[發(fā)明專利]一種圖像傳感器微透鏡結構及其制作方法

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• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104465688A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 郭同輝;曠章曲
• 申請（專利權）人: 北京思比科微電子技術股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

技術領域

本發(fā)明涉及圖像傳感器結構，特別涉及一種圖像傳感器微透鏡結構及其制作方法。

背景技術

圖像傳感器已經(jīng)被廣泛地應用于數(shù)碼相機、移動手機、醫(yī)療器械、汽車和其他應用場合。特別是制造CMOS(互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器和CCD(電荷耦合型器件)圖像傳感器技術的快速發(fā)展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質有了更高的要求。

在現(xiàn)有技術中，圖像傳感器從制作工藝結構上來講分為兩部分：前端制作工藝和后端制作工藝。前端制作工藝包含硅器件工藝和金屬互連線工藝，使用前端工藝制作的圖像傳感器稱為黑白圖像傳感器，因為圖像傳感器不設置彩色濾光片陣列，所以采集到的圖像僅包含圖像的光強度信息；后端制作工藝，包含彩色濾光片陣列工藝和微透鏡陣列工藝，彩色濾光片工藝中包含紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片三種材料，此三種濾光片為Bayer陣列排列中的三種元素，黑白圖像傳感器添加了彩色濾光片陣列后的圖像傳感器像素可以分別采集實物的紅色、綠色和藍色信息，再經(jīng)過后續(xù)信號處理操作使采集到的圖像信號還原為彩色圖像；微透鏡制作在彩色濾光片的上方，制作微透鏡的目的是可以匯集更多的光到感光元器件中，以提高像素的感光靈敏度。

現(xiàn)有技術中的圖像傳感器像素部分的豎切面結構，如圖1所示。圖1中，101為像素的感光元器件，感光元器件101制作在半導體基體中，102為絕緣介質層，每個像素的感光元器件上方分別設置有一種彩色濾光片，103、104、105分別為紅色濾光片、綠色濾光片、藍色濾光片中的其中一種，彩色濾光片103、104、105的上方設置平坦層106，平坦層106的上方對應每個彩色濾光片分別設置有微透鏡107，微透鏡107為凸面透鏡，以匯集更多的光到感光元器件101中。圖1所示，絕緣介質層102之上的后端工藝層包括彩色濾光片工藝、平坦層106工藝、微透鏡107工藝；制作圖像傳感器芯片的工藝層數(shù)量越多，其制作成本就會越高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種高效的、降低圖像傳感器芯片制作成本的圖像傳感器微透鏡結構及其制作方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明的圖像傳感器的微透鏡結構，微透鏡設置在像素的感光元器件上方，所述微透鏡的材料為彩色濾光片材料，所述微透鏡的表面覆蓋有保護層。

本發(fā)明的上述的圖像傳感器微透鏡結構的制作方法，將三種彩色濾光片材料的微透鏡分別制作在三個像素的上方，三個像素分別為第一像素、第二像素、第三像素，并且三個像素首尾相連，包括步驟：

a、準備前端工藝制作完畢的圖像傳感器，所述前端工藝包括制作彩色濾光片之前的硅器件工藝和金屬工藝，且金屬設置在絕緣介質中；

b、在絕緣介質上表面，旋涂第一種彩色濾光片材料，其厚度大于等于1um；

c、在第一像素的感光元器件上方，形成第一種彩色濾光片材料的矩形方塊，其平面尺寸等于第一像素的平面尺寸，厚度保持不變；

d、旋涂第二種彩色濾光片材料，其厚度等于第一種彩色濾光片材料的厚度；

e、在第一像素相鄰的第二像素的感光元器件上方，形成第二種彩色濾光片材料的矩形方塊，其平面尺寸等于第二像素的平面尺寸，厚度保持不變；

f、旋涂第三種彩色濾光片材料，其厚度等于第一種彩色濾光片材料的厚度；

g、在第二像素相鄰的第三像素的感光元器件上方，形成第三種彩色濾光片材料的矩形方塊，其平面尺寸等于圖像傳感器第三像素的平面尺寸，厚度保持不變；

h、旋涂光刻膠，其厚度大于等于0.5um；

i、分別在第一種彩色濾光片材料矩形方塊正上方、第二種彩色濾光片材料矩形方塊正上方、第三種彩色濾光片材料矩形方塊正上方形成相應的光刻膠方塊，每個光刻膠方塊平面尺寸為相應彩色濾光片平面尺寸的60％～95％；

j、高溫烘烤光刻膠矩形方塊至凸面透鏡形狀，烘烤溫度為50攝氏度～200攝氏度，烘烤時間大于等于2分鐘，然后冷卻至室溫；

k、干法離子刻蝕，所述光刻膠保持凸面透鏡形狀逐漸被刻蝕掉，其較薄的邊緣被刻蝕掉后，繼續(xù)刻蝕彩色濾光片材料，光刻膠材料和彩色濾光片材料整體保持凸面透鏡形狀，直至將光刻膠材料完全刻蝕完畢，形成彩色濾光片材料的微透鏡后，停止干法離子刻蝕操作；

l、淀積保護層，在彩色濾光片材料的微透鏡表面淀積無機物透明樹脂材料或硅玻璃材料，其厚度大于等于10nm。