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1、10申请公布号CN102024829A43申请公布日20110420CN102024829ACN102024829A21申请号200910174746322申请日20090917H01L27/146200601H04N5/33520060171申请人联华电子股份有限公司地址中国台湾新竹科学工业园区72发明人余政宏74专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人邱军54发明名称影像传感器结构及其制法57摘要本发明揭示影像传感器结构及其制法以避免或减轻暗影效应。该影像传感器结构包括基底；传感元件阵列，其设置于基底表面；介电层，其覆盖传感元件阵列，介电层包括上表面，上表面包括凹盘结构；底层，其填。
2、入于凹盘结构，底层具有折射率，其折射率大于介电层的折射率；滤光片阵列，设置于底层上，对应传感元件阵列；及微透镜阵列，对应设置于滤光片阵列上。可另设置顶层覆盖滤光片阵列，再设置微透镜阵列。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图5页CN102024843A1/2页21一种影像传感器结构，包括基底；传感元件阵列，其设置于该基底表面；介电层，其覆盖该传感元件阵列，该介电层包括上表面，该上表面包括凹盘结构；底层，其填入于该凹盘结构，该底层具有折射率，该折射率大于该介电层的折射率；滤光片阵列，设置于该底层上，对应该传感元件阵列；及微透镜阵列，对应设置于该。
3、滤光片阵列上。2如权利要求1所述的影像传感器结构，其中该传感元件阵列为光传感单元阵列。3如权利要求1所述的影像传感器结构，其中该底层的折射率为15至16。4如权利要求1所述的影像传感器结构，其中该底层的折射率小于该等微透镜的折射率。5如权利要求1所述的影像传感器结构，其中该底层为粘着层，并且其顶部平坦。6如权利要求1所述的影像传感器结构，进一步包括遮蔽层，其设置于该介电层内，并围绕该凹盘结构。7如权利要求6所述的影像传感器结构，其中该遮蔽层包括金属材料。8如权利要求6所述的影像传感器结构，其中该遮蔽层包括至少一环形结构。9如权利要求8所述的影像传感器结构，其中该遮蔽层包括多层环形结构，及该遮蔽。
4、层的分布密度由外往中心逐渐减少。10如权利要求6所述的影像传感器结构，其中该遮蔽层包括多个区段。11如权利要求10所述的影像传感器结构，其中该遮蔽层的分布密度由外往中心逐渐减少。12如权利要求1所述的影像传感器结构，其中该等微透镜位于边缘的形状与位于中心的形状不相同。13如权利要求1所述的影像传感器结构，其中该等微透镜位于边缘的节距与位于中心的节距不相同。14如权利要求1所述的影像传感器结构，其中该等滤光片位于边缘的节距与位于中心的节距不相同。15如权利要求1所述的影像传感器结构，进一步包括顶层，其设置于该等滤光片上而包覆该等滤光片，并包括与该底层相同的材料。16一种制造影像传感器结构的方法，。
5、包括提供基底；在该基底表面形成传感元件阵列；形成介电层覆盖于该传感元件阵列及该基底上；将该介电层的上表面形成凹盘结构；在该凹盘结构中填入底层，该底层具有折射率，该折射率大于该介电层的折射率；在该底层上形成滤光片阵列；以及在该滤光片阵列上形成微透镜阵列。17如权利要求16所述的制造影像传感器结构的方法，进一步在该介电层内围绕该凹权利要求书CN102024829ACN102024843A2/2页3盘结构之处形成遮蔽层结构。18如权利要求16所述的制造影像传感器结构的方法，其中将该介电层的上表面形成该凹盘结构是进行CMP工艺研磨该介电层而达成。19如权利要求18所述的制造影像传感器结构的方法，在进行。
6、该CMP工艺之前，进一步包括在该介电层上围绕该凹盘结构之处形成研磨停止层。20如权利要求16所述的制造影像传感器结构的方法，其中将该介电层的上表面形成该凹盘结构，包括下列步骤进行CMP工艺研磨该介电层，使该介电层的上表面形成盘凹形状；及对该介电层进行蚀刻工艺以控制该盘凹形状的深度，以形成该凹盘结构。21如权利要求16所述的制造影像传感器结构的方法，进一步在该等滤光片上形成顶层以包覆该等滤光片，其中该顶层包括与该底层相同的材料。22如权利要求16所述的制造影像传感器结构的方法，其中该传感元件阵列为光传感单元阵列，及该光传感单元阵列与该滤光片阵列互相对应。权利要求书CN102024829ACN10。
7、2024843A1/5页4影像传感器结构及其制法技术领域0001本发明涉及一种影像传感器结构及制造该影像传感器结构的方法，特别涉及一种能改善暗影效应问题的影像传感器结构及制造该影像传感器结构的方法。背景技术0002对于数字成像装置例如数字相机、数字摄影机而言，如何提高影像画质是设计上的一大重点。由传统数字成像装置的影像传感器所产生的影像，其中央部分通常较其周围部分亮，这种现象被称为暗影效应LENSSHADINGEFFECT或周边暗角VIGNETTING现象，这是由于当光穿透数字成像装置的镜头后，入射至传感器结构的主入射角太大，使得光感应不一致所致。发现若最大的主入射角为20度，则影像周边的亮度。
8、是影像中心的亮度的78或更少。因此在已知技术中，有各式各样的方法来减轻暗影效应对影像的影响。0003图1显示已知的CMOS影像传感器结构的剖面示意图。CMOS影像传感器结构10，其中感光二极管PHOTODIODE12形成于基底SUBSTRATE14的表面中，三层的金属导体层16、18、及20由保护层PASSIVATIONLAYER22覆盖，然后于各保护层22上覆盖介电层24并且平坦化，再于最上层的介电层24上形成大致上厚度均匀且平坦的底层UNDERLAYER26，及于底层26上形成彩色滤光片28，例如红色滤光片30、绿色滤光片32、及蓝色滤光片34。再于彩色滤光片28上形成顶层27。在顶层TO。
9、PLAYER27上形成微透镜36。这样的结构，焦距的长度足以供光线聚焦于基底14表面中的感光二极管12，因此暗影效应并不明显。0004然而，随着数字成像装置轻薄短小的需求，必须使焦距长度缩短，因而主入射角CHIEFRAYANGLE的角度也随之增大，于是产生暗影效应。如图2所示的已知CMOS影像传感器与镜头模块结合的示意图。感光二极管12位于基底14的表面15中，为了附图简洁易读，并未绘示出全部的感光二极管、各层介电层或保护层、以及内连线。如图所示，当焦距相对过短时，光线38自镜头模块40入射，到达边缘位置的光线经由边缘的微透镜42或43通过顶层27、彩色滤光片28、底层26及介电层46而聚焦至。
10、A或A点，到达中间位置的光线经由中间的微透镜44通过顶层27、彩色滤光片28、底层26及介电层46而聚焦至中心的B点，可发现B点与A或A点的位置并非在同一平面上，B点相对下凹一些深度。弧线48大致描绘聚焦点连成的线。以一个面来看，聚焦点所形成的面是凹面，与感光二极管12所在的基底14的水平表面15相差一个深度D，导致光感应的不一致，使得周围的影像较暗。0005图3显示已知的改善上述暗影效应的方法，利用微透镜位置的往内迁移MICROLENSSHIFT及/或彩色滤光片位置的往外迁移COLORFILTERSHIFT，使聚焦点所形成的面与基底表面中的感光二极管位置尽量贴合，减少位置上的差异，意即，使深。
11、度D值B点尽量为零。但是，随着焦距需要更短的要求，主入射角更大，微透镜或彩色滤光片迁移的距离有限，不足够矫正聚焦位置的差异，而仍然会有暗影效应存在。说明书CN102024829ACN102024843A2/5页50006因此，仍需要一种新颖的影像传感器结构，能够轻薄短小，但不会有暗影效应。发明内容0007本发明的目的是提供一种影像传感器结构，能够避免或减轻暗影效应，而有一致的光感应。0008依据本发明的影像传感器结构，包括基底；传感元件阵列，其设置于基底表面；介电层，其覆盖传感元件阵列，介电层包括上表面，上表面包括凹盘结构；底层，其填入于凹盘结构，底层具有折射率，其折射率大于介电层的折射率；滤。
12、光片阵列，设置于底层上，对应传感元件阵列；及微透镜阵列，对应设置于滤光片阵列上。0009在本发明的另一方面，依据本发明的制造影像传感器结构的方法，包括下列步骤。首先，提供基底；在基底表面形成传感元件阵列。接着，形成介电层覆盖于传感元件阵列及基底上；将介电层的上表面形成凹盘结构。然后，在凹盘结构中填入底层，底层具有折射率，其大于介电层的折射率；在底层上形成滤光片阵列；在滤光片阵列上形成微透镜MICROLENS阵列。0010依据本发明的影像传感器结构，在滤光片阵列下方设置的底层填充于其下方的介电层的凹盘形状表面中，并且选择底层材料，使得所形成的底层除了具有粘着与提供平坦表面的功能之外，尚具有如同凸。
13、透镜的角色一样，可对传感区中心与边缘之间的焦距差异予以补偿。因此，在同一芯片中的光感应会更均匀。附图说明0011图1显示已知的CMOS影像传感器结构的剖面示意图。0012图2显示已知CMOS影像传感器与镜头模块结合的示意图。0013图3显示已知的改善暗影效应的方法。0014图4显示依据本发明的影像传感器结构的具体实施例的剖面示意图。0015图5显示依据本发明的影像传感器结构与镜头模块结合的示意图。0016图6显示依据本发明的影像传感器结构的另一具体实施例的剖面示意图。0017图7至图10说明依据本发明的制造影像传感器结构的方法的各阶段的示意图。0018附图标记说明001910CMOS影像传感器。
14、结构12感光二极管002014基底15表面002116、18、20金属导体层22保护层002224介电层26底层002327顶层28彩色滤光片002430红色滤光片32绿色滤光片002534蓝色滤光片36微透镜002638光线40镜头模块002742、43、44微透镜46介电层002848弧线50影像传感器结构说明书CN102024829ACN102024843A3/5页6002952基底54传感元件阵列003055水平表面56介电层003158上表面60底层003262滤光片阵列64微透镜阵列003364A、64B、64C微透镜66顶层003470影像传感器结构72滤光片003574微透镜8。
15、0遮蔽层003682切割道具体实施方式0037本发明的影像传感器结构可应用于CMOS影像传感元件CIS或电荷耦合元件CCD。图4显示依据本发明的影像传感器结构的具体实施例的剖面示意图。如图4所示，影像传感器结构50包含有基底52、传感元件阵列54、介电层56、底层60、滤光片阵列62、及微透镜阵列64。基底52可为例如半导体基底。传感元件阵列54设置于基底52表面，是阵列的传感元件，可依元件性质或设计设置于基底表面中或上，并无特别限制。传感元件可为例如光传感元件，光传感元件包括例如感光二极管。介电层56覆盖于传感元件阵列54及基底52上。介电层56包括上表面58，上表面58往下凹，而形成浅凹盘。
16、状或凹盘状，即，为凹盘结构。介电层56中可进一步设置有多层金属内连线，可作为导电或遮光之用。0038底层材料填入于上表面58所形成的凹盘结构中，形成底层60。底层60具有折射率，此折射率可大于介电层56的折射率，优选为稍大于介电层56的折射率，并可进一步小于微透镜的折射率。例如折射率可在约15至16之间，但不限于此，可依整体光学性质而定。使用于本发明的底层材料，除了折射率的要求之外，优选具有高光穿透度，进一步具有粘着层的功能以将滤光片与介电层56黏合在一起，及进一步具有平坦化功能以提供平坦化表面供滤光片设置。再者，为便利制造，优选为适合填入工艺的材料。可于已知的滤光片底层或顶层材料中挑选出，但。
17、不限于此。可举之例有，例如聚合物，其为例如压克力聚合物，但不限于此。滤光片阵列62设置于底层60上，位置对应于传感元件阵列54。滤光片阵列62可由多个滤光片排列而成，滤光片可为例如彩色滤光片或非彩色滤光片，依产品所需而定。微透镜阵列64则对应设置于滤光片阵列62上。0039上述介电层56的上表面58形成的凹盘结构，其凹下的深度可依据光学性质及所需而定，因为形成的底层即具有类似凸透镜的性质，因此，可搭配例如影像传感器结构的传感区域的尺寸及光学设计、底层、微透镜、及滤光片等的光学性质，以决定凹盘结构恰当的深度。以数字成像装置整体而言，使光圈数值与凹盘深度互相配合，以使光线均聚焦在传感元件阵列的同一。
18、平面上，可减少各感应单元光感应的差异。0040再者，依据本发明的影像传感器结构，可进一步包括遮蔽层，其具有遮光效果，遮蔽层设置于介电层内，并围绕凹盘结构。遮蔽层可包括金属材料，例如TI或TIN，较介电层硬，因此在制造依据本发明的影像传感器结构时，可利用此遮蔽层与介电层对CMPCHEMICALMECHANICPOLISHING，化学机械抛光的选择比不同，使得介电层在经过CMP后具有盘凹的表面。在传感区周围部分因为有遮蔽层的支撑，被磨除的深度较说明书CN102024829ACN102024843A4/5页7浅，在传感区中心部分因为是大片的介电层中心，CMP的盘凹效应DISHINGEFFCT明显，容。
19、易被磨凹，所以被磨除的深度较深。遮蔽层可包括至少一环形结构。当遮蔽层包括多层环形结构时，其分布密度可由传感区外围往中心逐渐呈梯度状GRADIENT减少。或者，遮蔽层可为多个不连续的区段状，其分布密度也可由外往中心逐渐减少。0041再者，依据本发明的影像传感器结构可进一步包括顶层66，其设置于滤光片上而包覆滤光片，顶层可包括与底层相同的材料，并可使滤光片阵列上方形成平坦表面。0042图5显示依据本发明的影像传感器结构与镜头模块结合的示意图。如图所示，光线38自镜头模块40入射，到达边缘位置的光线经由边缘的微透镜64A或64B通过顶层66、滤光片62、底层60、及介电层56而聚焦至C或C点，到达中。
20、间位置的光线经由中间的微透镜64C通过顶层66、滤光片62、底层60、及介电层56而聚焦至E点，可发现E点与C或C点即沿着传感元件阵列54所在的基底52的水平表面55。因此，对于感光二极管而言，在同样的光量照射下，不同的位置可获得相同的光电转换效率，因此在影像周围与中心显现的影像亮度均匀。0043在本发明中，除了可将介电层形成凹盘结构以填入底层材料以改变光学折射路径之外，可再搭配已知的调整焦距的方法。例如图6显示的依据本发明的影像传感器结构70，亦可进一步将部分滤光片72往外迁移设置，或将部分微透镜74往内迁移设置，亦即，使滤光片位于边缘的排列节距与位于中心的节距不相同，或使微透镜位于边缘的排。
21、列节距与位于中心的节距不相同。或者，使微透镜阵列边缘的微透镜形状与中心的微透镜形状不相同。如此，可进一步调整焦距，而补强焦距所在平面与传感元件平面的贴合。0044依据本发明的影像传感器结构可由下述方法制得。如图7所示，首先提供基底52，然后于基底表面形成传感元件阵列54，即，可于基底52表面中或上形成传感元件。然后，形成介电层56覆盖传感元件阵列54及基底52。例如利用化学气相沉积工艺形成此介电层56。或者，可于介电层56中进一步形成多个金属层，例如利用金属内连线工艺来达成。可进一步沉积由氮化硅或氧化硅等材料所构成的保护层PASSIVATIONLAYER覆盖于金属层。0045然后，将介电层56。
22、的上表面58形成凹盘结构，此可利用CMP工艺研磨介电层56而达成。例如，在介电层是氧化物材料时，则使用研磨氧化物的CMP工艺。可依所需调整CMP处方与条件，例如增加研磨时间，可增加下凹程度。另可在介电层56内的围绕预定凹盘结构之处进一步形成遮蔽层80结构，在研磨时补强周围强度之用，减缓研磨速率。图8显示平面图，举例说明遮蔽层80围绕传感元件阵列54的情形，最外围是切割道82，供影像传感器结构制作完成后切割为单独的芯片之用。或可进一步于进行CMP工艺之前，先在介电层56上的围绕凹盘结构之处形成研磨停止POLISHINGSTOP层，此可防止遮蔽层80上方的介电层被磨除而露出遮蔽层80。若遮蔽层80。
23、是金属材料而露出，易对元件造成污染。0046再者，介电层的上表面形成凹盘结构，可利用CMP工艺以及蚀刻工艺混合搭配而完成。详言之，在进行CMP工艺研磨介电层56，使介电层56的上表面58形成盘凹之后，可进行蚀刻工艺对介电层56已盘凹的表面进行蚀刻，由于蚀刻速率与蚀刻时间较容易控制，所以可便利而准确地控制上表面所形成的凹盘结构的深度。说明书CN102024829ACN102024843A5/5页80047如图9所示，形成凹盘结构后，在凹盘结构中填入底层材料形成底层60。例如，使用以单甲基醚丙二醇乙酸酯PGMEA，PROPYLENEGLYCOLMETHYLETHERACETATE及乙氧基丙酸乙酯E。
24、THYL3ETHOXYPROPIONATE，EEP作为溶剂的聚合物材料，利用旋转涂布法形成于凹盘结构中，干燥后形成底层60，具有约95的光穿透度。底层填入于凹盘结构中并不局限于要填满或不填满，可以实际需要而定。附图中的底层60填满凹盘结构，并溢出而覆盖介电层56的原始表面。0048然后，如图10所示，在底层60上形成滤光片阵列62。可进一步于滤光片阵列62上形成顶层66，其材料可与底层60相同，也可利用涂布的方法形成。然后，在滤光片阵列62上形成微透镜阵列64，使各滤光片分别对应于微透镜，并且对应于传感单元。0049由于，在本发明的方法中，相较于已知方法，特征是进行CMP研磨以形成凹盘结构，及。
25、于凹盘结构中填入底层材料，形成底层，底层同时具有调整焦距、平坦化、及粘着滤光片的功能，一举数得。底层材料可于已知用于滤光片的底层及顶层的材料中挑选但不限于此，再者，已知于介电层形成时，亦需要经过平坦化，而于本发明中，恰可利用其CMP平坦化的工艺得到所欲的凹盘结构，因此在工艺上并不会增加繁琐的步骤或多花费的材料，相当便利。0050以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。说明书CN102024829ACN102024843A1/5页9图1图2说明书附图CN102024829ACN102024843A2/5页10图3图4说明书附图CN102024829ACN102024843A3/5页11图5图6说明书附图CN102024829ACN102024843A4/5页12图7图8图9说明书附图CN102024829ACN102024843A5/5页13图10说明书附图CN102024829A。