CN101207076A - 图像传感器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器的制造方法,包括下列步骤:在滤色镜层上形成光致抗蚀剂层;对所述光致抗蚀剂层进行曝光,以形成从所述光致抗蚀剂层的上表面起具有预定深度的图案;热处理所述光致抗蚀剂层以形成微透镜前体;以及蚀刻所述微透镜前体以形成微透镜。根据本发明的图像传感器的制造方法,能够制造无间隙的微透镜,从而提高图像传感器的灵敏度。

Description

图像传感器的制造方法
技术领域
本发明涉及一种图像传感器的制造方法。
背景技术
一般而言,图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器包括用于将入射光聚集到光电二极管上的微透镜。
图1和图2是现有技术图像传感器制造方法的横截面图。
根据现有技术图像传感器的制造反法,如图1所示,以矩阵的形式形成光致抗蚀剂图案11。参照图2,在光致抗蚀剂图案11上执行热处理工艺,例如回流工艺,以形成微透镜11a。
通过上述工艺,以矩阵的形式形成微透镜11a。在这种情况下,在水平方向上相邻的微透镜11a之间具有预定的间隙“s”。在垂直方向上相邻的微透镜11a之间也具有预定的间隙“s”。
由于曝光装置分辨率的限制,相邻的光致抗蚀剂图案11形成为相互之间间隔0.3μm-0.5μm。通过热处理工艺形成的相邻的微透镜11a相互之间间隔0.2μm-0.4μm。
在制造图像传感器的过程中一个重点是提高图像传感器的灵敏度,也就是,入射光信号到电信号的转换率。在制造高集成图像传感器的过程中,需要具有零间隙的微透镜,以使得由于像素间距的减小而有效地促进和/或增加到达光电二极管的入射光。
在形成用于聚集入射光的微透镜的过程中,已经做出多种努力以在微透镜之间提供零间隙。零间隙表明在相邻的微透镜之间没有间隙形成。然而,曝光装置(例如,光刻步进机)分辨率的限制使得在相邻的微透镜之间形成零间隙很困难。
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,其可以在相邻的微透镜之间提供零间隙,从而改善了所述图像传感器的灵敏度。
本发明的一个实施例提供一种图像传感器的制造方法,包括下列步骤:在滤色镜层上形成光致抗蚀剂层;对所述光致抗蚀剂层进行曝光,以在所述光致抗蚀剂层中形成从所述光致抗蚀剂层的上表面起具有预定深度的图案;加热所述光致抗蚀剂层以形成微透镜前体;以及蚀刻所述微透镜前体以形成微透镜。
本发明的另一个实施例提供一种图像传感器的制造方法,包括下列步骤:在滤色镜层上形成平面化层;在平面化层上形成光致抗蚀剂层;对所述光致抗蚀剂层进行曝光,以在所述光致抗蚀剂层中形成图案;加热所述光致抗蚀剂层以形成微透镜前体;以及蚀刻所述微透镜前体以形成微透镜。
根据本发明的图像传感器的制造方法,能够制造无间隙的微透镜,从而提高图像传感器的灵敏度。
附图说明
图1和图2是现有技术图像传感器制造方法的横截面图。
图3到图6是根据本发明示例性实施例的图像传感器制造方法的概念图。
图7是根据本发明其它示例性实施例的图像传感器的横截面图。
具体实施方式
在实施例的说明中,在将每一层、区域、图案或结构表述为位于“上面/上方”或“下面/下方”时,可以解释为它们可以直接位于其它层或结构上,或者也可以存在中间层、图案或结构。因此,其意义应该根据实施例的精神和/或本说明书的上下文来确定。
在下文中,将会参照附图详细地说明示例性实施例。
图3到图6是根据本发明的特定实施例的图像传感器制造方法的概念图。
参照图3到图6,在滤色镜层31上形成用于形成微透镜的光致抗蚀剂层33。所述图像传感器的制造方法还可以包括:在形成滤色镜层31之前,在半导体衬底上形成光接收部件。光电二极管可以用作光接收部件。此外,滤色镜层31可以包括蓝滤色镜(B)、绿滤色镜(G)以及红滤色镜(R)。可选择地,所述滤色镜可以包括黄滤色镜(Y)、蓝绿滤色镜(C)以及红紫滤色镜(M)。一般地,每个滤色镜是通过沉积和光刻图案化(例如,曝光和显影)而分别形成的。接下来,执行曝光工艺,以在光致抗蚀剂层33内形成图案,其中,所述图案自光致抗蚀剂层33的上表面起具有预定深度。通常执行这样的照射直到某一持续时间(alength of time),所述持续时间与作为时间的函数在光致抗蚀剂层33内的目标穿透度(例如,特定深度)相关。在光致抗蚀剂层33内,相邻的图案(所述图案可以是在通过对曝光的光致抗蚀剂33进行显影而在光致抗蚀剂层33内形成多个直角(orthogonal)沟槽之后剩余的未蚀刻部分)相互之间间隔0.1μm-0.2μm的间隙“t”。在一些情况下,间隙“t”可以与光刻设备可以形成的尺寸(例如,90、65、45或32nm)一样小。
执行曝光工艺,直到对光致抗蚀剂层33的显影将光致抗蚀剂33图案化而达到预定深度,但是不达到等于光致抗蚀剂层33厚度的深度。例如,如图3所示,沟槽的深度D小于光致抗蚀剂层33的厚度T。一般,比例D/T取决于微透镜的目标高度和曲率,但是在多种实施例中,比例D/T可以从大约1∶10到大约10∶1、大约1∶5到大约5∶1、或者大约1∶3到大约3∶1。通过执行曝光工艺,曝光装置的分辨率可以用来形成具有相对较窄间隙的图案。
例如,当使用现有技术的曝光工艺时,如上面参照图1和图2所述,由于曝光装置分辨率的限制和需要的照射深度,图案具有从0.3μm到0.5μm范围的间隙。然而,根据图3所示的本发明的实施例,图案化到预定深度的光致抗蚀剂层33形成为使得相邻的图案相互之间间隔0.1μm-0.2μm的间除“t”。
参照图4,加热光致抗蚀剂层33,以形成微透镜前体33a。如此的加热可以处于足够使光致抗蚀剂层33内的光致抗蚀剂材料回流的温度(例如,从大约120℃到大约250℃,特别是从大约150℃到大约200℃)。
参照图5A,蚀刻微透镜前体33a,以形成微透镜33b。在微透镜前体33a上的蚀刻工艺可以为毯覆式蚀刻工艺(例如,各向异性蚀刻或回蚀工艺)。
从而,微透镜33b可以是无间隙的。也就是,在相邻的微透镜之间没有间隙形成。因此,通过聚集更多入射光,增加了光接收部件中接收的光量,从而提高了图像传感器的灵敏度。
图5B显示微透镜形成在低温氧化物(LTO;本文其它地方所描述的合适材料)上的实施例。在一个实施例中,所述LTO层可以用作平面化层(一般地,在滤色镜层31上沉积LTO层时,接下来对LTO层进行化学机械抛光)。
可选择地,如图5C所示,当微透镜的抗蚀剂材料与LTO相比,用于形成微透镜的各向异性蚀刻(或回蚀)对其不是非常具有选择性(例如,大约1∶1的蚀刻选择率)时,可以继续蚀刻或回蚀到LTO层内,以形成基于LTO的微透镜。在如此的实施例中,LTO层的厚度可以至少等于(优选大于)微透镜的光致抗蚀剂层33的厚度,以实现光致抗蚀剂层33的完全去除以及实现无间隙LTO微透镜的形成。
根据图像传感器制造方法的另外一个实施例,如图6所示,在形成微透镜33b之后,可以在微透镜33b上进一步形成低温氧化物(LTO)层35。LTO层35避免微透镜33b被外部微粒刮擦或损坏。
虽然已经描述了形成在滤色镜层31上的微透镜,但是图像传感器制造方法不限于此。在可选择的实施例中,在滤色镜层31上可以形成平面化层,然后在平面化层上形成微透镜33b。
图7是根据实施例的图像传感器的横截面图,示出了图像传感器中与聚集相关的主要部件。
参照图7,根据实施例的图像传感器包括一个或更多个光接收部件102(例如,光电二极管)、一个或更多个场绝缘体(field insulator)100(例如,浅沟槽隔离结构)、层间绝缘层104和108以及光遮蔽层106(其中每一个也用作金属化层,用于将信号传递到单元像素中和从单元像素中传递出来以及在单元像素内传递信号,其中所述单元像素包括光电二极管102)。光接收部件102和场绝缘体100形成在半导体衬底上。层间绝缘层104和108设置在光接收部件102和场绝缘体100上方。光遮蔽层106形成在层间绝缘层108内和/或绝缘层104上,并且避免部分或所有光入射到除了直接位于指定微透镜118和对应的滤色镜112a、112b、112c或112d正下方的光接收部件以外的其它区域。
在层间绝缘层108上形成钝化层110。在钝化层110上以阵列的形式顺序地形成红滤色镜112a、绿滤色镜112b和蓝滤色镜112c。在不同的实施例中,第一滤色镜(例如蓝滤色镜)可以具有从6000到7500(例如从6500到7200)的高度;第二滤色镜(例如绿滤色镜)可以具有比第一滤色镜更高的高度,并且在从6500到8000(例如从7000到7500)的范围内;以及第三滤色镜(例如红滤色镜)可以具有比第二滤色镜更高的高度并且在从7000到9000(例如从7500到8500)的范围内。
因此,在滤色镜112a、112b和112c上可以形成平面化层116来提供平滑、平面的表面,以在其上形成微透镜。具有凸透镜形状的微透镜118分别设置在与滤色镜112a、112b和112c相对的位置上。LTO层120形成在微透镜118上。LTO层120可以包括基于TEOS的氧化物或基于等离子体硅烷的氧化物(plasma silane-based oxide)。因此,通过来自TEOS和氧化剂(例如双氧(dioxygen)和/或臭氧)的氧化硅的化学气相沉积;或者通过来自硅烷(SiH4)和氧化剂(例如双氧)的二氧化硅的等离子辅助沉积,由此形成LTO层120。微透镜118形成为使得在相邻的微透镜之间没有间隙形成。附图标记“114”表示另一绝缘层,一般处于图像传感器的外围区域或除了像素区域以外的区域中。
通过微透镜118聚集入射光。红滤色镜112a、绿滤色镜112b和蓝滤色镜112c分别透射红光、绿光和蓝光。滤色后的光穿过钝化层110以及层间绝缘层108和104,入射到光接收部件102上,比如设置在各个滤色镜112a、112b和112c之下的光电二极管。光遮蔽层106用以避免入射光偏离预期路径。
根据图像传感器制造方法的实施例,能够制造无间隙微透镜,因此提高了图像传感器的灵敏度。
在本说明书中,对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等等的任何引用都意味着,结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中多处出现的这类短语不一定都引用同一个实施例。此外,当结合任一实施例来描述特定的特征、结构或特性时,应认为结合其它实施例来实现这类特征、结构或特性处于本领域技术人员的范围内。
尽管以上参考多个说明性的实施例描述了本发明,但是应理解本领域技术人员可在本发明公开原理的精神和范围内构想出许多其它修改方案和实施例。更具体地说,在本说明书、附图及所附权利要求书的范围内,本发明的主要组合配置方案的部件和/或配置能够有各种改变和修改。除了部件和/或配置的改变和修改之外,替代性用途对于本领域技术人员来说也是显而易见的。

Claims (18)

1.一种图像传感器的制造方法,包括下列步骤:
在滤色镜层上形成光致抗蚀剂层;
对所述光致抗蚀剂层进行曝光,以在所述光致抗蚀剂层中形成具有预定深度的图案;
加热所述光致抗蚀剂层以形成微透镜前体;以及
蚀刻所述微透镜前体以形成微透镜。
2.根据权利要求1所述的图像传感器的制造方法,其中所述图案包括多个凸起部分,所述多个凸起部分被所述光致抗蚀剂层内的多个直角沟槽包围,而且相互之间间隔0.1μm-0.2μm。
3.根据权利要求1所述的图像传感器的制造方法,还包括下列步骤:在形成所述滤色镜之前,在半导体衬底内形成光接收部件。
4.根据权利要求3所述的图像传感器的制造方法,其中所述光接收部件包括光电二极管。
5.根据权利要求1所述的图像传感器的制造方法,还包括下列步骤:在所述微透镜上形成低温氧化物。
6.根据权利要求1所述的图像传感器的制造方法,其中所述微透镜中相邻的微透镜是无间隙的。
7.根据权利要求6所述的图像传感器的制造方法,其中所述蚀刻所述微透镜前体的步骤包括毯覆式蚀刻工艺。
8.根据权利要求1所述的图像传感器的制造方法,其中所述图案的深度小于所述光致抗蚀剂层的厚度。
9.根据权利要求1所述的图像传感器的制造方法,其中所述光致抗蚀剂层形成在低温氧化物层上,所述蚀刻所述微透镜前体的步骤是通过毯覆式蚀刻而实现的,以及所述图像传感器的制造方法还包括下列步骤:毯覆式蚀刻所述低温氧化物层以形成基于低温氧化物的微透镜。
10.一种图像传感器的制造方法,包括下列步骤:
在滤色镜层上形成平面化层;
在所述平面化层上形成光致抗蚀剂层;
对所述光致抗蚀剂层进行曝光,以在所述光致抗蚀剂层中形成具有预定深度的图案;
加热所述光致抗蚀剂层以形成微透镜前体;以及
蚀刻所述微透镜前体以形成微透镜。
11.根据权利要求10所述的图像传感器的制造方法,其中所述图案包括多个凸起部分,所述多个凸起部分被多个直角沟槽包围,而且相互之间间隔0.1μm-0.2μm。
12.根据权利要求10所述的图像传感器的制造方法,还包括下列步骤:在形成所述滤色镜之前,在半导体衬底内形成光接收部件。
13.根据权利要求12所述的图像传感器额制造方法,其中所述光接收部件包括光电二极管。
14.根据权利要求10所述的图像传感器的制造方法,还包括下列步骤:在所述微透镜上形成低温氧化物。
15.根据权利要求10所述的图像传感器的制造方法,所述微透镜中相邻的微透镜是无间隙的。
16.根据权利要求10所述的图像传感器的制造方法,其中所述蚀刻所述微透镜前体的步骤包括毯覆式蚀刻工艺。
17.根据权利要求10所述的图像传感器的制造方法,其中所述图案的深度小于所述光致抗蚀剂层的厚度。
18.根据权利要求10所述的图像传感器的制造方法,其中所述光致抗蚀剂层形成在低温氧化物层上,所述蚀刻所述微透镜前体的步骤是通过毯覆式蚀刻而实现的,以及所述图像传感器的制造方法还包括下列步骤:毯覆式蚀刻所述低温氧化物层以形成基于低温氧化物的微透镜。
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