CN110634899B - 背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构 - Google Patents

背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，针对图像传感器的深槽隔离网栅结构的辅助图形，所述的辅助图形为包含两组相对平行的线段，两组相对平行的线段共形成四个交叉区域，以合围形成口字型，所述的每组对边均包含中间粗两端细的线段，其两端较细的部分相互交叉。或者是辅助图形包含口子型主体部分及四个顶角部分，且主体形成的四个顶角又由四个小口字型组成，分别与主体的相邻两边相接；所述的四个顶角向外延伸凸出；本发明在网栅结构图形中所能添加辅助图形较短的情况下，对辅助图形拐角处进行了交叉和外凸两种特殊优化处理，从而显著增加图形、特别是拐角处图形的工艺窗口。

Description

背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构
技术领域
本发明涉及半导体器件制造工艺领域，特别是指一种背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构。
背景技术
传统型摄像头的图像传感器CIS的整个光电二极管photodiode位于感光芯片的最下层，传感器的A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层位置，所以光电二极管到透镜的距离是比较远的，光线到达要求也会更加高。
除此之外，传统感光芯片上层的线路连接层还会出现光线的反射，影响到达光电二极管的光线强度，从而使传感器的受光量减少。所以在一般的情况下，传统型摄像头传感器在日光较为充足的时候拍照是没什么问题的，但在弱光环境下表现就会显得吃力，较难在低光环境下拍摄出明亮、质量好的照片。
为了改善这一种状况，于是出现了背照式图像传感器，相比起普通的传感器，搭载背照式图像传感器的摄像头能够在弱光环境下，提高约30%～50%的感光能力，能够在弱光下拍摄更高的质量的照片。
背照式传感器的感光能力能够得到极大提高，简单来说就是因为背照式图像传感器比传统的图像传感器更薄，具有更佳的画质和更低的噪点等特性。它把感光层与基质的位置互换，直接与透光面接触，因而减少了中间环节光线的损失，并且在透光面上每个对应的像素表面都改为透镜的形式，更集中地汇聚了外界的光线到对应的像素点上，减少了像素之间多余的光线干扰（也简称增加了开口率）。
背照式图像传感器是在光电二极管photodiode背面搭建CF（彩色滤光片）及微透镜Micro Lens的技术，光线由背面射入，增大了光电元件感光面积，减少了光线经过布线时的损失，以此可以大幅提高CIS在弱光环境下的感光能力。背照式图像传感器中需要使用深沟道隔离DTI层（Deep Trench Isolation），相比简单的离子注入，可以显著减少不同感光单元间的光电子散射。然而，由于其特有的网栅结构，导致所能加入的辅助图形SRAF（SubResolution Assist Feature）过短，对图形、特别是接近转角处的图形工艺窗口提升非常有限。
DTI层主体图形较为孤立，在KrF曝光条件下，工艺窗口不够，需要添加亚分辨率的辅助图形SRAF以达到提升工艺窗口的目的。
通过插入SRAF可以有效地改善图形的空间频率和空间像，从而提高光学邻近效应修正（OPC）精度，因此对提高工艺窗口起到一定的作用。
SRAF常用于提高光刻工艺的对比度（contrast），图形的景深（DOF, depth offocus）和工艺冗余度(tolerance)，从而提高光学邻近效应修正（OPC）精度，因此对提高工艺窗口起到一定的作用。
SRAF的原理主要是通过deep-sub-rule不会被曝光的辅助图形和主图形形成近光栅结构，使主图形光强的NILS（正归化影像对数斜率值NILS：normalized image log slope是衡量光掩模板主图形空间影像aerial image成像质量的一个重要的参数。当计算出的正归化影像对数斜率值越高时，对应的主图形成像质量越好）增强，从而达到提升工艺窗口PV-Band 值的效果。所述PV-band值，是指通过组合不同的剂量和焦距，对主图形模拟仿真得到多个曝光仿真图形，最大的曝光仿真图形的CD与最小的曝光仿真图形的CD的差值即为PV-band值。然而，由于DTI层特有的较小面积单元的网栅结构，所能添加的SRAF长度很短。图1 中是深沟道隔离层网格结构的一个单元，CD为130nm，横向尺寸pitch为1um，箭头标记了测量PV-Band的两个位置，在转角处PV宽度变大。图2 是常规SRAF的叠加示意图，SRAF宽度为30nm，间距offset为165nm，最终SRAF长度过短，难以起到有效的正向作用。
现有图像传感器工艺感光区尺寸基本在1um量级，考虑DTI图像本身尺寸130nm、SRAF尺寸70nm及到图形的距离165nm，所能添加的SRAF尺寸仅有400nm，这对图形、特别是接近转角处的工艺窗口提升非常有限。因此，必须通过对SRAF进行特殊优化来解决这个问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构。
本发明所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，针对图像传感器的深槽隔离网栅结构，在其内部增加辅助图形，其结构为：
所述的辅助图形为封闭的结构，包含两组相对平行的线段，两组相对平行的线段共形成四个交叉区域，以合围形成口字型，所述的每组对边均包含中间粗两端细的线段，构成相邻的边的线段，其两端较细的部分相互交叉，围成封闭的口字型。
进一步的改进是，所述的深槽隔离网栅结构，为封闭的矩形结构，其每边的宽度为130nm，整个结构总宽度为1um。
进一步的改进是，所述的辅助图形，其每组对边中，较宽的部分线段的宽度为70nm，交叉的较细的部分线段宽度为40nm,交叉的位置是保证较粗的线段的距离不小于60nm；每组线段的端点与深槽隔离结构的间距为140nm。
进一步的改进是，所述的两端细中间粗的线段所形成的封闭结构，起到延长辅助图形线段长度的作用，交叉区域较细的线段能增大交叉区域相邻线段间的间距，能避免交叉区域次级辅助图形显像的情况发生。
进一步的改进是，所述的辅助图形能增大交叉区域的工艺窗口。
为解决上述问题，本发明另提供一种背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，针对图像传感器的深槽隔离网栅结构，在其内部增加辅助图形，其结构是：
所述的辅助图形为封闭的结构，包含主体部分及四个顶角部分；所述主体呈口子型，且口字型主体形成的四个顶角又由四个小口字型组成，位于四个顶角的四个小口字型形成半包围结构，分别与主体的相邻两边相接，形成一个整体的封闭结构。
所述的四个顶角向外延伸凸出，超出主体部分延伸形成的封闭区域范围。
所述的主体部分的四条边宽度相等，所述位于四个顶角的四个小口字型的边宽度相等，且四个小口字型的边的宽度小于主体部分的边的宽度。
进一步的改进是，所述的深槽隔离网栅结构，为封闭的矩形结构，其每边的宽度为130nm，整个结构总宽度为1um。
进一步的改进是，所述的辅助图形，其形成主体部分的较宽的线段的宽度为70nm，形成四个顶角的小口字型的较细的线段宽度为40nm,主体部分相邻线段间的最小距离不小于60nm；顶角小口字型与深槽隔离结构的间距为140nm。
进一步的改进是，所述的向外凸出的四个顶角，使四个顶角与深槽隔离网栅结构的间距与主体部分与深槽隔离网栅结构的间距接近或相等。
进一步的改进是，所述向外凸出的四个顶角，能增加辅助图形的有效长度，且能优化拐角区域的工艺窗口。
本发明所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，针对网栅或网格结构图形添加的辅助图形SRAF进行优化，在网栅结构图形中所能添加SRAF较短的情况下，对SRAF拐角处进行了细化交叉和外凸两种特殊优化处理，从而显著增加图形的长度，提高拐角处图形的工艺窗口。
附图说明
图1 是现有的背照式图像传感器的深槽隔离网栅结构。
图2 是现有的辅助图形的结构示意图。
图3 是本发明提供的拐角处细化交叉的辅助图形结构示意图。
图4 是本发明提供的拐角处外凸的辅助图形结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述，但本发明所涉及的技术内容不仅限于所给出的具体实施例。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明以背照式图像传感器光电子隔离层为例进行说明，但不仅限于此，适用图形的普遍特征在于：形成较小面积单元的网栅结构中，所能添加的常规SRAF较短，难以有效增加工艺窗口的情形。
实施例一如图3所示，是本发明所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的一种辅助图形结构，针对图像传感器的深槽隔离网栅结构，在其内部增加辅助图形，图中外围一圈形成的口字型是深槽隔离网栅结构，封闭的矩形结构，其每边的宽度CD为130nm，整个结构总宽度为1um。位于深槽隔离网栅结构内部的，是SRAF辅助图形。
所述的辅助图形为封闭的结构，包含两组相对平行的线段，两组相对平行的线段共形成四个交叉区域，以合围形成口字型，所述的每组对边均包含中间粗两端细的线段，构成相邻的边的线段，其两端较细的部分相互交叉，围成封闭的口字型。
所述的辅助图形，其每组对边中，较宽的部分线段的宽度b为70nm，交叉的较细的部分线段宽度c为40nm,交叉的位置是保证较粗的线段的距离d不小于60nm；每组线段的端点与深槽隔离结构的间距a为140nm。
本实施例将传统的SRAF图形的线段缩短，然后两端增加细的延伸线段，形成的总长度超出传统的SRAF图形线段长度，这样可以起到延长SRAF图形线段的目的。且交叉区域较细的线段能增大交叉区域相邻线段间的间距d，能避免交叉区域次级辅助图形显像的情况发生。次级辅助曝光图形不允许在实际晶圆上显像，这里指次级辅助图形被错误的显像在晶圆上的现象。
对于BSI项目的某一已出版产品的DTI层，CD=130nm，pitch=1116nm，使用图3所示的方案对SRAF进行了处理：将常规SRAF缩短交叉，交叉部分缩窄。
最终晶圆验证如图所示，结果显示主体图形和拐角处图形曝光质量良好，经分析PV-Band值为300nm，且没有出现SRAF 次级辅助图形显像现象。
对于深沟道隔离层的网格结构，普通加法的SRAF因为长度过短，无法对PV-Band产生有效的正向作用。
对于图3的特殊交叉式SRAF，我们先将原先SRAF缩短，使线段交叉区域的最小间距d增大至60nm，交叉区域SRAF宽度则缩窄至40nm，以保证交叉区域不会发生次级辅助图形显像。这样的SRAF对DTI层线状图形和拐角处图形的工艺窗口都有显著提升，相比普通加法的SRAF，分别提升了6.7%和12.0%。
另一种更优化的方案如图4所示。
图4是本发明提供的另一实施例，与图3所示的结构不同的是，本发明针对SRAF主图形的四个拐角部分进行了线段宽度收窄并且外凸的处理。外围仍是深槽隔离网栅结构，为封闭的矩形结构，其每边的宽度为130nm，整个结构总宽度为1um。
所述的辅助图形为封闭的结构，包含主体部分及四个顶角部分；所述主体呈口子型，且口字型主体形成的四个顶角又由四个小口字型组成，位于四个顶角的四个小口字型形成半包围结构，分别与主体的相邻两边相接，形成一个整体的封闭结构。
所述的四个顶角向外延伸凸出，超出主体部分延伸形成的封闭区域范围。
所述的主体部分的四条边宽度相等，所述位于四个顶角的四个小口字型的边宽度相等，且四个小口字型的边的宽度小于主体部分的边的宽度。
所述的辅助图形，其形成主体部分的较宽的线段的宽度b为70nm，形成四个顶角的小口字型的较细的线段宽度c为40nm,主体部分相邻线段间的最小距离d不小于60nm；顶角小口字型与深槽隔离结构的间距a为140nm。
所述的向外凸出的四个顶角，使四个顶角与深槽隔离网栅结构的间距与主体部分与深槽隔离网栅结构的间距接近或相等。
所述向外凸出的四个顶角，能增加辅助图形的有效长度，且能优化拐角区域的工艺窗口。
一般来说，对于某一工艺条件，主体SRAF到深槽隔离网栅结构的距离形成的光栅结构产生的干涉效应对对比度有最强的优化效果，如果简单按照图3的优化方法，尽管SRAF有效长度增强，但拐角处SRAF间距对拐角处曝光效果的优化并非最佳，最糟的情况甚至可能产生相干减弱的效果。因此，把SRAF 拐角处进行外凸处理，如图4所示，在没有次级辅助图形显像的情况下，使Pitchxy的长度尽可能接近Pitchx，从而使拐角处的工艺窗口得到更有效的提高。
而对于图4所示的矩形SRAF，将拐角处SRAF外凸，使Pitchxy的长度尽可能接近Pitchx，这样相比普通加法的SRAF，分别提升了6.7%和15.5%，可见拐角处工艺窗口的确得到了进一步提升。
以上结果是普遍的，并不仅针对CIS工艺深沟道隔离层，对任何小面积网栅或网格结构中，所能添加常规SRAF较短，难以有效增加工艺窗口的情形，都能起到很好的作用。
本发明针对网栅或网格结构图形添加SRAF进行优化的方法，在网栅结构图形中所能添加SRAF较短的情况下，对SRAF拐角处进行了交叉和外凸两种特殊优化处理，从而显著增加图形、特别是拐角处图形的工艺窗口。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.种背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，针对图像传感器的深槽隔离网栅结构，在其内部增加辅助图形，其特征在于：
所述的辅助图形为封闭的结构，包含两组相对平行的线段，两组相对平行的线段共形成四个交叉区域，以合围形成口字型，所述的每组相对平行的线段均包含中间粗两端细的线段，构成相邻的边的线段，其两端较细的部分相互交叉，围成封闭的口字型。
2.如权利要求1所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，其特征在于：所述的深槽隔离网栅结构，为封闭的矩形结构，其每边的宽度为130nm，整个结构总宽度为1um。
3.如权利要求1所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，其特征在于：所述的辅助图形，其每组对边中，较宽的部分线段的宽度为70nm，交叉的较细的部分线段宽度为40nm,交叉的位置是保证较粗的线段的距离不小于60nm；每组线段的端点与深槽隔离结构的间距为140nm。
4.如权利要求1所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，其特征在于：所述的中间粗两端细的线段所形成的封闭结构，起到延长辅助图形线段长度的作用，交叉区域较细的线段能增大交叉区域相邻线段间的间距，能避免交叉区域次级辅助图形显像的情况发生。
5.如权利要求1所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，其特征在于：所述的辅助图形能增大交叉区域的工艺窗口。
6.一种背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，针对图像传感器的深槽隔离网栅结构，在其内部增加辅助图形，其特征在于：
所述的辅助图形为封闭的结构，包含主体部分及四个顶角部分；所述主体呈口子型，且口字型主体形成的四个顶角又由四个小口字型组成，位于四个顶角的四个小口字型形成半包围结构，分别与主体的相邻两边相接，形成一个整体的封闭结构；
所述的四个顶角向外延伸凸出，超出主体部分延伸形成的封闭区域范围；
所述的主体部分的四条边宽度相等，所述位于四个顶角的四个小口字型的边宽度相等，且四个小口字型的边的宽度小于主体部分的边的宽度。
7.如权利要求6所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，其特征在于：所述的深槽隔离网栅结构，为封闭的矩形结构，其每边的宽度为130nm，整个结构总宽度为1um。
8.如权利要求6所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，其特征在于：所述的辅助图形，其形成主体部分的较宽的线段的宽度为70nm，形成四个顶角的小口字型的较细的线段宽度为40nm,主体部分相邻线段间的最小距离不小于60nm；顶角小口字型与深槽隔离结构的间距为140nm。
9.如权利要求6所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，其特征在于：向外延伸凸出的所述的四个顶角，使四个顶角与深槽隔离网栅结构的间距与主体部分与深槽隔离网栅结构的间距接近或相等。
10.如权利要求9所述的背照式图像传感器光电子隔离层网栅的辅助图形结构，其特征在于：向外延伸凸出的所述的四个顶角，能增加辅助图形的有效长度，且能优化拐角区域的工艺窗口。
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