CN101378032B - 微透镜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种使用籽晶层制造的用于图像传感器的微透镜以及不包括回流工艺的用于制造该微透镜的方法。制造微透镜的方法包括：在晶片上形成籽晶层图样，通过应用等离子来磨圆籽晶层图样的转角部分，以及然后在籽晶层图样上沉积氧化膜。
Description
本申请基于35U.S.C119要求第10-2007-0087781号(于2007年8月30日递交)韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及图像传感器，更具体地，涉及一种使用籽晶层(seedlayer)制造的用于图像传感器的微透镜及其制造方法。
背景技术
图像传感器是一种用于将一阶(first-order)、二阶(second-order)或更多阶光学信息诸如光学图像转换为电信号的器件。图像传感器通常分为互补金属氧化物半导体CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器和电荷耦合器件CCD(电荷耦合器件)图像传感器。与CMOS图像传感器相比，CCD图像传感器具有诸如感光性和抗噪声性能的突出特性，然而，CCD的高度集成组装是很困难的而且CCD需要大量的电功率。另一方面，CMOS图像传感器也称作CIS，可以通过比用于CCD图像传感器的工艺更简单的工艺来制造，CMOS图像传感器容易被形成高度集成的组件，而且消耗相对很少的电功率。
伴随着半导体行业中迅速的技术进步，近来用于制造CMOS图像传感器的技术及其特性已经得到极大地提高，因此，目前正在对CMOS图像传感器的发展进行大量的研究和调查。对用于收集外部光线的微透镜(ML)的使用可能导致CIS分辨率的提高。在这点上，典型地使用光刻胶(PR)来制造ML，但是光刻胶具有机械强度(mechanical strength)差的缺点。由于在化学机械抛光(CMP)期间产生的微粒，这个缺点已经引起了故障率的提高。
为了克服上述问题，已经将具有极好的机械强度的低温氧化物(low temperature oxide)(LTO)应用于PR。然而，这同样具有在PR和LTO之间的接触面处出现裂缝且传播穿过芯片的问题，从而在半导体器件使用期间对整个芯片造成损害。作为解决这个问题的提议，有一种使用LTO制造整个ML的方法，凭借该方法回流的PR(reflowed PR)被作为掩膜以蚀刻LTO并依次产生透镜。然而，为了制造透镜的成形材料诸如基于ML的PR，回流PR产生了不均匀的籽晶层(uneven seed layer)。
实例图1A示出了在PR回流之前ML的情况(状态，condition)，该情况呈现出ML之间良好的临界尺寸(CD)和晶片的高均匀性(high uniformity)。实例图1B示出了在PR回流之后ML的情况，该情况呈现出ML之间每个CD以及晶片的均匀性的显著恶化。也就是，在PR回流之后像素之间的CD将产生很大的差异。实例图1C示出了在PR回流之后晶片的横截面图。实例图1D是示出了PR回流之后的晶片情况的倾斜图像。
实例图2A至图2C示出了在使用回流的PR作为掩膜蚀刻LTO之后产生的籽晶层(seed layer)。如实例图2A至图2C所示，在蚀刻工艺之后籽晶层的表面是粗糙的而且呈现出很差的均匀性。可以在像素的边缘附近观察到更显著的粗糙度效应(roughness effect)并且线边缘粗糙度也很严重。以上所披露的问题背后的一个原因被推测是因为用于蚀刻的PR具有很薄的厚度。
当在如上所述的具有高表面粗糙度(即，很差的表面特征)的籽晶层上和/或上方沉积LTO时，如实例图3A至图3C所示形成了具有很差表面粗糙度的ML。
因此，这种用于回流PR的工艺具有缺点，诸如很难进行统计过程控制(SPC)以及通过回流的PR图样化的边缘中极大的粗糙度。因此，使用回流的PR作为掩膜来蚀刻LTO仍然具有很差的边缘轮廓的问题。这种很差的边缘轮廓可能导致微透镜阵列中的像素之间的特性差异，从而引起半导体器件的性能降低。
发明内容
本发明实施例涉及一种具有极好的表面特征的微透镜(ML)及其制造方法。
本发明实施例涉及一种用于制造具有改善的表面粗糙度的ML的方法，该方法可以包括在晶片的籽晶层上和/或上方沉积附加膜，而不包括任何光刻胶(PR)回流工艺。
本发明实施例涉及一种用于制造ML的方法，该方法可以包括至少下列步骤之一：在晶片上和/或上方形成由氧化硅组成的籽晶层图样；通过应用等离子(plasma)来磨圆籽晶层图样的转角部分(边角部分，corner portion)；以及然后在该籽晶层图样上和/或上方沉积氧化膜。
本发明实施例涉及一种方法，该方法可以包括至少下列步骤之一：在晶片上形成第一氧化膜，通过在第一氧化膜上实施第一蚀刻工艺来形成籽晶层图样，在籽晶层图样上实施第二蚀刻工艺以磨圆籽晶层图样的转角部分，以及然后在籽晶层图样上形成第二氧化膜。
可以通过至少下列步骤之一来形成籽晶层图样：在晶片上和/或上方沉积籽晶层；在籽晶层上和/或上方形成用于透镜的PR图样；使用PR图样作为掩膜蚀刻籽晶层的一个部分；以及然后在实施蚀刻步骤之后去除PR残留物。PR图样可以形成具有足够的厚度以在蚀刻步骤之后允许PR残留物具有不少于1000埃的厚度。可以通过聚合物生成工艺(polymer generation process)完成蚀刻步骤以便使图样的侧面倾斜。可选地，蚀刻步骤可以采用使用PR图样作为掩膜的湿蚀刻方法。转角磨圆步骤可以包括对整个晶片的毯式(等离子)蚀刻(blanket(plasma)etching)以暴露籽晶层图样的转角。可选地，转角磨圆步骤可以包括对整个晶片的化学下游(等离子)蚀刻(chemical downstream(plasma)etching)以暴露籽晶层图样的转角。
本发明实施例涉及一种ML，该ML可以包括下列至少之一：晶片；通过磨圆籽晶层的转角在晶片上和/或上方形成的籽晶层图样；以及形成于籽晶层图样上和/或上方的再沉积的氧化膜。为了暴露籽晶层图样的转角，通过等离子蚀刻籽晶层图样，籽晶层图样优选地被磨圆转角。
附图说明
实例图1A示出了PR回流之前的微透镜的情况。
实例图1B示出了PR回流之后的微透镜的情况。
实例图1C示出了在PR回流之后晶片的横截面图。
实例图1D是示出了在PR回流之后的晶片情况的倾斜图像。
实例图2A至图2C示出了在使用回流的PR作为掩膜蚀刻LTO之后形成的籽晶层。
实例图3A至图3C示出了具有高表面粗糙度的微透镜。
实例图4A至4E示出了根据本发明实施例的微透镜及其制造方法。
实例图5A至5B示出了根据本发明实施例的微透镜的形状。
实例图6是根据本发明实施例示出了微透镜的宽度相对于籽晶层的宽度变化的曲线图。
实例图7根据本发明实施例示出了当籽晶层具有减小的厚度时所形成的微透镜。
实例图8根据本发明实施例示出了用于估计与籽晶层的宽度和沉积在籽晶层上和/或上方的附加膜的厚度相关的微透镜的期望宽度的过程。
具体实施方式
在下文中，将参照附图考虑到本发明的技术结构和功能来更详细地描述本发明优选的实施例，这仅仅用于说明性的目的而不是为了限制本发明的精神和范围。
如实例图4E所示，根据本发明实施例的微透镜ML可以包括：晶片，通过磨圆籽晶层图样的转角10形成于晶片上和/或上方的籽晶层图样，以及然后在籽晶层图样上和/或上方沉积的氧化膜。可以通过在晶片上和/或上方形成第一氧化膜以及然后在第一氧化膜上实施第一蚀刻以形成籽晶层图样来形成籽晶层图样。然后，通过等离子暴露(等离子曝光，plasma exposure)在籽晶层图样10上实施第二蚀刻。使用聚合物生成工艺实施第一蚀刻以便使籽晶层图样的侧面倾斜。作为第一蚀刻的实例，尽管也可以使用干蚀刻，但使用湿蚀刻是优选的。可以通过毯式(等离子)蚀刻实施第二蚀刻以暴露籽晶层图样的转角10。可选地，也可以采用化学下游(等离子)蚀刻来暴露籽晶层图样的转角。
在下文中，将更详细地描述制造根据本发明实施例的ML的过程。
如实例图4A至图4C所示，PR图样被应用于在晶片上和/或上方形成微透镜的籽晶层图样。为了形成籽晶层图样，在晶片上和/或上方沉积籽晶层1。接下来，如实例图4A所示，在所沉积的籽晶层1上和/或上方形成PR图样2。如实例图4B所示，使用PR图样2作为掩膜来部分地且选择性地蚀刻籽晶层1。在这种情况下，在蚀刻之后PR图样2具有不少于1000埃的厚度。意味着，在蚀刻之后，具有不少于1000埃的厚度的PR图样2a残留在籽晶层图样1a上和/或上方。因此，在根据本发明实施例的蚀刻之前形成的PR图样2具有预定的厚度足以使得在蚀刻之后PR残留物具有不少于1000埃的厚度。此外，使用上述PR图样的蚀刻工艺可以包括聚合物生成工艺以便使籽晶层图样的侧壁倾斜。例如，可以实施利用了聚合物生成工艺的湿蚀刻或干蚀刻。
如实例图4C所示，在蚀刻之后通过去除PR残留物来完全形成籽晶层图样1a。如实例图4D所示，对籽晶层图样1a实施转角磨圆工艺。更具体地，籽晶层图样1a遭受到遍及整个晶片使用等离子的转角磨圆工艺以便获得籽晶层图样1a的磨圆的转角部分10。转角磨圆工艺可以包括对整个晶片的毯式(等离子)蚀刻和对整个晶片的化学下游(等离子)蚀刻以暴露籽晶层图样1a的转角10。更具体地，籽晶层图样1a的转角部分10通过毯式蚀刻或化学下游蚀刻暴露于等离子，从而产生磨圆的转角部分。如实例图4E所示，在转角磨圆的籽晶层图样1b上和/上方沉积附加的氧化膜3以完成作为最终产品的ML的制造。
实例图5A至图5B分别示出了如实例图4A至图4E示出的所制造的ML的形状。对由铝金属膜而不是氧化硅膜制成的籽晶层进行控制试验，由氧化硅膜制成的籽晶层被用作根据本发明实施例的籽晶层。基于试验结果，根据本发明实施例的所制造的ML的性能评估如下。由铝金属膜制成的籽晶层具有360nm厚度。然后，在籽晶层上和/或上方形成厚度为7750nm的氧化膜，附加的氧化膜用来制造微透镜。
实例图5A示出了由氧化膜制成的透镜的宽度和轮廓分别相对于不同的籽晶层宽度诸如290nm、410nm和591nm的变化。如实例图5A所示，由氧化膜制成的透镜的厚度基本上与籽晶层的厚度相同。换句话说，可以通过调节籽晶层的厚度来调整ML的厚度以便ML的厚度可以被更方便和更有效地控制。
如实例图5B所示，ML的几何形状使根据本发明实施例的ML具有提高的表面粗糙度变得很明显。
实例图6是根据本发明实施例示出了ML的宽度相对于籽晶层的宽度变化的曲线图。曲线图示出了ML的宽度变化和籽晶层的宽度变化之间存在线性关系。实例图7示出了当根据本发明实施例制成的籽晶层具有很薄的厚度时所形成的ML。实例图8示出了用于估计与根据本发明实施例的籽晶层的宽度和沉积在籽晶层上和/或上方的附加膜的厚度有关的ML的期望宽度的过程。
如实例图8所示，可以通过下述与根据本发明实施例的籽晶层的宽度和沉积在籽晶层上和/或上方的附加膜的厚度有关的公式1来确定ML的期望宽度。
公式1：ML宽度(期望的)＝A+2C*tanθ
其中A是籽晶层的层宽(floor width)，C是沉积在籽晶层上和/或上方的附加膜的厚度，而θ是在附加的沉积工艺中的保角(conformal angle)。例如，对于PE-CVD，θ的范围可以在20°到30°之间(20°≤θ≤30°)。
从上面的描述中可以清楚地知道，用于制造根据本发明实施例的ML的方法使用了对籽晶层图样的转角磨圆工艺。因此，在籽晶层图样上和/或上方再沉积附加的氧化膜之后，所制造的ML在接触面即籽晶层和所沉积的氧化膜之间的边缘处呈现出改善的表面粗糙度。从而，ML具有使用所沉积的氧化膜形成的良好的表面。此外，LTO可以用来制备根据本发明实施例的籽晶层和所沉积的氧化膜。
根据本发明实施例，即使当在籽晶层上和/或上方沉积附加膜而没有用于籽晶层的转角磨圆工艺的PR回流时，也可以成功地具体化出具有改善的表面粗糙度的透镜。当然，根据本发明实施例的不需要PR回流工艺的方法可以很容易地实施SPC。根据本发明实施例使用等离子的籽晶层的转角磨圆导致极大地改善了在下层(底层，under layer)上的籽晶层与沉积在籽晶层上和/或上方的附加氧化膜之间的接触面处的粗糙度以及像素之间的边缘区域中的表面粗糙度。此外，显著地增大了ML(也就是，像素)之间的CD差异，从而提高了图像传感器的性能。
此外，通过相对于下层上的籽晶层的厚度和宽度调节沉积在籽晶层上和/或上方的附加氧化膜的厚度可以容易地控制ML的整个宽度和厚度。这个特征有利于调节ML的焦距。简要地，可以根据籽晶层的尺寸来简单地控制ML的形状。最后，根据本发明实施例的ML容易适用于需要小间距(pitch)和薄厚度ML的领先边缘技术(leading edge technologies)。
根据本发明实施例，可以通过有效地增加用于在下层上和/或上方形成籽晶层图样的PR的厚度来完成在蚀刻期间防止籽晶层暴露(曝光，exposure)。结果，籽晶层由于PR所增加的厚度而被保护，而且籽晶层本质上不受蚀刻的影响，从而在沉积期间维持了一定的表面粗糙度。
本发明实施例可以通过等离子暴露(等离子曝光，plasmaexposure)磨圆形成在下层(底层，underlying layer)上的籽晶层的转角部分来降低表面粗糙度，其中等离子暴露要先于在籽晶层图样的上表面上和/或上方进一步沉积附加膜。这意味着通过补偿籽晶层，透镜具有改善的表面质量。
尽管已经参照多个示例性实施例对本发明进行了描述，但是应该理解，本领域技术人员可以想到多种其他修改和实施例，他们都将落入本公开的原则的精神和范围内。更特别地，在本公开、附图、以及所附权利要求的范围内，可以在主题结合排列的排列方式和/或组成部分方面进行各种修改和改变。除了组成部分和/或排列方面的修改和改变以外，可选的使用对本领域技术人员来说也是显而易见的。
Claims (19)
1.一种用于制造微透镜的方法，包括：
在晶片上形成籽晶层图样，其中，所述籽晶层图样包括第一氧化膜；
通过实施等离子蚀刻工艺来磨圆所述籽晶层图样的转角部分；
在所述籽晶层图样上沉积附加的氧化膜，以完成所述微透镜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述籽晶层图样包括：
在所述晶片上沉积所述第一氧化膜；
在所述第一氧化膜上形成光刻胶图样，其中，所述光刻胶图样用于形成所述籽晶层图样；
通过使用所述光刻胶图样作为掩膜蚀刻所述第一氧化膜的一个部分来形成所述籽晶层图样；
在蚀刻所述第一氧化膜的所述一个部分之后从所述籽晶层图样上去除光刻胶残留物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所形成的所述光刻胶图样形成具有的厚度使得在蚀刻所述第一氧化膜的所述一个部分之后所述光刻胶残留物具有不少于1000埃的厚度。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，通过聚合物生成工艺来蚀刻所述第一氧化膜的所述一个部分以便使所述籽晶层图样的侧壁倾斜。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，使用所述光刻胶图样作为掩膜通过湿蚀刻工艺蚀刻所述第一氧化膜的所述一个部分。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用等离子毯式蚀刻来实施磨圆所述转角部分。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用等离子化学下游蚀刻来实施磨圆所述转角。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一氧化膜包括氧化硅。
9.一种微透镜，包括：
晶片；
籽晶层图样，形成于所述晶片上并具有磨圆的转角部分；以及
氧化膜，形成于所述籽晶层图样上，
其中，所述微透镜包括所述籽晶层图样和所述氧化膜。
10.根据权利要求9所述的微透镜，其中，通过等离子蚀刻工艺来磨圆所述籽晶层图样的所述转角部分。
11.根据权利要求9所述的微透镜，其中，所述籽晶层包括低温氧化物。
12.根据权利要求9所述的微透镜，其中，所述氧化膜包括低温氧化物。
13.一种用于制造微透镜的方法，包括：
在晶片上形成第一氧化膜；
通过在所述第一氧化膜上实施第一蚀刻工艺来形成籽晶层图样；
在所述籽晶层图样上实施第二蚀刻工艺以磨圆所述籽晶层图样的转角部分；
在所述籽晶层图样上形成第二氧化膜，以完成所述微透镜。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二蚀刻工艺包括等离子蚀刻工艺。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述等离子蚀刻工艺包括毯式蚀刻和化学下游蚀刻中的至少一种。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一氧化膜和所述第二氧化膜由相同的材料组成。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一氧化膜和所述第二氧化膜包括低温氧化物。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一蚀刻包括使所述籽晶层图样的侧壁倾斜。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一蚀刻包括湿蚀刻工艺。
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