製造圖像傳感器的方法

2023-06-02 06:27:41 1

專利名稱：製造圖像傳感器的方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像傳感器及其製造方法。
技術背景圖像傳感器是將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。在製造圖像傳感 器中待解決的難點之一是增加將入射光信號轉換成電信號的速率(也就是， 靈敏度)。在形成用於會聚光的微透鏡方面已經提出多種用於實現零間隙的方法， 所述零間隙使得在用於形成微透鏡陣列的相鄰微透鏡之間沒有間隙產生。當利用光致抗蝕劑形成微透鏡時，比如聚合體的微粒在晶片背面研磨工 藝和鋸切工藝中可以附著在微透鏡上。微透鏡上的微粒不僅降低了圖像傳感 器的靈敏度，還由於難以清潔微透鏡而減少了製造產量。因此，已經嘗試了利用低溫氧化物(LTO)層形成微透鏡的多種方法。此外，微透鏡的外形(profile)對微透鏡的焦距有直接影響。因此，減 小微透鏡的曲率半徑以及因此而減小微透鏡焦距的方法可以實現減小圖像 傳感器器件的整體尺寸。發明內容本發明的實施例提供用於製造圖像傳感器的方法，其通過減小光會聚距 離(也就是聚焦長度)，可以改善圖像傳感器器件的靈敏度以及減小器件的 尺寸。在一個實施例中，用於製造圖像傳感器的方法包括在濾色鏡層上形成 低溫氧化物層；在低溫氧化物層上形成光致抗蝕劑層圖案；在光致抗蝕劑層 圖案上實施熱處理以形成犧牲微透鏡(sacrificial microlens);初步蝕刻所述 犧牲微透鏡和低溫氧化物層，以形成由低溫氧化物層構成的初步的微透鏡 (preliminary microlens);以及二次蝕刻所述初步的微透鏡以形成與初步的
微透鏡相比具有減小的曲率半徑的微透鏡。根據本發明的製造圖像傳感器的方法，改善了圖像傳感器的靈敏度，並 且減小了光會聚距離，因而圖像傳感器的尺寸可以被減小。


圖1是示出根據一個實施例製造圖像傳感器的方法的橫截面圖，其中犧牲微透鏡15形成在低溫氧化物層13上方。圖2是示出根據一個實施例製造圖像傳感器的方法的橫截面圖，其中低 溫氧化物層13被蝕刻以形成初步的微透鏡13a。圖3是示出根據一個實施例製造圖像傳感器的方法的橫截面圖，其中初 步的微透鏡13a被蝕刻以形成微透鏡13b。圖4是根據一個實施例的概念圖像傳感器的橫截面圖，其具有減小的曲 率半徑和減小的焦距。圖5是示出根據一個實施例的圖像傳感器的橫截面圖，其中所述圖像傳 感器包括間隙減小層(gap-reducinglayer) 17。圖6是說明在製造圖像傳感器的方法中的工藝條件的曲線圖，其中低溫 氧化物與光致抗蝕劑的蝕刻選擇比取決於蝕刻氣氛中的氧氣量。
具體實施方式
在本發明的實施例的描述中，應該理解的是，當一層(或薄膜)、區域、 圖案或結構被指在另一襯底、另一層(或薄膜)、另一區域、另一襯墊或另 一圖案的"上面/上方"或"下面/下方"時，它可以直接在其它襯底、層(或 薄膜)、區域、襯墊或圖案上，或者也可以存在中間層。此外，應該理解的 是，當一層(或薄膜)、區域、圖案、襯墊或結構被指在兩層(或薄膜)、 兩個區域、襯墊或圖案"之間"時，意味著它可以是在兩層(或薄膜)、兩 個區域、襯墊或圖案之間唯一的一層，或者也可以存在一個或多個中間層。 因此，這應該通過本發明的技術概念來確定。在下文中，本發明的實施例將會參照附圖被詳細描述。圖1到圖3是橫 截面圖，用於示出根據本發明實施例製造圖像傳感器的方法。根據所述方法，低溫氧化物(LTO)層13被形成在下部結構11上，然
後犧牲微透鏡15被形成在LTO層13上，如在圖1中所示。下部結構11可以包括光電二極體。下部結構11還可以包括在光電二極 管上方的濾色鏡層，以及在濾色鏡層上或上方形成的平坦化層。為了避免對 可包括光致抗蝕劑的濾色鏡層和平坦化層下面的結構造成損壞，用於在上方 形成微透鏡的工藝優選地在低於約250°C的溫度下進行。犧牲微透鏡15可以利用光致抗蝕劑來形成。例如，通過在LTO層13 上形成光致抗蝕劑圖案以及在光致抗蝕劑圖案上實施比如熱回流這樣的熱 處理，犧牲微透鏡15可以被形成。通過利用傳統方法(例如，在襯底上旋 轉光致抗蝕劑)沉積光致抗蝕劑材料(例如，聚合體光致抗蝕劑)，以及接 著通過熱處理(例如，通過在從大約120°C到約250°C、如從大約150°C到 約200。C的溫度下進行熱回流)光致抗蝕劑層來處理所述光致抗蝕劑，光致 抗蝕劑圖案可以被形成。熱回流也引起光致抗蝕劑材料在其表面形成凸起或 彎曲的部分，並且可以引起所述光致抗蝕劑層硬化，導致犧牲微透鏡15的 形成。所述LTO層包括在低於約200°C的溫度下形成的多種氧化物層。例如， 所述LTO層可以包括Si02或由Si02形成(例如，等離子體矽垸基氧化物、 基於TEOS的氧化物等)。能夠在低於250°C的溫度下被處理的其它氧化物 也可以被使用。所述氧化物層可以通過化學氣相沉積(CVD，其可以是等離 子體增強型的[PECVD或HDPCVD]，或是處於低壓力下的[LPCVD])或毯 覆式沉積(blanket deposition)被形成。接下來，依照根據一個實施例的用於製造圖像傳感器的方法，通過蝕刻 犧牲微透鏡15和LTO層13，由LTO層形成的初步的微透鏡13a被形成， 如圖2所示。通過非選擇性(例如，犧牲微透鏡對透明材料具有大約1: 1 的蝕刻選擇性)的定向(例如，各向異性)蝕刻，犧牲微透鏡15和LTO層 13被蝕刻。犧牲微透鏡15的外形，包括凸微透鏡布局(topology)，被基本 上轉移給被蝕刻的LTO層13 (即，初步的微透鏡13a)。結果，所述微透鏡 13a可以形成在LTO材料中。因此，犧牲微透鏡15和LTO層13可以在大約l: l的蝕刻比例下，通 過毯覆式蝕刻工藝被蝕刻。犧牲微透鏡15和LTO層13的蝕刻可以被實施 直到所述微透鏡15被完全去除為止。
犧牲微透鏡15和LTO層13的蝕刻可以利用包括(含氫的)滷烴 ((hydro)halocarbon)化合物和氧源氣的蝕刻氣體來實施。所述(含氫的) 滷烴可以是具有分子式CHyX4.y (其中y S 2，並且X為滷素F， Cl， Br，禾口/ 或I)的氣體。優選地，所述(含氫的)滷烴為四氟化碳(CF4)或CHF3。氧 源氣可以包括氧氣，03， N20，和/或SOx。優選地，氧源氣為氧氣。在犧牲 微透鏡15和LTO層13的蝕刻過程中，(含氫的)滷烴(例如，四氟化碳) 和氧源氣(例如，氧氣)可以以範圍從3:1到30:1的比例作為蝕刻氣體被引 入到蝕刻室內。優選地，(含氫的)滷烴和氧源氣在9:1的比例下被使用。(含氫的)滷烴(例如，四氟化碳)蝕刻氣體可以在10-30sccm (標況毫升 每分鐘)的速率下被提供，並且氧源氣(例如，氧氣)可以在5-20sccm的速 率下被提供。之後，在根據一個實施例的製造圖像傳感器的方法中，通過蝕刻初步的 微透鏡13a，與初步的微透鏡13a相比具有減小的曲率半徑的微透鏡13b可 以被形成，如圖3中所示。利用上述蝕刻氣體，優選地包括處於約9:1的(流量速率)比例下的四 氟化碳和氧氣，蝕刻初步的微透鏡13a可以被實施。蝕刻初步的微透鏡13a 包括蝕刻其側壁以及其上表面。因此，所得到的微透鏡13b相比於初步的微 透鏡13a具有減小的曲率半徑。圖4顯示了具有減小的曲率半徑和/或焦距的微透鏡25，其來自於前述 的方法。減小穿過所述微透鏡25的光的聚焦長度減小了在微透鏡25和光電 二極體21 (形成在下部結構23中)之間的距離，其中微透鏡25被設計用來 將光聚焦在光電二極體21上。減小的焦距實現了具有更加細長外形的圖像 傳感器的形成。圖4是根據前述的實施例形成的圖像傳感器的概念圖。上述的初步和二次(secondary)蝕刻可以在同一蝕刻室內被連續地實施。 此外，初步和二次蝕刻可以在利用雙功率頻率的蝕刻室內被實施。例如，蝕 刻犧牲微透鏡15和LTO層13以及初步的微透鏡13a可以在下面的蝕刻條件 下被實施頻率為27MHz的1400W的高等離子體點火功率(high plasma ignition power)，以及包括90sccm的四氟化碳、10sccm的氧氣和450sccm 的氬氣的蝕刻氣體。蝕刻步驟也可以在高偏置功率(high bias power)(例 如，2000-10000W，比如施加到晶片卡盤)下被實施以控制離子定向性。 同時，在根據本實施例的方法製造的圖像傳感器中，間隙會在形成微透鏡的相鄰透鏡之間產生。如在圖5中所示，間隙減小層可以在微透鏡13b上形成。也就是說，根據本發明的實施例用於製造圖像傳感器的典型方法在微透鏡13b上形成無間隙層17，如圖5中所示。間隙減小層17可以包括氧化物材料，比如LTO層。所述氧化物材料可 以是SiO2或可以在低於250。C的溫度下通過例如等離子體矽烷(p-Si)方法 或TEOS (CVD)方法被處理的其它氧化物材料。通過減小或充分消除在用於形成微透鏡13b的相鄰微透鏡之間產生的間 隙，圖像傳感器器件的靈敏度可以被進一步地極大改善。用於完成上述蝕刻步驟的蝕刻工藝條件將會在之後具體地描述。因為光 致抗蝕劑和氧化物層將要被蝕刻，所以蝕刻可以利用基於氟或滷素(fluorine-orhalogen-based)的氣體和氧氣被實施。所述基於氟或滷素的氣體可以包括 具有分子式CX4 (其中X是滷素:F，Cl，Br,和/或I)或分子式CHyX4.y (其 中yH並且X是滷素:F,Cl，Br，和/或I)的氣體。優選地，基於氟/滷素 的化合物為C&或CHF3。在光致抗蝕劑和氧化物層之間的選擇性可以通過 調整基於氟或滷素的氣體與基於氧元素(oxygen-based)的氣體的比例來控 審!J。基於氧元素的氣體可以包括氧氣，03， N20，和域SOx。優選地，氧氣 源為氧氣。此外，等離子體點火以及其勢能力(potential force)可以利用氬 氣來控制。蝕刻步驟也可以利用高偏置功率來實施，以控制離子定向性。雙頻功率可以被用來實現期望的微透鏡形狀。例如，通過利用27MHz 頻率來使氟的解離變得容易，並且通過利用2MHz頻率來增加等離子體的勢 能。對於背側冷卻，氦氣被提供到卡盤的上端以改善在蝕刻工藝中產生的晶 片不均勻性。在根據一個實施例製造圖像傳感器的方法中，在光致抗蝕劑和氧化物層 之間的選擇性可以通過調整四氟化碳與氧氣的比例來控制。取決於氧氣的比 例變化的選擇性示出在圖6中。圖6是根據本發明的實施例說明在製造圖像 傳感器的方法中的工藝條件的曲線圖。參照圖6，在光致抗蝕劑和氧化物層之間的蝕刻選擇性與在蝕刻室內的 氧氣量相關。該曲線圖顯示了當四氟化碳為90sccm時，在不同的氧氣水平 下的蝕刻選擇性數值。在優選實施例中，通過控制四氟化碳與氧氣的比例，
光致抗蝕劑和氧化物層之間的蝕刻選擇性被保持在約1:1。在一個實施例中，所述蝕刻可以在下列蝕刻條件下被實施功率為1400W且頻率為27MHz，並且蝕刻氣體為50sccm的四氟化碳、10sccm的氧 氣和490sccm的氬氣。根據所述實施例的用於製造圖像傳感器的方法改善了器件的靈敏度，並 且減小了光會聚距離。結果，圖像傳感器器件的尺寸可以被減小。本說明書中所有對"一個實施例"、"實施例"、"示例性實施例" 等等的參考表示結合實施例說明的具體特徵、結構或者特性都包括在本 發明的至少一個實施例中。說明書中不同地方出現的措辭不一定都參照 同一實施例。此外，當結合任一實施例說明具體特徵、結構或者特性時， 認為這些特徵、結構或者特性與其它實施例的結合處於本領域技術人員 能夠實現的範圍內。雖然參照多個示例性實施例進行了說明，但應當理解，本領域技術人員 能夠構思落入本發明原理的精神和範圍內的各種其它變型和實施例。更具體 而言，在說明書、附圖及所附權利要求書的範圍之內，對於各組成部分和Z 或對象的組合排列能夠作出各種變型和改型。除了各組成部分和/或排列的變 型和改型之外，各種替代性使用對於本領域技術人員來說也是顯而易見的。
權利要求
1.一種製造圖像傳感器的方法，所述方法包括在濾色鏡層上形成低溫氧化物層；在所述低溫氧化物層上形成光致抗蝕劑圖案；加熱所述光致抗蝕劑圖案以形成犧牲微透鏡；蝕刻所述犧牲微透鏡和所述低溫氧化物層，以在所述低溫氧化物層中形成初步的微透鏡；以及蝕刻所述初步的微透鏡，以形成與所述初步的微透鏡相比具有減小的曲率半徑的微透鏡。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括在形成所述濾色鏡層之後以及 在形成所述低溫氧化物層之前形成平坦化層。
3. 根據權利要求1所述的方法，還包括在所述微透鏡上形成間隙減小層。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中所述間隙減小層包括第二低溫氧化 物層。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中蝕刻所述犧牲微透鏡和所述低溫氧 化物層包括以大約1:1的蝕刻選擇性進行毯覆式蝕刻。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中蝕刻所述犧牲微透鏡和所述低溫氧 化物層被實施直到所述犧牲微透鏡被完全去除為止。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中蝕刻所述犧牲微透鏡和所述低溫氧 化物層包括利用包含四氟化碳和氧氣的蝕刻氣體。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中所述四氟化碳和氧氣以3:1到15:1 的比例存在於所述蝕刻氣體中。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中以10-300sccm提供所述四氟化碳， 以5-20sccm提供所述氧氣。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中蝕刻所述初步的微透鏡包括利用 包含四氟化碳和氧氣的蝕刻氣體。
11. 根據權利要求1所述的方法，其中蝕刻所述初步的微透鏡包括蝕刻 所述初步的微透鏡的側壁。
12. 根據權利要求1所述的方法，其中在同一室內連續實施蝕刻所述犧 牲微透鏡和所述低溫氧化物層的步驟以及蝕刻所述初步的微透鏡的步驟。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中在利用雙功率頻率的室內實施蝕 刻所述犧牲微透鏡和所述低溫氧化物層的步驟以及蝕刻所述初步的微透鏡 的步驟。
14. 根據權利要求1所述的方法，其中所述低溫氧化物層包括Si02。
15. 根據權利要求3所述的方法，其中在相鄰的微透鏡之間存在間隙。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中所述間隙減小層充分地消除位於 相鄰的微透鏡之間的所述間隙。
17. 根據權利要求1所述的方法，其中蝕刻所述犧牲微透鏡和所述低溫 氧化物層的步驟包括利用高等離子體點火功率和高偏置功率。
18. 根據權利要求1所述的方法，其中蝕刻所述初步的微透鏡的步驟包 括利用高等離子體點火功率和高偏置功率。
19. 根據權利要求1所述的方法，其中所述減小的曲率半徑減小了穿過 所述微透鏡的光的聚焦長度。
20. 根據權利要求1所述的方法，其中所述加熱包括在大約120°C到大 約250°C的溫度下進行熱回流工藝。
全文摘要
本發明提供了一種製造圖像傳感器的方法。在該方法中，低溫氧化物層被形成在濾色鏡層上，以及光致抗蝕劑圖案被形成在低溫氧化物層上。隨後，在光致抗蝕劑圖案上實施熱處理以形成犧牲微透鏡。所述犧牲微透鏡和低溫氧化物層被蝕刻以在低溫氧化物層中形成初步的微透鏡。所述初步的微透鏡被蝕刻以形成與初步的微透鏡相比具有減小的曲率半徑的微透鏡。根據本發明的製造圖像傳感器的方法，改善了圖像傳感器的靈敏度，並且減小了光會聚距離，因而圖像傳感器的尺寸可以被減小。
文檔編號H01L21/71GK101211815SQ20071030532
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月26日 優先權日2006年12月29日
發明者尹基準, 黃祥逸 申請人:東部高科股份有限公司