图像传感器及其形成方法技术

一种图像传感器及其形成方法，图像传感器包括：多个感光区，排列成阵列，形成于衬底上；具有第一折射率的第一介质层，形成于所述感光区上；由具有第二折射率的材料形成的多个微透镜，嵌入所述第一介质层内，具有上底面、下底面和凸面，上底面与所述第一介质层的表面齐平，下底面与第一介质层的底面齐平，凸面凸向第一介质层，每一个微透镜与对应的感光区中心对准，且第二折射率大于第一折射率。微透镜嵌入所述第一介质层内，微透镜的凸面使具有倾斜入射角的光线更多的汇聚到感光区，光线损失减少，入射到感光区上的光线增多，成像精确度增加，避免现有技术的图像传感器成像不精确的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器领域，尤其涉及半导体中的。
技术介绍
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分，根据元件不同分为电荷耦 合元件(CCD，Charge Coupled Device)图像传感器和金属氧化物半导体元件(CMOS， Complementary Metal-Oxide Semiconductor)图像传感器。图1为现有技术的图像传感器的截面结构示意图，参阅图1，现有技术的图像传感 器包括多个感光区11，形成于衬底10上；多个滤色区12，形成于所述多个感光区11上；多 个微透镜13，对应形成与所述滤色区12上。该现有的图像传感器的微透镜13在硅片处理 工艺完成之后形成，与滤色区12结合使用，而且在滤色区12形成后，形成微透镜13。形成 微透镜13的方法包括在滤色区上形成一层涂层材料，之后平坦化涂层，然后在平坦化的 表面上形成一层透镜材料层，接着分别进行光刻可抛光工艺形成微透镜，最后需要对微透 镜进行热处理。以上所述的现有的形成微透镜的方法，使用的微透镜的材料为树脂，而且形 成微透镜时需要在相对低的温度(约为200摄氏度)下进行，限制了需要在高温下进行的 软焊标准封装工艺的使用，需要使用高成本的非标准封装方法；另外，由于微透镜形成于滤 色区上，因此需要空气间隙调整对光束的聚焦，这也要求使用高成本的非标准封装方法；而 且，由于感光区和微透镜通过滤色区隔开，感光区和微透镜之间的距离增大，使一些具有倾 斜入射角的光线损失，造成成像不精确。专利号为636M98的美国专利公开了一种形成嵌入式微透镜的方法，微透镜形成 于滤色区的下面，通过刻蚀形成在硅片上氮化硅薄膜层、并结合热处理过程形成微透镜。该 公开的方法需要多次掩膜，需要多次用到阻挡层，需要多次刻蚀工艺，因此与以上所述的现 有的工艺相比，成本高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有的图像传感器成像不精确、成本高的问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种图像传感器，包括多个感光区，排列成阵列，形成于衬底上；具有第一折射率的第一介质层，形成于所述感光区上；由具有第二折射率的材料形成的多个微透镜，嵌入所述第一介质层内，所述微透 镜具有水平的上底面、下底面和凸面，所述上底面与所述第一介质层的表面齐平，所述下底 面与所述第一介质层的下底面齐平，所述凸面凸向第一介质层，每一个微透镜与对应的感 光区中心对准，且第二折射率大于第一折射率。可选的，还包括滤色层，形成于微透镜的上底面和第一介质层的表面组成的平面 上。可选的，所述具有第二折射率的材料选自氮化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化锌，其具有的第二折射率>2.0。本专利技术还提供一种形成图像传感器的方法，包括提供衬底，在所述衬底上形成有多个感光区，该多个感光区排列成阵列；在所述感光区上形成具有第一折射率的第一介质层；在所述第一介质层内形成多个微透镜，嵌入所述第一介质层内，该微透镜由具有 第二折射率的材料形成，其具有水平的上底面、下底面和凸面，所述上底面与所述第一介质 层的表面齐平，所述下底面与所述第一介质层的下底面齐平，所述凸面凸向第一介质层，每 一个微透镜与对应的感光区中心对准，且第二折射率大于第一折射率。可选的，还包括在所述微透镜的上底面和第一介质层的表面组成的平面上形成 滤色层ο可选的，在所述第一介质层内形成多个微透镜包括在所述第一介质层上形成掩膜层；在所述掩膜层上形成多个开口，与对应的感光区中心对准；各向同性刻蚀所述多个开口，形成多个凹槽，该凹槽呈截去两端的平凸透镜状；移除所述掩膜层，在所述多个凹槽内填充具有第二折射率的透镜材料，透镜材料 溢出凹槽，形成透镜材料层；平坦化具有第二折射率的透镜材料层，形成微透镜。可选的，所述具有第二折射率的材料选自氮化硅、氧化钽、氧化锆、氧化铪、氧化 锌，其具有的第二折射率>2.0。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点微透镜嵌入所述第一介质层内，微透镜的凸面使具有倾斜入射角的光线更多的汇 聚到感光区，光线损失减少，入射到感光区上的光线增多，成像精确度增加，避免现有技术 的图像传感器成像不精确的问题。进一步地，滤色层形成于微透镜上，减小了微透镜和感光区之间的距离，光线强度 损失减小。而且，本专利技术的图像传感器的微透镜材料选自氮化硅、氧化钛、或者氧化锆、氧化 铪、氧化锌，这些材料耐高温，因此本专利技术的图像传感器可以用标准的封装工艺，成本低。进一步地，本专利技术的形成方法，与现有技术相比形成工艺简单，减少掩膜次数，节 省成本。附图说明图1是现有的图像传感器的截面结构示意图。图2是本专利技术的图像传感器的截面结构示意图。图3是形成本专利技术的图像传感器的流程框图。图如至图4j是形成图3所示的图像传感器的方法的流程截面示意图。 具体实施例方式本专利技术具体实施方式的图像传感器，微透镜嵌入第一介质层内，且滤色层形成于 微透镜上，减小了微透镜和感光区之间的距离，光线强度损失减小，而且微透镜的凸面使具有倾斜入射角的光线更多的汇聚到感光区，光线损失减少，入射到感光区上的光线增多，成 像精确度增加。本专利技术的图像传感器可以为CXD图像传感器或CMOS图像传感器。需要说明的是 本专利技术的图像传感器主要涉及对微透镜的结构，以及形成方法的改进，对图像传感器的其 他方面为本领域的公知常识，在本专利技术的具体实施方式中不做详细介绍，仅对图像传感器 涉及微透镜的结构以及形成方法做详细介绍。图2为本专利技术的图像传感器的截面结构示意图，参考图2，本专利技术的图像传感器包 括多个感光区21，排列成阵列，形成于衬底20上；具有第一折射率nl的第一介质层22，形 成于所述感光区21上；由具有第二折射率π2的透镜材料形成的多个微透镜30，嵌入所述 第一介质层22内，所述微透镜具有上底面31、下底面32和凸面33，上底面31与所述第一 介质层22的表面齐平，下底面32与第一介质层22的下底面齐平，上底面31平行于下底面 32，凸面33凸向第一介质层22，每一个微透镜30与对应的感光区21中心对准，微透镜30 由透明材料组成，且该材料的第二折射率n2大于第一介质层22的材料的第一折射率nl ； 如果图像传感器需要形成彩色图像，该图像传感器还包括滤色层60，形成于由所述微透镜 30的上底面31和第一介质层22的表面组成的平面上。衬底20为半导体后端工艺中所形成的衬底，其材料为任何可以支持感光区21形 成的材料，例如可以为绝缘体上硅衬底(SOI衬底)、石英衬底、陶瓷衬底、玻璃衬底，而且衬 底20上还形成有用于图像传感器的其他器件(图中未示)。感光区21包括多个光敏元件，例如CCD照相机像素、色彩光传感器、光电发射元件 例如感光二极管，在本专利技术的一具体实施例中，感光区15的面积为传感像素面积的1/3。第一介质层22由透明材料形成，光可以穿过该第一介质层22，而且该第一介质层 22也作为互连金属例如像素间的感光二极管之间的介质层，另外，作为微透镜30嵌入其中 的介质层。滤色层60的材料为负性光阻材料，例如丙烯酸类聚合物，在负性光阻材料内具有 红色、绿色和蓝色颜料(RGB颜料)或者青色、品红和黄色颜料(CMY颜料)。另外，在本专利技术的具体实施例中，可以在形成滤色层60和微透镜30之间形成一层 抗反射涂层，减少反射光。在本专利技术的具体实施方式中，微透镜3本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种图像传感器，其特征在于，包括：多个感光区，排列成阵列，形成于衬底上；具有第一折射率的第一介质层，形成于所述感光区上；由具有第二折射率的材料形成的多个微透镜，嵌入所述第一介质层内，所述微透镜具有水平的上底面、下底面和凸面，所述上底面与所述第一介质层的表面齐平，所述下底面与所述第一介质层的下底面齐平，所述凸面凸向第一介质层，每一个微透镜与对应的感光区中心对准，且第二折射率大于第一折射率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建平，黄河，霍介光，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31