专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。
技术背景本发明的实施例涉及一种图像传感器及其制造方法。图像传感器是一种可将光学图像转换为电信号的半导体器件。这种图像 传感器包括用于将入射光引向光电二极管的微透镜阵列。图像传感器制造过程中需要解决的一个要素是提高将入射光转换为电 信号的速率(例如，灵敏度)。并且对在微透镜阵列中各个邻近透镜之间实 现不存在间隙的零间隙进行了大量的研究和探索工作。然而，在CMOS图像传感器的制造方法中，由于用作与外部信号线信号 连接的焊盘的各层和/或焊盘上的各层之间的应力差，可能在焊盘开口部中出 现覆盖层的分层。同样，在晶片背面研磨工艺、封装工艺以及类似工艺中， 会产生从光致抗蚀剂层而来的聚合物微粒以及类似物并且会附着于微透镜 阵列。因此，图像传感器的灵敏度会降低并且由难以清洁微透镜阵列而造成 生产效率下降。发明内容本发明实施例提供了一种可提高器件的灵敏度以及生产效率的图像传 感器及其制造方法。本发明一个实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器包括底层结 构，具有光电二极管及互连件；钝化层，位于该底层结构之上；热固性树脂 层，位于该钝化层之上；滤色镜阵列，位于该热固性树脂层之上；微透镜阵 列，位于该滤色镜阵列之上；以及低温氧化物(LTO)层，位于该微透镜阵 列之上。本发明的另一实施例提供了一种图像传感器的制造方法，该方法包括下
列步骤形成具有光电二极管及互连件的底层结构；在该底层结构上形成钝 化层；在该钝化层上形成滤色镜阵列；在该滤色镜阵列上形成微透镜阵列； 在该微透镜阵列上形成低温氧化物(LTO)层；以及通过蚀刻该LTO层以及 该钝化层暴露该底层结构上的焊盘部。本发明的再一实施例提供了一种图像传感器的制造方法，该方法包括下 列步骤形成具有光电二极管及互连件的底层结构；在该底层结构上形成钝 化层；在该钝化层上形成热固性树脂层；在该热固性树脂层上形成滤色镜阵 列；在该滤色镜阵列上形成微透镜阵列；在该微透镜阵列上形成低温氧化物 (LTO)层；以及通过蚀刻该LTO层以及该钝化层暴露该底层结构上的焊盘 部。
图1至图6为显示在制造图像传感器的示例性方法中形成的结构的横截 面图。
具体实施方式
在以下的说明中，当提及层(或膜)位于另一层或衬底"上"或"上方" 时，应理解为该层可以直接位于另一层或衬底上，或者也可以存在插入的层。 此外，当提及层位于另一层"下"或"下方"时，应理解为该层可以直接位 于另一层或衬底下，或者也可以存在插入的一层或多层。此外，当提及层位 于两层"之间"时，应理解为两层之间仅存在该层，或者也可以存在插入的 一层或多层。因此，必须基于实施例的范围来确定这些措辞的含义。在下文中，将参考附图对本发明的各个实施例进行详细地描述。将参考图1至图6对一种图像传感器的示例性制造方法进行描述。图1 至图6为显示在制造图像传感器的示例性方法中形成的结构的横截面图。如图1所示，根据本发明的一个实施例，在包括光电二极管(未示出) 及互连件(未示出)的底层结构11上形成钝化层。在底层结构11上形成用 作包含光电二极管的像素单元与外部信号线之间的信号连接的焊盘部13，并 且钝化层形成在焊盘部13上。钝化层可包括氧化物层15，可选地，还可包 括氮化物层17。当形成钝化层时，可在底层结构11上形成氧化物层15 (例 如，通过等离子体增强化学气相沉积工艺[PE-CVD]或高密度等离子体化学气 相沉积工艺[HDP-CVD]，由例如硅垸或三乙氧基硅垸(TEOS)这样的含硅 前驱物以及例如分子氧和/或臭氧这样的含氧前驱物)并且在氧化物层15上 形成氮化物层17 (通过化学气相沉积工艺(CVD)[例如，PE-CVD]，由例 如硅垸这样的含硅前驱物以及例如氨和/或四氧化二氮[在下文中还可包含氢] 这样的含氮前驱物)。在形成氮化物层17作为钝化层的例子中，可在减压环境(例如，包含 氢气、氨、硅垸、其它氢化氮和/或含硅群族，例如氨基硅烷和硅烷胺以及两 者组合物或两者与例如四氧化二氮、氦、氖、氩等惰性气体的混合物)下对 氮化物层17执行退火工艺，以消除氮化物层17中的缺陷并且提高图像传感 器在低光照环境下的特性。氮化物层17可包括基于氮化硅的材料。例如， 可通过退火工艺来去除氮化物层17中的悬挂键(dangling bond)。此外，当 执行退火工艺时，可减少或防止由于氧化物层15与随后形成的低温氧化物 层(即，LTO层)之间的应力而在氧化物层15中出现裂纹。如图2所示，可去除氮化物层17以暴露氧化物层15。当去除氮化物层 17时，可通过回蚀工艺或化学机械抛光(CMP)工艺来去除氮化物层17。 可选地，可通过湿蚀刻工艺(例如，温的或热的磷酸水)来去除氮化物层17。 尽管去除了氮化物层17，但由于在焊盘部17上形成了氧化物层15，未暴露 焊盘部13并且焊盘部13受到了氧化物层15的保护。如图3所示，通常利用在氧化物层15上旋涂热固性树脂溶液在暴露的 氧化物层15上形成热固性树脂层19，随后通过加热(在100。C至40(TC的温 度下，可选地，部分或整体处于真空或惰性气体流中，并且可分阶段进行， 例如包括在IO(TC至15(TC的温度下加热足够时长以从热固性树脂溶液中充 分去除全部溶剂的干燥阶段，以及紧跟的包括在20(TC至35(TC的温度下加 热足够时长以固定热固性树脂的固化阶段)干燥及固化热固性树脂。因此， 可减少或防止氧化物层15中的缺陷。此外，还可提高与其上形成的层的粘 合特性。根据图像传感器的设计还可省略热固性树脂层19的形成步骤。在形成热固性树脂层19之后，在热固性树脂层19上形成滤色镜阵列21。 滤色镜阵列21可包括红色滤色镜、绿色滤色镜以及蓝色滤色镜(所谓的 "RGB"滤色镜)的阵列或黄色滤色镜、青色滤色镜以及绛红色滤色镜(所
谓的"YCM"滤色镜)的阵列。 一般地，阵列21中的滤色镜包括传统抗蚀 材料以及吸收对应于滤色镜色彩的光的预定波长的染料。随后，在滤色镜阵列21上形成微透镜阵列23。例如，可通过对光致抗 蚀剂层执行图案化以及热处理工艺来形成微透镜阵列23。此外，也可以在滤 色镜阵列21上形成平坦化层(例如，包括如上所述的氧化物层和/或氮化物 层)之后形成微透镜阵列23。在形成微透镜阵列23之后，还可以对所得结构执行烘烤(或回流)工 艺。如同一个实施例，可在15(TC至18(TC的温度下执行此烘烤工艺2至3 个小时。并且可在对流加热烤箱中执行此烘烤工艺。如图4所示，在微透镜阵列23上形成低温氧化物(LTO)层25。可在 焊盘部13上方形成LTO层25。在本例中，氧化物层15、热固性树脂层19 以及LTO层25在焊盘部13上叠置而成。LTO层25的厚度介于3000 A至 8000 A之间。此外，沿着微透镜阵列23的弧度，共形地形成LTO层25，使得LTO 层25具有微透镜阵列形状，并且优选地，具有零间隙。在微透镜阵列23中， 彼此邻近的透镜之间可能存在着间隙。然而，LTO层25可具有零间隙，即 在LTO层25中沿水平方向和/或垂直方向上彼此邻近的透镜部之间不存在间 隙(在阵列的对角线方向上通常存在间隙)。可利用PECVD方法在小于等于200°C的温度下形成LTO层25。例如， 可利用PECVD方法在150"C至200°C的温度下(由例如硅烷或TEOS的含硅 前驱物以及例如分子氧和/或臭氧的氧前驱物)形成LTO层25。如上所述，在相对低的温度下形成LTO层25，可防止滤色镜阵列21以 及微透镜阵列23的性能降低。此外，在形成LTO层25之后，可在随后的 封装工艺以及类似工艺中防止聚合物微粒附着于微透镜阵列23。如图5所示，蚀刻LTO层25、热固性树脂层19以及氧化物层15以暴 露底层结构11上的焊盘部13。例如，在LTO层25上形成光致抗蚀剂图案 27之后，蚀刻光致抗蚀剂图案27以暴露焊盘部13。根据如上所述的实施例的方法，只需通过执行一次焊盘开口工艺就可轻 易暴露焊盘部13。随后去除光致抗蚀剂图案27以得到如图6所示的制造根 据本实施例的图像传感器。
根据各个实施例的图像传感器包括具有光电二极管及其互连件的底层结构11以及位于底层结构11之上的氧化物层(钝化层)15。在底层结构11 上形成焊盘部13，其用作从CMOS图像传感器至外部信号电路的信号连接 (例如，在印刷电路板上的焊线、球焊和/或导电线路)。根据各个实施例的图像传感器包括位于氧化物层15之上的热固性树脂 层19以及位于热固性树脂层19之上的滤色镜阵列21。根据图像传感器的设 计也可省略热固性树脂层19。此外，根据各个实施例的图像传感器包括位于滤色镜阵列21之上的微 透镜阵列23以及位于微透镜阵列23之上的LTO层25。形成与微透镜阵列 23的曲率一致的LTO层25，使得LTO层25可具有微透镜阵列形状，并且 优选地，具有零间隙。也就是说，在微透镜阵列23中，彼此邻近的透镜之 间可能存在间隙。然而，LTO层25可具有零间隙的形状，即彼此邻近的透 镜部之间不存在间隙。LTO层25的厚度介于3000 A至8000 A之间，并且 LTO层25的厚度可根据图像传感器的设计或零间隙的形成而改变。根据如上所述的实施例，可防止由于焊盘部的各层和/或焊盘部上的各层 之间的应力差而在焊盘部中出现LTO层的分层。此外，在晶片背面研磨工 艺、封装工艺以及类似工艺中，防止光致抗蚀剂层的聚合物微粒以及类似物 附着于用作收集光的微透镜阵列。因此，可最大化图像传感器的灵敏度并且 还可提高生产效率。根据如上所述的图像传感器及其制造方法，可提高器件的灵敏度以及生 产效率。在本说明书中所使用的"一个实施例"、"实施例"、"示例性实施例" 等均表示在该相关实施例中描述的具体特征、结构或特点包含于本发明的至 少一个实施例中。在说明书的不同地方出现的这些措辞并不一定限于相同的 实施例。此外，当描述与任何实施例相关的具体特征、结构或特点时，应清 楚本领域技术人员可以将这些特征、结构或特点实施于其它实施例中。尽管已经通过参考几个示例性实施例对本发明的实施例进行了描述，应 理解本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围内想到其它的修改 和实施例。更具体的是，可以在公开文本、附图以及所附权利要求的范围内 对元件的组合和/或布置作出各种修改和变化。此外，对本领域技术人员来说
选用这些元件和/或布置的变化和和修改也是显而易见的。
权利要求
1.一种图像传感器，该图像传感器包括底层结构，具有光电二极管及互连件；钝化层，位于所述底层结构之上；热固性树脂层，位于所述钝化层之上；滤色镜阵列，位于所述热固性树脂层之上；微透镜阵列，位于所述滤色镜阵列之上；以及低温氧化物层，即LTO层，位于所述微透镜阵列之上。
2. 如权利要求1所述的图像传感器，其中所述钝化层包括氧化物层。
3. 如权利要求1所述的图像传感器，其中所述LTO层的厚度介于3000 A至8000A之间。
4. 如权利要求1所述的图像传感器，其中所述LTO层与所述微透镜阵列 的曲率一致并且具有零间隙。
5. —种图像传感器的制造方法，所述方法包括下列步骤 形成具有光电二极管及互连件的底层结构； 在所述底层结构上形成钝化层； 在所述钝化层上形成滤色镜阵列； 在所述滤色镜阵列上形成微透镜阵列；在所述微透镜阵列上形成低温氧化物层，即LTO层；以及 通过蚀刻所述LTO层以及所述钝化层暴露所述底层结构上的焊盘部。
6. 如权利要求5所述的方法，其中形成所述钝化层的步骤包括 在所述底层结构上形成氧化物层； 在所述氧化物层上形成氮化物层； 在减压环境下对所述氮化物层执行退火；以及 通过去除所述氮化物层暴露所述氧化物层。
7. 如权利要求6所述的方法，还包括在所述暴露的氧化物层上形成热固 性树脂层。
8. 如权利要求6所述的方法，其中利用回蚀方法来去除所述氮化物层。
9. 如权利要求5所述的方法，其中所述LTO层的厚度介于3000 A至 8000 A之间。
10. 如权利要求5所述的方法，其中所述LTO层是共形地沉积在所述微 透镜阵列上以使所述LTO层具有零间隙。
11. 如权利要求5所述的方法，其中形成所述LTO层的步骤包括通过等 离子体增强化学气相沉积工艺，即PECVD工艺沉积所述LTO层。
12. 如权利要求5所述的方法，其中形成所述微透镜阵列的步骤包括在图 案化微透镜材料层之后在15(TC至18(TC的温度下对所得结构加热2至3个 小时。
13. 如权利要求12所述的方法，其中在对流加热烤箱中执行所述加热。
14. 一种图像传感器的制造方法，所述方法包括下列步骤 形成具有光电二极管及其互连件的底层结构； 在所述底层结构上形成钝化层； 在所述钝化层上形成热固性树脂层； 在所述热固性树脂层上形成滤色镜阵列； 在所述滤色镜阵列上形成微透镜阵列；在所述微透镜阵列上形成低温氧化物层，即LTO层；以及 通过蚀刻所述LTO层以及所述钝化层暴露所述底层结构上的焊盘部。
15. 如权利要求14所述的方法，其中形成所述钝化层的步骤包括 在所述底层结构上形成氧化物层； 在所述氧化物层上形成氮化物层； 在减压环境下对所述氮化物层执行退火；以及 通过去除所述氮化物层暴露所述氧化物层。
16. 如权利要求15所述的方法，其中利用回蚀方法来去除所述氮化物层。
17. 如权利要求14所述的方法，其中所述LTO层的厚度介于3000 A至 8000 A之间。
18. 如权利要求14所述的方法，其中形成所述LTO层的步骤包括将所述 LTO层共形地沉积在所述微透镜阵列上以使所述LTO层具有零间隙。
19. 如权利要求14所述的方法，其中形成所述LTO层的步骤包括通过等 离子体增强化学气相沉积工艺，即PECVD工艺沉积所述LTO层。
20. 如权利要求14所述的方法，其中形成所述微透镜阵列的步骤包括在 图案化微透镜材料层之后在15(TC至18(TC的温度下对所得结构加热2至3 个小时。
全文摘要
本发明公开了一种图像传感器及其制造方法。该图像传感器包括具有光电二极管及互连件的底层结构，位于该底层结构之上的钝化层，位于该钝化层之上的热固性树脂层，位于该热固性树脂层之上的滤色镜阵列，位于该滤色镜阵列之上的微透镜阵列，以及位于该微透镜阵列之上的低温氧化物(LTO)层。
文档编号H04N5/335GK101154676SQ20071015435
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月26日 优先权日2006年9月26日
发明者俊 黄 申请人:东部高科股份有限公司