CN111968996B - 一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法，包括以下步骤：步骤一：提供一完成微透镜工艺前的图像传感器芯片，所述芯片的表面上设有第一结构和第二结构，所述第一结构的高度高于所述第二结构的高度；步骤二：在所述芯片的表面上形成填充层，将所述第一结构和第二结构覆盖；步骤三：通过光刻及显影，去除位于所述第一结构表面上的所述填充层材料，在所述芯片的表面上形成新的平整表面；步骤四：在所述新的平整表面上依次覆盖平坦层和微透镜材料层；步骤五：进行所述微透镜材料层的光刻，形成具有一致光刻角度的微透镜。本发明能有效减少芯片表面的不均一性，显著降低拉线不良率，且实施简单。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路及图像传感器制造技术领域，特别是涉及一种在制作CMOS图像传感器芯片时的微透镜工艺中改善拉线异常的方法。
背景技术
请参考图1-图3，图1-图3是现有的一种微透镜制作工艺流程示意图。如图1所示，在制作CMOS图像传感器芯片时的微透镜工艺中，需要在芯片10的顶层结构表面上先涂布一层平坦层(PL)11。接着，如图2所示，在平坦层11上继续涂布一层微透镜材料层(MicroLens，ML)12。然后，如图3所示，进行微透镜材料层的光刻，制作形成微透镜121。
请参考图4，图4是一种CMOS图像传感器芯片的顶层结构示意图。如图4所示，芯片10的顶层结构一般包括位于像素区上的金属隔离结构13，以及位于像素区以外的外围区域上的焊盘(Pad)14结构。其中，不同焊盘结构141、142之间，以及焊盘结构14与金属隔离结构13之间，在芯片10表面上都具有不同的高度，即焊盘结构14与金属隔离结构13或像素区表面之间，存在着多处段差现象。并且，图像传感器的各层制作工艺本身就存在着不平整性，这些都造成了芯片10表面平整度的不一致。
由于光刻时光线是从上向下的一束平行光，如果芯片表面不平整，在不平整区域上的光刻角度就会不一样。因而在上述现有的微透镜制作工艺中，在进行微透镜材料层12的光刻时，容易因光刻角度存在差异，出现“拉线”问题，其表现为从光刻后的实物表面看，具有例如45°斜纹的异常现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法，包括以下步骤：
步骤一：提供一完成微透镜工艺前的图像传感器芯片，所述芯片的表面上设有第一结构和第二结构，所述第一结构的高度高于所述第二结构的高度；
步骤二：在所述芯片的表面上形成填充层，将所述第一结构和第二结构覆盖；
步骤三：通过光刻及显影，去除位于所述第一结构表面上的所述填充层材料，在所述芯片的表面上形成新的平整表面；
步骤四：在所述新的平整表面上依次覆盖平坦层和微透镜材料层；
步骤五：进行所述微透镜材料层的光刻，形成具有一致光刻角度的微透镜。
进一步地，所述第一结构和所述第二结构分别为一至多个，并设于位于所述芯片表面的介质层上。
进一步地，所述第一结构位于所述芯片的像素区，所述第二结构位于所述芯片的外围区域，所述外围区域位于所述像素区的外侧。
进一步地，所述第一结构包括金属隔离结构，所述第二结构包括焊盘结构。
进一步地，所述填充层材料包括有机材料。
进一步地，步骤二中，采用涂布方式，在所述芯片的表面上形成填充层。
进一步地，步骤三中，利用一光掩模版，将所述光掩模版覆盖在所述填充层表面上，仅露出位于所述第一结构表面上的所述填充层材料，并在光刻及显影后，去除所述光掩模版，在所述芯片的表面上形成所述新的平整表面。
进一步地，步骤四中，采用涂布方式，在所述新的平整表面上依次覆盖所述平坦层和所述微透镜材料层。
进一步地，所述图像传感器芯片设于一半导体衬底上。
进一步地，所述衬底材料包括Si。
本发明具有以下优点：
(1)通过在平坦层工艺之前，增加一道填充层工艺，可无需对金属隔离结构的工艺进行修改，即可减少芯片表面的不均一性，且实施简单。
(2)显著改善了微透镜工艺中产生拉线的问题，使拉线不良率由现有的10％大幅降低至5％以下。
附图说明
图1-图3是现有的一种微透镜制作工艺流程示意图。
图4是一种CMOS图像传感器芯片的顶层结构示意图
图5是本发明一较佳实施例的一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法流程图。
图6-图11是本发明根据图5的方法的一较佳实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参考图5，图5是本发明一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法流程图，同时，请参考图6-图11，图6-图11是本发明根据图5的方法的一较佳实施例的工艺流程示意图。如图5所示，本发明的一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法，包括以下步骤：
步骤一：提供一个需要制作微透镜的芯片结构。
请参考图6。首先，准备一个已完成微透镜工艺前各道工艺步骤的图像传感器芯片20。
图像传感器芯片20例如是CMOS图像传感器芯片。图像传感器芯片20可设于一个半导体衬底上。衬底材料可包括硅(Si)。但不限于此。
其中，在芯片20的表面上设有第一结构21和第二结构22。芯片20的最上层通常可以是介质层；因而第一结构21和第二结构22可设于位于芯片20表面的介质层上。
芯片20上包括像素区和位于像素区以外的外围区域。其中，第一结构21位于芯片20的像素区，第二结构22位于外围区域。
第一结构21例如可以是金属隔离结构21；第二结构22例如可以是焊盘(Pad)结构22。芯片20的顶层结构包括金属隔离结构21和焊盘结构22。
其中，金属隔离结构21的高度高于焊盘结构22的高度；而不同的焊盘结构221、222之间也可具有不同的高度。这样在不同焊盘结构221、222之间，以及焊盘结构22与金属隔离结构21或像素区表面之间，就存在着多处段差现象。并且，图像传感器的各层制作工艺本身就存在着不平整性，这些都造成了芯片20表面平整度的不一致。
由于光刻时光线是从上向下的一束平行光，如果芯片20表面不平整，在不平整区域上的光刻角度就会不一样。因而在采用现有的微透镜制作工艺中，在进行微透镜材料层的光刻时，容易因光刻角度存在差异问题，出现“拉线”问题，其表现为从光刻后的实物表面看，具有例如45°斜纹的异常现象。
本发明的目的就是要改善出现在现有微透镜工艺中的拉线异常问题。
步骤二：段差填充层涂布。
请参考图7。继上一步骤，采用涂布方式，在芯片20的表面上涂布一层填充层23，以对金属隔离结构21和焊盘结构22与芯片20表面之间存在的段差进行填充，并填充至将金属隔离结构21和焊盘结构22的顶部完全覆盖为止。
填充层23材料优选采用有机材料。利用有机材料所具有的良好流动性，实现对芯片20表面较为平整的覆盖。
由于金属隔离结构21的高度高于焊盘结构22的高度，从而在整个填充层23的表面上就只在金属隔离结构21的顶部位置出现明显的凸起231，而其他位置上，例如焊盘结构22位置上的填充层23的表面已基本持平。即此时仅在金属隔离结构21顶部的填充层23表面与金属隔离结构21顶部以外的其他填充层23表面之间存在一个明显的段差。
步骤三：去除金属隔离结构顶部的填充层材料。
请参考图8。接着，可利用一光掩模版24，将光掩模版24覆盖在填充层23表面上。光掩模版24上仅在对应金属隔离结构21顶部的位置设置窗口，其他位置为掩模保留区域。从而在覆盖光掩模版24后，仅露出位于金属隔离结构21顶部上的填充层23材料(凸起231)，而对金属隔离结构21位置以外的其他填充层23表面进行完全遮盖。之后，进行光刻。
请参考图9。然后，可通过光刻后显影，去除位于第一结构21表面上露出的填充层23材料(凸起231)，并保留金属隔离结构21位置以外的其他填充层23材料。这样在光刻、显影并去除光掩模版24后，在芯片20的表面上就形成了由填充层23表面和金属隔离结构21顶部表面所构成的新的平整表面232，从而较好地消除了段差。
步骤四：平坦层和微透镜材料层涂布。
请参考图10。接着，即可在新的平整表面上通过依次涂布，形成平坦层25和微透镜材料层26。平坦层25和微透镜材料层26沉积在芯片20的像素区和外围区域的整体表面上，从而将像素区及其上的金属隔离结构21和外围区域及其上的焊盘结构22加以完全覆盖。
由于已消除了段差，因此，所涂布的平坦层25和微透镜材料层26具有良好的平坦性。
步骤五：微透镜光刻。
请参考图11。最后，可按照常规工艺，对微透镜材料层26进行光刻，由于微透镜材料层26已具有良好的平坦性，所以在整个平整区域上的光刻角度都一致。而因光刻角度不存在差异，就可避免出现“拉线”问题，实现在像素区上形成多个光刻角度一致的微透镜261。
为保证微透镜工艺的稳定性，在像素区上制作微透镜261的同时，在外围区域上也会形成部分微透镜261，但仅作为虚拟微透镜(dummy mirco lens)，并不用于成像。
以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：提供一完成微透镜工艺前的图像传感器芯片，所述芯片的表面上设有第一结构和第二结构，所述第一结构的高度高于所述第二结构的高度；
步骤二：在所述芯片的表面上形成填充层，将所述第一结构和第二结构覆盖，并于所述第一结构的顶部表面形成具有凸起；
步骤三：通过光刻及显影，去除位于所述第一结构顶部表面上的所述填充层材料，以去除所述凸起，在所述芯片的表面上形成由所述填充层表面和所述第一结构顶部表面所构成的新的平整表面；
步骤四：在所述新的平整表面上依次覆盖平坦层和微透镜材料层；
步骤五：进行所述微透镜材料层的光刻，形成具有一致光刻角度的微透镜。
2.根据权利要求1所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，所述第一结构和所述第二结构分别为一至多个，并设于位于所述芯片表面的介质层上。
3.根据权利要求1所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，所述第一结构位于所述芯片的像素区，所述第二结构位于所述芯片的外围区域，所述外围区域位于所述像素区的外侧。
4.根据权利要求3所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，所述第一结构包括金属隔离结构，所述第二结构包括焊盘结构。
5.根据权利要求1所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，所述填充层材料包括有机材料。
6.根据权利要求1所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，步骤二中，采用涂布方式，在所述芯片的表面上形成填充层。
7.根据权利要求1所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，步骤三中，利用一光掩模版，将所述光掩模版覆盖在所述填充层表面上，仅露出位于所述第一结构表面上的所述填充层材料，并在光刻及显影后，去除所述光掩模版，在所述芯片的表面上形成所述新的平整表面。
8.根据权利要求1所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，步骤四中，采用涂布方式，在所述新的平整表面上依次覆盖所述平坦层和所述微透镜材料层。
9.根据权利要求1所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，所述图像传感器芯片设于一半导体衬底上。
10.根据权利要求9所述的改善微透镜工艺中拉线异常的方法，其特征在于，所述衬底材料包括Si。
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