專利名稱：具有衍射透鏡的圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有衍射透鏡(diffractive lens)的圖像傳感器及其制造方法，更具體地，涉及一種具有能夠簡(jiǎn)化制造工藝并最小化光損失的衍射透鏡的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，電信號(hào)可以被儲(chǔ)存、傳輸、或顯示。這樣的圖像傳感器可分為電荷耦合器件(CCD)，其基于硅半導(dǎo)體；或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。電荷耦合器件和CMOS型圖像傳感器都在檢測(cè)入射光當(dāng)中使用光電二極管。在對(duì)應(yīng)的光電二極管陣列之上設(shè)置濾色器層陣列，以構(gòu)成彩色圖像傳感器。
用于增強(qiáng)圖像傳感器的光接收能力的光學(xué)微透鏡系統(tǒng)使用了衍射透鏡，該衍射透鏡用于衍射對(duì)透鏡表面的光入射，并將光聚焦到配置在透鏡之下的光電二極管上。該透鏡通過(guò)基于常規(guī)的蝕刻工藝形成用于透鏡部分的光刻膠的圖樣，并對(duì)該圖樣進(jìn)行用于將該圖樣成形為凸透鏡形狀的熱處理而制成。然而，熱處理具有一個(gè)限制，該限制在于形成小于365nm的圖樣，即在于使用I線光源過(guò)程中的分辨率，該光源是形成圖樣中當(dāng)前所用的典型光源。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種圖像傳感器及其制造方法，其能很好地解決由于相關(guān)技術(shù)的局限性和缺陷導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種CMOS圖像傳感器，其具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，提高了分辨率參數(shù)，減少了制造過(guò)程中要形成的層數(shù)，以及最小化了光損失。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種制造上述圖像傳感器的方法。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目的、和特征將在隨后的說(shuō)明中部分地闡述，并且，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
為獲得根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)，如已概括和充分說(shuō)明的，提供了一種圖像傳感器，其包括衍射透鏡，作為濾色器部分與光電二極管之間的內(nèi)部透鏡，用于補(bǔ)償對(duì)接收到的光的靈敏度。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于制造圖像傳感器的方法，該方法包括以下步驟形成衍射透鏡，作為濾色器部分與光電二極管之間的內(nèi)部透鏡，用于補(bǔ)償對(duì)接收到的光的靈敏度，所述衍射透鏡的形成包括以下步驟形成平坦化層，其設(shè)置于用于透射在光電二極管處接收的光的光透射層之上，用于在其之上形成層；用光刻膠涂覆平坦化層，并利用光刻膠形成衍射圖樣；以及蝕刻用于形成衍射透鏡的衍射圖樣。
應(yīng)該理解，以上對(duì)本發(fā)明的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說(shuō)明性質(zhì)的，目的在于對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的說(shuō)明。


附圖構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，有助于進(jìn)一步理解本發(fā)明，這些附圖示出了本發(fā)明的一些實(shí)施例，并可與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。附圖中圖1是具有衍射透鏡的圖像傳感器的原理圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的衍射透鏡的波帶片的平面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將詳細(xì)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。盡可能地，在所有附圖中使用相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或相似的部件。
應(yīng)用了本發(fā)明的圖像傳感器通過(guò)以下步驟來(lái)制造通過(guò)常規(guī)的CMOS或CCD工藝在硅襯底上形成可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電二極管，以及形成用于啟動(dòng)讀操作的柵極和布線。然后，為了能夠?qū)崿F(xiàn)色分離，即，彩色圖像傳感器，用片上(on-chip)方法在如此制造的圖像傳感器上形成濾色器，金屬布線層用作光遮蔽。
圖1示出了具有衍射透鏡的圖像傳感器。
參照?qǐng)D1，該圖像傳感器包括光電二極管區(qū)10，配置于圖像傳感器的下部；平坦化層12，其在光電二極管區(qū)之上形成，當(dāng)將光透射到光電二極管區(qū)時(shí)，用于，并提供了一個(gè)表面，在該表面上形成上部層；內(nèi)部透鏡層14，其在平坦化層12上形成，并包括多個(gè)對(duì)應(yīng)于光電二極管區(qū)的光電二極管的衍射透鏡18；以及濾色器層16，形成于內(nèi)部透鏡層14上。透射穿過(guò)濾色器層16的濾色器的光由內(nèi)部透鏡層14的衍射透鏡會(huì)聚，以通過(guò)在下面的平坦化層12傳送至光電二極管。
該圖像傳感器是由金屬布線層(即遮光層)的形成(其作為最終程序來(lái)執(zhí)行，結(jié)果形成了大致等于金屬布線的厚度的臺(tái)階)來(lái)完成的。需要有平坦化層12以克服該臺(tái)階(即，不平坦的部分)，利用二氧化硅基的材料或氮化硅基的材料對(duì)該臺(tái)階進(jìn)行鈍化，以保護(hù)金屬布線和提高可靠性，本發(fā)明使用涂覆至0.5～2.0μm厚度的二氧化硅類(silicon dioxide group)材料。平坦化提供了用于容納內(nèi)部透鏡層14和濾色器層16的水平面，它們順序地形成在氮化層上。通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光或干法深蝕刻工藝(dry etch-back process)進(jìn)行平坦化的平坦化材料，可以是任何對(duì)可見(jiàn)波長(zhǎng)呈現(xiàn)合適的折射指數(shù)和良好的透射性的材料。用光刻膠涂覆平坦化表面至0.5～1.0μm厚度，以及對(duì)光刻膠進(jìn)行用于形成衍射圖樣的光刻。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的衍射透鏡的波帶片，其中，波帶片中的暗區(qū)域20表示未蝕刻部分，即，保留的光刻膠；以及亮區(qū)域22表示蝕刻部分?？赏ㄟ^(guò)公知方法制造這種衍射透鏡，這導(dǎo)致衍射透鏡上一系列逐步前進(jìn)的臺(tái)階的形成。例如，盡管可利用各種照相掩模(photo-mask)，優(yōu)選地，也可采用灰度掩?；蚝?白掩模來(lái)制造衍射透鏡?；叶妊谀Ｊ呛?白掩模的一種變更，以區(qū)分用于按要求形成衍射透鏡的一部分的透射光的量。黑/白掩模通過(guò)使用多臺(tái)階黑/白掩模形成階梯狀(臺(tái)梯形)部分。
如果是堆疊的光電二極管，則可通過(guò)改變波帶片的尺寸來(lái)改變焦點(diǎn)，以改變聚焦光在透射穿過(guò)硅表面后，與給定的堆疊的光電二極管相遇的點(diǎn)。當(dāng)沒(méi)有濾色器時(shí)，堆疊的光電二極管使得能夠有窄波帶對(duì)應(yīng)于焦點(diǎn)。
隨后，可通過(guò)常規(guī)的濾色器制造方法制造濾色器。例如，在形成衍射透鏡之后，執(zhí)行用于形成濾色器的平坦化工藝。因?yàn)楣怆姸O管本身對(duì)色差不敏感，所以濾色器部分可用有機(jī)材料形成，該有機(jī)材料用于關(guān)于每個(gè)像素顏色信息的選擇性調(diào)節(jié)。
在濾色器陣列上多個(gè)微透鏡的形成可在根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器中省略掉，這是因?yàn)檠苌渫哥R對(duì)接收到的光進(jìn)行了足夠的補(bǔ)償。盡管如此，可根據(jù)要求在濾色器層上額外地提供這種微透鏡。
通過(guò)采用本發(fā)明的圖像傳感器，其中內(nèi)部透鏡設(shè)置為衍射透鏡，能夠通過(guò)取消熱處理而簡(jiǎn)化制造工藝。此外，穿過(guò)透鏡系統(tǒng)的光學(xué)(光)信號(hào)中光能的損失可通過(guò)阻擋區(qū)的倒相而減少。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括衍射透鏡，作為濾色器部分與光電二極管之間的內(nèi)部透鏡，用于補(bǔ)償對(duì)接收到的光的靈敏度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，還包括微透鏡，形成于所述濾色器部分之上，用于接收和會(huì)聚光。
3.一種用于制造圖像傳感器的方法，其包括以下步驟形成衍射透鏡，作為濾色器部分與光電二極管之間的內(nèi)部透鏡，用于補(bǔ)償對(duì)接收到的光的靈敏度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，所述衍射透鏡的形成包括以下步驟形成平坦化層，其設(shè)置于透射在所述光電二極管處接收的光的光透射層之上，用于在其之上形成層；用光刻膠涂覆所述平坦化層，并利用所述光刻膠形成衍射圖樣；以及蝕刻用于形成所述衍射透鏡的所述衍射圖樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述光刻膠厚度為0.5～1.0μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中使用照相掩模蝕刻所述光刻膠來(lái)制造所述衍射透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中使用灰度掩模蝕刻所述光刻膠來(lái)制造所述衍射透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中使用黑/白掩模蝕刻所述光刻膠來(lái)制造所述衍射透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括以下步驟在所述濾色器部分之上形成用于接收和會(huì)聚光的微透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，形成所述平坦化層的材料是二氧化硅類材料或氮化硅類材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種包括衍射透鏡的圖像傳感器，其簡(jiǎn)化了制造工藝，并使光損失最小化。該圖像傳感器包括衍射透鏡，作為濾色器部分與光電二極管之間的內(nèi)部透鏡，用于補(bǔ)償對(duì)接收到的光的靈敏度。一種用于制造圖像傳感器的方法，其包括以下步驟形成衍射透鏡，作為濾色器部分與光電二極管之間的內(nèi)部透鏡，用于補(bǔ)償對(duì)接收到的光的靈敏度。所述衍射透鏡的形成包括以下步驟形成平坦化層，其設(shè)置于透射在光電二極管處接收的光的光透射層之上，用于在其之上形成層；用光刻膠涂覆平坦化層，并利用光刻膠形成衍射圖樣；以及蝕刻用于形成衍射透鏡的衍射圖樣。
文檔編號(hào)H01L31/18GK1822378SQ20051009748
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者鄭善旭 申請(qǐng)人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社