本发明提供了一种图像传感器和制造图像传感器的方法。该图像传感器包括衬底和微透镜阵列，其中微透镜阵列包括西洋棋盘图案的第一组微透镜和第二组透镜。在一些实施例中，西洋棋盘图案的第一组微透镜和第二组透镜包括交替的亲水和疏水微透镜。本发明能够抑制在微透镜阵列中的相邻像素之间产生透镜桥，并形成具有零间隙的微透镜阵列，从而改善器件特性。
微透镜阵列，形成于衬底上，并包括第一组微透镜和第二组微透镜；及平坦化层，形成在所述衬底上，包括排列成西洋棋盘图案的沟槽；
其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜排列成西洋棋盘图案，其中所述第一组微透镜形成于所述平坦化层的所述沟槽中，而所述第二组微透镜形成于所述平坦化层的顶部表面上；
其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜包含疏水材料。
2.如权利要求1所述的图像传感器，还包括亲水材料层，形成于所述衬底与所述平坦化层之间。
微透镜阵列，形成于衬底上，并包括第一组微透镜和第二组微透镜；及平坦化层，形成于所述衬底上，包括排列成西洋棋盘图案的沟槽；
其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜排列成西洋棋盘图案，其中所述第一组微透镜形成于所述平坦化层的所述沟槽中，而所述第二组微透镜形成于所述平坦化层的顶部表面上；
其中所述第一组微透镜包含亲水材料，而所述第二组微透镜包含疏水材料。
微透镜阵列，形成于衬底上，并包括第一组微透镜和第二组微透镜；
图案化的疏水材料层，形成于所述亲水材料层上，呈西洋棋盘状排列；
其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜排列成西洋棋盘图案，其中所述第一组微透镜形成于所述亲水材料层上，而所述第二组微透镜形成于所述图案化的疏水材料层上。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜都包含疏水材料。
6.一种制造图像传感器的方法，包括以下步骤：在衬底上形成微透镜阵列，该微透镜阵列包括第一组微透镜和第二组微透镜；
其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜排列成西洋棋盘图案，其中形成所述微透镜阵列的步骤包括：在所述衬底上形成平坦化层；
在所述平坦化层上形成图案化的第一光敏膜，所述图案化的第一光敏膜呈西洋棋盘状排列；
通过对所述图案化的第一光敏膜进行热处理，在所述平坦化层上形成牺牲微透镜；
通过使用所述牺牲微透镜蚀刻所述平坦化层形成所述第一组微透镜；
在所述第一组微透镜的相邻微透镜之间的空间内形成图案化的第二光敏膜；和通过对所述图案化的第二光敏膜进行热处理，形成所述第二组微透镜，其中所述平坦化层包含能够通过干法蚀刻来蚀刻的亲水材料，其中所述第一和第二光敏膜包含疏水材料。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述平坦化层包括低温氧化物。
8.一种制造图像传感器的方法，包括以下步骤：在衬底上形成微透镜阵列，该微透镜阵列包括第一组微透镜和第二组微透镜；
图案化所述平坦化层，以形成排列成西洋棋盘图案的沟槽，其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜排列成西洋棋盘图案，其中形成所述微透镜阵列的步骤包括：在所述平坦化层的所述沟槽中形成所述第一组微透镜，并在所述平坦化层的顶部表面上形成所述第二组微透镜；
其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜包含疏水材料。
9.如权利要求8所述的方法，其中形成所述第一组微透镜和所述第二组微透镜的步骤包括：在所述平坦化层的所述沟槽上沉积并图案化第一光敏膜；
在所述平坦化层的顶部表面上沉积并图案化第二光敏膜；和对第一和第二图案化的光敏膜进行回流工艺。
10.一种制造图像传感器的方法，包括以下步骤：在衬底上形成微透镜阵列，该微透镜阵列包括第一组微透镜和第二组微透镜；
在所述亲水材料层上形成图案化的疏水材料层，该图案化的疏水材料层呈西洋棋盘状排列；
其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜排列成西洋棋盘图案，其中形成所述微透镜阵列的步骤包括：在暴露出的所述亲水材料层上形成所述第一组微透镜；和在所述图案化的疏水材料层上形成所述第二组微透镜。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一组微透镜和所述第二组微透镜都包含疏水材料。
12.如权利要求10所述的方法，其中形成所述第一组微透镜和形成所述第二组微透镜的步骤包括：在暴露出的所述亲水材料层上沉积并图案化第一光敏膜；
在所述图案化的疏水材料层上沉积和图案化第二光敏膜；和对第一和第二图案化的光敏膜进行回流工艺。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述图案化的疏水材料层具有比暴露出的所述亲水材料层更窄的宽度。
图像传感器及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及传感器，特别涉及图像传感器及其制造方法。
背景技术
[0002] 图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。在确定图像传感器的性能方面，制造工艺是非常重要的。两个重要工艺是滤色镜阵列(CFA)和微透镜(ML)的形成工艺。
[0003] 在微透镜形成工艺中，通常在相邻微透镜之间形成间隙。这些间隙导致传感器性能受到损失。几项研究和模拟已经演示出，当间隙小的时候，图像传感器的光敏感性可提高15％以上。
[0004] 现有技术中典型的微透镜形成工艺使用光致抗蚀剂(PR)形式的有机材料，其中可能进行使用热能的热回流。特别地，首先在将通过实施使用光致抗蚀剂材料的光刻方法设置透镜的位置处形成图案。接下来，将热能施加到上述材料上以将其回流，从而形成球型曲线；之后，将其冷却，从而完成透镜的制造。
[0005] 在典型的微透镜形成工艺中，微透镜之间的间隙的宽度是由将材料回流之前通过光刻形成的图案来确定的。因此，由于目前光刻分辨率的限制，最小间隙宽度通常局限于约50nm，而且，当回流材料以使得微透镜之间的间隙窄到小于50nm时，相邻微透镜就可能在回流工艺期间结合到一起，产生了形成透镜桥(lens bridge)的可能性。由此，目前的微透镜形成工艺不能形成具有完全零间隙的微透镜。
[0006] 由于当疏水材料相互接触时、例如当疏水性光致抗蚀剂与相邻的疏水性透镜相互接触时，存在混合现象，因此产生透镜桥。这种现象与玻璃窗上两个水滴相互接触并结合在一起时的现象相似。如图1所示，因为用于形成透镜的光致抗蚀剂在流体状态下具有预定等级的粘度，因此通常在用于形成透镜的光致抗蚀剂1之间形成平缓的弯曲部，由此产生透镜桥。
发明内容
[0007] 本发明提供一种图像传感器以及其制造方法，其能够抑制在相邻像素的微透镜之间产生透镜桥并形成具有零间隙的微透镜，从而提高器件的特性。
[0008] 本发明的图像传感器包括：微透镜阵列，形成于衬底上，并包括第一组微透镜和第二组微透镜；其中第一组微透镜和第二组微透镜排列成西洋棋盘图案。
[0009] 本发明的制造图像传感器的方法包括以下步骤：在衬底上形成微透镜阵列，该微透镜阵列包括第一组微透镜和第二组微透镜；其中第一组微透镜和第二组微透镜排列成西洋棋盘图案。
[0010] 根据上述主题的本发明实施例的图像传感器包括：下部结构，具有光电二极管；钝化层，形成于下部结构上方；和微透镜阵列，形成于钝化层上，并具有由亲水材料制成的第一组微透镜和由疏水材料制成的第二组微透镜。
[0011] 根据本发明实施例，图像传感器的制造方法包括：形成具有光电二极管的下部结构；在下部结构上方形成钝化层；在钝化层上方形成平坦化层；在平坦化层上方形成图案化的第一光敏膜；通过对第一光敏膜的热处理形成牺牲微透镜；在平坦化层上通过蚀刻工艺形成第一组微透镜，其中将牺牲微透镜的形状转录到该第一组微透镜；在构成第一组微透镜的微透镜之间的间隙中形成图案化的第二光敏膜；和形成由第一组微透镜和第二组微透镜构成的微透镜阵列，其中第二组微透镜是由第二光敏膜通过热处理形成的。 [0012] 根据本发明另一实施例的图像传感器包括：平坦化层，形成为被图案化成第一和第二区域，并形成得使第二区域的上表面比第一区域的上表面更突出；和微透镜阵列，具有形成于第一区域上的第一组微透镜和形成于第二区域上的第二组透镜。
[0013] 根据本发明再一实施例的图像传感器包括：亲水层；平坦化层，形成为被图案化成位于亲水层上的第一和第二区域，第一区域形成为使得亲水层暴露出来，而第二区域形成为使得亲水层不暴露出来；和微透镜阵列，具有在第一区域上形成的第一组微透镜和在第二区域上形成的第二组微透镜。
[0014] 根据本发明实施例的图像传感器的制造方法包括：形成平坦化层，通过将该平坦化层图案化而分成第一区域和第二区域，并且第二区域的上表面比第一区域的上表面更突出；和通过在第一区域上形成第一组微透镜和在第二 区域上形成第二组微透镜，而形成具有第一和第二组微透镜的微透镜阵列。
[0015] 根据本发明另一实施例的图像传感器的制造方法包括：形成亲水层；形成平坦化层，通过将该平坦化层分成位于亲水层上的第一和第二区域而图案化，第一区域被形成为使得亲水层暴露出来，而第二区域被形成为使得亲水层不被暴露出来；和形成微透镜阵列，其具有在第一区域上形成的第一组微透镜和在第二区域上形成的第二组微透镜。 [0016] 本发明能够抑制在微透镜阵列中的相邻像素之间产生透镜桥，并形成具有零间隙的微透镜阵列，从而改善器件特性。
附图说明
[0017] 图1示出了通过现有技术图像传感器的制造方法产生的透镜桥。
[0018] 图2至图7是示出根据本发明实施例的图像传感器制造方法的图。
[0019] 图8示出了根据本发明实施例的图像传感器，其中以放大方式示出不具有透镜桥的相邻微透镜。
[0020] 图9至图12是示出根据本发明实施例的图像传感器的制造方法的图。 [0021] 图13至图17是示出根据本发明实施例的图像传感器的制造方法的图。 具体实施方式
[0022] 在本说明书中，若涉及到层、区域、图案或结构，当使用术语“上”或“上方”时，应理解为该层、区域、图案或结构直接位于另一层或结构上，或者还存在中间层、区域、图案或结构。在本说明书中，若涉及到层、区域、图案或结构，当使用术语“下”或“下方”时，应理解为该层、区域、图案或结构直接位于另一层或结构下，或还存在中间层、区域、图案或结构。 [0023] 参考图2。在本发明制造方法的实施例中，在形成微透镜(ML)图案之前形成下部层3。可通过干法蚀刻方法、如反应离子蚀刻(RIE)来蚀刻下部层3。在很多实施例中，下部层3是由亲水材料形成的。
[0024] 在特定实施例中，下部层3用作滤色镜阵列的平坦化层。在实施例中，在滤色镜阵列下方包括：具有光电二极管的下部结构和形成于该下部结构上的钝化层。在图像传感器被设计成不需要上部的滤色镜阵列的实施例中，下部层3可供用作附加层。
[0025] 在许多实施例中，形成平坦化层的材料能够良好地透射可见光，因此具有虚反射率(imaginary reflective index)(k～0)。在典型的图像传感器中，滤色镜阵列通常形成于图像传感器的上部上，且平坦化层是由疏水材料形成的。然而在本发明的特定实施例中，亲水材料形成于微透镜阵列的下方。
[0026] 例如，能使用低温氧化物(LTO)如正硅酸乙酯(TEOS)。在使用TEOS材料的实施例中，采用能够在约220℃的温度条件下进行沉积的低温氧化(LTO)方法。
[0027] 在结合TEOS的实施例中，由于TEOS的保形特性(conformal property)，滤色镜阵列的台阶高度差在沉积之后不会完全消除。然而，进行沉积时，TEOS的覆盖性优良。因此，在减少相邻像素之间台阶界面处的高度变化方面，TEOS能够起到重要作用。 [0028] 在将图像传感器设计成不需要上部的滤色镜阵列的实施例中，在微透镜阵列的下方形成平坦化的钝化层，从而能采用化学气相沉积(CVD)法形成TEOS层。结合了TEOS的层能额外地用于一组微透镜。
[0029] TEOS在可见光波长下具有零值虚反射率(RI)，同时，其能够通过干法蚀刻方法来蚀刻。因此，TEOS能用作微透镜阵列的下部层。
[0030] 在很多实施例中，用于形成微透镜阵列的下部层3比用于形成微透镜的典型层更厚。由于光敏膜是借助干法蚀刻方法，以微透镜阵列的形式形成的，并被转录到下部层3，因此应考虑下部层3的材料厚度。TEOS在可见光波长具有约1.4的实反射率(real reflective index，RI)值。因此，假设自微透镜阵列至下部光电二极管的距离接近3到4微米，则下部层3的厚度可为大约500nm。
[0031] 如图3所示，在很多实施例中，在形成刚好厚于微透镜厚度的下部层3之后，形成光敏膜5并通过光刻方法将光敏膜5图案化。并非对全部像素都形成图案，而是以西洋棋盘(checkerboard)形式、每隔一个像素形成图案，即使得在相邻的像素中没有图案。 [0032] 参考图4，在形成西洋棋盘形式的光敏膜的图案之后，通过热回流方法将光敏膜再次形成为牺牲微透镜5a。
[0033] 参考图5，在完成牺牲微透镜5a之后，通过干法蚀刻方法对作为下部层3而设置的材料进行体(bulk)蚀刻。在一个实施例中，上述蚀刻是一种反应离子蚀刻(RIE)工艺。由此形成转录了牺牲微透镜形状的第一组微透镜3b。第一组微透镜3b是在下部层3a上每隔一个像素形成的，呈西洋棋盘状排列。相应地，在很多实施例中，第一组微透镜3b是由亲水材料形成的。例如，下部层3的材料是TEOS。
[0034] 如图6中所示，在位于亲水材料所形成的第一组微透镜3b之间的像素区域处，能通过光刻方法形成呈西洋棋盘状排列的光敏膜7。在实施例中，光敏膜7能由光敏疏水材料形成。在光刻工艺中，可通过垂直和水平地以像素间距进行移动的方式来使用光掩模。 [0035] 参考图7，在很多实施例中，通过热处理工艺如热回流来形成第二组微透镜7a。第二组微透镜7a能由疏水材料形成。相应地，即可形成包括第一组微透镜3b和第二组微透镜7a的微透镜阵列。
[0036] 如图8中所示，由于像素微透镜是交替地分别由亲水和疏水材料形成的，因此不会在一个像素的微透镜与相邻像素的微透镜之间形成桥。
[0037] 不形成微透镜桥的原理与油滴和水滴不相混合、且当将油滴处于水上方时形成明显界面的原理相似。通过根据本发明实施例的图像传感器的制造方法，能调整由亲水材料形成的第一组微透镜3b和由疏水材料形成的第二组微透镜7a的图案尺寸，因此能够实现具有完全零间隙的微透镜阵列。
[0038] 在很多实施例中，第一组微透镜3b与第二组微透镜7a的实反射率(RI)值不同。因此，可基于第一和第二组微透镜的材料来调整微透镜的厚度。在特定实施例中，第一和第二组微透镜的焦距(focus distance)可相同。
[0039] 在互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像传感器的实施例中，自微透镜至光电二极管之间的距离为约3到4微米，将具有约1.4实反射率(RI)值的TEOS用作第一组微透镜的材料，并且第一组微透镜的厚度为约450nm。在实施例中，第二组微透镜是由在可见光波长具有1.6至1.7实反射率(RI)值的光敏膜形成的，并且第二组微透镜的厚度为约350nm。 [0040] 根据本发明实施例的图像传感器和制造方法具有以下优点：抑制在微透镜阵列的相邻像素之间产生透镜桥，和形成具有零间隙的微透镜阵列，从而改善器件特性。 [0041] 图9至图12是示出根据另一实施例的图像传感器制造方法的图。
[0042] 参考图9，可形成平坦化层11。
[0043] 平坦化层11可用能通过光刻工艺形成图案的材料、如光敏材料形成。在一个实施例中，平坦化层11是在滤色镜阵列上形成的。在不包括滤色镜阵列的替换实施例中，平坦化层11可在钝化层上方形成。
[0044] 形成平坦化层11的材料能够良好地透射可见光，因此具有虚反射率(k～0)。在包括滤色镜阵列的实施例中，将镶嵌(mosaic)方案中的工艺用于图像传感器来形成平坦化层11。在不包括滤色镜阵列的替换实施例中，平坦化层11可直接形成于钝化层上。 [0045] 如图10中所示，在很多实施例中，将钝化层11分成第一区域和第二区域，并图案化这些区域，以使得第二区域的上表面比第一区域的上表面更突出。
[0046] 在很多实施例中，平坦化层11的图案化是通过光刻工艺进行的。
[0047] 在一个实施例中，图案化的第一和第二区域形成为具有像素间距尺寸的方形。这些方形能被图案化成呈西洋棋盘状排列的形式。
[0048] 参考图11，在图案化的平坦化层11a的第一区域上形成用于形成微透镜阵列的第一光敏膜13，并在图案化的平坦化层11a的第二区域上形成用于形成微透镜阵列的第二光敏膜15。在特定实施例中，第一光敏膜13和第二光敏膜15每个都是由疏水材料形成的。在一实施例中，第一光敏膜13和第二光敏膜15每个都是由亲水材料形成的。在替换实施例中，第一光敏膜13是由亲水材料形成的，而第二光敏膜15是由疏水材料形成的。 [0049] 如图12中所示，很多实施例中，微透镜阵列是通过进行热处理形成的。在一实施例中，热处理是热回流。
[0050] 在很多实施例中，第一组微透镜13a形成于第一区域13上，且第二组微透镜15a形成于第二区域15上，从而形成具有第一和第二组微透镜(分别为13a和15a)的微透镜阵列。
[0051] 在很多实施例中，在相邻像素的微透镜之间的下部层上形成突起和凹陷，以抑制产生透镜桥。
[0052] 在各像素中重复的突起和凹陷能使用例如由微透镜下方层上的光敏材料制成的平坦化层形成，从而可以有效地抑制在热回流工艺中产生透镜桥。
[0053] 在特定实施例中，在平坦化层的下部层上形成具有光电二极管的下部结构。在一实施例中，在下部结构上形成滤色镜阵列。
[0054] 图13至17是示出根据另一实施例的图像传感器的制造方法的图。
[0055] 参考图13，可形成亲水层21。
[0056] 亲水层21能由低温氧化(LTO)材料形成。例如，亲水层21能由TEOS材料形成。 [0057] 在一实施例中，在亲水层21下方形成具有光电二极管的下部结构。在进一步的实施例中，在亲水层21下方的下部结构上形成滤色镜阵列。
[0058] 参考图14和图15，可在亲水层21上方形成平坦化层23，并可对平坦化层23进行图案化工艺。
[0059] 在特定实施例中，能将平坦化层23分成在亲水层21上的第一区域和第二区域。在一实施例中，第一区域形成为暴露出亲水层21，而第二区域形成为不暴露出亲水层21。图案化的平坦化层23是在随后的热处理工艺中以不回流的方式形成的。
[0060] 参考图16，在暴露出亲水层21的第一区域上形成用于形成微透镜阵列的第一光敏膜25，而在不暴露出亲水层21的第二区域上形成用于形成微透镜阵列的第二光敏膜27。在一实施例中，第一光敏膜25和第二光敏膜27每个都是由疏水材料形成的。在替换实施例中，第一光敏膜25和第二光敏膜27每个都是由亲水材料形成的。在其它实施例中，第一光敏膜25是由亲水材料形成的，而第二光敏膜27是由疏水材料形成的。
[0061] 如图17中所示，在特定实施例中，微透镜阵列是通过进行热处理形成的。在一实施例中，热处理是热回流。
[0062] 在特定实施例中，在第一区域上第一组微透镜25a形成，而在第二区域上形成第二组微透镜27a，从而形成具有第一和第二组微透镜(分别为25a和27a)的微透镜阵列。在第一和第二组微透镜是由疏水材料形成的实施例中，第一组微透镜25a中的每个微透镜的基准宽度(base width)都大于第二组微透镜27a中的每个透镜的基准宽度。对于第二光敏膜27回流得比第一光敏膜25快的情况，可进行这种基准宽度的调整。
[0063] 在很多实施例中，在相邻像素的微透镜之间的下部层上形成突起和凹陷，以抑制在热回流工艺中产生透镜桥。
[0064] 在一实施例中，亲水层21形成于平坦化层23下方，因此突起和凹陷的凹进部分具有亲水层21的亲水特性，且其凸起部分具有平坦化层23的疏水 特性。因此，当形成亲水表面和疏水表面以形成微透镜时，在西洋棋盘状排列中，每隔一个像素就重复亲水/疏水表面。当对疏水材料的光敏膜进行热回流时，在下部层上形成的突起和凹陷控制回流的力度，且亲水/疏水表面控制表面张力，从而可以抑制产生透镜桥。
[0065] 在说明书中对“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”等的任何引用都意味着，结合该实施例描述的特定特征、结构、或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中多处出现的这些短语并不一定都涉及同一个实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构、或特性时，应认为结合其它实施例来实现这些特征、结构、或特性处于本领域技术人员的范围内。
[0066] 尽管已结合多个示例性实施例描述了本发明，但应理解，本领域技术人员可推导出许多其它变化和实施例，这些变化和实施例将落入本发明公开内容的原理的精神和范围之内。尤其是，可以在本说明书、附图和所附权利要求的范围内对组件和/或附件组合设置中的排列进行多种变化和改进。除组件和/或排列的变化和改进之外，其他替换性的应用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。
