[發明專利]單片集成的具有雙焦微透鏡陣列的CMOS圖像傳感器有效

申請號：	200610029511.1	申請日：	2006-07-28
公開（公告）號：	CN101114662A	公開（公告）日：	2008-01-30
發明（設計）人：	肖德元;朱虹;洪中山;嚴祥成;盧普生;陳國慶;楊建平;李若加	申請（專利權）人：	中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
主分類號：	H01L27/146	分類號：	H01L27/146;H01L21/82
代理公司：	北京市金杜律師事務所	代理人：	李勇
地址：	201203***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	單片集成具有雙焦微透鏡陣列 cmos 圖像傳感器
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及透鏡陣列及其制作方法，特別是涉及單片集成雙焦透鏡陣列及其制作方法和在互補金屬氧化物半導體(Complementary?Metal?OxideSemiconductor，CMOS)圖像傳感器中的應用。

背景技術

過去的十年，由于CMOS圖像傳感器與電荷耦合器件(Charge?CoupledDevice，CCD)比較，可以在較低電壓下工作，降低便攜式應用的能耗，具有較少的支持電路，設計更加簡單，提供超低能耗和芯片集成的圖像傳感器，因此得到越來越多的關注。過去由CMOS技術(0.35μm及以上)制造的這些傳感器一般具有比CCD較大的像素，低分辨率和更低的性能。近來由于在包括硅制程(0.18μm及以下)的幾個領域的技術和設計的發展，濾色器陣列和微透鏡集成，包裝微小化和像素和芯片上圖像傳感器的設計有望擴大CMOS圖像傳感器的應用性和使其性能和作用甚至超過CCD。

在高發散激光二極輸出的瞄準和聚焦中，在光電探測器和圖像傳感器的光收集中，包括高功率和高亮度光源、光纖通訊、光學數據存儲和光互連的廣泛的應用領域，都需要具有限制發散性能和高效率的微透鏡。而且半導體襯底和淀積的電介質層不僅提供高折射率，還提供單片透鏡激光器和單片透鏡傳感器集成的趨勢。

到目前為止電子束刻蝕和離子刻蝕已經應用于各種半導體器件、光學和表面聲波器件以及集成電路制造過程。離子束刻蝕已經成功應用于集成在發光二極管(LEDs.)的InP襯底上和InGaAs/InP?pin光電二極管陣列上的微透鏡的制作上。

Liau等通過質量傳遞技術在InP和GaAs襯底上制作了微透鏡。該方法應用光刻和化學刻蝕形成多層臺形結構，通過熱處理最后形成微透鏡，其中多層臺階由于表面能最小化如質量傳遞，而變得光滑。

與上述的質量傳遞技術相比，反應離子束刻蝕技術更加簡單和方便。其僅由兩步工藝構成：光刻膠掩模制作和反應離子束刻蝕，兩步都適合批量生產。然而通過質量傳遞制作微透鏡需要重復光刻和化學刻蝕以獲得十級圓錐形臺階而且需要晶片在870℃質量傳遞以形成微透鏡。

Pantelis等人采用對熱熔產生的光刻膠微透鏡陣列進行反應離子刻蝕來制作有機聚合物如聚酰亞胺聚合物微透鏡(參見Pantelis?P，McCartrey?DJ.Polymer?microlens?arrays.Pure.Appl.Opt.，1994，3：103～108)。但其只能形成單焦微透鏡，而且由于熔點較低，因此高空以及太空應用中抗濕、抗高溫及防輻射能力差，易于變形老化，因此量子效率、聚光效率以及可靠性較差。

發明內容

為克服現有技術存在的以上問題，提出本發明。

本發明的目的是通過兩步反應離子束刻蝕制作無機的雙焦硅氧化物微透鏡陣列。

本發明還有一個目的是制作單片集成的具有雙焦微透鏡陣列的CMOS傳感器。

本發明的單片集成的具有雙焦微透鏡陣列的CMOS圖像傳感器，包括：

標準CMOS邏輯電路，其集成了硅pin光電二極管；

微透鏡陣列，集成在CMOS電路有源區域對應的光吸收表面；

氮化硅層，覆蓋微透鏡陣列；

濾色鏡，設置于氮化硅層上面；

其特征在于，微透鏡陣列是雙焦微透鏡陣列，與CMOS電路單片集成。

根據本發明，所述的標準CMOS邏輯電路還包括硅襯底、頂層金屬、氧化硅覆蓋層。該氧化物覆蓋層是高密度等離子體淀積而成。

本發明的雙焦微透鏡陣列是無機雙焦微透鏡陣列，較佳是硅氧化物雙焦微透鏡陣列。