CN101308818B - 用于制造图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于制造图像传感器的方法。在此方法中，由氧化物层形成微透镜。可利用氮气作为掺杂剂来形成用于微透镜的氧化物层。可在氧化物层上形成多个光致抗蚀剂图案，并可利用光致抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻氧化物层，以形成具有恒定曲率的氧化物层微透镜。在进一步的实施例中，可在形成氧化物层微透镜期间对光致抗蚀剂图案施加等离子体处理。利用本发明的方法，能够将多个微透镜之间的间隙最小化，从而改善氧化物层微透镜的性质。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造图像传感器的方法，更具体地，涉及一种具有氧化物层微透镜的图像传感器的制造方法。
背景技术
根据相关技术，图像传感器的制造工艺中形成微透镜的方法包括：利用用于微透镜的特殊光致抗蚀剂来执行光刻工艺，并回流该光致抗蚀剂。
然而根据上述相关技术，因为在光致抗蚀剂回流期间去除的光致抗蚀剂的量增加，所以多个微透镜之间产生间隙从而减少了入射光量，导致有缺陷的图像。
对于有机微透镜(organic microlens)来说，在诸如封装之类的后置工艺(post process)期间切割晶片时产生的微粒以及半导体芯片安装操作中的凸点(bump)会损害微透镜或附着到微透镜上，从而导致有缺陷的图像。
此外，在相关技术的微透镜中，在形成微透镜时可能产生对于横轴和斜轴的焦距上的差异。因而，就会产生相邻像素的串扰。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于制造图像传感器的方法，其采用的微透镜使用了氧化物层。
根据实施例，提供一种用于制造图像传感器的方法，该方法在实现使用氧化物层的微透镜时能够改善氧化物层微透镜的性质。
根据本发明实施例的用于制造图像传感器的方法能够将多个微透镜之间的间隙最小化。
在一个实施例中，一种用于制造图像传感器的方法包括：提供包含光电二极管的衬底；利用氮气作为掺杂剂，在衬底上形成氧化物层；在氧化物层上形成具有预定间隔的多个光致抗蚀剂图案；以及利用光致抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻氧化物层，以形成具有恒定曲率的多个氧化物层微透镜，其中形成所述多个氧化物层微透镜的步骤包括：利用所述光致抗蚀剂图案作为掩模，初步蚀刻所述氧化物层；对所述光致抗蚀剂图案执行等离子体处理；以及利用被等离子体处理过的光致抗蚀剂图案作为掩模，蚀刻被初步蚀刻的氧化物层。
在以下的附图和描述中阐述一个或多个实施例的细节。根据描述和附图以及权利要求，其它特征将是显而易见的。
附图说明
图1至图5是横断面视图，用于描述根据一个实施例的用于制造图像传感器的方法。
图6是横断面视图，用于描述根据另一实施例的用于制造图像传感器的方法。
具体实施方式
以下，将参考附图来描述根据实施例的用于制造图像传感器的方法。
在实施例的描述中，应理解的是，当一层(或膜)被称为位于另一层或衬底“上”时，该层(或膜)可以直接位于上述另一层或衬底上，或者也可能存在中间层。此外，应理解的是，当一层被称为位于另一层“下”时，该层可以直接位于上述另一层下，或者也可能存在一个或多个中间层。此外，可以理解的是，当一层被称为位于两层“之间”时，该层可以为这两层之间唯一的层，或者也可能存在一个或多个中间层。
图1至图5是横断面视图，示出根据实施例的图像传感器的制造工艺。
参考图1，可在包含光电二极管120的衬底110上形成层间电介质130。
可将层间电介质130形成为多层。在一个实施例中，可在衬底110上形成第一层间电介质。然后，可形成光阻挡层(图中未示)，用以防止光入射到光电二极管120的区域之外的区域，并可在光阻挡层和第一层间电介质上形成另一层间电介质。
在进一步的实施例中，可在层间电介质130上形成钝化层(图中未示)，用以保护器件免于受潮和刮擦。来执行曝光和显影工艺，以形成滤色层140。滤色层140可包含按波段滤光的红(R)滤色镜、绿(G)滤色镜、及蓝(B)滤色镜(图中未示)。
可在滤色层140上形成用于保证平面化程度的平坦化层150，以控制焦距，并形成透镜层。
接下来，参考图2，可利用氮气作为掺杂剂，在平坦化层150上形成用于微透镜的氧化物层160。
氧化物层160可通过在低于约200℃的温度沉积氧化物膜来形成。氧化物层160可用SiO2形成，但是实施例不限于此。在特定实施例中，氧化物层160可用化学汽相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)、或等离子体增强型CVD(PECVD)来形成。
因为氧化物层160是在低于200℃的温度沉积的，所以可能难以得到致密的层。在此情况下，在氧化物层160内可能形成对于层的质量有严重影响的空隙和凹坑。
根据实施例，为解决这种限制，在本实施例中利用氮气(G)作为掺杂剂，即可控制在氧化物层160的表面上产生的空隙和凹坑的形成物。
然而，当氧化物层中的N2量增加时，该层的折射率就可能减小。所以，根据实施例，将氮的原子百分比控制到3％或更低，从而能够控制空隙和凹坑的形成，并可保持氧化物层微透镜的出色特性。
在根据实施例的形成氧化物层160的操作中，氧化物层160是利用作为掺杂剂的氮气(G)与用于形成氧化物层160的材料一起来形成的，使得能够控制在氧化物层160的表面上产生的空隙和凹坑的形成物。
根据实施例的形成氧化物层160的操作可包括：利用用于形成氧化物层160的材料来形成氧化物层160，以及利用氮气(G)作为掺杂剂对于氧化物层160执行氮气处理。
在另一实施例中，形成氧化物层160的操作可包括：当沉积用于形成氧化物层160的材料时，利用第一氮气(G)掺杂剂与用于形成氧化物层160的材料一起，来形成氧化物层，并随后利用第二氮气(图中未示)作为掺杂剂对于氧化物层160执行氮气处理，以更有效地去除在氧化物层160的表面上产生的空隙和凹坑的形成物。
根据本发明的实施例，可利用以高达30sccm的流量提供的氮气(G)作为掺杂剂，来形成氧化物层160。
根据题述方法的特定实施例利用氮气的效果用以下的实验来描述。在第一个实验中，在形成氧化物层160时，添加的氮气(G)流量为0sccm。也就是说，在第一个实验中不添加氮气。在第二个实验中，在形成氧化物层160时，添加的氮气(G)的流量为20sccm。在第三个实验中，在形成氧化物层160时，添加的氮气(G)的流量为30sccm。
对于每个实验得到并检查了扫描电子显微镜(SEM)图像。对于第一个实验，产生了空隙和凹坑。对于第二个实验，没有产生空隙和凹坑。此外，对于第三个实验，观察到折射率趋于增加而透射率趋于减小。
经过以上的过程，已开发出了用于优化新型氧化物层微透镜的工艺的工艺条件。
参考图3，可在氧化物层160上形成多个光致抗蚀剂图案170。可将光致抗蚀剂图案170形成为具有预定间隔。
在一个实施例中，可通过在氧化物层160上涂布光致抗蚀剂层(图中未示)，并随后通过利用微透镜的掩模(图中未示)的曝光和显影工艺而选择性地图案化该光致抗蚀剂层，来形成光致抗蚀剂图案170。
在实施例中，可将光致抗蚀剂图案170形成得比氧化物层160更厚，这是因为光致抗蚀剂图案170的蚀刻阻止特性低于氧化物层160的蚀刻阻止特性。
根据实施例，可利用光致抗蚀剂图案170作为蚀刻掩模来蚀刻氧化物层160。在另一实施例中，可将光致抗蚀剂图案170回流以形成微透镜图案170a，并随后利用微透镜图案170a作为蚀刻掩模来蚀刻氧化物层160。
例如，参考图4，可通过将包含光致抗蚀剂图案170的半导体衬底110置于加热板(图中未示)上，并在约150℃或更高温度执行热处理以将光致抗蚀剂图案170回流成半球形的微透镜图案170a，来形成微透镜图案170a。
参考图5，可利用微透镜图案170a作为掩模来蚀刻氧化物层160，以形成具有恒定曲率的氧化物层微透镜165。
根据本发明的实施例，可防止在用于微透镜的氧化物层内产生空隙和氧化物凹坑。进一步的实施例能够防止产生空隙和凹坑，而无需不利地改变用于微透镜的氧化物层的折射率和透射率。因此，实施例包括在形成微透镜氧化物层期间利用氮气处理，从而能够改善器件特性。
图6是示出根据另一实施例用于制造图像传感器的方法的微透镜形成工艺的示意图。
此处，可利用光致抗蚀剂图案170作为蚀刻掩模来蚀刻氧化物层160。可选择地，可将光致抗蚀剂图案170回流以形成微透镜图案171a(图4中标记为170a)，且随后可利用微透镜图案170a作为蚀刻掩模来蚀刻氧化物层160。
根据图6所示的实施例，当利用光致抗蚀剂图案170或微透镜图案170a作为掩模来蚀刻氧化物层160时，对于光致抗蚀剂图案170或微透镜图案170a额外地执行等离子体处理。
例如，可利用微透镜图案171a作为掩模，来初步蚀刻氧化物层160。
在蚀刻工艺期间，可对微透镜图案171a执行等离子体处理以形成图案170b，由此再利用被等离子体处理过的微透镜图案170b作为掩模，第二次蚀刻氧化物层160。
在这一点上，在对微透镜图案171a执行等离子体处理的操作中，与初步蚀刻期间电源功率(source power)与偏置功率之比相比较，电源功率可增加1.5倍，以便提高等离子体温度。这种工序延伸或扩大了微透镜图案170a，从而形成被等离子体处理过的微透镜图案170b。
例如，在初步蚀刻中电源功率与偏置功率之比约为5∶1的情况下，在初步蚀刻中将电源功率增加1.5倍以提高等离子体温度，使得微透镜图案170a延伸，从而能够形成被等离子体处理过的微透镜图案170b。
此外，例如在对微透镜图案170a执行等离子体处理的操作中，偏置功率可处于200-400W的范围内，而电源功率可处于1200-1400W的范围内。
根据特定实施例，在形成氧化物层微透镜(图5中标记为165)的操作中，可对光致抗蚀剂图案170或微透镜图案171a执行等离子体处理三次或更多次。
例如，可利用微透镜图案171a来初步蚀刻氧化物层160。然后，可执行第一等离子体工艺，以将在初步蚀刻工艺期间已经被部分蚀刻的微透镜图案171a延伸成被等离子体处理过的微透镜图案170b。可继续蚀刻氧化物层160，但现在是以被等离子体处理过的微透镜图案170b作为蚀刻掩模来进行蚀刻的。在一段时间之后，可执行第二等离子体工艺以延伸当前经过部分蚀刻的被等离子体处理过的微透镜图案170b。这种蚀刻和等离子体处理步骤可继续进行，直到氧化物层160被蚀刻成多个微透镜165为止。
通过执行等离子体处理，可减少多个光致抗蚀剂图案170或多个微透镜图案170a之间的间隙。因而，可有效地减少多个氧化物层微透镜165之间的间隙。
在本说明书中对“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，结合该实施例所描述的特定的特征、结构、或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处出现的这些词语并不一定都指同一实施例。此外，当结合任一实施例来描述特定的特征、结构、或特性时，则认为其落入本领域技术人员可以结合其它实施例来实现这些特征、结构或特性的范围内。
虽然以上参考本发明的多个说明性实施例对实施例进行了描述，但应理解的是，本领域技术人员可以设想出落在本公开文件的原理的精神和范围内的许多其它改型和实施例。更具体地说，在本公开文件、附图以及所附权利要求书的范围内，能够对部件和/或题述组合排列中的排列进行各种变更与改型。除了部件和/或排列的变更与改型之外，各种选择性应用对本领域技术人员而言也是显而易见的。
Claims (18)
1.一种用于制造图像传感器的方法，包括以下步骤：
提供包含光电二极管的衬底；
利用氮气作为掺杂剂，在所述衬底上形成氧化物层；
在所述氧化物层上形成多个光致抗蚀剂图案；以及
利用所述光致抗蚀剂图案作为掩模，由所述氧化物层形成多个氧化物层微透镜，
其中形成所述多个氧化物层微透镜的步骤包括：
利用所述光致抗蚀剂图案作为掩模，初步蚀刻所述氧化物层；
对所述光致抗蚀剂图案执行等离子体处理；以及
利用被等离子体处理过的光致抗蚀剂图案作为掩模，蚀刻被初步蚀刻的氧化物层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述氧化物层的步骤包括：
在沉积用于形成所述氧化物层的材料时利用所述氮气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述氧化物层的步骤包括：
沉积用于形成所述氧化物层的材料；以及
利用所述氮气，对所沉积的用于形成所述氧化物层的材料执行氮气处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述氧化物层的步骤包括：
在沉积用于形成所述氧化物层的材料时利用所述氮气；以及
利用添加的氮气来执行氮气处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述氧化物层的步骤包括：利用含氮的气体，该气体所含的氮处于原子百分比为3％或更低的范围内。
6.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述氧化物层的步骤包括：利用处于最多30sccm的范围内的所述氮气。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述光致抗蚀剂图案形成为具有比所述氧化物层更厚的厚度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述光致抗蚀剂图案的步骤包括：
以光致抗蚀剂涂布所述衬底；以及
执行曝光和显影工艺，提供图案化的光致抗蚀剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述光致抗蚀剂图案的步骤还包括：对所述图案化的光致抗蚀剂执行回流工艺。
10.根据权利要求1所述的方法，其中对所述光致抗蚀剂图案执行所述等离子体处理的步骤包括：与所述初步蚀刻中电源功率与偏置功率之比相比较，通过将电源功率增加至少1.5倍来提高等离子体温度。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理使所述光致抗蚀剂图案延伸。
12.根据权利要求1所述的方法，其中对所述光致抗蚀剂图案执行所述等离子体处理的步骤包括：使用处于200W-400W的范围内的偏置功率，以及处于1200W-1400W的范围内的电源功率。
13.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述氧化物层微透镜的步骤还包括：对所述光致抗蚀剂图案重复地执行所述等离子体处理，并利用各个后续被等离子体处理过的光致抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻所述氧化物层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述等离子体处理和利用各个后续被等离子体处理过的光致抗蚀剂图案的蚀刻执行至少三次。
15.根据权利要求1所述的方法，其中在所述氧化物层上将所述多个光致抗蚀剂图案形成为具有预定间隔。
16.根据权利要求1所述的方法，其中将所述氧化物层微透镜形成为具有恒定曲率。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：
在所述衬底上形成层间电介质；以及
在所述衬底上形成所述氧化物层之前，在所述层间电介质上形成滤色层。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：在形成所述滤色层之后，在所述滤色层上形成平坦化层。
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