TWI541987B - 光罩及影像感測器製造裝置 - Google Patents

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Description

光罩及影像感測器製造裝置
本發明係關於一種影像感測器及製造該影像感測器之方法，且更明確地說，係關於一種藉由使用互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術製造之影像感測器(在下文中稱作CMOS影像感測器)及用於製造該影像感測器之方法。
本申請案主張2007年3月19日所申請之韓國專利申請案第10-2007-0026821號之優先權，該案之全文以引用之方式併入本文中。
CMOS影像感測器包括兩個區域，該兩個區域中之一者為具有光電二極體之像素區域，且另一者為具有用於處理像素信號之電路之邏輯電路區域。以下將描述該像素區域之基板結構。光電二極體形成於一基板上，複數個絕緣層形成於該光電二極體上以便使其間的層絕緣且使器件鈍化。此外，用於吸收色彩之彩色濾光片及用於收集光之微透鏡形成於該等絕緣層中之複數者上。
通常，當入射於像素區域中之光電二極體上之光的量增加時，影像感測器之感光性得以改良。因此，為了改良感光性之特徵，光電二極體之面積應為大的，或應調整聚焦長度以便將最大量之光聚焦於該光電二極體上。此外，應減小自光電二極體至微透鏡之距離以便減小將入射於該光電二極體上之光的損失。
然而，因為光電二極體之面積根據像素數目之增加而減小且金屬互連層係由多層形成，所以該光電二極體上之絕緣層之厚度增加。
因此，已使用用於選擇性地蝕刻像素區域中之絕緣層之方法以便減小自光電二極體至微透鏡之距離。亦即，已使用敞開像素區域且覆蓋邏輯電路區域之遮罩圖案來僅蝕刻該像素區域中之絕緣層。
一用於藉由減少光電二極體上之不必要之絕緣層而減小自微透鏡至光電二極體之距離的方法揭示於標題為"Image sensor having improved sensitivity and method for making same"之美國專利申請公開案第2006/0183265號中。
然而，當根據先前技術藉由使用選擇性蝕刻製程來選擇性地蝕刻絕緣層時，在蝕刻製程之後，具有約70度之大角度之斜坡形成於蝕刻界面區域中，其中術語"蝕刻界面區域"表示像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域。
圖1說明展示像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域中的經蝕刻絕緣層之斜坡的橫截面圖。光阻圖案(PR)120敞開像素區域而覆蓋邏輯電路區域。像素區域中之絕緣層110經蝕刻至一給定深度。此時，雖然在該界面區域中執行斜坡蝕刻製程，但界面區域中之斜坡之角度變為約70度。
就此而言，當斜坡之角度與上文所提及狀況的斜坡之角度一般大時，隨後之彩色濾光層形成為具有不良之均勻性。此外，當在彩色濾光處理中在塗覆用於濾波之光阻之後使用曝光及顯影製程時，在該曝光製程期間由於陡峭斜坡區域而常常顯著地發生漫反射，此亦不利地影響光微影製程。
在此期間，可藉由使用在蝕刻絕緣層期間產生大量聚合物之乾式蝕刻條件執行斜坡蝕刻製程以便減小斜坡之角度。然而，難以獲得經減小以足以實現隨後製程之平滑進程的所要角度，且所產生的大量聚合物變為不易在隨後清洗處理中移除之粒子，從而器件及製程良率之特徵可能被劣化。
本發明之實施例係針對提供一用於製造影像感測器之方法，該方法可改良隨後製程之範圍，如當蝕刻光電二極體上之絕緣層時最小化像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域中之斜坡的角度。
根據本發明之另一態樣，提供一用於光微影製程以實現上述態樣之光罩。
根據本發明之一第一態樣，提供一用於製造影像感測器之方法。該方法包括：在邏輯電路區域及像素區域中之基板上形成絕緣層；在該絕緣層上形成光阻；圖案化該光阻以形成光阻圖案，其中該像素區域中之該絕緣層曝露且該邏輯電路區域中之該絕緣層不曝露，其中該光阻圖案之厚度在該像素區域與該邏輯電路區域之間的界面區域中在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上逐漸減小；及在該光阻圖案之蝕刻速率與該絕緣層之蝕刻速率大體相同之條件下在該絕緣層及該光阻圖案上執行回蝕製程。
根據本發明之一第二態樣，提供一用於光微影製程以選擇性地蝕刻影像感測器之像素區域中之絕緣層的光罩。該光罩包括：一第一區域，在該第一區域中，形成於基板上之光阻經移除，其中該第一區域對應於像素區域；一第三區域，在該第三區域中，形成於該基板上之光阻保留未被蝕刻，其中該第三區域對應於邏輯電路區域；及一第二區域，該第二區域具有藉以在自該第一區域至該第三區域之方向上逐漸減小轉移至基板上之光的量的圖案，其中該第二區域對應於該像素區域與該邏輯電路區域之間的界面區域。
根據本發明之一第三態樣，提供一用於製造影像感測器之方法。該方法包括：在邏輯電路區域及像素區域中之基板上形成絕緣層；在該絕緣層上形成光阻；製備光罩，該光罩具有藉以在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上逐漸減小轉移至該基板上之光的量的圖案，其中該光罩之該圖案對應於該像素區域與該邏輯電路區域之間的界面區域；藉由使用該光罩來圖案化該光阻以形成光阻圖案，其中該像素區域中之絕緣層曝露且該邏輯電路區域中之絕緣層不曝露，其中該光阻圖案之厚度在該界面區域中在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上逐漸減小；及在該曝露之絕緣層上執行回蝕製程。
圖2A至圖2C說明展示根據本發明之一實施例之用於製造影像感測器之方法之進程的縮微圖。該等縮微圖展示藉由本發明之方法製造之樣本。
藉由使用用於具有0.11 μm級之線寬之互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器的製造製程來製造該等樣本。
參看圖2A至圖2C，像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域經放大，且可辨識該界面區域中之斜坡與圖1中所說明之先前技術中之斜坡相比更平緩。
參看圖2A，用於i-Line之正型光阻形成於絕緣層210上以具有約27,000[圖]之厚度，且接著，藉由使用本發明中所建議之光罩在該正型光阻上執行曝光製程及顯影製程。因為在圖3中說明本發明中所建議之光罩之平面圖，所以將在稍後詳細地描述光罩之形狀。絕緣層210包括用於器件結構之層間絕緣之氧化物層。
在NA為約0.55且σ為約0.60之照明條件下，且在約3,350 J/m 2之能量(在i-Line步進機中焦距設定為0 μm)下執行該曝光製程，其中NA及σ為分別與亮度及影像對比度有關之參數。上文所提及的"焦距設定為0"意謂不需要調整基板在i-Line步進機中之高低以便聚焦於光阻上。
光阻之厚度及曝光製程之條件可根據器件之類型、曝光裝置之類型等等來改變。更佳地，在NA在約0.4至約0.7之範圍內且σ在約0.4至約0.8之範圍內的照明條件下，且在約2,000 J/m 2至約5,000 J/m 2之能量下執行曝光製程。在此條件下，可將焦距設定為0 μm，或可將焦距設定至-1 μm至1 μm之範圍。雖然將焦距設定至-1 μm至1 μm之範圍，但結果可能不改變。
參看圖2A，當藉由使用本發明中所建議之光罩來執行曝光製程及顯影製程時，像素區域A上之光阻經移除，而邏輯電路區域C上之光阻保留，從而形成圖案化光阻220。此外，可辨識像素區域A與邏輯電路區域C之間的界面區域B上之圖案化光阻220具有在自像素區域A至邏輯電路區域C之方向上逐漸增加之厚度。界面區域B上之圖案化光阻220之斜坡的角度為約0.5度，更佳地，界面區域B上之圖案化光阻220之斜坡的角度在約0.4度至約15度之範圍內。
參看圖2B，在圖案化光阻220之蝕刻速率與絕緣層210之蝕刻速率彼此類似之條件下執行回蝕製程，以藉此將界面區域B中之圖案化光阻220及絕緣層210蝕刻至一給定深度。結果，如圖2B中所展示，界面區域B中之經蝕刻絕緣層210’的斜坡變得非常平緩。亦即，藉由該回蝕製程，界面區域B中之圖案化光阻220之斜坡的角度反映在界面區域B中之經蝕刻絕緣層210’上。
在壓力為約1,000 mT且功率為約800 W之條件下使用具有以下各物之氣體在高壓氧化蝕刻裝置中執行回蝕製程：具有約30 sccm之流動速率之CHF3、具有約30 sccm之流動速率之O2及具有約1,000 sccm之流動速率之Ar。
一般而言，絕緣層210之厚度在約40,000至約70,000之範圍內。當絕緣層210之厚度為約46,000時，在於上文所提及之條件下執行回蝕製程之後，絕緣層210之總厚度減小約15,000。換言之，絕緣層210之總厚度減小約33%。結果，自光電二極體至微透鏡之距離減小約15,000。
回蝕製程之條件可根據器件之類型、回蝕裝置之類型等等來改變。更佳地，在壓力為約50 mT至約1,500 mT且功率為約300 W至約1,000 W的條件下使用具有具有以下各物之氣體執行回蝕製程：具有約10 sccm至約50 sccm之流動速率之CHF3、具有約10 sccm至約50 sccm之流動速率之O2及具有約300 sccm至約1,500 sccm之流動速率之Ar。
因為界面區域B中之圖案化光阻220之斜坡的角度反映在界面區域B中之經蝕刻絕緣層210’上，所以在執行回蝕製程之後界面區域B中之經蝕刻絕緣層210’的斜坡之角度變得非常小。因為界面區域B中之經蝕刻絕緣層210’的斜坡之角度為約0.5度，所以可防止隨後處理(諸如，彩色濾光處理)期間由於絕緣層210在像素區域A與邏輯電路區域C中之高度差而產生的處理錯誤。
圖2C展示藉由塗覆用於彩色濾光片之抗蝕劑及圖案化該抗蝕劑而形成於經蝕刻絕緣層210’上的彩色濾光片230。因為界面區域B中之斜坡之角度非常小，所以塗覆抗蝕劑得以非常均勻地塗覆。因此，彩色濾光片230形成為具有非常精細之輪廓。
根據本發明之另一實施例，可添加一用於在絕緣層210與圖案化光阻220之間形成抗反射層之製程以便進一步更多地減小光微影製程期間之漫反射。
此外，根據本發明之又一實施例，絕緣層210可包括氮化物層或氧化物與氮化物之多層。
根據本發明之又一實施例，可在形成彩色濾光片之前額外地執行熟習此項技術者已知的如用於在經蝕刻絕緣層210’上形成器件鈍化層之製程的其他製程。
圖3說明一根據本發明之一實施例之光罩的平面圖。
參看圖3，光罩包括第一區域310、第二區域320及第三區域330。
第一區域310對應於像素區域，且因為光穿透光阻，所以移除第一區域310中之基板上之光阻。
第三區域330對應於邏輯電路區域，且因為第三區域330中之光阻曝露於光，所以保留第三區域330中之基板上之光阻。
第二區域320對應於像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域，且第二區域320中之基板上之光罩具有鋸齒形狀，以便在自第一區域310至第三區域330之方向上逐漸減小轉移至基板之光的量。此時，光罩之鋸齒形狀不反映在基板上，且轉移至基板上之光的量根據光罩之形狀而改變。
舉例而言，當使用i-Line光源用於曝光時，第二區域320中之光罩之間距較佳為約0.2 μm。雖然光罩之間距可根據曝光之光源之類型來改變，但應確定光罩之間距不將光罩之圖案反映在基板上，而是使轉移至基板上之光的量存在差異。
在此期間，較佳地，第二區域320中之光罩之寬度為約100 μm。第二區域320之邊緣中之光罩具有一具有45度斜接之圖案結構以便形成坡狀結構。
因此，當藉由使用根據本發明之光罩執行曝光製程及顯影製程時，可在界面區域B中形成具有平緩斜坡之圖案化光阻220，如圖2A中所展示的。
圖4A及圖4B說明展示根據本發明之其他實施例之光罩的形狀之平面圖。圖4A及圖4B僅展示對應於像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域之區域。
參看圖4A，當光穿透圖案42之數目固定時，可藉由光穿透圖案42之尺寸(A、2A或4A)來調整用於曝光之光的量。
參看圖4B，當光穿透圖案42之尺寸固定時(亦即，圖4B中之A)，可藉由控制光穿透圖案42之密度(亦即，光穿透圖案之數目)來調整用於曝光之光的量。
因此，為了減小在自像素區域至邏輯電路區域之方向上的用於曝光之光的量，當光穿透圖案42之數目固定時，將具有小尺寸之光穿透圖案42配置於對應於界面區域之區域中，或當光穿透圖案42之尺寸固定時，將小數目之光穿透圖案42配置於對應於界面區域之區域中。此外，雖然未展示，但可藉由光穿透圖案42之尺寸及數目來調整用於曝光之光的量。然而，如上所述，光穿透圖案42之尺寸(A、2A或4A)應具有不將圖案之形狀反映在基板上之間距。
根據上文所描述之實施例，可藉由減少光電二極體上之絕緣層之厚度來增加光接收效率。此外，因為絕緣層在像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域中形成為具有非常平緩之斜坡，所以可在用於形成彩色濾光片及微透鏡之隨後製程期間更均勻地形成薄膜，從而可改良製程範圍。
雖然已關於特定實施例描述本發明，但本發明之上述實施例為說明性而非限制性的。熟習此項技術者將易瞭解：可在不脫離如以下申請專利範圍中所界定的本發明之精神及範疇之情況下作出各種改變及修改。
42．．．光穿透圖案
110．．．絕緣層
120．．．光阻圖案(PR)
210．．．絕緣層
210’．．．經蝕刻絕緣層
220．．．圖案化光阻
230．．．彩色濾光片
310．．．第一區域
320．．．第二區域
330．．．第三區域
A．．．像素區域
B．．．界面區域
C．．．邏輯電路區域
圖1說明展示像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域中的經蝕刻絕緣層之斜坡的橫截面圖。
圖2A至圖2C說明展示根據本發明之一實施例之用於製造影像感測器之方法之進程的縮微圖。
圖3說明一根據本發明之一實施例之光罩的平面圖。
圖4A及圖4B說明展示根據本發明之其他實施例之光罩的形狀之平面圖。
310．．．第一區域
320．．．第二區域
330．．．第三區域

Claims (18)

  1. 一種光罩，適用於一具有形成在一像素及一用以處理該像素訊號的邏輯電路上的一絕緣層及一光阻層的基板，該光罩包含：一位於該像素上的像素區域，其中該像素區域用以使形成在該像素上的光阻層在一顯影製程中被移除；一位於該邏輯電路上的邏輯電路區域，其中該邏輯電路區域用以使形成在該邏輯電路上的至少一部分光阻層在該顯影製程後被保留；及一位於該像素區域與該邏輯電路區域之間的界面區域，該界面區域用以使該顯影製程在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上逐漸減少該光阻層之厚度且形成斜坡的角度小於15度。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，在一曝光製程中：該像素區域用以使該光阻層曝露於光；該邏輯電路區域用以遮蔽該光阻層曝露於光；及該界面區域用以在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上逐漸增加該光阻層曝光之光的量。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，該界面區域包含一鋸齒形狀，具有一間距用以避免該鋸齒形狀反映在該光阻層。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，該界面區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等 光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；該等光穿透圖案的數目在該界面區域是固定的；及該等光穿透圖案的尺寸用以增加在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，該界面區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；該等光穿透圖案的尺寸在該界面區域是固定的；及該等光穿透圖案的數目用以增加在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之光罩，其中，該界面區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；及該等光穿透圖案的尺寸及數目用以增加在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
  7. 一種影像感測器製造裝置，包含：一影像感測器基板，包括一像素區域、一邏輯電路區域及一位於該像素區域與該邏輯電路區域之間的界面區域；一絕緣層，位於該像素區域、該邏輯電路區域及該界面區域上；一光阻層，位於該絕緣層上；及一光罩，位於該光阻層上； 其中該光罩包括一位於該像素區域上的第一區域、一位於該邏輯電路區域上的第二區域，及一位於該界面區域上的第三區域；及其中該第三區域用以使一顯影製程在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上逐漸減少該光阻層之厚度且形成斜坡的角度小於15度。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之影像感測器製造裝置，其中，在一曝光製程中：該第一區域用以使該光阻層曝露於光；該第二區域用以遮蔽該光阻層曝露於光；及該第三區域用以在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上逐漸增加該光阻層曝光之光的量。
  9. 依據申請專利範圍第7項所述之影像感測器製造裝置，其中，該第三區域包含一鋸齒形狀，具有一間距用以避免該鋸齒形狀反映在該光阻層。
  10. 依據申請專利範圍第7項所述之影像感測器製造裝置，其中，該第三區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；該等光穿透圖案的數目在該第三區域是固定的；及該等光穿透圖案的尺寸用以增加在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
  11. 依據申請專利範圍第7項所述之影像感測器製造裝置，其中， 該第三區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；該等光穿透圖案的尺寸在該第三區域是固定的；及該等光穿透圖案的數目用以增加在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
  12. 依據申請專利範圍第7項所述之影像感測器製造裝置，其中，該第三區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；及該等光穿透圖案的尺寸及數目用以增加在自該邏輯電路區域至該像素區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
  13. 一種光罩，適用於一具有光阻層的基板，該光罩包含：一第一區域，用以使形成在一像素上的光阻層在一顯影製程中被移除；一第二區域，用以使形成在一邏輯電路上的至少一部分光阻層在該顯影製成後被保留；及一第三區域，位於該第一區域與該第二區域之間；其中該第三區域用以使該顯影製程在自該第二區域至該第一區域之方向上逐漸減少該光阻層之厚度且形成斜坡的角度小於15度。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述之光罩，其中，在一曝光製程中：該第一區域用以使該光阻層曝露於光； 該第二區域用以遮蔽該光阻層曝露於光；及該第三區域用以在自該第二區域至該第一區域之方向上逐漸增加該光阻層曝光之光的量。
  15. 依據申請專利範圍第13項所述之光罩，其中，該第三區域包含一鋸齒形狀，具有一間距用以避免該鋸齒形狀反映在該光阻層。
  16. 依據申請專利範圍第13項所述之光罩，其中，該第三區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；該等光穿透圖案的數目在該第三區域是固定的；及該等光穿透圖案的尺寸用以增加在自該第二區域至該第一區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
  17. 依據申請專利範圍第13項所述之光罩，其中，該第三區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；該等光穿透圖案的尺寸在該第三區域是固定的；及該等光穿透圖案的數目用以增加在自該第二區域至該第一區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
  18. 依據申請專利範圍第13項所述之光罩，其中，該第三區域包含多個光穿透圖案，其間距不將該等光穿透圖案之形狀反映在該光阻層上；及該等光穿透圖案的尺寸及數目用以增加在自該第二區域至該第一區域之方向上該光阻層曝光之光的量。
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