專利名稱：微透鏡結構及其形成方法
技術領域：
本發明涉及微透鏡結構，尤其涉及在微透鏡組件上具有多層折射膜的微透鏡結構以及形成多層折射膜的方法。
背景技術：
在圖像感測組件中，微透鏡結構通常設置在圖像感測芯片上，傳統的微透鏡結構具有微透鏡組件，并且在微透鏡組件上只形成單層且僅具有一種折射率的氧化硅層。傳統的制造方法經由在微透鏡組件上涂布液態氧化物材料，然后對液態氧化物材料進行硬烘烤工藝，借此在微透鏡組件上形成氧化硅層。然而，經由此傳統的制造方法所形成的氧化硅層的階梯覆蓋率較差，約小于60%，因此經由傳統的方法所形成的氧化硅層容易從微透鏡組件上脫層。另一種傳統的制造方法經由等離子體增強型化學氣相沉積(plasma enhancedchemical vapor deposition ;PECVD)工藝在微透鏡組件上形成氧化娃層，其使用的工藝溫度高于20(TC,射頻(radio frequency ；RF)功率高于300瓦(watt),并且需在富含氧氣(O2)的環境下進行，氧氣(O2)的流量為2000立方公分每分鐘(standard cubic centimeter perminute ;sccm)，此傳統的PECVD工藝所使用的氣體源為硅烷(silane ；SiH4)和N2O,或者氣體源為四乙氧基娃燒(tetraethyl orthosilicate ;TE0S)和02。然而,在傳統的PECVD工藝中所使用的高工藝溫度、高射頻功率以及富含氧氣的環境會對微透鏡組件底下的有機材料層造成損傷。此外，使用氣體源為SiH4和N2O的傳統PECVD工藝所形成的氧化硅層的階梯覆蓋率較差，約小于70%;而使用氣體源為TEOS和O2的傳統PECVD工藝所形成的氧化硅層的階梯覆蓋率不佳，約小于80%。因此，此傳統的制造方法所形成的氧化硅層也容易從微透鏡組件上脫層。另外，在傳統的微透鏡結構中，微透鏡組件上的氧化硅層只具有一種折射率，因此無法大幅地提升圖像感測組件的靈敏度。此外，無法對單層結構的氧化硅層的應力進行調整，因此無法得到最佳的應力效能，進而使得傳統的微透鏡結構無法具有較大的工藝容許度(process window)。因此，業界急需可以克服上述問題的微透鏡結構以及微透鏡結構的形成方法。
發明內容
為了克服現有技術的缺陷，在本發明的一實施例中，提供微透鏡結構。此微透鏡結構包括:微透鏡組件，具有第一折射率；第一薄膜設置在微透鏡組件上，第一薄膜具有小于第一折射率的第二折射率；以及第二薄膜設置在第一薄膜上，第二薄膜具有小于第二折射率且大于空氣折射率的第三折射率。在本發明的一實施例中，提供微透鏡結構的形成方法。此微透鏡結構的形成方法包括:形成微透鏡組件，其具有第一折射率；在微透鏡組件上沉積第一薄膜，其中第一薄膜具有小于第一折射率的第二折射率；以及在第一薄膜上沉積第二薄膜，其中第二薄膜具有小于第二折射率且大于空氣折射率的第三折射率。本發明在微透鏡組件上的多層結構的薄膜可以增加圖像傳感器的光通量，進而提升圖像傳感器的靈敏度。另外，每一層薄膜的應力可以通過不同厚度加以調整，還可以通過使用不同材料、不同沉積方法或不同工藝條件的沉積工藝加以調整多層結構薄膜的每一層薄膜的應力。因此，可以得到最佳總效能的多層結構的薄膜，從而得到較大的工藝容許度。為了讓本發明的上述目的、特征、及優點能更明顯易懂，以下配合附圖，作詳細說明如下。
圖1顯示依據本發明的一實施例，微透鏡結構設置在圖像傳感器上的局部剖面示意圖；圖2顯示依據本發明的一實施例，圖1的微透鏡結構的一部分M的放大剖面示意圖；圖3顯示依據本發明的另一實施例，微透鏡結構的一部分的放大剖面示意圖。其中，附圖標記說明如下:10 圖像傳感器；12 接合墊；14 彩色濾光片；16 間隙物；18 微透鏡結構；20 微透鏡組件；22 第一薄膜；24 第二薄膜；26 第三薄膜；28 第三薄膜上的多層薄膜；28’ 最外層的薄膜；M 微透鏡結構的一部分；NI 第一折射率；N2 第二折射率；N3 第三折射率；N4 第四折射率；N5 第三薄膜上的薄膜的折射率；Nn 最外層薄膜的折射率；N* 空氣的折射率。
具體實施例方式本發明的一實施例提供微透鏡結構，其可設置在圖像傳感器上，以增加圖像傳感器的光通量，使得圖像傳感器的靈敏度，亦即信號對噪聲比可以提升至少3% -6%。參閱圖1，其顯示依據本發明的一實施例，微透鏡結構18設置在圖像傳感器10上的局部剖面示意圖。此外，如圖1所示，在圖像傳感器10與微透鏡結構18之間還具有彩色濾光片14以及間隙物(spacer) 16，其中微透鏡結構18設置在間隙物16上，圖像傳感器10還具有暴露出來的接合墊12，通過接合墊12與外部電路(未示出)進行電性連接。參閱圖2，其顯示依據本發明的一實施例，圖1的微透鏡結構18的一部分M的放大剖面示意圖。微透鏡結構18包含微透鏡組件20，微透鏡組件20具有第一折射率NI，在一實施例中，第一折射率NI約為1.55。微透鏡組件20是由多個微透鏡單元組成，并且這些微透鏡單元以數組方式排列。在一實施例中，微透鏡組件20的厚度tl約為0.35μπι至L O μ m0微透鏡結構18還包含設置在微透鏡組件20上的第一薄膜22，以及設置在第一薄膜22上的第二薄膜24。第一薄膜22具有小于第一折射率NI的第二折射率N2，第二薄膜24具有小于第二折射率N2且大于空氣折射率N*的第三折射率N3，亦即NI (約1.55) > N2> N3 > N*( = 1.0)。在一實施例中，微透鏡組件20的第一折射率NI約為1.55 ;第一薄膜22的第二折射率N2約為1.45 ;第二薄膜24的第三折射率N3約為1.40 ;并且空氣的折射率為1.0。第一薄膜22可以是SiO2薄膜，第二薄膜24可以是鉆石多孔膜(diamond porousfilm)、非有機膜或者由其它材料所形成的薄膜，其折射率介于N2與鄰接第二薄膜24的另一薄膜的折射率之間。在一實施例中，第一薄膜22的厚度t2至少約為500人，且第二薄膜24的厚度t3也至少約為500人，第一薄膜22和第二薄膜24的總厚度約為0.1 μ m至0.2 μ m。在一實施例中，第一薄膜22可以是SiO2薄膜，其經由等離子體增強型化學氣相沉積工藝進行兩次而形成，通過在微透鏡組件20上形成初始膜(initial film)(未示出)，并且在初始膜上形成主體膜(bulk film)(未示出)而形成第一薄膜22。初始膜的厚度約為50人至100人,主體膜的厚度大于初始膜的厚度。在一實施例中，沉積初始膜的步驟所使用的氣體源為四乙氧基硅烷和02，其工藝溫度低于200°C，例如約180°C，射頻功率不會大于250瓦，并且O2的流量約為250-1000立方公分每分鐘。由上述工藝條件所形成的初始膜具有拉伸(正)應力(tensile (positive) stress),且為凹面狀態(concave state)。另夕卜，沉積主體膜的步驟所使用的氣體源為四乙氧基硅烷和O2，其工藝溫度低于200°C，例如約180°C，射頻功率則大于250瓦，并且O2的流量約為250-2000立方公分每分鐘。由上述工藝條件所形成的主體膜具有壓縮(負)應力(compressive (negative) stress),且為凸面狀態(convex state)。因此,初始膜的應力會被主體膜的應力平衡,使得第一薄膜22的應力可以達到最佳化。接著，后續形成的第二薄膜24的應力則會平衡第一薄膜22的應力，第二薄膜24可通過任何適合的薄膜沉積或涂布工藝形成。在另一實施例中，第一薄膜22可以是SiO2薄膜，其經由低溫化學氣相沉積(lowtemperature CVD ；LTCVD)工藝進行一次而形成,形成此SiO2薄膜的步驟所使用的氣體源為雙(二乙基酰胺)硅烷(bis (diethylamido) silane)和O3，其工藝溫度約為70°C至180。。，當工藝溫度為180°C時，其生產速率是工藝溫度為70°C時的生產速率的5倍。在本發明的低溫化學氣相沉積工藝中所使用的氣體源雙(二乙基酰胺)硅烷和O3屬于新的材料，使用此新材料的低溫化學氣相沉積工藝可以取代高溫、高射頻功率以及富含氧環境的傳統等離子體增強型化學氣相沉積工藝，借此可以避免對微透鏡組件20下方的有機材料層造成損傷，例如可避免對間隙物16造成損傷。此外，在本發明的低溫化學氣相沉積工藝中所使用的雙(二乙基酰胺)硅烷相較于等離子體增強型化學氣相沉積工藝中使用的四乙氧基硅烷具有更佳的移動性，因此，使用氣體源為雙(二乙基酰胺)硅烷和O3的低溫化學氣相沉積工藝可以在微透鏡組件20上形成更為堅固耐用的SiO2薄膜。此外，使用氣體源為雙(二乙基酰胺)硅烷和O3的低溫化學氣相沉積工藝還適用于在任兩個相鄰的微透鏡單元之間的間隙小于0.1 μ m的微透鏡組件20。由上述低溫化學氣相沉積工藝條件所形成的第一薄膜22具有壓縮(負)應力，且為凸面狀態。為了平衡第一薄膜22的應力，后續形成的第二薄膜24需具有拉伸(正)應力，且為凹面狀態，通過第二薄膜24的應力可以平衡第一薄膜22的應力，第二薄膜24可通過任何適合的薄膜沉積或涂布工藝形成。在一實施例中，第一薄膜22可以是SiO2薄膜，其經由在微透鏡組件20上形成初始膜(未示出)以及在初始膜上形成主體膜(未示出)而形成。初始膜的厚度約為50人至約100人,主體膜的厚度大于初始膜的厚度。在此實施例中，初始膜是由低溫化學氣相沉積工藝形成，而主體膜則由等離子體增強型化學氣相沉積工藝形成，形成初始膜的低溫化學氣相沉積工藝所使用的氣體源為雙(二乙基酰胺)硅烷和O3，且其工藝溫度約為70-1 800C ；形成主體膜的等離子體增強型化學氣相沉積工藝所使用的氣體源為四乙氧基硅烷和O2，其工藝溫度低于200°C，例如約180°c，射頻功率大于250瓦，并且O2的流量約為250-2000立方公分每分鐘。依據本發明的實施例，當第一薄膜22或第一薄膜22的初始膜是由PECVD工藝形成時，其工藝溫度會低于200°C，射頻功率不會大于250瓦，并且O2的流量約為250-1000立方公分每分鐘；或者第一薄膜22或第一薄膜22的初始膜可通過氣體源為四乙氧基硅烷和O2，且工藝溫度約為70-180°C的LTCVD工藝形成。因此，位于微透鏡結構18下方的間隙物16不會被第一薄膜22的沉積工藝損傷。此外，后續在第一薄膜22或第一薄膜22的初始膜上方所形成的其它層的沉積工藝也不會受到工藝溫度、射頻功率或O2流量的限制，因為位于微透鏡結構18下方的間隙物16會被第一薄膜22或第一薄膜22的初始膜隔絕并受到其保護。此外，上述所討論的第一薄膜22或第一薄膜22的初始膜的工藝具有絕佳的階梯覆蓋能力，其可以充分地填充微透鏡結構18的任兩個相鄰的微透鏡單元之間的間隙。因此，在沉積第一薄膜22之后，微透鏡結構18的任兩個相鄰的微透鏡單元之間的間隙的填充系數(fill-factor)會大于99%，并且微透鏡結構18的表面積也會大于微透鏡組件20的表面積，進而可以增加圖像傳感器10的光通量。雖然圖2的微透鏡結構18僅在微透鏡組件20上示出第一薄膜22和第二薄膜24，但是在第二薄膜24上還可以沉積更多的薄膜以作為微透鏡結構18。在一實施例中，如圖3所示，微透鏡結構還包含沉積在第二薄膜24上的第三薄膜26，第三薄膜26具有第四折射率N4，其小于第三折射率N3且大于空氣的折射率N*，亦即NI (約1.55) > N2 > N3 > N4 >N* ( = 1.0)。例如，第二薄膜24的第三折射率N3約為1.40，且第三薄膜26的第四折射率N4約為1.30。形成第三薄膜26的材料可以是透明且具有約1.3的折射率N4，或者具有小于1.40的其它折射率的任何適合的材料。在另一實施例中，如圖3所示，微透鏡結構還包含沉積在第三薄膜26上的多層薄膜28，在第三薄膜26上的這些薄膜28的每一層所具有的折射率為N5或小于第四折射率N4的其它折射率Nn，且這些折射率大于空氣的折射率N*，亦即NI (約1.55) > N2 > N3 > N4> N5 >....> Nn > N* ( = 1.0)。例如，第三薄膜26的第四折射率N4約為1.30，第三薄膜26上的這些薄膜28的折射率N5……以及Nn則小于1.30且大于1.0，第三薄膜26上的這些薄膜28的折射率N5……以及Nn是由小于第四折射率N4的折射率N5梯度地遞減至大于空氣折射率N*的折射率Nn。在微透鏡組件20上的這些薄膜28的最外層薄膜28’具有最小的折射率Nn，且折射率Nn大于空氣的折射率N*。第一薄膜22、第二薄膜24、第三薄膜26以及在第三薄膜26上的這些薄膜28的總厚度約為0.1 μ m至0.2 μ m。依據本發明的實施例，在微透鏡組件20上沉積的多層結構的薄膜可由第一薄膜22和第二薄膜24組成，或者還包含額外的第三薄膜26以及在第三薄膜26上的這些額外的薄膜28，此多層結構的薄膜所具有的折射率從小于微透鏡組件20折射率NI的折射率N2梯度地遞減至大于空氣折射率N*的折射率Nn。因此，在微透鏡組件20上的多層結構的薄膜可以增加圖像傳感器10的光通量，進而提升圖像傳感器10的靈敏度。另外，在微透鏡組件20上的多層結構的薄膜的每一層薄膜的應力可以通過不同厚度加以調整，并且還可以通過使用不同材料、不同沉積方法或不同工藝條件的沉積工藝加以調整多層結構薄膜的每一層薄膜的應力。因此，經由多層薄膜的結構設計結合多層薄膜的應力效能，可以在微透鏡組件20上得到最佳總效能的多層結構的薄膜，使得微透鏡結構18得到較大的工藝容許度。在本發明的實施例中，于微透鏡組件20上沉積第一薄膜22的前，圖像傳感器10的接合墊12會被平坦化層(未示出)覆蓋，借此保護接合墊12。于多層結構薄膜的沉積工藝完成之后，在微透鏡組件20上方的多層結構薄膜上形成圖案化保護層(未示出)，然后利用蝕刻工藝移除未被圖案化保護層覆蓋并且設置在接合墊12上方的平坦化層以及其它層，使得接合墊12暴露出來，同時將多層結構薄膜圖案化。之后，將圖案化保護層移除，以完成微透鏡結構18的制作。 雖然本發明已揭示較佳實施例如上，然其并非用以限定本發明，在此技術領域中本領域普通技術人員當可了解，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可做些許更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視所附的權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種微透鏡結構，包括: 一微透鏡組件，具有一第一折射率； 一第一薄膜，設置在該微透鏡組件上，具有一第二折射率小于該第一折射率；以及 一第二薄膜，設置在該第一薄膜上，具有一第三折射率小于該第二折射率，其中該第三折射率大于空氣的折射率。
2.如權利要求1所述的微透鏡結構，其中該微透鏡組件的厚度為0.35μηι至Ι.Ομηι,該第一薄膜的厚度為至少500人，該第二薄膜的厚度為至少500人,且該第一薄膜和該第二薄膜的總厚度為0.1 μ m至0.2 μ m。
3.如權利要求1所述的微透 鏡結構，其中該微透鏡組件的該第一折射率為1.55，該第一薄膜的該第二折射率為1.45，且該第二薄膜的該第三折射率為1.40。
4.如權利要求1所述的微透鏡結構，其中該第一薄膜包括一初始膜以及一主體膜，該初始膜的厚度為50人至100人，該主體膜的厚度大于該初始膜的厚度，且該初始膜的應力被該主體膜的應力平衡。
5.如權利要求1所述的微透鏡結構，其中該第一薄膜包括SiO2，且該第一薄膜的應力被該第二薄膜的應力平衡。
6.如權利要求1所述的微透鏡結構，還包括一第三薄膜設置在該第二薄膜上，其中該第三薄膜具有一第四折射率小于該第三折射率，且大于空氣的折射率。
7.如權利要求6所述的微透鏡結構，其中該第一薄膜、該第二薄膜以及該第三薄膜的總厚度為0.1 μ m至0.2 μ m，且該第二薄膜的應力被該第三薄膜的應力平衡。
8.如權利要求6所述的微透鏡結構，還包括多層薄膜設置在該第三薄膜上，其中在該第三薄膜上的所述多個薄膜的每一層具有一折射率小于該第四折射率，且大于空氣的折射率，并且在該第三薄膜上的所述多個薄膜的所述多個折射率從該第四折射率遞減至空氣的折射率。
9.如權利要求8所述的微透鏡結構，其中該第一薄膜、該第二薄膜、該第三薄膜以及在該第三薄膜上的所述多個薄膜的總厚度為0.1 μ m至0.2 μ m。
10.一種微透鏡結構的形成方法，包括: 形成一微透鏡組件，具有一第一折射率； 在該微透鏡組件上沉積一第一薄膜，其中該第一薄膜具有一第二折射率小于該第一折射率；以及 在該第一薄膜上沉積一第二薄膜，其中該第二薄膜具有一第三折射率小于該第二折射率，且大于空氣的折射率。
11.如權利要求10所述的微透鏡結構的形成方法，其中沉積該第一薄膜的步驟包括進行一等離子體增強型化學氣相沉積工藝兩次，以形成一 SiO2薄膜。
12.如權利要求11所述的微透鏡結構的形成方法，其中形成該SiO2薄膜的步驟包括沉積一初始膜以及沉積一主體膜，且該初始膜的厚度小于該主體膜的厚度。
13.如權利要求12所述的微透鏡結構的形成方法，其中沉積該初始膜的步驟使用的氣體源為四乙氧基硅烷和O2，其工藝溫度低于200°C，射頻功率低于250瓦，且O2流量為250至1000標準立方公分每分鐘。
14.如權利要求12所述的微透鏡結構的形成方法，其中沉積該主體膜的步驟使用的氣體源為四乙氧基硅烷和O2，其工藝溫度低于200°C，射頻功率大于250瓦，且O2流量為250至2000標準立方公分每分鐘。
15.如權利要求10所述的微透鏡結構的形成方法，其中沉積該第一薄膜的步驟包括進行一低溫化學氣相沉積工藝一次，以形成一 SiO2薄膜。
16.如權利要求15所述的微透鏡結構的形成方法，其中形成該SiO2薄膜的步驟使用的氣體源為雙(二乙基酰胺)硅烷和03，且其工藝溫度為70-180°C。
17.如權利要求10所述的微透鏡結構的形成方法，其中沉積該第一薄膜的步驟包括沉積一初始膜以及沉積一主體膜，該初始膜和該主體膜的材料為SiO2,且該初始膜的厚度小于該主體膜的厚度。
18.如權利要求17所述的微透鏡結構的形成方法，其中該初始膜經由一低溫化學氣相沉積工藝形成，且該主體膜經由一等離子體增強型化學氣相沉積工藝形成。
19.如權利要求18所述的微透鏡結構的形成方法，其中該低溫化學氣相沉積工藝使用的氣體源為雙(二乙基酰胺)硅烷和03，且其工藝溫度為70-180°C。
20.如權利要求10所述的微透鏡結構的形成方法，還包括在該第二薄膜上沉積一第三薄膜，其中該第三薄膜具有一第四折射率小于該第三折射率，且大于空氣的折射率。
21.如權利要求20所述的微透鏡結構的形成方法，還包括在該第三薄膜上沉積多層薄膜，其中在該第三薄膜上的所述多個薄膜的每一層具有一折射率小于該第四折射率，且大于空氣的折射率，并且在該第三薄膜上的所述多個薄膜的所述多個折射率從該第四折射率遞減至空氣的折射率。
全文摘要
本發明提供微透鏡結構及其形成方法，所述微透鏡結構包含具有第一折射率的微透鏡組件，第一薄膜設置在微透鏡組件上，第一薄膜具有小于第一折射率的第二折射率，以及第二薄膜設置在第一薄膜上，第二薄膜具有小于第二折射率且大于空氣折射率的第三折射率。此外，本發明還提供微透鏡結構的形成方法。本發明在微透鏡組件上的多層結構的薄膜可以增加圖像傳感器的光通量，進而提升圖像傳感器的靈敏度。另外，每一層薄膜的應力可以通過不同厚度加以調整，還可以通過使用不同材料、不同沉積方法或不同工藝條件的沉積工藝加以調整多層結構薄膜的每一層薄膜的應力。因此，可以得到最佳總效能的多層結構的薄膜，從而得到較大的工藝容許度。
文檔編號H01L27/146GK103185906SQ20121010574
公開日2013年7月3日 申請日期2012年4月6日 優先權日2011年12月29日
發明者翁福田, 蕭玉焜 申請人:采鈺科技股份有限公司