專利名稱：圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器和制造該圖像傳感器的方法，且具體涉及ー種通過使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)制造的圖像傳感器(在下文中稱作CMOS圖像傳感器)和用于制造該圖像傳感器的方法。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器包括兩個(gè)區(qū)域，其中ー個(gè)為具有光電ニ極管的像素區(qū)域，另ー個(gè)為具有用于處理像素信號(hào)的電路的邏輯電路區(qū)域。以下將描述該像素區(qū)域的襯底結(jié)構(gòu)。在襯底上形成光電ニ極管，在光電ニ極管上形成多個(gè)絕緣層以便使其間的各層絕緣且使器件鈍化。此外，用于吸收色彩的濾色器和用于收集光的微透鏡形成在所述多個(gè)絕緣層上。通常，當(dāng)入射在像素區(qū)域中的光電ニ極管上的光的量增加時(shí)，圖像傳感器的感光性被改善。因此，為了改善感光性的特征，光電ニ極管的面積應(yīng)該大，或應(yīng)調(diào)整焦距以便將最大量的光聚焦在該光電ニ極管上。此外，應(yīng)減小從光電ニ極管到微透鏡的距離以便減小入射在光電ニ極管上的光的損失。然而，因?yàn)楣怆姤藰O管的面積隨像素?cái)?shù)目的増加而減小并且金屬互連層由多層形成，所以光電ニ極管上的絕緣層的厚度増加。因此，已使用選擇性地蝕刻像素區(qū)域中的絕緣層的方法，以便減小從光電ニ極管到微透鏡的距離。即，已使用打開像素區(qū)域井覆蓋邏輯電路區(qū)域的掩模圖案來僅僅蝕刻像素區(qū)域中的絕緣層。通過減少光電ニ極管上的不必要的絕緣層而減小從微透鏡到光電ニ極管的距離的方法公開在題為“ Image sensor having improved sensitivity and method for makingsame”的美國專利申請公開2006/0183265中。然而，當(dāng)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過使用選擇性蝕刻エ藝來選擇性蝕刻絕緣層時(shí)，在蝕刻エ藝之后，在蝕刻界面區(qū)域中形成具有約70度的大角度的斜坡，其中術(shù)語“蝕刻界面區(qū)域”表示像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域。圖I說明展示像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域中蝕刻的絕緣層的斜坡的橫截面圖。光刻膠圖案(PR)120打開像素區(qū)域而覆蓋邏輯電路區(qū)域。像素區(qū)域中的絕緣層110蝕刻至給定深度。此時(shí)，雖然在該界面區(qū)域中實(shí)施斜坡蝕刻エ藝，但界面區(qū)域中的斜坡的角度變?yōu)榧s70度。就此而言，當(dāng)斜坡的角度與上文所提情況的斜坡的角度一樣大時(shí)，形成的后續(xù)濾色層具有不良的均勻性。此外，當(dāng)在濾色處理中在施加用于過濾的光刻膠之后實(shí)施曝光和顯影エ藝時(shí)，在曝光エ藝期間由于陡峭斜坡區(qū)域而常常顯著地發(fā)生漫反射，這也不利地影響光刻エ藝。在此期間，可通過使用在蝕刻絕緣層期間產(chǎn)生大量聚合物的干蝕刻條件下實(shí)施斜坡蝕刻エ藝以減小斜坡的角度。然而，難以獲得足以實(shí)現(xiàn)后續(xù)エ藝的平滑進(jìn)行所需的減小的角度，且所產(chǎn)生的大量聚合物變成不易在后續(xù)清洗處理中移除的粒子，從而使得器件特性和エ藝良品率可能劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及提供用于制造圖像傳感器的方法，該方法可改善隨后エ藝的裕度(margin)，當(dāng)蝕刻光電ニ極管上的絕緣層時(shí)使像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域中的斜坡的角度最小化。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于光刻エ藝以實(shí)現(xiàn)上述方面的光掩模。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種制造圖像傳感器的方法。該方法包括在邏輯電路區(qū)域和像素區(qū)域中的襯底上形成絕緣層；在絕緣層上形成光刻膠；圖案化該光刻膠以形成其中暴露像素區(qū)域中的絕緣層而不暴露邏輯電路區(qū)域中的絕緣層的光刻膠圖案，其中光刻膠圖案的厚度在像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域中在從邏輯電路區(qū)域到像素區(qū)域的方向上逐漸減??；和在光刻膠圖案的蝕刻速率與絕緣層的蝕刻速率基本相同的條件下在絕緣層和光刻膠圖案上實(shí)施回蝕刻エ藝。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于光刻エ藝以選擇性地蝕刻圖像傳感器的像素區(qū)域中的絕緣層的光掩模。該光掩模包括第一區(qū)域，在該第一區(qū)域中，形成在襯底上的光刻膠被移除，其中第一區(qū)域?qū)?yīng)于像素區(qū)域；第三區(qū)域，在該第三區(qū)域中，形成在該襯底上的光刻膠保留而未被蝕刻，其中第三區(qū)域?qū)?yīng)于邏輯電路區(qū)域；和具有圖案的第二區(qū)域，通過該圖案，在從第一區(qū)域到第三區(qū)域的方向上逐漸減小傳輸至襯底上的光的量，其中第ニ區(qū)域?qū)?yīng)于像素區(qū)域與該邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種制造圖像傳感器的方法。該方法包括在邏輯電路區(qū)域和像素區(qū)域中的襯底上形成絕緣層；在絕緣層上形成光刻膠；制備具有圖案的光掩模，通過該圖案，在從邏輯電路區(qū)域到該像素區(qū)域的方向上逐漸減小傳輸至襯底上的光的量，其中光掩模的圖案對(duì)應(yīng)于在像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域；通過使用該光掩模來圖案化光刻膠以形成光刻膠圖案，其中暴露像素區(qū)域中的絕緣層而不暴露邏輯電路區(qū)域中的絕緣層，其中光刻膠圖案的厚度在界面區(qū)域中在從邏輯電路區(qū)域到像素區(qū)域的方向上逐漸減小；和在暴露的絕緣層上實(shí)施回蝕刻エ藝。


圖I說明展示像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域中蝕刻的絕緣層的斜坡的橫截面圖。圖2A至圖2C說明展示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的用于制造圖像傳感器的方法過程的顯微圖。圖3說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的光掩模的平面圖。
圖4A和圖4B說明展示根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施方案的光掩模的形狀的平面圖。
具體實(shí)施例方式圖2A至圖2C說明展示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的用于制造圖像傳感器的方法過程的顯微圖。顯微圖展示通過本發(fā)明的方法制造的樣品。通過使用制造具有O. 11 μ m級(jí)線寬的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的エ藝來制造樣品。參考圖2A至圖2C，像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域被放大，可發(fā)現(xiàn)該界面區(qū)域中的斜坡與圖I中所說明的現(xiàn)有技術(shù)中的斜坡相比更平緩。參考圖2A，用于i-Line的正性光刻膠形成在絕緣層210上以具有約27,000 A的厚度，接著，通過使用本發(fā)明中所提出的光掩模在正性光刻膠上實(shí)施曝光エ藝和顯影エ藝。因?yàn)樵趫D3中說明本發(fā)明中所提出的光掩模的平面圖，所以將在稍后詳細(xì)地描述光掩模的 形狀。絕緣層210包括用于器件結(jié)構(gòu)的層間絕緣的氧化物層。在NA為約O. 55且σ為約O. 60的照明條件下，且在約3，350J/m2的能量(在i_Line步進(jìn)機(jī)中焦距設(shè)定為O μ m)下實(shí)施曝光エ藝，其中NA和σ為分別與亮度和圖像對(duì)比度有關(guān)的參數(shù)。上文所提及的“焦距設(shè)定為O”意味著不需要調(diào)整襯底在i-Line步進(jìn)機(jī)中的高低以便聚焦在光刻膠上。光刻膠的厚度和曝光エ藝的條件可根據(jù)器件的類型、曝光裝置的類型等等來改變。更優(yōu)選的是，在NA為約O. 4至約O. 7且σ為約O. 4至約O. 8的照明條件下，且在約2，000J/m2至約5，000J/m2的能量下實(shí)施曝光エ藝。在此條件下，可將焦距設(shè)定為O μ m，或可將焦距設(shè)定為-I μ m至I μ m的范圍。雖然將焦距設(shè)定至-I μ m至I μ m的范圍，但結(jié)果可能不改變。參考圖2A，當(dāng)通過使用本發(fā)明中所提出的光掩模來實(shí)施曝光エ藝和顯影エ藝時(shí)，像素區(qū)域A上的光刻膠被移除，而邏輯電路區(qū)域C上的光刻膠保留，從而形成圖案化的光刻膠220。此外，可發(fā)現(xiàn)像素區(qū)域A與邏輯電路區(qū)域C之間的界面區(qū)域B上的圖案化的光刻膠220的厚度在從像素區(qū)域A到邏輯電路區(qū)域C的方向上逐漸增加。界面區(qū)域B上的圖案化光刻膠220的斜坡的角度為約0. 5度，更優(yōu)選的是，界面區(qū)域B上的圖案化光刻膠220的斜坡的角度在約0. 4度至約15度的范圍內(nèi)。參考圖2B，在圖案化的光刻膠220的蝕刻速率與絕緣層210的蝕刻速率彼此類似的條件下實(shí)施回蝕刻エ藝，由此將界面區(qū)域B中的圖案化的光刻膠220和絕緣層210蝕刻至給定深度。結(jié)果，如圖2B中所展示，界面區(qū)域B中蝕刻的絕緣層210'的斜坡變得非常平緩。即，通過該回蝕刻エ藝，界面區(qū)域B中圖案化的光刻膠220的斜坡的角度反映在界面區(qū)域B中蝕刻的絕緣層21(V上。在壓カ為約1，OOOmT且功率為約800W的條件下，使用流量約30sccm的CHF3氣體、流量約30SCCm的O2氣體和流量約1，OOOsccm的Ar氣體在高壓氧化蝕刻裝置中實(shí)施回蝕刻エ藝。一般而言，絕緣層210的厚度為約40,000 A至約70,000人的范圍。當(dāng)絕緣層210的厚度為約46，000人時(shí)，在上文所提及的條件下實(shí)施回蝕刻エ藝之后，絕緣層210的總厚度減小約15,000 換言之，絕緣層210的總厚度減小約33%。結(jié)果，從光電ニ極管到微透鏡的距離減小約15,0001回蝕刻エ藝的條件可根據(jù)器件的類型、回蝕刻裝置的類型等來改變。更優(yōu)選的是，在壓カ為約50mT至約l，500mT且功率為約300W至約1，000W的條件下，使用流量約IOsccm至約50sccm的CHF3氣體、流量約IOsccm至約50sccm的O2氣體和流量約300sccm至約I, 500sccm的Ar氣體來實(shí)施回蝕刻エ藝。因?yàn)榻缑鎱^(qū)域B中圖案化的光刻膠220的斜坡的角度反映在界面區(qū)域B中蝕刻的絕緣層210'上，所以在實(shí)施回蝕刻エ藝之后界面區(qū)域B中蝕刻的絕緣層210'的斜坡的角度變得非常小。因?yàn)榻缑鎱^(qū)域B中蝕刻的絕緣層210'的斜坡的角度為約O. 5度，所以可防止后續(xù)處理(諸如，濾色處理)期間由于絕緣層210在像素區(qū)域A與邏輯電路區(qū)域C中的高度差而產(chǎn)生的處理錯(cuò)誤。圖2C展示通過施加用于濾色器的抗蝕劑和圖案化該抗蝕劑而形成在蝕刻的絕緣層21(V上的濾色器230。因?yàn)榻缑鎱^(qū)域B中的斜坡的角度非常小，所以抗蝕劑被非常均勻地施加。因此，濾色器230形成為具有非常精細(xì)的輪廓。 根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施方案，可増加用于在絕緣層210與圖案化的光刻膠220之間形成抗反射層的エ藝，以便進(jìn)ー步更多地減少光刻エ藝期間的漫反射。此外，根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，絕緣層210可包括氮化物層或氧化物與氮化物的多層。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，可在形成濾色器之前另外實(shí)施本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的諸如用于在蝕刻的絕緣層210'上形成器件鈍化層的エ藝的其它エ藝。圖3說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的光掩模的平面圖。參考圖3，光掩模包括第一區(qū)域310、第二區(qū)域320和第三區(qū)域330。第一區(qū)域310對(duì)應(yīng)于像素區(qū)域，因?yàn)楣獯┩腹饪棠z，所以第一區(qū)域310中的襯底上的光刻膠被移除。第三區(qū)域330對(duì)應(yīng)于邏輯電路區(qū)域，因?yàn)榈谌齾^(qū)域330中的光刻膠被曝光，所以第三區(qū)域330中的襯底上的光刻膠保留。第二區(qū)域320對(duì)應(yīng)于像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域，第二區(qū)域320中的襯底上的光掩模具有鋸齒形狀，以在從第一區(qū)域310到第三區(qū)域330的方向上逐漸減小傳輸至襯底的光的量。此時(shí)，光掩模的鋸齒形狀不反映在襯底上，且傳輸至襯底上的光的量隨光掩模的形狀而變化。舉例而言，當(dāng)使用i-Line光源曝光時(shí)，第二區(qū)域320中的光掩模的間距優(yōu)選為約O. 2μπι。雖然光掩模的間距可根據(jù)曝光的光源類型來改變，但應(yīng)確定光掩模的間距為不將光掩模的圖案反映在襯底上，而是使傳輸至襯底上的光的量存在差異。在此期間，優(yōu)選的是，第二區(qū)域320中光掩模的寬度為約100 μ m。第二區(qū)域320邊緣中的光掩模具有存在45度斜接的圖案結(jié)構(gòu)以便形成坡狀結(jié)構(gòu)(side like structure)。因此，當(dāng)通過使用根據(jù)本發(fā)明的光掩模來實(shí)施曝光エ藝和顯影エ藝時(shí)，可在界面區(qū)域B中形成具有平緩斜坡的圖案化的光刻膠220，如圖2A中所示。圖4A和圖4B說明展示根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施方案的光掩模的形狀的平面圖。圖4A和圖4B僅展示對(duì)應(yīng)于像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域的區(qū)域。參考圖4A，當(dāng)光穿透圖案42的數(shù)目固定時(shí)，可通過光穿透圖案42的尺寸(A、2A或4A)來調(diào)整用于曝光的光的量。參考圖4B，當(dāng)光穿透圖案42的尺寸固定時(shí)，S卩，圖4B中的A，可通過控制光穿透圖案42的密度，即，光穿透圖案的數(shù)目，來調(diào)整用于曝光的光的量。因此，為了減小在從像素區(qū)域到邏輯電路區(qū)域方向上的用于曝光的光的量，當(dāng)光穿透圖案42的數(shù)目固定時(shí)，將具有小尺寸的光穿透圖案42布置在對(duì)應(yīng)于界面區(qū)域的區(qū)域中，或當(dāng)光穿透圖案42的尺寸固定時(shí)，將小數(shù)目的光穿透圖案42布置在對(duì)應(yīng)于界面區(qū)域的區(qū)域中。此外，雖然未展示，但可通過光穿透圖案42的尺寸和數(shù)目來調(diào)整用于曝光的光的量。然而，如上所述，光穿透圖案42的尺寸(A、2A或4A)應(yīng)具有不將圖案的形狀反映在襯底上的間距。根據(jù)上文所描述的實(shí)施方案，可通過減少光電ニ極管上絕緣層的厚度來増加光接收效率。此外，因?yàn)榻^緣層在像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域中形成為具有非常平緩的斜坡，所以可在用于形成濾色器和微透鏡的后續(xù)エ藝期間更均勻地形成薄膜，從而可改善エ藝裕度。 雖然已關(guān)在特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的上述實(shí)施方案是說明性的而非限制性的。顯而易見的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范疇的情況下作出各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器,包括 光電二極管，被構(gòu)造為基于接收到的光產(chǎn)生信號(hào)； 電路，被構(gòu)造為處理所述光電二極管產(chǎn)生的信號(hào)； 區(qū)域，在所述光電二極管與所述電路之間；以及 絕緣層，形成在所述光電二極管、所述電路以及所述區(qū)域之上， 其中所述絕緣層具有從約O. 4度至約15度的斜坡且其厚度在所述區(qū)域上方減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的圖像傳感器，其中所述斜坡為大約O.5度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的圖像傳感器，其中所述絕緣層的厚度為約31000人。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的圖像傳感器，還包括形成在所述絕緣層上方的濾色器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的圖像傳感器，其中所述區(qū)域的寬度為大約ΙΟΟμπι。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的圖像傳感器，其中所述絕緣層在從所述電路到所述光電二極管的方向上厚度減小。
7.—種圖像傳感器,包括 像素，被構(gòu)造為基于接收到的光產(chǎn)生信號(hào)； 邏輯電路，被構(gòu)造為處理所述像素產(chǎn)生的信號(hào)； 區(qū)域，在所述像素與所述邏輯電路之間；以及 絕緣層，形成在所述像素、所述邏輯電路以及所述區(qū)域之上， 其中所述絕緣層具有小于15度的斜坡且其厚度在所述區(qū)域上方減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，其中所述斜坡為大約O.5度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，其中所述絕緣層的厚度為約31000人。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，還包括形成在所述絕緣層上方的濾色器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，其中所述區(qū)域的寬度為大約ΙΟΟμπι。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，其中所述絕緣層在從所述邏輯電路到所述像素的方向上厚度減小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光掩模以及利用該掩模來制造圖像傳感器的方法，圖像傳感器的制造方法包括在邏輯電路區(qū)域和像素區(qū)域中的在襯底上形成絕緣層；在絕緣層上形成光刻膠；圖案化光刻膠以形成其中暴露像素區(qū)域中的絕緣層而不暴露邏輯電路區(qū)域中的絕緣層的光刻膠圖案，其中在邏輯電路區(qū)域到像素區(qū)域的方向上光刻膠圖案的厚度在像素區(qū)域與邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域中逐漸減小；和在光刻膠圖案和絕緣層的蝕刻速率基本相同的條件下在絕緣層和光刻膠圖案上實(shí)施回蝕刻工藝。
文檔編號(hào)G03F1/68GK102820310SQ20121018862
公開日2012年12月12日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者南現(xiàn)熙, 樸正烈 申請人:智慧投資Ii有限責(zé)任公司