專利名稱：裝置和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，且具體涉及一種通過使用互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q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區(qū)域，其中一個為具有光電二極管的像素區(qū)域，另一個為具有用于處理像素信號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)。在襯底上形成光電二極管，在光電二極管上形成多個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絕緣層上。通常，當(dāng)入射在像素區(qū)域中的光電二極管上的光的量增加時，圖像傳感器的感光性被改善。因此，為了改善感光性的特征，光電二極管的面積應(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二極管上。此外，應(yīng)減小從光電二極管到微透鏡的距離以便減小入射在光電二極管上的光的損失。然而，因為光電二極管的面積隨像素數(shù)目的增加而減小并且金屬互連層由多層形成，所以光電二極管上的絕緣層的厚度增加。因此，已使用選擇性地蝕刻像素區(qū)域中的絕緣層的方法，以便減小從光電二極管到微透鏡的距離。即，已使用打開像素區(qū)域并覆蓋邏輯電路區(qū)域的掩模圖案來僅僅蝕刻像素區(qū)域中的絕緣層。通過減少光電二極管上的不必要的絕緣層而減小從微透鏡到光電二極管的距離白勺方法公開在題為"Image sensor having improved sensitivity and method for making same”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工藝來選擇性蝕刻絕緣層時，在蝕刻工藝之后，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1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，雖然在該界面區(qū)域中實施斜坡蝕刻工藝，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，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施曝光和顯影工藝時，在曝光工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工藝。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施斜坡蝕刻工藝以減小斜坡的角度。然而，難以獲得足以實現(xiàn)后續(xù)工藝的平滑進(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工藝良品率可能劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方案涉及提供用于制造圖像傳感器的方法，該方法可改善隨后工藝的裕度(margin)，當(dāng)蝕刻光電二極管上的絕緣層時使像素區(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，提供用于光刻工藝以實現(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施回蝕刻工藝。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于光刻工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，其中第二區(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??；和在暴露的絕緣層上實施回蝕刻工藝。


圖1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)明其它實施方案的光掩模的形狀的平面圖。
具體實施例方式圖2A至圖2C說明展示根據(jù)本發(fā)明實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0. 11 μ m級線寬的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的工藝來制造樣品。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1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施曝光工藝和顯影工藝。 因為在圖3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0. 55且σ為約0. 60的照明條件下，且在約3，350J/m2的能量(在 i-Line步進(jìn)機中焦距設(shè)定為0 μ m)下實施曝光工藝，其中NA和σ為分別與亮度和圖像對比度有關(guān)的參數(shù)。上文所提及的“焦距設(shè)定為0”意味著不需要調(diào)整襯底在i-Line步進(jìn)機中的高低以便聚焦在光刻膠上。光刻膠的厚度和曝光工藝的條件可根據(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0. 4至約0. 7且σ為約0. 4至約0. 8的照明條件下，且在約 2，000J/m2至約5，000J/m2的能量下實施曝光工藝。在此條件下，可將焦距設(shè)定為0 μ m，或可將焦距設(shè)定為-1 μ m至1 μ m的范圍。雖然將焦距設(shè)定至-1 μ m至1 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施曝光工藝和顯影工藝時， 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施回蝕刻工藝，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，通過該回蝕刻工藝，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210'上。在壓力為約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&氣體和流量約1，OOOsccm的Ar氣體在高壓氧化蝕刻裝置中實施回蝕
刻工藝。一般而言，絕緣層210的厚度為約40,000 A至約70,000 A的范圍。當(dāng)絕緣層210
的厚度為約46,000 A時，在上文所提及的條件下實施回蝕刻工藝之后，絕緣層210的總厚
度減小約15,000 A。換言之，絕緣層210的總厚度減小約33%。結(jié)果，從光電二極管到微透鏡的距離減小約15,000 A?；匚g刻工藝的條件可根據(jù)器件的類型、回蝕刻裝置的類型等來改變。更優(yōu)選的是， 在壓力為約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的仏氣體和、流量約300sccm至約 1，500sccm的Ar氣體來實施回蝕刻工藝。因為界面區(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210'上，所以在實施回蝕刻工藝之后界面區(qū)域B中蝕刻的絕緣層210'的斜坡的角度變得非常小。因為界面區(qū)域B中蝕刻的絕緣層210'的斜坡的角度為約0.5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210'上的濾色器230。因為界面區(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)明的另一實施方案，可增加用于在絕緣層210與圖案化的光刻膠220之間形成抗反射層的工藝，以便進(jìn)一步更多地減少光刻工藝期間的漫反射。此外，根據(jù)本發(fā)明的又一實施方案，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)明的又一實施方案，可在形成濾色器之前另外實施本領(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工藝的其它工藝。圖3說明根據(jù)本發(fā)明實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對應(yīng)于像素區(qū)域，因為光穿透光刻膠，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對應(yīng)于邏輯電路區(qū)域，因為第三區(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，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，第二區(qū)域320中的光掩模的間距優(yōu)選為約 0. 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) 0因此，當(dāng)通過使用根據(jù)本發(fā)明的光掩模來實施曝光工藝和顯影工藝時，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)明其它實施方案的光掩模的形狀的平面圖。圖4A 和圖4B僅展示對應(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，可通過光穿透圖案42的尺寸(A、2A或
64A)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，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，將具有小尺寸的光穿透圖案42布置在對應(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，將小數(shù)目的光穿透圖案42布置在對應(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)上文所描述的實施方案，可通過減少光電二極管上絕緣層的厚度來增加光接收效率。此外，因為絕緣層在像素區(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)工藝期間更均勻地形成薄膜，從而可改善工藝裕度。雖然已關(guān)在特定實施方案描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的上述實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
1.一種裝置，包括圖像傳感器襯底，包括像素區(qū)域、邏輯電路區(qū)域以及所述像素區(qū)域與所述邏輯電路區(qū)域之間的界面區(qū)域；以及光掩模，其用于光刻工藝以選擇性地蝕刻圖像傳感器的像素區(qū)域和界面區(qū)域上的絕緣層，所述光掩模包括第一區(qū)域，在所述第一區(qū)域中，形成在所述襯底的像素區(qū)域上的光刻膠被移除；第三區(qū)域，在所述第三區(qū)域中，形成在所述襯底的邏輯電路區(qū)域上的光刻膠保留而未被蝕刻；和具有圖案的第二區(qū)域，通過所述圖案，在從所述第一區(qū)域到所述第三區(qū)域的方向上逐漸減小傳輸至所述襯底的界面區(qū)域上的光的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一區(qū)域為光穿透區(qū)域，且所述第三區(qū)域為遮光區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第二區(qū)域的所述圖案包括具有間距的鋸齒形狀， 所述間距防止將所述圖案的形狀轉(zhuǎn)移至所述襯底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第二區(qū)域包括具有間距的多個光穿透圖案，所述間距防止將所述光穿透圖案的形狀轉(zhuǎn)移至所述襯底上，并且其中所述第二區(qū)域中的光穿透圖案的數(shù)量固定且所述光穿透圖案的尺寸調(diào)整為獲得確定量的穿透光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第二區(qū)域包括具有間距的多個光穿透圖案，所述間距防止將所述光穿透圖案的形狀轉(zhuǎn)移至所述襯底上，并且其中所述第二區(qū)域中的光穿透圖案的尺寸固定且所述光穿透圖案的數(shù)量調(diào)整為獲得確定量的穿透光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第二區(qū)域包括具有間距的多個光穿透圖案，所述間距防止將所述光穿透圖案的形狀轉(zhuǎn)移至所述襯底上，并且其中所述光穿透圖案的尺寸和數(shù)量調(diào)整為獲得確定量的穿透光。
7.一種圖像傳感器，包括襯底，包括邏輯電路區(qū)域、像素區(qū)域以及界面區(qū)域，其中所述界面區(qū)域位于所述像素區(qū)域與所述邏輯電路區(qū)域之間；以及絕緣層，形成在所述邏輯電路區(qū)域、所述像素區(qū)域以及所述界面區(qū)域上方，其中所述絕緣層具有從約0. 4度至約15度的斜坡且其厚度在所述界面區(qū)域上方逐漸減小。
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0.5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31000A。
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，其中所述絕緣層包括氮化物層。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，其中所述絕緣層包括氧化物層和氮化物層。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，其中所述界面區(qū)域的寬度為大約ΙΟΟμπι。
14.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像傳感器，其中所述襯底的像素區(qū)域包括被構(gòu)造為基于接收到的光產(chǎn)生信號的光電二極管；并且所述襯底的邏輯電路區(qū)域包括被構(gòu)造為處理所述光電二極管的信號的電路。
全文摘要
本發(fā)明是裝置和圖像傳感器。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?。缓驮诠饪棠z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施回蝕刻工藝。
文檔編號H01L27/146GK102270651SQ201110172539
公開日2011年12月7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