的一种或数种的复合物；
步骤②、使光刻胶在曝光后加热回流，在所述电介质层表面形成与所需微 透镜形状相同的光刻胶层222e，光刻胶图层形状如图2g所示；
步骤③、对电介质层222进行蚀刻，由于在222表面具有光刻胶层222e，因 此在蚀刻时有光刻胶层222e的位置蚀刻的较浅而没有光刻胶层222e的位置蚀刻 的较深，电介质层形成如图2h所示的222飾形状；
步骤④、利用等离子增强化学气相淀积法(PECVD)或原子层化学气相淀 积法(ALCVD)淀积氮化硅Si2N4或氮氧化硅SiOxNy作为钝化层；
步骤 、沉积Si02或SiOxNy作为抗反射膜。
本发明第四实施例如图3所示，包括
步骤I、在完成介质221平坦化处理后，利用等离子增强化学气相淀积法 (PECVD)沉积电介质层226，该电介质层226即为钝化层，电介质材料为Si(XNy
或Si美；
步骤II、采用如第一、第二、第三实施例中的任一种方法将钝化层制成预设
图案并将边缘制成弯曲形状；
步骤m、沉积Si02或SiOxNy或光刻胶材料或聚合物作为抗反射膜。
在上述所有实施例中，抗反射膜均可以由Si02或SiOxNy或光刻胶材料或聚合 物，也可以使用其它材料。在上述实施例中仅为了说明而举例，材料并不限于 此。这属于现有技术，本领域内技术人员可以理解，在此不一一赘述。
在上述所有实施例中，钝化层的材料可以为Si2N4或SiOxNy，也可以其它材 料。在上述实施例中仅为了说明而举例，材料并不限于此。这属于现有技术， 本领域内技术人员可以理解，在此不一一赘述。
在上述所有实施例中，微透镜中心点应与光电二极管213的中心点垂直对 应，平整部分的面积应当不大于光电二极管213的面积，以保证微透镜平坦部分
射入的光纤能够直射到光电二极管213。
形成的微透镜的表面弯曲度应当和光电二极管213表面到微透镜下表面的 距离相匹配，使最后入射到微透镜的光线聚集到光电二极管213内。显然，光电 二极管213与微透镜表面的距离越大，微透镜需要的弯曲度越小。
调节第一电介质层制成的弯曲形状222c之间的低谷的宽度，使沉积的钝化 层223和康反射层224后微透镜的低谷部分尽量没有平坦的直线，这样可以保证 入射到每一像素的光都能够全部聚集到光电二极管213。
钝化层的作用是为了防止水和杂质进入到元器件内部， 一般钝化层的厚度 可以在500埃到2000埃之间。
抗反射层的厚度和折射率应当与钝化层的厚度和折射率相匹配，使反射出 微透镜的光达到最少。
制造电介质层222的材料最好与最上层金属间介质相同，这样可以减少界面 反射率。
抗反射层的材料可以为Si02或SiOxNy。对于较低温度下实用的图像传感器， 抗反射层的材料也可以采用光刻胶材料或聚合物薄膜，例如硅胶光阻、铁氟龙、 聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丁醛树脂、乙酸乙二醇丁醚酯、聚甲基丙烯酸甲 酯。因为抗反射层的厚度较薄，高温下引起的形变很小，其抗高温特性至少比 现有技术的要好得多。
当然，本发明还可有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下， 所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些 相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种图像传感器的微透镜的制造方法，包括步骤1、使用电介质材料在微透镜区域沉积电介质层；所述电介质材料为SiO2和/或SiOxNy和/或Si3N4和/或氟硅玻璃和/或碳掺杂的氧化硅和/或氮掺杂的碳化硅和/或多孔SiO2；步骤2、将电介质层制成预设图案并将电介质层边缘制成为弯曲形状。
2、 根据权利要求l所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在于， 所述步骤l具体为步骤ll、采用等离子增强化学气相淀积法或原子层化学气相淀积法或高密 度等离子化学气相淀积法，在微透镜区沉积第一电介质层。
3、 根据权利要求2所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在于， 所述步骤2具体为步骤21、通过光刻和/或蚀刻将第一电介质层制成预设图案；步骤22、利用高密度等离子化学气相淀积法在第一电介质层表面再沉积第 二电介质层，并在沉积时增加等离子体能量以使制成预设图案的第一电介质层 的边缘形成弯曲形状。
4、 根据权利要求要求2所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在 于，所述步骤2具体为步骤21a、通过光刻和/或蚀刻将第一电介质层制成预设图案；步骤22a、利用反应离子蚀刻法或湿法蚀刻法使制成预设图案的第一电介质 层的边缘形成弯曲形状；步骤23a、在第一电介质层的表面淀积第二电介质层。
5、 根据权利要求3或4所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在于， 用于制造所述第二电介质层的电介质材料与用于制造所述第一电介质层的电介 质材料相同。
6、 根据权利要求3或4所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在于， 所述步骤2还包括通过回蚀刻时通过调节蚀刻各向同性和各向异性的蚀刻比例，对电介质层 边缘的弯曲形状进行微调。
7、 根据权利要求l所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在于， 所述步骤l具体为步骤lla、在微透镜区沉积一电介质层；步骤12a、使光刻胶在曝光后加热回流，在所述电介质层表面形成与所需微 透镜形状相同的光刻胶层。
8、 根据权利要求7所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在于， 所述步骤2具体为采用光刻法对所述电介质层进行蚀刻。
9、 根据权利要求l所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在于， 所述步骤l具体为使用电介质材料在微透镜区域利用沉积电介质层，所述电介质层为钝化层; 所述电介质材料为SiOxNy或Si3N4。
10、 根据权利要求l所述的图像传感器的微透镜的制造方法，其特征在于， 所述电介质的材料与最上层金属间介质的材料相同。
全文摘要
本发明提出了一种图像传感器的微透镜的制造方法。现有的微透镜是采用对微透镜的材料进行热处理以使材料受到本身应力的作用形成一定曲率，这样在当图像传感器工作在温度较高的环境时就会造成微透镜变形而引起图像质量变差。本发明提出的图像传感器的微透镜的制造方法，采用制造集成电路常用的电介质材料来制造图像传感器的微透镜，可以使微透镜的耐热温度提高到不低于400℃，这将扩大图像传感器的适用范围。
文档编号G03F7/00GK101393886SQ20071014064
公开日2009年3月25日 申请日期2007年9月21日 优先权日2007年9月21日
发明者政 吕, 李秋德, 秦旭光, 高文玉 申请人:和舰科技(苏州)有限公司