CN102290423B - 图像传感器装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是揭示一种图像传感器装置的制造方法，该方法包含在一基底上形成一光敏层。然后，经由一第一光掩模来使上述光敏层曝光，以形成一已曝光区与一未曝光区。接着，经由一第二光掩模来使上述未曝光区部分地曝光，以形成一裁减部，其中上述第二光掩模具有一第一部分与一第二部分，上述第二部分所具有的透光率是大于上述第一部分的透光率。再来，移除上述裁减部以形成多个光敏结构。接下来，重流(reflow)上述光敏结构，以形成具有不同高度的一第一透镜与一第二透镜。本发明的方法可以简单地控制每个个别的微透镜，以具有一较佳的高度，来改善图像传感器装置的感光度。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器装置的制造方法，特别涉及具有不同高度的微透镜的图像传感器装置的制造方法。
背景技术
由于光电装置例如数字相机、数字录影机、可提取图像的行动电话以及监视器，是变得愈来愈普及，对于图像传感器装置的需求就因此增加。一图像传感器装置是用来记录来自一图像的一光信号的改变，并将此光信号转换成一电子信号。在上述电子信号的纪录与处理之后，则产生一数字图像。通常可将图像传感器装置分成二大类，其中一类是电荷耦合装置(chargecoupled device；CCD)、另一类是互补式金属-氧化物-半导体(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)装置。
一图像传感器装置通常具有一像素阵列，其中每个像素是具有一光传感器，此光传感器会产生与照射在此光传感器的光线的强度对应的一信号。将一图像聚焦于此像素阵列时，可利用信号来显示一对应的图像。在传统技术中，一微透镜阵列是对应地置于上述像素阵列的上方，并用来把光线聚焦在上述像素阵列上。然而，尽管使用了上述微透镜阵列，由于上述微透镜阵列的几何形状而使大量的入射光未直接到达上述光传感器上。至每个光传感器的入射光的对焦深度，是随着光线的入射角(例如主光线角度(chiefray angle；CRA))的不同而变化。因此，具有不同对焦深度的透镜阵列会降低图像传感器装置的感光度(photosensitivity)。
已有人提出用于一微透镜阵列的层叠透镜结构，来解决此一问题。然而，控制透镜轮廓的能力不佳，其中实质上相同的透镜形状会降低图像传感器装置的感光度。因此，目前有发展一种图像传感器装置的制造方法的需求，其可以简单地控制每个个别的微透镜，以具有一较佳的高度，来改善上述图像传感器装置的感光度。
发明内容
有鉴于此，本发明是提供一种图像传感器装置的制造方法，其一实施例是包含在一基底上形成一光敏层。然后，经由一第一光掩模来使上述光敏层曝光，以形成一已曝光区与一未曝光区。接着，经由一第二光掩模来使上述未曝光区部分地曝光，以形成一裁减部，其中上述第二光掩模具有一第一部分与一第二部分，上述第二部分所具有的透光率是大于上述第一部分的透光率。再来，移除上述裁减部以形成多个光敏结构。接下来，重流(reflow)上述些光敏结构，以形成具有不同高度的一第一透镜与一第二透镜。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为更包含在使上述未曝光区部分地曝光之前，移除上述已曝光区。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述已曝光区与上述裁减部是同时被移除。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述第一部分是不透明，而上述第二部分是半透明。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述第二部分是具有一不透明层，上述不透明层具有供光线穿透的多个开口。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述开口是圆形、长方形、三角形、正方形、或条纹形、或上述的组合。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述不透明层包含铬。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述第二部分包含MoSi、MoSiN、ToSi2、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、CrN、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、SiO2、NbN、Si3N4、ZrN、或Al2O3N或上述的组合。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：每个上述第一透镜与上述第二透镜所具有的直径是2μm～6μm。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述第一透镜或上述第二透镜所具有的高度是大于0.7μm而至2.0μm。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述光敏层是一正光致抗蚀剂层。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述光敏结构是在移除上述裁减部之后具有至少一孔洞。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述未曝光区是经由上述第二部分而部分地受到曝光。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述第二光掩模更包含一第三部分，上述第三部分所具有的透光率是大于上述第二部分的透光率。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述第三部分是具有一不透明层，上述不透明层具有供光线穿透的多个开口。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述开口是圆形、长方形、三角形、正方形、或条纹形、或上述的组合。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述不透明层包含铬。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：上述第三部分包含MoSi、MoSiN、ToSi2、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、CrN、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、SiO2、NbN、Si3N4、ZrN、或Al2O3N或上述的组合。
在上述图像传感器装置的制造方法中，优选为：是以在150℃～250℃的热工艺来重流上述光敏结构。
本发明的方法可以简单地控制每个个别的微透镜，以具有一较佳的高度，来改善图像传感器装置的感光度。
附图说明
图1a-图1g为一系列的剖面图，是显示本发明的图像传感器装置的制造方法的一例示的实施例。
图2为一俯视示意图，是显示本发明的具有不透明部分的一第一光掩模的一例示的实施例。
图3a为一俯视示意图，是显示本发明的一第二光掩模的不透明部分的一例示的实施例。
图3b为一俯视示意图，是显示本发明的一第二光掩模的不透明部分的另一例示的实施例。
图4a为一俯视示意图，是显示本发明的上述第二光掩模的半透明部分的一例示的实施例。
图4b为一俯视示意图，是显示本发明的上述第二光掩模的半透明部分的另一例示的实施例。
图4c为一俯视示意图，是显示本发明的上述第二光掩模的半透明部分的又另一例示的实施例。
图5a与图5b为一系列的俯视示意图，是显示本发明的上述第二光掩模的半透明部分的一例示的实施例，其中图5b中的半透明区所具有的透光率是相对地高于图5a中的半透明区所具有的透光率。
图6为一俯视图，是显示经由上述第一光掩模曝光之后的光敏层的一例示的实施例。
其中，附图标记说明如下：
30～裁减部 100～图像传感器装置
102～基底 104～光传感器
106～中间层 108～彩色滤光阵列
108a～彩色滤光器 108b～彩色滤光器
110～透明基底 120～微透镜
160～微透镜 300～光敏层
300’～光敏层 300a～未曝光区
300b～已曝光区 400～透明的空白片
401～第一光掩模 402～不透明部分
404～透光区 500～光
600～透明的空白片 601～第二光掩模
602～第一部分 606～第二部分
608～第三部分 624～开口
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
要了解的是本说明书以下的揭示内容提供许多不同的实施例或范例，以实施本发明的不同特征。而本说明书以下的揭示内容是叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以求简化发明的说明。当然，这些特定的范例并非用以限定本发明。例如，若是本说明书以下的揭示内容叙述了将一第一特征形成于一第一特征之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦包含了尚可将附加的特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本说明书以下的揭示内容可能在各个范例中使用重复的元件符号，以使说明内容更加简化、明确，但是重复的元件符号本身不会使不同的实施例及/或结构之间产生关联。
另外，在本说明书中，在数值相关叙述后接“以上”、“以下”的词来叙述数值范围的情况中，除非另有加注，相关的数值范围是包含上述“以上”、“以下”的词前接的数值。
图1a是显示具有多个光传感器104例如为光二极管于其上的一基底102的一例示的实施例的一剖面图。基底102可以是一硅基底、一绝缘层上覆硅(silicon on insulator；SOI)基底、一锗基底、一硅锗基底或其他的半导体基底。一中间层106是形成于基底102的上方，中间层106是包含介电与金属构件(未示出)。一彩色滤光阵列108则形成于中间层106的上方，彩色滤光阵列108是包含彩色滤光器108a与108b。彩色滤光阵列108可具有一原色(primary color)系统，例如包含一红色滤光器(R)、一绿色滤光器(G)与一蓝色滤光器(B)；或者是，彩色滤光阵列108可包含一互补色(complementary color)系统，其包含青色(cyan)、黄色、与洋红色(magenta)的滤光器。一透明基底110例如为玻璃或透明树脂则形成于中间层106上。
请参考图1b，借由一旋转涂布工艺，将适用于一微透镜阵列的一光敏层300涂布于透明基底110上。在一实施例中，光敏层300可具有一正光致抗蚀剂，其是在曝光与一显影工艺之后可被移除。光敏层300的厚度可以是0.5μm～3.0μm，并可具有一实质上平坦的表面。光敏层300的材料可以是一透明的聚合物材料，例如为光敏性的聚酰亚胺(polyimide)。
如图1c与图6所示，执行一微影工艺，而使光敏层300经由一第一光掩模401而暴露于光500中，以形成具有一已曝光区300b与一未曝光区300a的一光敏层300’。第一光掩模401是具有一透明的空白片(玻璃)400与多个相互间隔而分离的不透明部分402，以定义出一遮光区与未被不透明部分402所覆盖的一透光区404。图2是显示位于透明的空白片400上、具有四个不透明部分402的第一光掩模401的一俯视图。在执行上述曝光工艺时，每个不透明部分402的图形是被投影在一区域，后续会将每个微透镜形成在此区域中。因此，光敏层300’的未曝光区300a的图形，是从不透明部分402转移而来。
请参考图1d，可视需求决定是否借由一显影液来对光敏层300’进行显影，以移除已曝光区300b，并留下被称为“光敏结构”的未曝光区300a。上述显影工艺亦被称为“第一次显影”。上述显影液可以是一缓冲碱性水溶液(buffered aqueous alkaline solution)。
请参考图1e，经由一第二光掩模601而将未曝光区300a(光敏结构)局部地且部分地暴露于光线中，以在上述光敏结构的顶部上形成一裁减部30。
第二光掩模601可以在一透明的空白片600上具有至少一个第一部分602与至少一个第二部分606，其中第二部分606所具有的透光率是大于第一部分602所具有的透光率。在一实施例中，第一部分602是不透明的，并具有一遮光金属例如铬。图3a是显示本发明的第二光掩模601的四个第一部分602的一例示的实施例。如图3a所示，每个第一部分602是对应于将形成一个微透镜的所在位置。图3b是显示本发明的第二光掩模601的一个第一部分602的一例示的另一个实施例。第一部分602可具有一不透明材料，并保护未曝光区300a的一所需的部分而不致暴露于光线中。图3b中的第一部分602是保护将形成多个微透镜的所在区域。
请注意，第二部分606可具有一不透明层，此不透明层是具有供光线穿透的多个开口624，并形成一半透明部分。图4a为一俯视图，其是显示第二光掩模601的四个第二部分606。在图4a中，每个第二部分606是具有多个正方形的开口624，并对应于将形成具有较低的高度的一个微透镜的所在位置。开口624的形状可以是如图4b所示的条纹形状。除此之外，开口624的形状可以是圆形、或是椭圆形、或是多边形例如三角形、正方形、长方形、或五边形、或是条纹形状、或上述的组合。第二部分606的透光率可借由调整开口624的数量或直径来决定。开口624的总面积愈大，第二部分606的透光率则愈高。在某些实施例中，第二部分606可具有适当的半透明材料而不具任何开口。例如上述半透明材料可以是MoSi、MoSiN、ToSi2、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、CrN、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、SiO2、NbN、Si3N4、ZrN、或Al2O3N或上述的组合。第二部分606的透光率可借由选择适当的材料或调整上述半透明材料的厚度来决定。请注意，上述半透明材料愈厚，第二部分606的透光率就愈高。
然后，如图1e与图1f所示，移除第一光掩模401，并借由一显影液来将具有裁减部30的上述光敏结构显影，以溶解并移除裁减部30，并在每个光敏结构留下至少一个孔洞(未示出)。取代上述手法的是，若跳过(未执行)上述第一次显影，则可以同时移除图1c所示的已曝光区300b与裁减部30。在一实施例中，上述光敏结构的裁减部30可形成于上述图像传感器装置的边缘区中，以在后续的工艺中形成厚度较低的一改良的微透镜；而在上述图像感测装置的中心区的上述光敏结构则受到第一部分602的保护，而未在上述微影工艺的过程中受到裁减。
接下来，执行一热工艺，在150℃～250℃使形成在透明基底110的上方的上述光敏结构重流(reflow)，借此形成示出于图1g的图像传感器装置100，其中图像传感器装置100是具有一微透镜120与一微透镜160，而与微透镜120相比，微透镜160是具有较低的高度。每个微透镜120与微透镜160的直径均大于1.5μm，而较好是2μm～6μm。而微透镜120或微透镜160所具有的高度可大于0.5μm，而优选为0.7μm～2.0μm。借由例示的方法所制造的上述图像传感器装置100是可以提供一平坦的对焦平面，以减低由微透镜的对焦长度的不同所造成的光线的像场弯曲(light field curvature)。
在某些实施例中，第二光掩模601可再包含至少一个第三部分608，第三部分608所具有的透光率是大于如图5a与图5b所示的第二部分606。第三部分608可具有一不透明层例如铬，与第二部分606比较，第三部分608是具有数量相对较大的开口624。第三部分608的开口624的形状可以是圆形、或是椭圆形、或是多边形例如三角形、正方形、长方形、或五边形、或是条纹形状、或上述的组合；或者是第三部分608可具有一半透明材料，其透光率是大于第二部分606的半透明材料的透光率。在另一实施例中，是执行在图1a～图1g所叙述的图像传感器装置的制造方法，除了第二光掩模601是包含形成于透明的空白片600上的至少一个第一部分602、至少一个第二部分606与至少一个第三部分608之外。第二部分606的透光率是大于第一部分602的透光率，且第三部分608的透光率是大于第二部分606的透光率。
根据前述例示的图像传感器装置的制造方法，上述图像传感器装置可具有至少三种高度的微透镜，其中最低的微透镜是借由使上述光敏结构重流而达成，而此光敏结构是已经经由上述第二光掩模的上述第三部分而被暴露于光线中，并借由一显影液而受到显影处理。前述例示的图像传感器装置的制造方法可对所具有的直径大于1.5μm的相对较大的微透镜产生效益。上述图像传感器装置的具有不同高度的每个单独的微透镜的制造可更可行，因为可以容易地控制上述第二部分的相对较大的开口。
虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种图像传感器装置的制造方法，包含：
在一基底上形成一光敏层；
经由一第一光掩模来使该光敏层曝光，以形成一已曝光区与一未曝光区；
经由一第二光掩模来使该未曝光区部分地曝光，以形成一裁减部，其中该第二光掩模具有一第一部分与一第二部分，该第一部分是不透明，而该第二部分是半透明，该第二部分所具有的透光率是大于该第一部分的透光率；
移除该裁减部以形成多个光敏结构；以及
重流所述多个光敏结构，以形成具有不同高度的一第一透镜与一第二透镜。
2.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，更包含在使该未曝光区部分地曝光之前，移除该已曝光区。
3.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，其中该已曝光区与该裁减部是同时被移除。
4.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，其中
该第二部分是具有一不透明层，该不透明层具有供光线穿透的多个开口；
该不透明层包含铬；以及
该第二部分包含MoSi、MoSiN、ToSi2、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、CrN、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、SiO2、NbN、Si3N4、ZrN、或Al2O3N或上述的组合。
5.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，其中每个该第一透镜与该第二透镜所具有的直径是2μm~6μm。
6.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，其中该第一透镜或该第二透镜所具有的高度是大于0.7μm而至2.0μm。
7.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，其中所述多个光敏结构是在移除该裁减部之后具有至少一孔洞。
8.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，其中该未曝光区是经由该第二部分而部分地受到曝光。
9.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，其中
该第二光掩模更包含一第三部分，该第三部分所具有的透光率是大于该第二部分的透光率；
该第三部分是具有一不透明层，该不透明层具有供光线穿透的多个开口；
该不透明层包含铬；以及
该第三部分包含MoSi、MoSiN、ToSi2、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、CrN、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、SiO2、NbN、Si3N4、ZrN、或Al2O3N或上述的组合。
10.如权利要求1所述的图像传感器装置的制造方法，其中是以在150℃~250℃的热工艺来重流所述多个光敏结构。
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