CN101419941A - Cmos图像传感器装置及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种形成根据本发明实施例的CMOS图像传感器(CIS)的方法包括：在可以形成包括光电二极管的逻辑部件的半导体衬底上方顺序地形成第一光刻胶和阻挡层。可以通过在所形成的阻挡层的顶部上方涂覆第二光刻胶，图样化该第二光刻胶，以及然后使用被图样化的第二光刻胶作为掩模蚀刻阻挡层来形成微透镜阵列图样。可以通过使用微透镜阵列图样作为掩模实施各向同性蚀刻来图样化第一光刻胶。可以通过将具有折射率高于第一光刻胶的折射率的材料填入第一光刻胶中被图样化的部分来形成微透镜阵列。在通过使用各向同性蚀刻制造微透镜阵列来保持透镜的球形表面的同时，可以通过最大化填充系数来使CIS的灵敏度最优化。
Description
本申请基于35 U.S.C119要求第10-2007-0105937号(于2007年10月22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
本发明涉及一种CMOS图像传感器(在下文中，CIS)装置及其形成方法，更具体地，涉及一种装置及其形成方法，该装置可以通过各向同性蚀刻(isotropically etching)包括光电二极管的逻辑部件(逻辑区域，logic section)的顶部来提高CIS的灵敏度。
背景技术
图像传感器是一种将一维或二维光学信息(optical information)转换为电信号的装置。图像传感器可以被分为两种类型：摄像管和固态摄像装置(solid image pickup device)。摄像管被广泛的应用在与集中于电视的图像处理技术相适应的测量、控制和识别的相关领域中。已经开发出各种基于摄像管的应用技术。
图像传感器可以被进一步地分为两种不同的类型：金属氧化物半导体(MOS)型和电荷耦合器件(CCD)型。CMOS图像传感器使用由CMOS制造技术制成的装置将光学图像转换为电信号。CMOS图像传感器使用开关模式(switching mode)，该开关模式顺序地对于每个像素检测MOS晶体管的输出。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器具有更方便的驱动模式并且能够实现各种扫描类型。而且，将信号处理电路集成到单个芯片中使得小型化CMOS图像传感器成为可能。此外，通过使用广泛兼容的CMOS技术，CMOS图像传感器有助于更低的功耗并降低制造成本。
为了提高这种CMOS图像传感器(该CMOS图像传感器可以称作CIS)的灵敏度，可以使用微透镜阵列(MLA)。在制造MLA的过程中，透镜的像差和面积比(aberration and area ratio)(典型地，称作“填充系数”)相对比较重要。在制造MLA的过程中，可以使用热熔(thermal reflow)方法。为了提高灵敏度，提出了一种用于增加“填充系数”的方法。
在上述相关技术中的MLA的制造过程中，例如，如图1A所示，可以使用圆形掩模来制造球形透镜阵列。在该制造过程中，填充系数为O.79，不足以提高CMOS图像传感器(在下文中，CIS)的灵敏度。为了克服这种不足，如图1B所示，可以通过使用矩形掩模制造MLA来将填充系数增加到相比于球形透镜阵列的一定程度。透镜的外部形状被制成矩形以增加填充系数。然而，这造成了产生自透镜平面中的像差问题。也就是说，透镜无法聚焦。
发明内容
本发明实施例涉及一种CMOS图像传感器(在下文中，CIS)装置及其形成方法，更具体地，涉及一种装置及其形成方法，该装置可以通过各向同性蚀刻包括光电二极管的逻辑部件的顶部来提高CIS的灵敏度。
本发明实施例涉及一种CIS装置及其形成方法，该CIS装置在通过各向同性蚀刻制造MLA来保持透镜的形状以具有球形表面的同时，可以通过最大化填充系数来提高CIS的灵敏度。
一种形成根据本发明实施例的CIS的方法包括：在可以形成包括光电二极管的逻辑部件的半导体衬底上方顺序地形成第一光刻胶和阻挡层(blocking layer)。可以通过在所形成的阻挡层的顶部上方涂覆第二光刻胶，图样化该第二光刻胶，以及然后使用被图样化的第二光刻胶作为掩模蚀刻阻挡层来形成微透镜阵列图样。可以通过使用微透镜阵列图样作为掩模实施各向同性蚀刻来图样化第一光刻胶。可以通过将具有折射率高于第一PR(photoresist，光刻胶)的折射率的材料填入第一光刻胶中被图样化的部分来形成微透镜阵列。
可以通过湿蚀刻或化学顺流蚀刻(chemical downstreametching，在下文中，CDE)方法来实施各向同性蚀刻。在CDE方法中，在真空深度(vacuum depth)设置于300毫托(mTorr)到500毫托的范围内以及时间段设置于4分钟到6分钟的范围内的条件下，可以通过使用MLA图样作为阻挡层来使用CHxFy气体蚀刻PR。具有更高折射率的材料可以是酚醛(novolac)PR。阻挡层可以是氧化膜或氮化硅膜Si3N4。通过PEP(光蚀刻工艺，Photo EtchingProcess)来实施蚀刻阻挡层的方法。
另外，根据本发明实施例的CIS装置包括含有光电二极管的逻辑部件。光刻胶层位于逻辑部件顶部的上方，该光刻胶层的顶部的一部分被各向同性蚀刻。可以通过将具有折射率高于光刻胶层的折射率的材料填入光刻胶层中被各向同性蚀刻的部分来形成微透镜阵列。被各向同性蚀刻的部分具有向下凸起的形状(downwardconvex shape)。
本发明实施例可以提高半导体的产量(yield)，这是因为在通过各向同性蚀刻制造MLA来保持透镜的形状以具有球形表面的同时，可以通过最大化填充系数来使CIS的灵敏度最优化，而且本发明实施例可以改进该半导体的形成方法。
附图说明
图1A是使用圆形掩模制造的透镜阵列的视图。
图1B是使用矩形掩模制造的透镜阵列的视图。
实例图2是示出了根据本发明实施例的半导体装置的MLA结构的视图。
实例图3A到图3F是示出了制造用于根据本发明实施例的MLA的半导体装置的方法的横截面图。
实例图4是使用具有球形表面的透镜制造的透镜阵列的视图。
具体实施方式
实例图2是示出了根据本发明实施例的CIS装置的结构的视图。将光刻胶(在下文中，PR)涂覆在逻辑部件301顶部的整个表面上方，该逻辑部件301在半导体衬底上方包括光电二极管。然后，在PR顶部的整个表面的上方顺序地形成用于形成MLA图样的阻挡层和PR图样。通过实施蚀刻工艺选择性地去除沉积在整个表面上方的阻挡层来形成MLA图样。使用PR图样作为掩模，然后使用MLA图样作为掩模通过实施各向同性蚀刻来形成MLA PR图样303a。
接着，可以通过将材料309填入MLA PR图样303a顶部的整个表面并实施平坦化工艺来制造具有凹形结构的MLA。材料309具有的折射率n2高于MLA PR图样303a的折射率。
实例图3A到图3F是示出了制造用于根据本发明实施例的MLA的半导体装置的方法的横截面图。参考实例图3A，可以通过相关的半导体工艺在半导体衬底上方形成包括光电二极管的逻辑部件301。可以将PR 303涂覆在逻辑部件301顶部的整个表面的上方。这里，逻辑部件用于将接收到的光处理成电信号。
接着，如实例图3B所示，可以在所涂覆的PR 303的顶部的整个表面上方形成阻挡层305。该阻挡层可以由氧化膜或氮化硅膜Si3N4形成。
然后，如实例图3C所示，形成用于形成MLA图样的PR图样307。将PR涂覆在阻挡层305顶部的整个表面的上方。通过使用设计为预期图样的光刻版(reticle)实施曝光工艺并实施显影工艺来选择性的去除顶部PR的多个部分。
如实例图3D所示，可以通过选择性地去除沉积在整个表面上方的阻挡层305来形成MLA图样305a。可以使用如上所形成的PR图样307作为掩模来实施蚀刻工艺(例如，光蚀刻工艺，在下文中，PEP)。可以通过实施去膜工艺(stripping process)来去除残留的PR图样307。
接着，如实例图3E所示，可以通过使用MLA图样305a作为掩模实施各向同性蚀刻来形成MLA PR图样303a。这里，各向同性蚀刻可以是湿蚀刻或化学顺流蚀刻(在下文中，CDE)。如果是CDE的话，则在真空设置为相对高的级别，即在300毫托到500毫托的范围内，以及时间段设置于4分钟到6分钟的范围内的条件下，可以使用MLA图样305a作为阻挡层通过使用CHxFy气体来蚀刻PR303。
最后，在MLA图样305a去除之后，如实例图3F所示，可以通过将具有比MLA PR图样303a的折射率n1更高的折射率n2的材料309填入所形成的MLA PR图样303a顶部的整个表面，并实施平坦化工艺来制造具有凹形形状的MLA。这里，具有更高折射率n2的材料309可以是酚醛PR。
如上述说明的，如实例图4所示，本发明实施例可以提高半导体的产量(yield)，这是因为在通过各向同性蚀刻制造MLA来保持透镜的球形形状的同时，可以通过最大化填充系数来使CIS的灵敏度最优化。
可以对所披露的本发明实施例进行各种修改和变形，这对于本领域的技术人员来说显而易见的。因此，本发明所披露的实施方式意在覆盖在所附权利要求及其等同替换的范围内的显然和显而易见的修改和变形。
Claims (20)
1.一种方法，包括：
在形成逻辑部件的半导体衬底的上方顺序地形成第一光刻胶和阻挡层；
通过在所述形成的阻挡层的顶部上方涂覆第二光刻胶，图样化所述第二光刻胶，以及然后使用所述被图样化的第二光刻胶作为掩模蚀刻所述阻挡层来形成微透镜阵列图样；
通过使用所述微透镜阵列图样作为掩模实施各向同性蚀刻来图样化所述第一光刻胶；以及
通过将具有折射率高于所述第一光刻胶的折射率的材料填入所述第一光刻胶中被图样化的部分来形成微透镜阵列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过湿蚀刻方法来实施所述各向同性蚀刻。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过化学顺流蚀刻方法来实施所述各向同性蚀刻。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述化学顺流蚀刻包括使用所述微透镜阵列图样作为阻挡层通过CHxFy气体来蚀刻所述第一光刻胶。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在设置于300毫托到500毫托的范围内的真空下实施所述化学顺流蚀刻。
6.根据权利要求3所述的方法，其中实施所述化学顺流蚀刻长达设置在4分钟到6分钟的范围内的时间段。
7.根据权利要求1所述的方法，其中具有更高折射率的所述材料包括酚醛光刻胶。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述阻挡层是氧化膜。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述阻挡层是氮化硅膜Si3N4。
10.根据权利要求1所述的方法，其中通过光蚀刻工艺实施蚀刻所述阻挡层。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述逻辑部件包括光电二极管。
12.一种装置，包括：
逻辑部件，包括光电二极管；
光刻胶层，涂覆在所述逻辑部件的顶部的上方，所述光刻胶层的顶部的一部分被各向同性蚀刻；以及
微透镜阵列，通过将具有折射率高于所述光刻胶层的折射率的材料填入所述光刻胶层中被各向同性蚀刻的部分来形成。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述被各向同性蚀刻的部分具有向下凸起的形状。
14.根据权利要求12所述的装置，其中通过湿蚀刻或化学顺流蚀刻来形成所述被各向同性蚀刻的部分。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述化学顺流蚀刻包括使用微透镜阵列图样作为阻挡层通过CHxFy气体来蚀刻光刻胶，从而形成所述被各向同性蚀刻的部分。
16.根据权利要求12所述的装置，其中在真空深度设置于300毫托到500毫托的范围内以及时间段设置于4分钟到6分钟的范围内的条件下，实施所述化学顺流蚀刻。
17.根据权利要求12所述的装置，其中具有更高折射率的所述材料包括酚醛光刻胶。
18.一种装置，包括：
逻辑部件，包括光电二极管；
光刻胶层，涂覆在所述逻辑部件的上方，所述光刻胶层的顶部表面具有多个平坦部分并且多个部分都具有向下凸起的形状；以及
材料，位于所述光刻胶层的上方，所述材料具有比所述光刻胶层的折射率更高的折射率。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述光刻胶层和在所述光刻胶层上方的所述材料形成微透镜阵列。
20.根据权利要求18所述的装置，其中在所述光刻胶层上方的所述材料包括酚醛光刻胶。
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