专利名称：图像传感器中平面滤色器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到图像传感器，尤更确切地说是用于图像传感器的滤色器。
背景技术：
图像传感器是可用于产生静像或视频图像的电子集成电路。固态图像传感器可为电荷耦合器件(CCD)型，也可为互补金属-氧化物-半导体(CMOS)型。无论在哪种图像传感器中，都是将收集光的像素做在衬底中并排列成二维阵列。现代的图像传感器典型地含有数百万像素以提供高分辨的图像。图像传感器的重要部分是在像素上制作的滤色器和微透镜结构。顾名思义，滤色器的工作是与信号处理相结合来提供彩色的图像。微透镜用于将入射光聚焦至像素上，因而改善每个像素的填充因子(fill factor)。
虽然制作滤色器的基础技术较为成熟，但仍有可以提升的空间，特别是在较高的集成度方面。例如，美国专利6,297,071号、6,362,513号和6,271,900号表明了滤色器的技术现状。在大多数滤色器工艺中，一个重要的要求是使用平面型的滤色器层。这可容易地做到，如果滤色器下面的初始衬底就是平面的话。
由于各种原因，滤色器下面的衬底是较为“凹凸不平”的。在现有技术中，这种不平整可这样来简单地解决，即先用旋转涂敷技术在衬底表面的凹处淀积第一平整层。然后，在第一平整层上淀积第二平整层。两个平整层都是聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)。尽管如此，这种方法还是没有提供所需的平整度。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种平整化图像传感器衬底的方法，包括在所述图像传感器衬底上淀积第一聚合物层；对所述第一聚合物层刻图形以形成所述第一聚合物层的许多柱体；以及在所述第一聚合物层的所述柱体上淀积第二聚合物层。
根据本发明的另一方面，提供一种在图像传感器衬底上制作滤色器的方法，包括在所述图像传感器衬底上淀积第一聚合物层；对所述第一聚合物层刻图形以形成所述第一聚合物层的许多柱体；在所述第一聚合物层的所述柱体上淀积第二聚合物层；以及在所述第二聚合物层上制作滤色器层。
图1为现有技术图像传感器的部分剖面图。
图2-5为说明本发明一种实施方式之方法的示意剖面图。
具体实施例方式
本发明涉及到一种在制作图像传感器所用的滤色器层之前制作平整层的方法。在下面的描述中，提供了许多具体细节，以彻底了解本发明的实施方式。然而，相关技术领域的熟练人员将会认识到，缺少一个或多个具体细节，或是用其他方法、元件等也可实现本发明。此外，没有详细示出或描述熟知的结构或操作以免模糊了本发明不同纵观本说明书，所谓“一种实施方式”或“某种实施方式”意味着，结合此实施方式所描述的特征、结构或特性至少包含在本发明的一种实施方式中。因此，在此说明书中各处出现的词语“在一种实施方式中”或“在某种实施方式中”，不必都认为是同一实施方式。而且，此特征、结构或特性可由任何适当的方式结合在一个或多个实施方式中。
图1表示现有技术图像传感器101的简化剖面图，图像传感器101上制作有微透镜。如图1所示，图像传感器含有制作在衬底中的多个像素，像素具有光探测元件103。光探测元件103可为几种类型之一，如光二极管、光闸(photogate)或其他固态光敏元件。在每个像素上面形成的是微透镜105。微透镜105将入射光聚焦至光探测元件103上。微透镜通常是在平整层上旋转涂敷微透镜材料层而成。然后腐蚀微透镜材料层而形成与每个像素对中的柱状或其他形状的区域。对微透镜材料加热使之回流来形成凸面的半球形微透镜。而且，在光探测元件103和微透镜105之间由参考数字107所代表的区域中，还有各种中间层，典型地可包括滤色层109及各种金属导线层。应可理解，图1所示的结构只是图像传感器结构的一个实例，本发明可适用于任何数目的变种。作为选择，滤色器109也可制作在微透镜105上面。
滤色器109典型地由颜料或染料材料制成，这种材料只允许通过窄带的光，例如，红、蓝或绿光。在其他实施方式中，滤色器可为青色、黄色或深红色的。这些只是滤色器109的一些示例色。虽然使用颜料或染料材料是滤色器最流行的方案，也可使用其他反射型滤色器，如反射材料的多层叠层。制作滤色器109的技术是熟知的，这里将不再描述，以免不必要地模糊了对本发明的描述。
本发明涉及在制作滤色器109之前制备衬底(平整化)的工艺过程。图2表示典型的晶片衬底201，其上制作有像素。此像素含有光探测元件203，在此情形下光探测元件为光二极管。然而，应可理解，也可使用现在知道的(如光闸)或将来开发的其他类型的光探测元件。而且，像素典型地也包含放大和/或读出电路。为了清楚起见，图2中没有示出此电路。在一种实施方式中，像素可为现有技术中通常所知的有源像素。制作光二极管和其他相关电路的详情在现有技术中都已知道，这里不再重复以免模糊了本发明。然而，现有技术的一些实例可参见美国专利5,904,493号和6,320,617号。
而且，在衬底201中还存在着其他结构。一个实例为多晶硅或金属互连线的导电结构205，例如用来输送至或来自光探测元件或像素中的其他元件的信号的导电结构。由于这些导电结构205通常制作在衬底201的上面，这就引起了由谷207和脊209所表征的不平整的表面形貌。
在制作滤色器109前应使谷207和脊209变平整。于是，转至图3，根据本发明的一个实施方式，在衬底201上旋转涂敷第一聚合物层301。在一个实施方式中，第一聚合物层301为聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。然而，可代之以其他类型的材料，但优选的材料是可被旋转涂敷然后固化为固体的材料。一些实例包括各种旋转涂敷的玻璃材料和光致抗蚀剂材料。
下面就图4而论，将会看到，在一种实施方式中光致抗蚀剂型材料有其优点，因为它可直接曝光和显影来刻图形。非光致抗蚀剂型材料，虽仍可用，但还需要腐蚀步骤。具体地，见图4，将第一聚合物层301刻成间距为d的许多柱体401。柱体401无须设置为规则图形，也没有任何特别的尺寸，但在一种实施方式中，参数d为2微米的量级。对于光致抗蚀剂型材料的情形，可由，例如，步进机(stepper machine)的曝光照射使第一聚合物层301曝光成柱状图形。然后对第一聚合物层301显影而形成柱体401。对于非光致抗蚀剂型材料的情形，第一聚合物层301的刻图形需要使用各种掩蔽和腐蚀技术。
转至图5，在形成柱体401后，在其上施加第二聚合物层501。在一种实施方式中，第二聚合物层501为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)。然而，可代之以其他类型的材料，但优选的材料是可被旋转涂敷然后固化为固体的材料。一些实例包括各种旋转涂敷的玻璃材料和光致抗蚀剂材料。业已发现，柱体401看来使第二聚合物层501基本上变平。
而且，为控制平整化的第二聚合物层501的厚度，可进行可选的回蚀步骤，以使衬底201上第一和第二聚合物层的总厚度降低至所希望的和/或控制的厚度。
从上述将会理解，为了说明的目的这里已描述了本发明的具体实施方式
，但可做出各种修改而不背离本发明的构思和范围。因此，除了权利要求之外本发明不受限制。
权利要求
1.一种平整化图像传感器衬底的方法，包括在所述图像传感器衬底上淀积第一聚合物层；对所述第一聚合物层刻图形以形成所述第一聚合物层的许多柱体；以及在所述第一聚合物层的所述柱体上淀积第二聚合物层。
2.根据权利要求1的方法，还包括回蚀所述第二聚合物层的步骤。
3.根据权利要求1的方法，还包括在所述第二聚合物层上制作滤色器层。
4.根据权利要求1的方法，其中所述第一聚合物层的所述柱体具有约2微米的间隔。
5.根据权利要求1的方法，其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层是聚甲基丙烯酸甘油酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
6.一种在图像传感器衬底上制作滤色器的方法，包括在所述图像传感器衬底上淀积第一聚合物层；对所述第一聚合物层刻图形以形成所述第一聚合物层的许多柱体；在所述第一聚合物层的所述柱体上淀积第二聚合物层；以及在所述第二聚合物层上制作滤色器层。
7.根据权利要求6的方法，还包括回蚀所述第二聚合物层的步骤。
8.根据权利要求6的方法，其中所述第一聚合物层的所述柱体具有约2微米的间隔。
9.根据权利要求6的方法，其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层是聚甲基丙烯酸甘油酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
全文摘要
公开了图像传感器中平面滤色器的制作方法。此方法包括在图像传感器衬底上淀积第一聚合物层。对第一聚合物层刻图形而形成许多柱体。然后，在柱体上淀积第二聚合物层。可选地，对第二聚合物层进行回蚀。本发明的方法使得能够平整化图像传感器衬底。
文档编号G02B5/22GK1504827SQ200310104368
公开日2004年6月16日 申请日期2003年10月24日 优先权日2002年10月25日
发明者山本克已 申请人:华微半导体(上海)有限责任公司