TWI418026B - 影像感測器裝置的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明主要是關於影像感測器裝置的製造方法，特別是關於具有不同高度的微透鏡之影像感測器裝置的製造方法。
由於光電裝置例如數位相機、數位錄影機、可擷取影像的行動電話以及監視器，是變得愈來愈普及，對於影像感測器裝置的需求就因此增加。一影像感測器裝置是用來記錄來自一影像的一光信號的改變，並將此光信號轉換成一電子信號。在上述電子信號的紀錄與處理之後，則產生一數位影像。通常可將影像感測器裝置分成二大類，其中一類是電荷耦合裝置(charge coupled device；CCD)、另一類是互補式金屬-氧化物-半導體(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)裝置。
一影像感測器裝置通常具有一畫素陣列，其中每個畫素是具有一光感測器，此光感測器會產生與照射在此光感測器的光線的強度對應的一信號。將一影像聚焦於此畫素陣列時，可利用信號來顯示一對應的影像。在傳統技術中，一微透鏡陣列是對應地置於上述畫素陣列的上方，並用來把光線聚焦在上述畫素陣列上。然而，儘管使用了上述微透鏡陣列，由於上述微透鏡陣列的幾何形狀而使大量的入射光未直接到達上述光感測器上。至每個光感測器的入射光的對焦深度，是隨著光線的入射角(例如主光線角度(chief ray angle；CRA))的不同而變化。因此，具有不同對焦深度的透鏡陣列會降低影像感測器裝置的感光度(photosensitivity)。
已有人提出用於一微透鏡陣列的層疊透鏡結構，來解決此一問題。然而，控制透鏡輪廓的能力不佳，其中實質上相同的透鏡形狀會降低影像感測器裝置的感光度。因此，目前有發展一種影像感測器裝置的製造方法的需求，其可以簡單地控制每個個別的微透鏡，以具有一較佳的高度，來改善上述影像感測器裝置的感光度。
有鑑於此，本發明是提供一種影像感測器裝置的製造方法，其一實施例是包含在一基底上形成一光敏層。然後，經由一第一光罩來使上述光敏層曝光，以形成一已曝光區與一未曝光區。接著，經由一第二光罩來使上述未曝光區部分地曝光，以形成一裁減部，其中上述第二光罩具有一第一部分與一第二部分，上述第二部分所具有的透光率是大於上述第一部分的透光率。再來，移除上述裁減部以形成複數個光敏結構。接下來，重流(reflow)上述些光敏結構，以形成具有不同高度的一第一透鏡與一第二透鏡。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為更包含在使上述未曝光區部分地曝光之前，移除上述已曝光區。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述已曝光區與上述裁減部是同時被移除。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述第一部分是不透明，而上述第二部分是半透明。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述第二部分是具有一不透明層，上述不透明層具有供光線穿透的複數個開口。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述開口是圓形、長方形、三角形、正方形、或條紋形、或上述之組合。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述不透明層包含鉻。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述第二部分包含MoSi、MoSiN、ToSi2
、Mo、Nb2
O5
、Ti、Ta、CrN、MoO3
、MoN、Cr2
O3
、TiN、ZrN、TiO2
、TaN、Ta2
O5
、SiO2
、NbN、Si3
N4
、ZrN、或Al2
O3
N或上述之組合。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：每個上述第一透鏡與上述第二透鏡所具有的直徑是2μm~6μm。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述第一透鏡或上述第二透鏡所具有的高度是大於0.7μm而至2.0μm。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述光敏層是一正光阻層。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述光敏結構是在移除上述裁減部之後具有至少一孔洞。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述未曝光區是經由上述第二部分而部分地受到曝光。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述第二光罩更包含一第三部分，上述第三部分所具有的透光率是大於上述第二部分的透光率。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述第三部分是具有一不透明層，上述不透明層具有供光線穿透的複數個開口。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述開口是圓形、長方形、三角形、正方形、或條紋形、或上述之組合。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述不透明層包含鉻。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：上述第三部分包含MoSi、MoSiN、ToSi2
、Mo、Nb2
O5
、Ti、Ta、CrN、MoO3
、MoN、Cr2
O3
、TiN、ZrN、TiO2
、TaN、Ta2
O5
、SiO2
、NbN、Si3
N4
、ZrN、或Al2
O3
N或上述之組合。
在上述影像感測器裝置的製造方法中，較好為：是以在150℃~250℃的熱製程來重流上述光敏結構。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：要瞭解的是本說明書以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例，以實施本發明的不同特徵。而本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化發明的說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。例如，若是本說明書以下的揭露內容敘述了將一第一特徵形成於一第一特徵之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，本說明書以下的揭露內容可能在各個範例中使用重複的元件符號，以使說明內容更加簡化、明確，但是重複的元件符號本身不會使不同的實施例及/或結構之間產生關聯。
另外，在本說明書中，在數值相關敘述後接「以上」、「以下」之詞來敘述數值範圍的情況中，除非另有加註，相關的數值範圍是包含上述「以上」、「以下」之詞前接的數值。
第1a圖是顯示具有複數個光感測器104例如為光二極體於其上的一基底102的一例示的實施例的一剖面圖。基底102可以是一矽基底、一絕緣層上覆矽(silicon on insulator；SOI)基底、一鍺基底、一矽鍺基底或其他的半導體基底。一中間層106是形成於基底102的上方，中間層106是包含介電與金屬構件(未繪示)。一彩色濾光陣列108則形成於中間層106的上方，彩色濾光陣列108是包含彩色濾光器108a與108b。彩色濾光陣列108可具有一原色(primary color)系統，例如包含一紅色濾光器(R)、一綠色濾光器(G)與一藍色濾光器(B)；或者是，彩色濾光陣列108可包含一互補色(complementary color)系統，其包含青色(cyan)、黃色、與洋紅色(magenta)的濾光器。一透明基底110例如為玻璃或透明樹脂則形成於中間層106上。
請參考第1b圖，藉由一旋轉塗佈製程，將適用於一微透鏡陣列的一光敏層300塗佈於透明基底110上。在一實施例中，光敏層300可具有一正光阻，其是在曝光與一顯影製程之後可被移除。光敏層300的厚度可以是0.5μm~3.0μm，並可具有一實質上平坦的表面。光敏層300的材料可以是一透明的聚合物材料，例如為光敏性的聚醯亞胺(polyimide)。
如第1c與6圖所示，執行一微影製程，而使光敏層300經由一第一光罩401而曝露於光500中，以形成具有一已曝光區300b與一未曝光區300a的一光敏層300’。第一光罩401是具有一透明的空白片(玻璃)400與複數個相互間隔而分離的不透明部分402，以定義出一遮光區與未被不透明部分402所覆蓋的一透光區404。第2圖是顯示位於透明的空白片400上、具有四個不透明部分402的第一光罩401的一俯視圖。在執行上述曝光製程時，每個不透明部分402的圖形是被投影在一區域，後續會將每個微透鏡形成在此區域中。因此，光敏層300’的未曝光區300a的圖形，是從不透明部分402轉移而來。
請參考第1d圖，可視需求決定是否藉由一顯影液來對光敏層300’進行顯影，以移除已曝光區300b，並留下被稱為「光敏結構」的未曝光區300a。上述顯影製程亦被稱為「第一次顯影」。上述顯影液可以是一緩衝鹼性水溶液(buffered aqueous alkaline solution)。
請參考第1e圖，經由一第二光罩601而將未曝光區300a(光敏結構)局部地且部分地曝露於光線中，以在上述光敏結構的頂部上形成一裁減部30。
第二光罩601可以在一透明的空白片600上具有至少一個第一部分602與至少一個第二部分606，其中第二部分606所具有的透光率是大於第一部分602所具有的透光率。在一實施例中，第一部分602是不透明的，並具有一遮光金屬例如鉻。第3a圖是顯示本發明之第二光罩601的四個第一部分602的一例示的實施例。如第3a圖所示，每個第一部分602是對應於將形成一個微透鏡的所在位置。第3b圖是顯示本發明之第二光罩601的一個第一部分602的一例示的另一個實施例。第一部分602可具有一不透明材料，並保護未曝光區300a的一所需的部分而不致曝露於光線中。第3b圖中的第一部分602是保護將形成複數個微透鏡的所在區域。
請注意，第二部分606可具有一不透明層，此不透明層是具有供光線穿透的複數個開口624，並形成一半透明部分。第4a圖為一俯視圖，其是顯示第二光罩601的四個第二部分606。在第4a圖中，每個第二部分606是具有複數個正方形的開口624，並對應於將形成具有較低的高度之一個微透鏡的所在位置。開口624的形狀可以是如第4b圖所示的條紋形狀。除此之外，開口624的形狀可以是圓形、或是橢圓形、或是多邊形例如三角形、正方形、長方形、或五邊形、或是條紋形狀、或上述之組合。第二部分606的透光率可藉由調整開口624的數量或直徑來決定。開口624的總面積愈大，第二部分606的透光率則愈高。在某些實施例中，第二部分606可具有適當的半透明材料而不具任何開口。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或上述之組合。第二部分606的透光率可藉由選擇適當的材料或調整上述半透明材料的厚度來決定。請注意，上述半透明材料愈厚，第二部分606的透光率就愈高。
然後，如第1e與1f圖所示，移除第二光罩601，並藉由一顯影液來將具有裁減部30的上述光敏結構顯影，以溶解並移除裁減部30，並在每個光敏結構留下至少一個孔洞(未繪示)。取代上述手法的是，若跳過(未執行)上述第一次顯影，則可以同時移除第1c圖所示的已曝光區300b與裁減部30。在一實施例中，上述光敏結構的裁減部30可形成於上述影像感測器裝置的邊緣區中，以在後續的製程中形成厚度較低的一改良的微透鏡；而在上述影像感測裝置的中心區的上述光敏結構則受到第一部分602的保護，而未在上述微影製程的過程中受到裁減。
接下來，執行一熱製程，在150℃~250℃使形成在透明基底110的上方的上述光敏結構重流(reflow)，藉此形成繪示於第1g圖的影像感測器裝置100，其中影像感測器裝置100是具有一微透鏡120與一微透鏡160，而與微透鏡120相比，微透鏡160是具有較低的高度。每個微透鏡120與微透鏡160的直徑均大於1.5μm，而較好是2μm~6μm。而微透鏡120或微透鏡160所具有的高度可大於0.5μm，而較好為0.7μm~2.0μm。藉由例示的方法所製造的上述影像感測器裝置100是可以提供一平坦的對焦平面，以減低由微透鏡的對焦長度的不同所造成的光線的像場彎曲(light field curvature)。
在某些實施例中，第二光罩601可再包含至少一個第三部分608，第三部分608所具有的透光率是大於如第5a與5b圖所示的第二部分606。第三部分608可具有一不透明層例如鉻，與第二部分606比較，第三部分608是具有數量相對較大的開口624。第三部分608的開口624的形狀可以是圓形、或是橢圓形、或是多邊形例如三角形、正方形、長方形、或五邊形、或是條紋形狀、或上述之組合；或者是第三部分608可具有一半透明材料，其透光率是大於第二部分606的半透明材料的透光率。在另一實施例中，是執行在第1a~1g圖所敘述的影像感測器裝置的製造方法，除了第二光罩601是包含形成於透明的空白片600上的至少一個第一部分602、至少一個第二部分606與至少一個第三部分608之外。第二部分606的透光率是大於第一部分602的透光率，且第三部分608的透光率是大於第二部分606的透光率。
根據前述例示的影像感測器裝置的製造方法，上述影像感測器裝置可具有至少三種高度的微透鏡，其中最低的微透鏡是藉由使上述光敏結構重流而達成，而此光敏結構是已經經由上述第二光罩的上述第三部分而被曝露於光線中，並藉由一顯影液而受到顯影處理。前述例示的影像感測器裝置的製造方法可對所具有的直徑大於1.5μm之相對較大的微透鏡產生效益。上述影像感測器裝置之具有不同高度的每個單獨的微透鏡的製造可更可行，因為可以容易地控制上述第二部分之相對較大的開口。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
30．．．裁減部
100．．．影像感測器裝置
102．．．基底
104．．．光感測器
106．．．中間層
108．．．彩色濾光陣列
108a．．．彩色濾光器
108b．．．彩色濾光器
110．．．透明基底
120．．．微透鏡
160．．．微透鏡
300．．．光敏層
300’．．．光敏層
300a．．．未曝光區
300b．．．已曝光區
400．．．透明的空白片
401．．．第一光罩
402．．．不透明部分
404．．．透光區
500．．．光
600．．．透明的空白片
601．．．第二光罩
602．．．第一部分
606．．．第二部分
608．．．第三部分
624．．．開口
第1a~1g圖為一系列的剖面圖，是顯示本發明之影像感測器裝置的製造方法的一例示的實施例。
第2圖為一俯視示意圖，是顯示本發明之具有不透明部分的一第一光罩的一例示的實施例。
第3a圖為一俯視示意圖，是顯示本發明之一第二光罩的不透明部分的一例示的實施例。
第3b圖為一俯視示意圖，是顯示本發明之一第二光罩的不透明部分的另一例示的實施例。
第4a圖為一俯視示意圖，是顯示本發明之上述第二光罩的半透明部分的一例示的實施例。
第4b圖為一俯視示意圖，是顯示本發明之上述第二光罩的半透明部分的另一例示的實施例。
第4c圖為一俯視示意圖，是顯示本發明之上述第二光罩的半透明部分的又另一例示的實施例。
第5a與5b圖為一系列之俯視示意圖，是顯示本發明之上述第二光罩的半透明部分的一例示的實施例，其中第5b圖中的半透明區所具有的透光率是相對地高於第5a圖中的半透明區所具有的透光率。
第6圖為一俯視圖，是顯示經由上述第一光罩曝光之後的光敏層的一例示的實施例。
30．．．裁減部
102．．．基底
104．．．光感測器
106．．．中間層
108．．．彩色濾光陣列
108a．．．彩色濾光器
108b．．．彩色濾光器
110．．．透明基底
300b．．．已曝光區
500．．．光
600．．．透明的空白片
601．．．第二光罩
602．．．第一部分
606．．．第二部分
Claims (10)
- 一種影像感測器裝置的製造方法，包含：在一基底上形成一光敏層；經由一第一光罩來使該光敏層曝光，以形成一已曝光區與一未曝光區；經由一第二光罩來使該未曝光區部分地曝光，以形成一裁減部，其中該第二光罩具有一第一部分與一第二部分，該第一部分是不透明，該第二部分是半透明；移除該裁減部以形成複數個光敏結構；以及重流(reflow)該些光敏結構，以形成具有不同高度的一第一透鏡與一第二透鏡；其中該第二部分是具有一不透明層，該不透明層具有供光線穿透的複數個開口；或該第二部分包含MoSi、MoSiN、ToSi2、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、CrN、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、SiO2、NbN、Si3N4、ZrN、或Al2O3N或上述之組合的半透明材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，更包含在使該未曝光區部分地曝光之前，移除該已曝光區。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，其中該已曝光區與該裁減部是同時被移除。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，其中該不透明層包含鉻。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，其中每個該第一透鏡與該第二透鏡所具有的直徑是2μm~6μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，其中該第一透鏡或該第二透鏡所具有的高度是大於0.7μm而至2.0μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，其中該些光敏結構是在移除該裁減部之後具有至少一孔洞。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，其中該未曝光區是經由該第二部分而部分地受到曝光。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，其中該第二光罩更包含一第三部分，該第三部分所具有的透光率是大於該第二部分的透光率；以及該第三部分是：該第二部分含具有供光線穿透的複數個開口之不透明層時，該第三部分包含具有供光線穿透且數量大於該第二部分的開口數量的開口之一含鉻不透明層；或該第二部分包含上述半透明材料時，該第三部分包含透光率大於該第二部分的半透明材料的透光率之半透明材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器裝置的製造方法，其中是以在150℃~250℃的熱製程來重流該些 光敏結構。
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