CN102339838B - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器，包括：一像素传感器；一彩色滤光片阵列，包括多个彩色滤光片，形成于该像素传感器上，其中两相邻彩色滤光片之间具有一缝隙；以及一无缝微透镜阵列，包括多个微透镜，形成于该彩色滤光片阵列上。本发明亦提供一种图像传感器的制造方法。于本发明揭示的制造方法中，仅借由涂布与一热工艺即可形成一无缝微透镜阵列，毋须借由额外光刻工艺。因此，微透镜材料的选择并不限定为光敏感性材料，其他非光敏感性材料亦可适用，如此，可大幅提升工艺宽度。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像传感器，特别涉及一种具有一分离型彩色滤光片结构的图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器为一种将光图像转换为电信号的半导体元件。图像传感器一般分为电荷耦合元件(CCD)与互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。上述图像传感器中，互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器包括一用来检测入射光与将其转换为电信号的光二极管以及用来传输与处理电信号的逻辑电路。
请参阅图1A～图1C，揭示一传统包含微透镜的互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的制造方法。
首先，请参阅图1C，提供一传统互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器包括一光感测部13、一保护层21、一彩色滤光片阵列23与多个微透镜27。光感测部13包括一用来接收入射光、产生并累积电荷的光二极管11。保护层21形成于光感测部13的一结构上。
于传统互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的制造方法中，如图1A所示，形成一具氮化硅主体的保护层21于一半导体基板10上。半导体基板10包括一光感测部13。光感测部13包括一光二极管11。之后，如图1B所示，形成一彩色滤光片阵列23(具有一连接型彩色滤光片结构)于保护层21上。此处，彩色滤光片阵列23包括一分别由包含红色、绿色与蓝色色素的光致刻蚀剂材料所构成的原色系统，即包括一红色滤光片(R)、一绿色滤光片(G)与一蓝色滤光片(B)。每一彩色滤光片的形成包括一系列根据光刻技术的涂布、曝光与显影工艺。彩色滤光片阵列23亦可选择性地由一包含青绿色滤光片、黄色滤光片与洋红色滤光片的互补色系统所构成。
之后，如图1C所示，涂布一光致刻蚀剂层于彩色滤光片阵列23上，并进行曝光与显影，以形成多个光致刻蚀剂图案。续对光致刻蚀剂图案进行热回熔(thermal reflow)与硬化(curing)工艺，以形成透镜，即多个微透镜27。
根据传统制造方法，微透镜27彼此的间距大约介于0.2至0.5微米(由于连接型彩色滤光片结构所致)，其是为避免相对应的光致刻蚀剂图案在进行硬化与回熔工艺的过程中，于微透镜27之间形成架桥。然而，微透镜27之间的缝隙会使得至少部分射入微透镜27之间的光漏失，且由于入射光进入邻近像素，致颜色信号解析度下降至低于理想。
此外，由于微透镜27是借由涂布、光刻与热工艺所形成，因此，微透镜27的材料必须限定仅能为光敏感性材料。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的一实施例，提供一种图像传感器，包括：一像素传感器；一保护层，形成于该像素传感器上；一彩色滤光片阵列，包括多个彩色滤光片，形成于该保护层上，其中两相邻彩色滤光片之间具有一缝隙(即一分离型彩色滤光片结构)；以及一无缝微透镜阵列，包括多个微透镜，形成于该彩色滤光片阵列上。
该保护层包括氮化硅。于所述多个彩色滤光片中的该彩色滤光片包括一第一缝隙，沿一列方向，一第二缝隙，沿一行方向，以及一第三缝隙，沿一对角方向。该第一缝隙与该第二缝隙大体相同。该第三缝隙大于该第一缝隙，该第三缝隙大于该第二缝隙。该彩色滤光片为多边形或矩形。该微透镜包括光致刻蚀剂或热塑性树脂。于该彩色滤光片上的该微透镜具有一高度，由该第一缝隙、该第二缝隙与该第三缝隙决定。于该彩色滤光片上的该微透镜具有一斜率，由该第一缝隙、该第二缝隙与该第三缝隙决定。
于本发明揭示的图像传感器中，该分离型彩色滤光片结构可增进入射光感测度及其聚光效率。由于可改善光感测度及降低或避免射入至邻近像素的光，因此，利用根据本发明制作的图像传感器，例如互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，可获得更清晰图像。
本发明的一实施例，提供一种图像传感器的制造方法，包括：提供一像素传感器；形成一保护层于该像素传感器上；形成一彩色滤光片阵列于该保护层上，该彩色滤光片阵列包括多个彩色滤光片，其中两相邻彩色滤光片之间具有一缝隙；涂布一透明材料于该彩色滤光片阵列上；以及使该透明材料硬化，以形成一无缝微透镜阵列，包括多个微透镜。
该保护层包括氮化硅。本发明借由一光刻工艺形成该彩色滤光片阵列。于所述多个彩色滤光片中的该彩色滤光片包括一第一缝隙，沿一列方向，一第二缝隙，沿一行方向，以及一第三缝隙，沿一对角方向。该第一缝隙与该第二缝隙大体相同。该第三缝隙大于该第一缝隙，该第三缝隙大于该第二缝隙。该透明材料包括光致刻蚀剂或热塑性树脂。本发明借由一热回熔(thermalreflow)与硬化(curing)工艺使该透明材料硬化。于该彩色滤光片上的该微透镜具有一高度，由该第一缝隙、该第二缝隙与该第三缝隙决定。于该彩色滤光片上的该微透镜具有一斜率，由该第一缝隙、该第二缝隙与该第三缝隙决定。
于本发明揭示的制造方法中，仅借由涂布与一热工艺即可形成一无缝微透镜阵列，毋须借由额外光刻工艺。因此，微透镜材料的选择并不限定为光敏感性材料，其他非光敏感性材料亦可适用，如此，可大幅提升工艺宽度。此外，根据不同工艺需求(例如形成不同微透镜至二极管的距离)，可借由调整缝隙大小轻易改变微透镜态样(即高度与曲度)。
本发明的一实施例，提供一种图像传感器，包括：一像素传感器；一彩色滤光片阵列，包括多个彩色滤光片，形成于该像素传感器上，其中两相邻彩色滤光片之间具有一缝隙，于所述多个彩色滤光片中的该彩色滤光片包括一第一缝隙，沿一列方向，一第二缝隙，沿一行方向，以及一第三缝隙，沿一对角方向；以及一无缝微透镜阵列，包括多个微透镜，形成于该彩色滤光片阵列上，其中于该彩色滤光片上的该微透镜具有一高度与一斜率，由该第一缝隙、该第二缝隙与该第三缝隙决定。
于本发明揭示的制造方法中，仅借由涂布与一热工艺即可形成一无缝微透镜阵列，毋须借由额外光刻工艺。因此，微透镜材料的选择并不限定为光敏感性材料，其他非光敏感性材料亦可适用，如此，可大幅提升工艺宽度。
附图说明
图1A～图1C为传统互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器制造方法的剖面示意图。
图2A～图2D为根据本发明的一实施例，一种图像传感器制造方法的剖面示意图。
图2B’为图2B的俯视图。
主要附图标记说明
公知图1A～图1C
10～半导体基板；
11～光二极管；
13～光感测部；
21～保护层；
23～彩色滤光片阵列；
27～微透镜。
本发明图2A～图2D与图2B’
100～像素传感器；
201～保护层；
203彩色滤光片阵列；
203’～彩色滤光片；
205～透明材料；
207～无缝微透镜阵列(微透镜)；
X1、Y1、D1～缝隙。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，作详细说明如下。
根据本发明的一实施例，揭示一图像传感器，如图2D与图2B’所示。
请参阅图2D，一图像传感器包括一像素传感器100、一保护层201、一包括多个彩色滤光片的彩色滤光片阵列203与一包括多个微透镜的无缝(gapless)微透镜阵列207。保护层201形成于像素传感器100上。彩色滤光片阵列203形成于保护层201上。无缝微透镜阵列207形成于彩色滤光片阵列203上。值得注意的是，于彩色滤光片阵列203中，两相邻彩色滤光片203’之间具有一缝隙(X1、Y1与D1)(此即一分离型彩色滤光片结构)，如图2B’所示。
保护层201可包括氮化硅。于彩色滤光片阵列203中，沿一列方向位于两相邻彩色滤光片203’之间的缝隙X1与沿一行方向位于两相邻彩色滤光片203’之间的缝隙Y1大体相同。于彩色滤光片阵列203中，沿一对角方向位于两相邻彩色滤光片203’之间的缝隙D1可大于沿一列方向位于两相邻彩色滤光片203’之间的缝隙X1或沿一行方向位于两相邻彩色滤光片203’之间的缝隙Y1。彩色滤光片203’可选择性地为多边形或矩形，例如可根据多边形彩色滤光片定义缝隙D1。彩色滤光片阵列203可包括一原色系统，即包括一红色滤光片(R)、一绿色滤光片(G)与一蓝色滤光片(B)。彩色滤光片阵列203亦可包括一互补色系统，即包括一青绿色滤光片、一黄色滤光片与一洋红色滤光片。上述微透镜可包括光致刻蚀剂或热塑性树脂，其具有一高度与一曲度(斜率)，可由缝隙X1、Y1与D1的大小决定。
于本发明揭示的图像传感器中，该分离型彩色滤光片结构可增进入射光感测度及其聚光效率。由于可改善光感测度及降低或避免射入至邻近像素的光，因此，利用根据本发明制作的图像传感器，例如互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，可获得更清晰图像。
根据本发明的一实施例，揭示一互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的制造方法，如图2A～图2D所示。
请参阅图2A，形成一具氮化硅主体(即可包括氮化硅)的保护层201于一像素传感器100上。
之后，请参阅图2B，形成一包括多个彩色滤光片的彩色滤光片阵列203于保护层201上。此处，彩色滤光片阵列203可包括一分别由包含红色、绿色与蓝色色素的光致刻蚀剂材料所构成的原色系统，即包括一红色滤光片(R)、一绿色滤光片(G)与一蓝色滤光片(B)。每一彩色滤光片的形成可包括实施至少三次的光刻工艺，其包括每一不同光致刻蚀剂材料的涂布、曝光与显影。本发明亦可选择性地借由例如喷墨印刷(inject printing)的方法形成彩色滤光片阵列203。值得注意的是，于彩色滤光片阵列203中，两相邻彩色滤光片之间形成一缝隙，例如形成一分离型彩色滤光片结构，如图2B’所示。图2B’为图2B的俯视图。图2B’中，沿一列方向位于两相邻彩色滤光片203’之间的缝隙定义为X1缝隙。沿一行方向位于两相邻彩色滤光片203’之间的缝隙定义为Y1缝隙。沿一对角方向位于两相邻彩色滤光片203’之间的缝隙定义为D1缝隙。X1缝隙与Y1缝隙可大体相同。D1缝隙可大于X1缝隙与Y1缝隙。此外，彩色滤光片203’可选择性地为多边形或矩形，例如可根据多边形彩色滤光片定义缝隙D1。本实施例以原色滤光系统作为范例，然而，彩色滤光片阵列203亦可选择性地由一包含青绿色滤光片、黄色滤光片与洋红色滤光片的互补色系统所构成。
接着，涂布一透明材料205于彩色滤光片阵列203上，如图2C所示。之后，如图2D所示，借由例如一热回熔(thermal reflow)与硬化(curing)工艺使透明材料205硬化，以形成具适当曲度的透镜，结果形成一包括多个微透镜的微透镜阵列207。由于此分离型彩色滤光片结构，因此，形成的微透镜阵列207为一无缝微透镜阵列。于微透镜形成工艺中，毋须进行光刻工艺，因此，除例如光致刻蚀剂的光敏感性材料外，其他例如热塑性树脂的非光敏感性材料亦可适用。再者，为满足热回熔特性，任何熔点介于摄氏120～180度的热回熔材料亦适合用来作为透明材料205。此外，微透镜207具有一高度与一曲度(斜率)，可由X1、Y1与D1缝隙的大小决定。
于本发明揭示的制造方法中，仅借由涂布与一热工艺即可形成一无缝微透镜阵列，毋须借由额外光刻工艺。因此，微透镜材料的选择并不限定为光敏感性材料，其他非光敏感性材料亦可适用，如此，可大幅提升工艺宽度。此外，根据不同工艺需求(例如形成不同微透镜至二极管的距离)，可借由调整缝隙大小轻易改变微透镜态样(即高度与曲度)。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作改变与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种图像传感器，包括：
一像素传感器；
一彩色滤光片阵列，包括多个彩色滤光片，形成于该像素传感器上，其中两相邻彩色滤光片之间具有一缝隙；以及
一无缝微透镜阵列，由一透明材料所构成，包括多个微透镜，形成于该彩色滤光片阵列上，且该透明材料填入于该缝隙中。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中于所述多个彩色滤光片中的该彩色滤光片包括一第一缝隙，沿一列方向，一第二缝隙，沿一行方向，以及一第三缝隙，沿一对角方向。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中该第一缝隙与该第二缝隙相同，该第三缝隙大于该第一缝隙与该第二缝隙。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中该彩色滤光片为多边形或矩形。
5.如权利要求2所述的图像传感器，其中于该彩色滤光片上的该微透镜具有一高度与一斜率，由该第一缝隙、该第二缝隙与该第三缝隙决定。
6.一种图像传感器的制造方法，包括：
提供一像素传感器；
形成一彩色滤光片阵列于该像素传感器上，该彩色滤光片阵列包括多个彩色滤光片，其中两相邻彩色滤光片之间具有一缝隙；
涂布一透明材料于该彩色滤光片阵列上，并填入该缝隙中；以及
使该透明材料硬化，以形成一无缝微透镜阵列，包括多个微透镜。
7.如权利要求6所述的图像传感器的制造方法，其中于所述多个彩色滤光片中的该彩色滤光片包括一第一缝隙，沿一列方向，一第二缝隙，沿一行方向，以及一第三缝隙，沿一对角方向。
8.如权利要求7所述的图像传感器的制造方法，其中该第一缝隙与该第二缝隙相同，该第三缝隙大于该第一缝隙与该第二缝隙。
9.如权利要求6所述的图像传感器的制造方法，其中借由一热回熔与硬化工艺使该透明材料硬化。
10.如权利要求7所述的图像传感器的制造方法，其中于该彩色滤光片上的该微透镜具有一高度与一斜率，由该第一缝隙、该第二缝隙与该第三缝隙决定。
11.一种图像传感器，包括：
一像素传感器；
一彩色滤光片阵列，包括多个彩色滤光片，形成于该像素传感器上，其中两相邻彩色滤光片之间具有一缝隙，于所述多个彩色滤光片中的该彩色滤光片包括一第一缝隙，沿一列方向，一第二缝隙，沿一行方向，以及一第三缝隙，沿一对角方向；以及
一无缝微透镜阵列，包括多个微透镜，形成于该彩色滤光片阵列上，其中于该彩色滤光片上的该微透镜具有一高度与一斜率，由该第一缝隙、该第二缝隙与该第三缝隙决定。
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