CN110544700A - 一种集成于图像传感器中的微透镜阵列及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，包括如下步骤：S01：在衬底上表面形成挡光板；S02：在挡光板和衬底的上表面覆盖M层平坦层，控制平坦层的层数，使得位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角为(0°，30°]；M为大于0的正整数；S03：在平坦层上沉积刻蚀层；S04：在刻蚀层中光刻出微透镜阵列，且所述微透镜阵列位于挡光板之间。本发明提供的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列及其制备方法，能够有效避免微透镜融着现象，提高图像传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及微透镜领域，具体涉及一种集成于图像传感器中的微透镜阵列及其制备方法。
背景技术
微透镜阵列是一系列口径在几个微米到几百个毫米的微小型透镜按一定排列组成的阵列，被广泛地应用于光学信息处理、光束整形、光学器件互连、三维成像等领域。
高灵敏度和高分辨率成像探测***通常要求图像传感器的响应率和探测率高，噪声低，像元数大，像元尺寸小和填充系数大。由于材料制备和工艺制作上的困难，这些要求一般很难同时实现，例如空间分辨率的提高可以采取缩小像元尺寸，增大阵列规模来实现，但像元尺寸的减小将导致光电信号减弱，信噪比特性恶劣，这对于低填充系数的图像传感器阵列更为不利，微透镜阵列技术的发展为这些困难的解决提供了一条简捷而高效的途径。
现有技术中在图像传感器中集成微透镜阵列时，常用的方法是在衬底上先制备出挡光板，再在挡光板和衬底上全局覆盖平坦层(Flat Layer FL平坦层)，最后在平坦层上沉积刻蚀层，通过对刻蚀层进行光刻得到微透镜阵列。值得说明的是，如附图1所示在上述步骤中，平坦层3是全局覆盖，即同时覆盖在挡光板2和衬底1上，由于挡光板2具有一定的高度，位于挡光板2周围的平坦层3并不是平坦的，而是与衬底具有一定的夹角，该夹角一般为70-80°；平坦层上的夹角使得沉积在平坦层上的刻蚀层也具有对应的夹角，同时由于挡光板之间的刻蚀层需要被刻蚀成微透镜，尤其对于不平坦区域，在刻蚀过程中造成微透镜光刻角度差异，从而形成微透镜融着现象，如附图1所示；即位于不平坦区域的微透镜连接在一起，使得微透镜形貌异常，影响图像传感器的灵敏度。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成于图像传感器中的微透镜阵列及其制备方法，能够有效避免微透镜融着现象，提高图像传感器的灵敏度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，包括如下步骤：
S01：在衬底上表面形成挡光板；
S02：在挡光板和衬底的上表面覆盖M层平坦层，控制平坦层的层数，使得位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角为(0°，30°]；M为大于0的正整数；
S03：在平坦层上沉积刻蚀层；
S04：在刻蚀层中光刻出微透镜阵列，且所述微透镜阵列位于挡光板之间。
进一步地，所述挡光板为金属挡光板。
进一步地，所述平坦层为胶状液态，且在步骤S03沉积刻蚀层之前，使得M层平坦层固化。
进一步地，所述平坦层的材料包括聚环烯烃聚合物。
进一步地，所述刻蚀层的材料包括聚酰亚胺。
进一步地，所述衬底为硅衬底。
进一步地，所述M层平坦层的平均厚度均相等。
进一步地，所述平坦层的平均厚度为0.5微米。
进一步地，所述刻蚀层的厚度为1.3微米-1.5微米。
进一步地，所述步骤S02和S03之间还包括：进行光学仿真，确定微透镜和刻蚀层的厚度。
一种集成于图像传感器中的微透镜阵列，包括衬底、挡光板、M层平坦层和微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列包括N个微透镜，所述挡光板位于衬底上方，所述M层平坦层覆盖在挡光板和衬底上，且位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角为(0°，30°]，所述微透镜阵列位于平坦层上方，且位于挡光板之间；M和N均为大于0的整数。
本发明的有益效果为：在挡光板和衬底上多次覆盖平坦层，直至位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角小于等于30°，之后再进行刻蚀层的沉积和光刻；本发明制备方法简单，能够有效避免微透镜的融着现象。
附图说明
附图1为现有技术中融着示意图。
附图2为本发明中覆盖平坦层之后的示意图。
附图3为本发明中形成的微透镜阵列。
图中：1衬底，2挡光板，3平坦层，4微透镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提供的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，包括如下步骤：
S01：请参阅附图1，在衬底1上制备挡光板2。其中，衬底可以为硅衬底，挡光板可以为金属挡光板，在图像传感器中，微透镜阵列形成在有效像素区域，在有效像素区域以外还包括部分电路，微透镜阵列与***电路之间需要设置挡光板，挡光板设置在微透镜阵列的周边，用于防止入射光在入射至有效像素区域中微透镜阵列的时候，进入***电路，避免产生干扰信号。
其中，需要预先在衬底中定义出微透镜阵列的位置，其次，在微透镜阵列的***来形成挡光板。
S02：请继续参阅附图2，在挡光板2和衬底1的上表面覆盖M层平坦层3，控制平坦层的层数，使得位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角为(0°，30°]；M为大于0的正整数。
由于位于衬底上方的挡光板2高于衬底表面，而平坦层3作为整层涂层，需要同时覆盖在衬底和挡光板上，由于平坦层属于胶状液态涂布，具有一定韧性，在挡光板的边缘位置不会断裂；可以在挡光板边缘形成坡度。若该坡度较大，就会在后续的刻蚀过程中出现微透镜融着现象。本发明通过控制覆盖在衬底上的平坦层的层数，来缓解该坡度。具体的，如附图2所示，可以在挡光板2和衬底1上覆盖多层平坦层3，且覆盖的层数与挡光板的高度有关，直至使得位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角为(0°，30°]。具体每一层平坦层的形成过程为：将固定体积的胶状液态平坦层均匀涂覆在衬底和挡光板上，并多次重复上述涂覆过程，直至形成多层平坦层；且在形成多层平坦层之后，在高温下使得胶状液态的平坦层固化。结合附图2可以看出，随着平坦层的层数增加，该角度越来越小，可以将该角度限定在(0°，30°]范围内，用于消除潜在的融着风险。值得注意的是，随着平坦层层数的增加，最上方平坦层与衬底的夹角会一直存在，因为每增加一层平坦层，挡光板上表面和衬底上表面上平坦层的厚度都会增加，同时，由于平坦层为胶状液态，具有一定的流淌性，在逐层覆盖的过程中，平坦层在挡光板两侧有高度差的地方并不是均匀一致的，从而使得平坦层周边最上方平坦层与衬底的夹角逐渐减小。通常情况下，单层平坦层的平均厚度为0.5微米，堆积之后的平坦层厚度达到1.2微米-1.8微米即可满足要求，本发明中平坦层的厚度为微米级，且在挡光板附近的偏差较小，可近似将平坦层的平均厚度表述为位于衬底上的平坦层的厚度。
本发明中平坦层可以采用聚环烯烃聚合物，或者其他低密度的有机材料，单层平坦层的厚度受到其制备工艺和材料的影响，通常厚度为0.5微米，本发明中优选地多层平坦层均为相同厚度，最终形成的平坦层厚度需要根据挡光板的高度具体决定，一般为1.2微米-1.8微米；只需达到缓解坡度的效果即可。
S03：在平坦层上沉积刻蚀层。具体的刻蚀层可以为聚酰亚胺或者其他能够制备微透镜的有机材料。刻蚀层经过光刻之后可以形成微透镜，刻蚀层的厚度以及材质需要根据微透镜的具体性能来决定，通常，刻蚀层的厚度为1.3微米-1.5微米。
在沉积刻蚀层之前，需要进行光学仿真，从而确定微透镜和刻蚀层的厚度，通常情况下，微透镜的厚度等于刻蚀层的厚度。
S04：在刻蚀层中光刻出微透镜阵列，且微透镜阵列位于挡光板之间。
经过上述方法制备的微透镜阵列，可以大大改善微透镜阵列中融着问题，融着不良率由55％降至3％以下。
采用上述方法制备的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列，包括衬底、挡光板、M层平坦层和微透镜阵列，其中，微透镜阵列包括N个微透镜，挡光板位于衬底上方，M层平坦层覆盖在挡光板和衬底上，且位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角为(0°，30°]，微透镜阵列位于平坦层上方，且位于挡光板之间；M和N均为大于0的整数。
本发明方案尤其适用于黑白图像采集，在黑白图像传感器中，通常只使用一层平坦层，这是因为平坦层的厚度会影响微透镜的整体厚度(不同高度的微透镜对应不同厚度的平坦层)，从而影响光学聚焦点位置，因此现有技术中是希望平坦层的厚度越薄越好，起到衬底和刻蚀层之间的隔离作用即可。本发明中采用多层平坦层减缓平坦层与衬底的夹角之后，还对整体微透镜重新进行光学仿真，重新确定微透镜的高度，通过控制刻蚀层的沉积厚度，将现有技术中微透镜高度从1.8微米降低至1.5微米，保证了图像传感器的整体性能，还能减少刻蚀层的用量。
本发明在挡光板和衬底上多次覆盖平坦层，直至位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角小于等于30°，之后再进行刻蚀层的沉积和光刻；本发明制备方法简单，能够有效避免微透镜的融着现象。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，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所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：在衬底上表面形成挡光板；
S02：在挡光板和衬底的上表面覆盖M层平坦层，控制平坦层的层数，使得位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角为(0°，30°]；M为大于0的正整数；
S03：在平坦层上沉积刻蚀层；
S04：在刻蚀层中光刻出微透镜阵列，且所述微透镜阵列位于挡光板之间。
2.根据权利要求1所述的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述挡光板为金属挡光板。
3.根据权利要求1所述的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述平坦层为胶状液态，且在步骤S03沉积刻蚀层之前，使得M层平坦层固化。
4.根据权利要求3所述的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述平坦层的材料包括聚环烯烃聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述刻蚀层的材料包括聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述M层平坦层的平均厚度均相等。
7.根据权利要求6所述的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述平坦层的平均厚度为0.5微米。
8.根据权利要求1所述的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述刻蚀层的厚度为1.3微米-1.5微米。
9.根据权利要求1所述的一种集成于图像传感器中的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤S02和S03之间还包括：进行光学仿真，确定微透镜和刻蚀层的厚度。
10.一种集成于图像传感器中的微透镜阵列，其特征在于，包括衬底、挡光板、M层平坦层和微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列包括N个微透镜，所述挡光板位于衬底上方，所述M层平坦层覆盖在挡光板和衬底上，且位于挡光板边缘的最上方平坦层与衬底的夹角为(0°，30°]，所述微透镜阵列位于平坦层上方，且位于挡光板之间；M和N均为大于0的整数。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111965741A (zh) * | 2020-10-22 | 2020-11-20 | 晶芯成(北京)科技有限公司 | 微透镜阵列的形成方法 |
| CN111968996A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-20 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1797778A (zh) * | 2004-12-30 | 2006-07-05 | 东部亚南半导体株式会社 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN101127323A (zh) * | 2006-08-15 | 2008-02-20 | 联华电子股份有限公司 | 图像感测元件及其制法 |
| CN103646953A (zh) * | 2009-12-25 | 2014-03-19 | 索尼公司 | 半导体器件、半导体器件制造方法及电子装置 |
| US20180114807A1 (en) * | 2015-03-25 | 2018-04-26 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
-
2019
- 2019-08-19 CN CN201910766432.6A patent/CN110544700B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1797778A (zh) * | 2004-12-30 | 2006-07-05 | 东部亚南半导体株式会社 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN101127323A (zh) * | 2006-08-15 | 2008-02-20 | 联华电子股份有限公司 | 图像感测元件及其制法 |
| CN103646953A (zh) * | 2009-12-25 | 2014-03-19 | 索尼公司 | 半导体器件、半导体器件制造方法及电子装置 |
| US20180114807A1 (en) * | 2015-03-25 | 2018-04-26 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111968996A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-20 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种改善微透镜工艺中拉线异常的方法 |
| CN111965741A (zh) * | 2020-10-22 | 2020-11-20 | 晶芯成(北京)科技有限公司 | 微透镜阵列的形成方法 |
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|---|---|
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