專利名稱：具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS影像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的CMOS影像傳感器的像元結(jié)構(gòu)及制造方法。
背景技術(shù)：
CMOS影像傳感器由于其與CMOS工藝兼容的特點(diǎn)，從而得到快速發(fā)展。相對(duì)于CXD工藝，其工藝完全與CMOS工藝兼容，其通過(guò)將光敏二極管和CMOS處理電路一起做在硅襯底上，從而在保證性能的基礎(chǔ)上大幅度降低了成本，同時(shí)可以大幅度提高集成度，制造像素更聞的廣品。傳統(tǒng)CMOS影像傳感器是使用正面光照的方法，將光敏二極管和CMOS處理電路一起做在硅襯底上使用同一層次實(shí)現(xiàn)，而芯片互連則制造在CMOS處理電路之上，光敏二極管之上為了光線的通過(guò)而不進(jìn)行互連線的排步。然而，常規(guī)半導(dǎo)體材料的透光性較差，因此需要把光敏二極管上面的介質(zhì)層次全部去除，并填充透光材料，以增強(qiáng)其光吸收。同時(shí)，由于后道互連層次較多，厚度較厚，導(dǎo)致光敏二極管上面介質(zhì)層去除后，形成很深的溝槽，如何實(shí)現(xiàn)平坦化，并完成后續(xù)的彩色濾光層(color-filter)和微透鏡(microlens)等工藝是傳統(tǒng)工藝、產(chǎn)品的技術(shù)難點(diǎn)。同時(shí)，傳統(tǒng)CIS (CMOS影像傳感器)結(jié)構(gòu)是在CMOS工藝完成后，在后續(xù)工藝中利用有機(jī)材料及相關(guān)工藝制造彩色濾光層和微透鏡，利用微透鏡來(lái)匯聚光線，實(shí)現(xiàn)每個(gè)像元對(duì)光信號(hào)的吸收。然而，彩色濾光層上制作的微透鏡是平凸透鏡結(jié)構(gòu)，且限于其材料、結(jié)構(gòu)和工藝等限制，其匯聚光線的能力有限，可能會(huì)有部分光線無(wú)法匯聚到像元之中而損失掉，直接影響CIS芯片的性能；此外，還需要一定的距離才能將光線較好地匯聚在光敏二極管上，而光線在媒質(zhì)中又隨傳輸距離增加而損失增加。因此，如何 提高CIS像元結(jié)構(gòu)匯聚光線的能力，以提高CIS芯片的性能是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)及制造方法。本發(fā)明的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其包括硅襯底上的光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，該光敏元件的上方具有向下凸的下凸透鏡和向上凸的上凸透鏡，該上凸透鏡位于下凸透鏡的上方，并與下凸透鏡組成全凸透鏡。其中，該多層結(jié)構(gòu)包括多晶硅層、接觸孔層、金屬互連層、通孔層和互連介質(zhì)層；該上凸透鏡和下凸透鏡均為透光材料。在一個(gè)應(yīng)用中，該光敏元件上方具有深溝槽，該深溝槽的底部由透光材料填充，該下凸透鏡設(shè)于深溝槽內(nèi)并于透光材料的上方。其中，該填充為半填充，以形成圓弧形凹形表面。
進(jìn)一步地，該下凸透鏡的上表面向上延伸至多層結(jié)構(gòu)頂面或多層結(jié)構(gòu)頂面以上，該上凸透鏡設(shè)于下凸透鏡上表面之上。其中，該多層結(jié)構(gòu)頂面即是深溝槽頂面。進(jìn)一步地，該深溝槽的底面與光敏元件之間還具有介質(zhì)層。也就是說(shuō)，深溝槽并非一通到底的結(jié)構(gòu)，而是可以僅在光敏元件上方介質(zhì)層的頂層或靠近頂面的幾個(gè)層刻蝕出深溝槽，這樣既達(dá)到了設(shè)置下凸透鏡的目的，也省去了部分工藝步驟。進(jìn)一步地，該上凸透鏡和下凸透鏡的中間還具有一層彩色濾光層。當(dāng)然，若上凸透鏡或下凸透鏡本身材質(zhì)具有彩色濾光性能的話，即可省去該彩色濾光層。在另一個(gè)應(yīng)用中，該光敏元件的區(qū)域上方為厚介質(zhì)層，該下凸透鏡設(shè)于該厚介質(zhì)層上方。其中，該“光敏元件的區(qū)域上方”在這里是指光敏元件區(qū)域的正上方，目的是為了排除光敏元件區(qū)域的正上方設(shè)置多晶硅層、接觸孔層、通孔層或金屬互連層的可能；該“厚介質(zhì)層”由并僅由多層結(jié)構(gòu)中的多層互連介質(zhì)層組成，其頂面也即是多層結(jié)構(gòu)的頂面。進(jìn)一步地，該厚介質(zhì)層的上表面之上設(shè)有容納下凸透鏡的容納層，該容納層具有凹槽，該下凸透鏡設(shè)于該凹槽內(nèi)。進(jìn)一步地，該凹槽底部由透光材料填充，該下凸透鏡設(shè)于該透光材料的上方。其中，該填充為半填充，以形成圓弧形凹形面。進(jìn)一步地，該上凸透鏡位于下凸透鏡的上表面之上，并與下凸透鏡為一體。

進(jìn)一步地，該厚介質(zhì)層與容納層的中間還具有一層彩色濾光層。當(dāng)然，若上凸透鏡或下凸透鏡本身材質(zhì)具有彩色濾光性能的話，即可省去該彩色濾光層。進(jìn)一步地，該容納層為透光材料。進(jìn)一步地，該凹槽面積大于光敏元件區(qū)域的面積。如此設(shè)置，以便于吸收更多的光線至光敏元件。進(jìn)一步地，該光敏元件是光敏二極管。本發(fā)明具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的一個(gè)制造方法包括以下步驟
步驟S101，在硅襯底上排布光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，通過(guò)深溝槽刻蝕工藝去除光敏元件上方的介質(zhì)層，以形成深溝槽；
步驟S102，利用第一透光材料對(duì)該深溝槽進(jìn)行一次或多次填充，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)；
步驟S103，使用光刻板對(duì)該第一透光材料進(jìn)行曝光顯影，去除深溝槽外圍的第一透光材料；
步驟S104，利用第二透光材料對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，形成下凸透鏡，并實(shí)現(xiàn)表面平坦化；
步驟S105，在平坦化的表面之上制備上凸透鏡，形成全凸透鏡結(jié)構(gòu)。其中，本發(fā)明的方法是在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝器件、互連層次以及PAD (焊盤)鈍化層次完成后再進(jìn)行的。其中，步驟SlOl中深溝槽刻蝕工藝去除介質(zhì)層后停留在柵極氧化層(如SiO2)上面。具體地，去除的介質(zhì)層包括柵極氧化層之上的金屬前介質(zhì)層(如Si02)、互連介質(zhì)層(如SiO2)及鈍化介質(zhì)層(如SiO2),則步驟SlOl包括依次去除金屬前介質(zhì)中接觸孔刻蝕阻擋層(如SiN或SiON)之上的互連層介質(zhì)，以及去除金屬前介質(zhì)中接觸孔刻蝕阻擋層，最終停留在柵極氧化層之上。本步驟工藝?yán)玫氖荢iO2對(duì)SiN的高刻蝕選擇比以及SiN對(duì)SiO2的高刻蝕選擇比。進(jìn)一步地，步驟S102中的第一透光材料為負(fù)性透光光敏材料。具體地，該負(fù)性透光光敏材料的主要成分是透明樹(shù)脂，具體地是由C、H、0組成的有機(jī)大分子鏈結(jié)構(gòu)，并含有光敏成分，如聚異戊二烯、線性酚醛樹(shù)脂的酚醛甲醛、重氮萘醌(DNQ)等等。其中，步驟S103使用與深溝槽刻蝕工藝同一張光刻板進(jìn)行曝光顯影，實(shí)現(xiàn)成本的控制，也不會(huì)帶來(lái)由于光刻板自身誤差帶來(lái)的影響，故而可以達(dá)到更好的光刻效果。其中，步驟S103通過(guò)曝光工藝，利用透光光敏材料的負(fù)性效果，使深溝槽外圍及深溝槽內(nèi)邊緣的第一透光材料都被曝光并被顯影去除，且步驟S103可以包括在每次用第一透光材料對(duì)深溝槽填充之后，都使用光刻板對(duì)該第一填充材料進(jìn)行曝光顯影，去除深溝槽外圍的第一透光材料。其中，步驟S102和S103的多次填充和光刻是為了適用于溝槽較深的情況，其次數(shù)只要保證深溝槽內(nèi)可以形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)即可，以便于后續(xù)的平坦化步驟。進(jìn)一步地，步驟S104中的第二透光材料為負(fù)性透光非光敏材料，如合成環(huán)化橡膠樹(shù)脂和雙芳化基類光敏材料，其在無(wú)光照時(shí)，可以溶解于顯影液中，光照后，該材料發(fā)生膠聯(lián)，不再溶解于顯影液中，且該第二透光材料的折射率高于第一透光材料。進(jìn)一步地,步驟S104中的第一透光材料也可以是正性透光光敏材料,步驟S104包括先于下凸透鏡的上表面之上制備彩色濾光層，再在其上制備上凸透鏡。進(jìn)一步地，步驟S104中的第一透光材料為彩色濾光材料。本發(fā)明具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的另一個(gè)制造方法包括以下步驟
步驟S201，在硅襯底上排布光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，通過(guò)深溝槽刻蝕工藝去除光敏元件上方的介質(zhì)層，以形成深溝槽；
步驟S202，在多層結(jié)構(gòu)及深溝槽上沉積一層介電層，并去除深溝槽底部的介電層；
步驟S203,利用SOG工藝(spin on glass coating,旋轉(zhuǎn)涂布玻璃)在深溝槽底部填充第一透光材料，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)，去除深溝槽外圍的第一透光材料；
步驟S204，利用第二透光材料對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，形成下凸透鏡，并實(shí)現(xiàn)表面平坦化；
步驟S205，在平坦化的表面之上制備上凸透鏡，形成全凸透鏡結(jié)構(gòu)。其中，本發(fā)明的方法是在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝器件、互連層次以及PAD (焊盤)鈍化層次完成后再進(jìn)行的。進(jìn)一步地，步驟S201中去除的是部分介質(zhì)層，并保留部分深溝槽底部至光敏元件之間的介質(zhì)層。進(jìn)一步地，步驟S202中的介電層是SiN，沉積工藝包括CVD、PVD等。進(jìn)一步地，步驟S204中的填充利用的是CVD或PVD沉積工藝。進(jìn)一步地，步驟S204的平坦化工藝是CMP化學(xué)機(jī)械研磨工藝，該介電層作為阻擋層，如SiN。進(jìn)一步地，步驟S205包括先于下凸透鏡的上表面之上制備彩色濾光層， 再在其上制備上凸透鏡。
其中，第一透光材料與第二透光材料的材質(zhì)在上述第一個(gè)制造方法中已有記載，故不再贅述。本發(fā)明具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的又一個(gè)制造方法包括以下步驟
步驟S301，在硅襯底上排布光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，在多層結(jié)構(gòu)表面涂覆第一透光材料，刻蝕該第一透光材料以形成凹槽，實(shí)現(xiàn)容納層；
步驟S302，該凹槽底部填充第二透光材料，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)，去除凹槽外圍的第二透光材料；
步驟S303，利用第三透光材料對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，并涂覆蓋沒(méi)容納層，刻蝕去除凹槽區(qū)域以外的第三透光材料；
步驟S304，加熱并使第三透光材料熔融，利用其表面張力以形成上凸透鏡，實(shí)現(xiàn)全凸透鏡結(jié)構(gòu)。其中，本發(fā)明的方法是在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝器件、互連層次以及PAD (焊盤)鈍化層次完成后再進(jìn)行的。多層結(jié)構(gòu)的表面即是硅片表面。其中，第一透光材料至第三透光材料的材質(zhì)在上述第一個(gè)制造方法中已有記載，故不再贅述；該第三透光材料可以是常規(guī)微透鏡材質(zhì)。進(jìn)一步地，步驟S303包括利用第三透光材料對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，形成下凸透鏡，并實(shí)現(xiàn)表面平坦化；在第三透光材料上涂覆第四透光材料，并刻蝕去除下凸透鏡區(qū)域以外的第四透光材料，步驟S304為加熱并使第四透光材料熔融，利用其表面張力以形成上凸透鏡，實(shí)現(xiàn)全凸透鏡結(jié)構(gòu)。其中，該第三透光材料與第四透光材料是不同材質(zhì)，且第三透光材料的熔融溫度高于第四透光材料的熔融溫度。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用上凸透鏡和下凸透鏡兩個(gè)平凸微透鏡共同形成聚光能力更強(qiáng)的全凸透鏡，從而能在更短的距離內(nèi)將入射光線會(huì)聚在光敏元件上，極大地簡(jiǎn)化了工藝，減少了光線的損失，提高了像元的靈敏度，提升了 CIS芯片的性能和可靠性，并大幅度降低芯片成本。


為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中
圖1a至1g是本發(fā)明第一實(shí)施例像元結(jié)構(gòu)制造方法每個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例像元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例像元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意 圖4a至4e是本發(fā)明第四實(shí)施例像元結(jié)構(gòu)制造方法每個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)示意 圖5a至5f是本發(fā)明第五實(shí)施例像元結(jié)構(gòu)制造方法每個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例
請(qǐng)參閱圖1a至1g,本實(shí)施例的具體步驟包括
步驟S101，如圖la，在硅襯底上排布光敏二極管和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，制備待處理硅片，包括在硅襯底1上設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝器件、接觸孔層2、銅互連線層3以及PAD鈍化層4等。步驟S102，圖lb，使用光刻板5，利用深溝槽刻蝕工藝對(duì)硅襯底上光敏二極管(未圖示)上方的介質(zhì)層全部去除，形成深溝槽。步驟S103，圖lc，利用含有聚異戊二烯的負(fù)性透光光敏材料6對(duì)深溝槽進(jìn)行第一次填充，形成凹形的半填充結(jié)構(gòu)。步驟S104，圖ld，使用與深溝槽刻蝕工藝同一張光刻板進(jìn)行曝光顯影，去除深溝槽外圍的透光光敏材料。步驟S105，圖le，利用折射率高于上述負(fù)性透光光敏材料的含合成環(huán)化橡膠樹(shù)脂負(fù)性透光非光敏材料7，對(duì)第一次填充和曝光顯影后形成的凹形凹槽進(jìn)行第二次填充，形成下凸透鏡，實(shí)現(xiàn)硅片表面平坦化。步驟S106，圖1f，在平坦化后的硅片表面制作第一彩色濾光層8。步驟S107，圖lg，在該彩色濾光層上制作標(biāo)準(zhǔn)的第一微透鏡92，形成上凸透鏡。最終制備得到的像元結(jié)構(gòu)中，光敏二極管的上方具有向下凸的下凸透鏡和向上凸的上凸透鏡，上凸透鏡位于下凸透鏡的上方，并與下凸透鏡組成全凸透鏡。第二實(shí)施例 圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例示意圖，與第一實(shí)施例不同的是，第二實(shí)施例中第一次填充的材料是第一彩色濾光材料61，而后直接在平坦化的硅片表面上制作標(biāo)準(zhǔn)的第一微透鏡92。第一彩色濾光材料61形成下凸透鏡，第一微透鏡92形成上凸透鏡，共同形成全凸透鏡，并省去了制備彩色濾光層的步驟。第三實(shí)施例
請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)施例中，第三深溝槽31并非一通到底的結(jié)構(gòu)，而是其底面與光敏元件之間還具有介質(zhì)層，僅在光敏元件上方介質(zhì)層的頂層或靠近頂面的幾個(gè)層刻蝕出深溝槽。本實(shí)施例采用了與CMOS更為兼容的工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)全凸透鏡，具體地如下
步驟S201，在硅襯底上排布光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，通過(guò)深溝槽刻
蝕工藝去除光敏元件上方的介質(zhì)層，以形成第三深溝槽31 ；
步驟S202，在多層結(jié)構(gòu)及第三深溝槽31上利用CVD工藝沉積一層介電層32 (SiN)，可作為阻擋層，并去除第三深溝槽31底部的介電層32 ；
步驟S203，利用SOG工藝在第三深溝槽31底部填充第三透光材料A 33，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)，去除第三深溝槽31外圍的第三透光材料A ;
步驟S204，利用CVD工藝將高折射率的第三透光材料B 34對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，形成下凸透鏡，CMP處理表面平坦化，以介電層32作為阻擋層；
步驟S205，在下凸透鏡的上表面上制備第三彩色濾光層35，并在其上制備第三微透鏡36，形成全凸透鏡結(jié)構(gòu)。第四實(shí)施例
請(qǐng)參閱圖4a至4e，本實(shí)施例中，光敏元件的上方是由多層結(jié)構(gòu)中的多層互連介質(zhì)層所組成，即光敏元件上方的多層結(jié)構(gòu)不刻蝕出深溝槽，全凸透鏡制備于多層結(jié)構(gòu)上表面之上。具體制造方法如下
步驟S301,如圖4a,娃襯底上排布光敏兀件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu),在多層結(jié)構(gòu)表面依次涂覆第四彩色濾光層41和第四透光材料A 42，刻蝕該第四透光材料A 42以形成第一凹槽43，實(shí)現(xiàn)容納層，其中，第一凹槽43面積大于光敏元件區(qū)域的面積，如圖4b ；步驟S302，該第一凹槽43底部填充第四透光材料B 44，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)，去除第一凹槽外圍的第四透光材料B，如圖4b ；
步驟S303，利用第四透光材料C 45對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，并涂覆蓋沒(méi)容納層，刻蝕去除第一凹槽區(qū)域以外的第四透光材料C，如圖4c和4d ；
步驟S304，加熱并使第四透光材料C 45熔融，利用其表面張力以形成上凸透鏡，實(shí)現(xiàn)全凸透鏡結(jié)構(gòu)，如圖4e。 第五實(shí)施例
請(qǐng)參閱5a至5f，本實(shí)施例與第四實(shí)施例不同的是，本實(shí)施例的上凸透鏡和下凸透鏡采用的是不同的材質(zhì)，因此，其不同的制造方法包括
步驟S401,如圖5a,娃襯底上排布光敏兀件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu),在多層結(jié)構(gòu)表面依次涂覆第五彩色濾光層51和第五透光材料A 52,刻蝕該第五透光材料A 52以形成第二凹槽53，實(shí)現(xiàn)容納層，其中，第二凹槽53面積大于光敏元件區(qū)域的面積，如圖5b ；步驟S402，該第二凹槽43底部填充第五透光材料B 54，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)，去除第二凹槽外圍的第五透光材料B，如圖5b ；
步驟S403，利用第五透光材料C 55對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，并涂覆蓋沒(méi)容納層，形成下凸透鏡，平坦化處理，如圖5c ；
步驟S404，如圖5d，在第五透光材料C 55上涂覆第五透光材料D 56，并刻蝕去除下凸透鏡區(qū)域以外的第五 透光材料D 56，其中，第五透光材料C 55與第五透光材料D 56是不同材質(zhì)，且第五透光材料C 55的熔融溫度高于第五透光材料D 56;
步驟S405，加熱并使第五透光材料D 56熔融，利用其表面張力以形成上凸透鏡，實(shí)現(xiàn)全凸透鏡結(jié)構(gòu)，如圖5f。
權(quán)利要求
1.一種具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于其包括硅襯底上的光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，該光敏元件的上方具有向下凸的下凸透鏡和向上凸的上凸透鏡，該上凸透鏡位于下凸透鏡的上方，并與下凸透鏡組成全凸透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該光敏元件上方具有深溝槽，該深溝槽的底部由透光材料填充，該下凸透鏡設(shè)于深溝槽內(nèi)并于透光材料的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該下凸透鏡的上表面向上延伸至多層結(jié)構(gòu)頂面或多層結(jié)構(gòu)頂面以上，該上凸透鏡設(shè)于下凸透鏡上表面之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該深溝槽的底面與光敏元件之間還具有介質(zhì)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該上凸透鏡和下凸透鏡的中間還具有一層彩色濾光層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該光敏元件的區(qū)域上方為厚介質(zhì)層，該下凸透鏡設(shè)于該厚介質(zhì)層上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該厚介質(zhì)層的上表面之上設(shè)有容納下凸透鏡的容納層，該容納層具有凹槽，該下凸透鏡設(shè)于該凹槽內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該凹槽底部由透光材料填充，該下凸透鏡設(shè)于該透光材料的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該上凸透鏡位于下凸透鏡的上表面之上，并與下凸透鏡為一體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該厚介質(zhì)層與容納層的中間還具有一層彩色濾光層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該容納層為透光材料，該凹槽面積大于光敏元件區(qū)域的面積。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)，其特征在于該光敏元件是光敏二極管。
13.—種權(quán)利要求2所述具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟S101，在硅襯底上排布光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，通過(guò)深溝槽刻蝕工藝去除光敏元件上方的介質(zhì)層，以形成深溝槽； 步驟S102，利用第一透光材料對(duì)該深溝槽進(jìn)行一次或多次填充，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)； 步驟S103，使用光刻板對(duì)該第一透光材料進(jìn)行曝光顯影，去除深溝槽外圍的第一透光材料； 步驟S104，利用第二透光材料對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，形成下凸透鏡，并實(shí)現(xiàn)表面平坦化； 步驟S105，在平坦化的表面之上制備上凸透鏡，形成全凸透鏡結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于步驟S104中的第二透光材料為負(fù)性透光非光敏材料，且該第二透光材料的折射率高于第一透光材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于步驟S104中的第一透光材料是正性透光光敏材料，步驟S104包括先于下凸透鏡的上表面之上制備彩色濾光層，再在其上制備上凸透鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于步驟S104中的第一透光材料為彩色濾光材料。
17.—種權(quán)利要求4所述具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟S201，在硅襯底上排布光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，通過(guò)深溝槽刻蝕工藝去除光敏元件上方的介質(zhì)層，以形成深溝槽； 步驟S202，在多層結(jié)構(gòu)及深溝槽上沉積一層介電層，并去除深溝槽底部的介電層； 步驟S203，利用SOG工藝在深溝槽底部填充第一透光材料，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)，去除深溝槽外圍的第一透光材料； 步驟S204，利用第二透光材料對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，形成下凸透鏡，并實(shí)現(xiàn)表面平坦化； 步驟S205，在平坦化的表面之上制備上凸透鏡，形成全凸透鏡結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于步驟S202中的介電層是SiN，沉積工藝包括CVD或PVD ;步驟S204的填充工藝CVD或PVD。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于步驟S204的平坦化工藝是CMP化學(xué)機(jī)械研磨工藝，該介電層作為阻擋層。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于步驟S205包括先于下凸透鏡的上表面之上制備彩色濾光層，再在其上制備上凸透鏡。
21.一種權(quán)利要求7所述具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟S301，在硅襯底上排布光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，在多層結(jié)構(gòu)表面涂覆第一透光材料，刻蝕該第一透光材料以形成凹槽，實(shí)現(xiàn)容納層； 步驟S302，該凹槽底部填充第二透光材料，形成具有圓弧形凹形表面的半填充結(jié)構(gòu)，去除凹槽外圍的第二透光材料； 步驟S303，利用第三透光材料對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，并涂覆蓋沒(méi)容納層，刻蝕去除凹槽區(qū)域以外的第三透光材料； 步驟S304，加熱并使第三透光材料熔融，利用其表面張力以形成上凸透鏡，實(shí)現(xiàn)全凸透鏡結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于步驟S303包括利用第三透光材料對(duì)凹形半填充結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，形成下凸透鏡，并實(shí)現(xiàn)表面平坦化；在第三透光材料上涂覆第四透光材料，并刻蝕去除下凸透鏡區(qū)域以外的第四透光材料；步驟S304為加熱并使第四透光材料熔融，利用其表面張力以形成上凸透鏡，實(shí)現(xiàn)全凸透鏡結(jié)構(gòu)，其中，該第三透光材料與第四透光材料是不同材質(zhì)，且第三透光材料的熔融溫度高于第四透光材料的熔融溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種本發(fā)明的具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)及制造方法，該像元結(jié)構(gòu)包括硅襯底上的光敏元件和用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS器件的多層結(jié)構(gòu)，該光敏元件的上方具有向下凸的下凸透鏡和向上凸的上凸透鏡，該上凸透鏡位于下凸透鏡的上方，并與下凸透鏡組成全凸透鏡。本發(fā)明可以有效降低光損失，提高像元的靈敏度，提升芯片的性能和可靠性，并大幅度降低芯片成本。
文檔編號(hào)H01L27/146GK103066090SQ20121057563
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者趙宇航, 康曉旭 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司