CN100590847C - 图像传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器的制造方法。该方法包括如下步骤。在具有光电二极管和晶体管的半导体衬底上形成滤色镜层。在滤色镜层上形成平坦化层。在平坦化层上形成LTO(低温氧化物)层。在LTO层上形成与滤色镜相对应的光致抗蚀剂图案，并实施回流工艺。在光致抗蚀剂图案和LTO层上实施反应离子蚀刻以形成微透镜阵列。在反应离子蚀刻工艺期间，在光致抗蚀剂图案和/或LTO层上实施第二次回流工艺。在本发明的图像传感器中，微透镜之间的间隙被最小化。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种图像传感器的制造方法。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换为电子信号的半导体装置，电荷藕合器件(CCDs)具有各自的紧密封装在一起的金属氧化物半导体(MOS)电容器，电荷载体在其中存贮和迁移。
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是一种使用切换法并应用CMOS技术的装置，在该CMOS技术中，用控制电路和信号处理电路作为外围电路，并利用与像素大小相关的MOS晶体管来依次检测输出。
图像传感器制造中需要克服的阻碍是从入射光信号到电信号的转换比率。换句话说，也就是需要提高灵敏度。
微透镜形成在CMOS图像传感器的最上层。经微透镜聚焦的光线穿过平坦化层和滤色镜阵列层，并在诸如光电二极管等集光器中转换为电信号。
图像传感器使用通过上述方法转换为电信号的信号来显示图像。这里，图像会受到一些因素的影响，如微透镜的焦距、滤色镜的尺寸和分布、平坦化层的厚度、以及光电二极管的节距(pitch)尺寸。
还有，为了形成聚光的微透镜，已经提出了许多方法，用以最小化相邻的微透镜之间的间隙或生成零间隙。
发明内容
本发明的实施例提供一种图像传感器的制造方法，其具有最小化的微透镜阵列中透镜之间的间隙。
在一个实施例中，形成图像传感器的方法包括：在具有光电二极管和晶体管的半导体衬底上形成滤色镜层；在滤色镜层上形成平坦化层；在平坦化层上形成LTO(低温氧化物)层；在LTO层上形成光致抗蚀剂图案(例如与滤色镜层中的滤色镜相对应)，并实施回流工艺；在光致抗蚀剂图案和LTO层上，通过实施反应离子蚀刻工艺而形成微透镜阵列；以及在反应离子蚀刻工艺期间，在光致抗蚀剂图案和/或LTO层上可选择地实施第二次回流工艺。
在本发明的图像传感器中，微透镜之间的间隙被最小化。
在以下的附图与描述中给出一个或多个实施例的详细信息。根据这些描述和附图，以及根据权利要求，其他特征也显而易见。
附图说明
图1至图4是用于描述根据本实施例的图像传感器制造方法的剖面图。
图5和图6是用于描述在根据本实施例的反应离子蚀刻期间，在光致抗蚀剂图案上不实施回流工艺时的剖面图。
具体实施方式
下面将具体参考本发明所公开的实施例，结合附图对其实例进行描述。
图1至图4是用于描述根据不同的实施例的图像传感器制造方法的剖面图。
参见图1至图4，首先，第一滤色镜层11形成在半导体衬底上，平坦化层12形成在滤色镜层11上，低温氧化物(LTO)层13形成在平坦化层12上。然后，光致抗蚀剂涂覆于LTO层上，并被图案化以形成光致抗蚀剂图案14。虽然没有显示，但光电二极管和晶体管也可以形成在半导体衬底10上，并且该半导体衬底10包括至少一个层间绝缘层和一根金属线。半导体衬底10通常包括多个单元像素，每个单元像素包括一个光电二极管和预定数量的(通常为3、4或5个)晶体管。
滤色镜层11包括红色(R)滤色镜、绿色(G)滤色镜和蓝色(B)滤色镜，通常排列在与单元像素相对应的阵列内。根据滤色镜的设计，也可以包括其他颜色的滤色镜(如黄色、青色和红紫色)，或应用其他各种排列方式。在一个实施例中，红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜的每一个都排列在与位于其下的图像传感器单元像素内的光电二极管相对应的位置上。
LTO层13包括二氧化硅，并且在不高于250℃的温度下，通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法，经由二氧化硅前驱体(例如硅烷气体或原硅酸四乙酯等硅源，以及分子氧和臭氧等氧源)而形成该LTO层。在不同的实施例中，LTO层13可以在150-200℃的温度下，通过PECVD法而形成，并具有200-500纳米(例如370纳米)的厚度。
光致抗蚀剂图案14是为了形成微透镜前驱体而设，该微透镜前驱体用于从LTO层13中制造微透镜。该光致抗蚀剂图案14通过在LTO层13上涂覆厚度为250-500纳米(例如400纳米)的光致抗蚀剂材料，然后对光致抗蚀剂材料进行图案化而形成。
如图2所示，对光致抗蚀剂图案14进行诸如回流工艺等热处理，以形成微透镜形状(例如微透镜前驱体)。该回流工艺在120到250℃(例如150-200℃)的温度下实施。然后，以光致抗蚀剂图案14作为掩模，应用各向异性反应离子刻蚀(RIE)法来蚀刻LTO层13。
这里，如图3所示，光致抗蚀剂图案14被移除，LTO层13被同时蚀刻以形成如图4和图6所示的微透镜。
在LTO层13上实施RIE工艺时，侧壁效应的发生会导致对光致抗蚀剂图案14的侧面的蚀刻，因而减小了光致抗蚀剂图案14的表面面积。这样，经由光致抗蚀剂图案14而形成的微透镜前驱体之间的间隙会被加宽。
参照图3，在本实施例中，在RIE工艺期间，在光致抗蚀剂图案14上实施进一步的回流工艺，以补充光致抗蚀剂图案14的侧面(例如，减少各向同性蚀刻)。RIE工艺是在基于氟的气体氛围下实施的，其偏置功率与源功率之间的比率介于1∶1到1∶5的范围内。基于氟的气体(蚀刻剂)例如包括化学方程式为CxHyFz的(含氢的)碳氟化合物，其中x是1到5的整数，y是0或者是1到x的整数，并且(y+z)＝2x或2x+2。适用的蚀刻剂气体包括CF4，CHF3，C2F6，和cyclo-C4F8。
并且，在RIE工艺期间，为了在光致抗蚀剂图案14上实施回流工艺，可以将源功率提高为至少1.1倍(如1.5倍)以提高等离子体温度。例如，源功率为1000到3000瓦，而偏置功率为0瓦或10-3000瓦。在一个实施例中，源功率设置为1200-1400瓦，而偏置功率则设置为200-400瓦。
在RIE工艺期间，通过在光致抗蚀剂图案14上实施2到4次进一步的回流，可以降低或避免由于光致抗蚀剂图案14的侧面被蚀刻而造成的其表面面积的减小。因而，如图4所示，经由光致抗蚀剂图案14而形成的微透镜13a的间隙可以被最小化。
比较图3和图5，在图3中，当对光致抗蚀剂图案(微透镜前驱体)14进行蚀刻时，因为在该光致抗蚀剂图案(微透镜前驱体)14上实施了回流工艺，所以其与LTO层13接触的表面面积并没有因RIE工艺而显著减小。另一方面，在图5中，只对光致抗蚀剂图案14进行蚀刻，而没有在其上实施回流工艺，那么该光致抗蚀剂图案14与LTO层13相接触的表面面积会随着RIE工序的进行而减小。然而，在各向异性蚀刻的方向性可以最大化和/或蚀刻光致抗蚀剂图案14和LTO层13的选择性可以最小化的情况下，微透镜之间的这种间隙并不会很大。因此，微透镜13a和相邻的微透镜13a之间的间隙也不会增大，从而最小化了微透镜13a之间的间隙。
说明书中涉及的任何“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，其含义是结合实施例所描述的特定特征、结构、或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。本说明书中出现于各个位置的这些短语的特征不一定都涉及同一个实施例。此外，当结合任何实施例说明特定特征、结构、或特性时，认为其落在本领域技术人员结合其他实施例就可以实现这些特征、结构、或特性的范围内。
尽管对实施例的描述中结合了其中多个示例性实施例，但可以理解的是本领域技术人员完全可以推导出多个其他的变化和实施例，而落入本公开内容的原理的精神和范围之内。尤其是，可以在本公开、附图和所附权利要求的范围内对组件和/或附件组合配置中的排列进行各种变化和改进。除组件和/或排列的变化和改进之外，其他可以选择的应用对与本领域及技术人员而言也是显而易见的。
Claims (12)
1.一种图像传感器的制造方法，该方法包括如下步骤：
在上面具有光电二极管和晶体管的半导体衬底上形成滤色镜层；
在该滤色镜层上形成平坦化层；
在该平坦化层上形成低温氧化物层；
在该低温氧化物层上形成光致抗蚀剂图案，并实施回流工艺；
通过在该光致抗蚀剂图案和该低温氧化物层上实施反应离子蚀刻工艺，形成微透镜阵列；以及
在该反应离子蚀刻工艺期间，在该光致抗蚀剂图案上实施回流工艺。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成该低温氧化物层的步骤包括：在150-200℃的温度下实施等离子体增强化学气相沉积。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该反应离子蚀刻工艺是各向异性蚀刻工艺。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该反应离子蚀刻工艺是在以下条件下实施的，这些条件包括：偏置功率与源功率之间的比率介于1∶1到1∶5的范围内，以及基于氟的气体氛围。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在该反应离子蚀刻工艺期间，在该光致抗蚀剂图案上实施该回流工艺的步骤包括：将源功率至少提高至1.1倍以提高等离子体温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中将该源功率提高至1.5倍。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在该反应离子蚀刻工艺期间，在该光致抗蚀剂图案上实施该回流工艺的步骤还包括：将源功率设置为1000-3000瓦，偏置功率设置为10-3000瓦。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在该反应离子蚀刻工艺期间，在该光致抗蚀剂图案上实施该回流工艺的步骤还包括：将该源功率设置为1200-1400瓦，该偏置功率设置为200-400瓦。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在该半导体衬底上包括多个光电二极管和多个晶体管。
10.根据权利要求1所述的方法，其中该滤色镜层包括多个滤色镜，并且该光致抗蚀剂图案与所述多个滤色镜相对应。
11.根据权利要求1所述的方法，其中该光致抗蚀剂图案包括多个微透镜前驱体，每个所述微透镜前驱体都与唯一的滤色镜相对应。
12.根据权利要求1所述的方法，其中在该半导体衬底上包括多个光电二极管，每个所述光电二极管通过唯一的微透镜接收光线。
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