固态成像装置及其制造方法制造方法及图纸

提供一种具有平面微透镜阵列的固态成像装置的制造方法。此方法包含提供具有多个光电转换元件的半导体基底，在半导体基底上方形成彩色滤光层，在彩色滤光层上形成透镜材料层，在透镜材料层上形成具有透镜形状图案的硬掩模。此方法还包括蚀刻硬掩模和透镜材料层，以由透镜材料层形成具有平坦顶面的微透镜，且在微透镜的平坦顶面上留下硬掩模的一部分。此方法也包含移除留在微透镜上的硬掩模的前述部分。

【技术实现步骤摘要】
固态成像装置及其制造方法
本专利技术实施例是关于成像装置，特别是有关于固态成像装置的微透镜具有平坦顶面以及其制造方法。
技术介绍
图像传感器已被广泛使用于各种不同的摄影装置，例如摄影机、数位相机及其他类似的装置。一般而言，固态成像装置如电荷耦合装置(charge-coupleddevice，CCD)感测器或互补性金属氧化半导体(complementarymetal-oxidesemiconductor，CMOS)感测器具有光电转换器(photoelectrictransducers)如光电二极管(photodiodes)，以将光转换成电荷。光电二极管形成在半导体基底如硅芯片中。对应于光电二极管中产生的光电子的信号电荷通过CCD型或CMOS型的读取电路(readingcircuit)获得。在固态成像装置中，光电二极管排列在像素阵列中。此外，固态成像装置具有设置在光电二极管上方的微透镜阵列。微透镜阵列的每一个微透镜元件对齐于每一个像素中对应的光电二极管。一般而言，微透镜元件是具有半球状的聚光透镜，用以将光电二极管上的入射光聚焦至聚焦点。微透镜阵列通常是由光阻材料制成，且通过依序进行的曝光、显影及回流(reflow)制程制造。
技术实现思路
固态成像装置通常具有多个像素排列成阵列。固态成像装置的每一个像素具有像素尺寸，其可由像素宽度乘以像素长度定义，或者由像素间距(pixelpitch)定义。固态成像装置可具有小像素尺寸，例如2μm至4μm的像素间距。此外，固态成像装置可具有大像素尺寸，例如9μm至15μm的像素间距。在本专利技术实施例中，固态成像装置具有大的像素尺寸，例如大于8μm或大于10μm的像素间距，且此像素间距可小于30μm。当固态成像装置具有小像素尺寸时，可使用具有半球状的聚光透镜形式的微透镜将光电二极管上的入射光聚焦在小面积的聚焦点。当固态成像装置具有大像素尺寸时，在一个像素中的光电转换元件的有效面积会大于小像素尺寸的固态成像装置中光电转换元件的有效面积。因此，具有大像素尺寸的固态成像装置可以让入射光以大面积聚焦在光电转换元件上，且此聚焦的大面积大致上等于光电转换元件的面积。根据本专利技术实施例，提供具有平坦顶面的微透镜的固态成像装置。此外，也提供具有平坦顶面的微透镜的固态成像装置的制造方法。通过微透镜的平坦顶面，入射光可被聚焦在大的焦点中，此大的焦点大致上等于一个像素中光电转换元件的面积。结果，固态成像装置的光电转换元件接收到的入射光量增加。因此，提高了固态成像装置的灵敏度。在一些实施例中，提供固态成像装置的制造方法。此方法包含提供具有多个光电转换元件的半导体基底，以及在半导体基底上方形成彩色滤光层。此方法也包含在彩色滤光层上形成透镜材料层，以及在透镜材料层上形成具有透镜形状图案的硬掩模。此方法还包括蚀刻硬掩模与透镜材料层两者，以由透镜材料层形成具有平坦顶面的微透镜，且在蚀刻制程完成之后，在微透镜的平坦顶面上留下硬掩模的一部分。此外，此方法还包含移除留在微透镜的平坦顶面上的硬掩模的上述部分。在其他一些实施例中，提供固态成像装置的制造方法。此方法包含提供具有多个光电转换元件的半导体基底，以及在半导体基底上方形成彩色滤光层。此方法也包含在彩色滤光层上形成透镜材料层，以及在透镜材料层上方形成图案化光阻。此方法还包括在图案化光阻上形成具有透镜形状图案的硬掩模。此外，此方法还包含蚀刻硬掩模、图案化光阻及透镜材料层，以由透镜材料层形成具有平坦顶面的微透镜，且在蚀刻制程完成之后，在微透镜的平坦顶面上方留下图案化光阻的一部分和硬掩模的一部分。此方法也包含移除留在微透镜的平坦顶面上方的图案化光阻的前述部分和硬掩模的前述部分。在一些实施例中，提供固态成像装置。此固态成像装置包含具有多个光电转换元件的半导体基底，以及设置于半导体基底上方的彩色滤光层。此固态成像装置也包含设置于彩色滤光层上的具有平坦顶面的微透镜，微透镜的平坦顶面位于光电转换元件的正上方。此外，微透镜的平坦顶面的面积等于光电转换元件的面积。附图说明为了让本专利技术的各种实施例能更明显易懂，以下配合所附附图作详细说明如下，为了做清楚的说明，附图中的各种不同元件未必按照比例绘制：图1A至1E绘示根据一些实施例的固态成像装置的制造方法的各个中间阶段的局部剖面示意图；图2绘示图1E的固态成像装置的局部平面示意图，以根据一些实施例说明多个元件的面积的关系；图3A至3E绘示根据其他一些实施例的固态成像装置的制造方法的各个中间阶段的局部剖面示意图；以及图4绘示图3E的固态成像装置的局部平面示意图，以根据一些实施例说明多个元件的面积的关系。【符号说明】100、200～固态成像装置；101～半导体基底；101B～背侧表面；101F～前侧表面；103～光电转换元件；105～遮光层；107～平坦层；109～彩色滤光层；109R、109G、109B～彩色滤光构件；110～微透镜阵列；111～透镜材料层；111ML～微透镜；111F、117F～平坦顶面；111S～弯曲侧壁；113～硬掩模；113A～硬掩模部分；113B～透镜形状图案；113C、117A、119A～剩余部分；115、125～护膜；117～保护层；119～图案化光阻；120～互连层；121～金属层；122～导孔；123～介电层；130～第一干式蚀刻制程；140～第二干式蚀刻制程；150～干式蚀刻制程；160～剥离制程；I-1、I-2～入射光；P～像素。具体实施方式根据本专利技术实施例，提供具有平坦顶面的微透镜的固态成像装置。此外，也提供固态成像装置的制造方法。此固态成像装置具有大像素尺寸，例如大于8μm或大于10μm的像素间距，且此像素间距可小于30μm。通过微透镜的平坦顶面，入射光可被聚焦在大的聚焦点中，且此大的聚焦点的面积大致上等于在一个像素中的光电转换元件的面积。光电转换元件的面积等于或大于一个像素的面积的75％。结果，光电转换元件接收到的入射光量增加。因此，提高了具有大像素尺寸的固态成像装置的灵敏度。图1A至1E绘示根据一些实施例，图1E的固态成像装置100的制造方法的各个中间阶段的局部剖面示意图。请参照图1A，提供具有多个光电转换元件103例如光电二极管形成于其中的半导体基底101。半导体基底101的材料包含硅、锗、硅锗合金或其他化合物半导体材料，例如砷化镓或砷化铟。另外，半导体基底101可以是绝缘体上的半导体(semiconductor-on-insulator，SOI)基底。在一些实施例中，如图1E所示的固态成像装置100是背照式(back-sideillumination，BSI)图像传感器，例如背照式(BSI)互补性金属氧化半导体(CMOS)图像传感器(BSICMOSimagesensor，BSI型CIS)。在BSI图像传感器中，互连层(interconnectionlayer)120形成在半导体基底101的前侧表面101F上，且设置在半导体基底101下方，如图1A至1E所示。互连层120包含设置在多个介电层123中的多个金属层121和多个导孔122。金属层121通过导孔122互相电性连接。在BSI图像传感器中，光电转换元件103设置在靠近半导体基底101的背侧表面101B。每一个光电转换元件103设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态成像装置的制造方法，包括：提供具有多个光电转换元件的一半导体基底；在该半导体基底上方形成一彩色滤光层；在该彩色滤光层上形成一透镜材料层；在该透镜材料层上形成具有一透镜形状图案的一硬掩模；蚀刻该硬掩模与该透镜材料层，以由该透镜材料层形成具有一平坦顶面的一微透镜，且在该微透镜的该平坦顶面上留下该硬掩模的一部分；以及移除留在该微透镜上的该硬掩模的该部分。

【技术特征摘要】
2017.06.08 US 15/617,5231.一种固态成像装置的制造方法，包括：提供具有多个光电转换元件的一半导体基底；在该半导体基底上方形成一彩色滤光层；在该彩色滤光层上形成一透镜材料层；在该透镜材料层上形成具有一透镜形状图案的一硬掩模；蚀刻该硬掩模与该透镜材料层，以由该透镜材料层形成具有一平坦顶面的一微透镜，且在该微透镜的该平坦顶面上留下该硬掩模的一部分；以及移除留在该微透镜上的该硬掩模的该部分。2.如权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中蚀刻该硬掩模和该透镜材料层是利用一第一干式蚀刻制程进行，该第一干式蚀刻制程使用一含氟蚀刻剂，且在该第一干式蚀刻制程中，该硬掩模的材料的蚀刻速率与该透镜材料层的材料的蚀刻速率比值在1:1至1.2:1的范围内。3.如权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，在移除留在该微透镜上的该硬掩模的该部分之后，更包括在该微透镜上顺应地形成一护膜，其中该护膜是通过化学气相沉积制程形成，且该护膜的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或前述材料的组合。4.如权利要求1所述的固态成像装置的制造方法，其中该硬掩模的材料包括一感光有机材料，且该硬掩模的形成是在该感光有机材料上进行一微影制程与一回流制程，以形成该硬掩模的该透镜形状图案。5.一种固态成像装置的制造方法，包括：提供具有多个光电转换元件的一半导体基底；在该半导体基底上方形成一彩色滤光层；在该彩色滤光层上形成一透镜材料层；在该透镜材料层上方形成一图案化光阻；在该图案化光阻上形成具有一透镜形状图案的一硬掩模；蚀刻该硬掩模、该图案化光阻及该透镜材料层，以形成具有一平坦顶面...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄自维，林纪宏，陈皇任，
申请(专利权)人：采钰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71