Cmos圖像傳感器裝置及其形成方法

文檔序號：6899942閱讀：172來源：國知局

專利名稱：Cmos圖像傳感器裝置及其形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器(在下文中，CIS)裝置及其形成方法，更具體地，涉及一種裝置及其形成方法，該裝置可以通過各向同性蝕刻(isotropically etching )包4舌光電二才及管的邏輯部件(邏輯區(qū)域，logic section )的頂部來提高CIS的靈敏度。
背景技術：
圖像傳感器是一種將一維或二維光學信息(optical information ) 轉換為電信號的裝置。圖像傳感器可以被分為兩種類型攝像管和固態(tài)揭/f象裝置(solid image pickup device )。才l像管被廣泛的應用在與集中于電視的圖像處理技術相適應的測量、控制和識別的相關領域中。已經開發(fā)出各種基于攝像管的應用技術。
圖像傳感器可以被進一步地分為兩種不同的類型金屬氧化物半導體(MOS)型和電荷耦合器件(CCD)型。CMOS圖像傳感器使用由CMOS制造技術制成的裝置將光學圖像轉換為電信號。 CMOS圖像傳感器使用開關模式(switching mode )，該開關模式順序地對于每個像素檢測MOS晶體管的輸出。與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器具有更方便的驅動才莫式并且能夠實現(xiàn)各種掃描類型。而且，將信號處理電路集成到單個芯片中使得小型化
CMOS圖l象傳感器成為可能。此外，通過4吏用廣泛兼容的CMOS 技術，CMOS圖像傳感器有助于更低的功耗并降低制造成本。
為了4是高這種CMOS圖^象傳感器(該CMOS圖^f象傳感器可以稱作CIS)的靈壽丈度，可以使用樣i透鏡陣列(MLA)。在制造MLA 的過禾呈中，透4竟的^f象差和面積比(aberration and area ratio )(典型i也，稱作"填充系數(shù)")相對比較重要。在制造MLA的過程中，可以使用熱熔(thermal reflow)方法。為了沖是高靈壽丈度，提出了一種用于增加"Jt真充系凄t"的方法。
在上述相關技術中的MLA的制造過程中，例如，如圖1A所示，可以使用圓形掩才莫來制造球形透鏡陣列。在該制造過程中，填充系數(shù)為0.79,不足以提高CMOS圖像傳感器(在下文中，CIS) 的靈敏度。為了克服這種不足，如圖1B所示，可以通過使用矩形掩模制造MLA來將填充系數(shù)增加到相比于球形透鏡陣列的一定程度。透鏡的外部形狀被制成矩形以增加填充系數(shù)。然而，這造成了產生自透4竟平面中的^f象差問題。也就是"i兌，透4竟無法聚焦。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例涉及一種CMOS圖像傳感器(在下文中，CIS) 裝置及其形成方法，更具體地，涉及一種裝置及其形成方法，該裝置可以通過各向同性蝕刻包括光電二極管的邏輯部件的頂部來提高CIS的靈敏度。
本發(fā)明實施例涉及一種CIS裝置及其形成方法，該CIS裝置在通過各向同性蝕刻制造MLA來保持透鏡的形狀以具有球形表面的同時，可以通過最大化填充系數(shù)來提高CIS的靈敏度。一種形成才艮據(jù)本發(fā)明實施例的CIS的方法包纟舌在可以形成包括光電二極管的邏輯部件的半導體襯底上方順序地形成第一光刻月交和阻擋層(blocking layer )?？梢酝ㄟ^在所形成的阻擋層的頂部上方涂覆第二光刻膠，圖樣化該第二光刻膠，以及然后使用被圖樣化的第二光刻膠作為掩模蝕刻阻擋層來形成微透鏡陣列圖樣。可以通過使用微透鏡陣列圖樣作為掩模實施各向同性蝕刻來圖樣化第一光刻膠?？梢酝ㄟ^將具有折射率高于第一 PR (photoresist,光刻膠) 的折射率的材料填入第一光刻膠中被圖樣化的部分來形成微透鏡陣列。
可以通過；顯々蟲亥'J或^匕學列頁；:?！┫x亥'J ( chemical downstream etching,在下文中，CDE)方法來實施各向同性蝕刻。在CDE方法中，在真空深度(vacuum depth )設置于300毫托(mTorr )到500 毫4乇的范圍內以及時間卓殳i殳置于4分鐘到6分鐘的范圍內的條件下，可以通過使用MLA圖樣作為阻擋層來使用CHxFy氣體蝕刻PR。具有更高折射率的材料可以是酚醛(novolac ) PR。阻擋層可以是氧化膜或氮化硅膜Si3N4。通過PEP (光蝕刻工藝，Photo Etching Process )來實施蝕刻阻擋層的方法。
另外，才艮據(jù)本發(fā)明實施例的CIS裝置包括含有光電二才及管的邏輯部件。光刻力交層位于邏輯部件頂部的上方，該光刻力交層的頂部的一部分^皮各向同性蝕刻?？梢酝ㄟ^將具有折射率高于光刻月交層的折射率的材料填入光刻膠層中被各向同性蝕刻的部分來形成微透鏡陣列。^皮各向同性蝕刻的部分具有向下凸起的形狀(downward convex shape )。
本發(fā)明實施例可以提高半導體的產量(yield),這是因為在通過各向同性蝕刻制造MLA來保持透鏡的形狀以具有球形表面的同時，可以通過最大化填充系數(shù)來使CIS的靈敏度最優(yōu)化，而且本發(fā) 明實施例可以改進該半導體的形成方法。

圖1A是使用圓形掩模制造的透鏡陣列的視圖。
圖IB是使用矩形掩模制造的透鏡陣列的視圖。
實例圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的半導體裝置的MLA結構的4見圖。
實例圖3A到圖3F是示出了制造用于根據(jù)本發(fā)明實施例的 MLA的半導體裝置的方法的片黃截面圖。
實例圖4是使用具有球形表面的透鏡制造的透鏡陣列的視圖。
具體實施例方式
實例圖2是示出了才艮據(jù)本發(fā)明實施例的CIS裝置的結構的一見圖。將光刻膠(在下文中，PR)涂覆在邏輯部件301頂部的整個表面上方，該邏輯部件301在半導體襯底上方包括光電二纟及管。然后，在PR頂部的整個表面的上方順序地形成用于形成MLA圖才羊的阻擋層和PR圖樣。通過實施蝕刻工藝選4奪性地去除沉積在整個表面上方的阻擋層來形成MLA圖樣。使用PR圖樣作為掩模，然后使用MLA圖樣作為掩模通過實施各向同性蝕刻來形成MLAPR圖樣 3033。
接著，可以通過將材料309填入MLA PR圖樣303a頂部的整個表面并實施平坦化工藝來制造具有凹形結構的MLA。材料309 具有的折射率n2高于MLAPR圖樣303a的折射率。
實例圖3A到圖3F是示出了制造用于根據(jù)本發(fā)明實施例的 MLA的半導體裝置的方法的橫截面圖。參考實例圖3A，可以通過相關的半導體工藝在半導體襯底上方形成包括光電二極管的邏輯
部件301。可以將PR303涂覆在邏輯部件301頂部的整個表面的上方。這里，邏輯部件用于將接收到的光處理成電信號。
接著，如實例圖3B所示，可以在所涂覆的PR303的頂部的整個表面上方形成阻擋層305。該阻擋層可以由氧化膜或氮化石圭膜 SisN4形成。
然后，如實例圖3C所示，形成用于形成MLA圖樣的PR圖樣 307。將PR涂覆在阻擋層305頂部的整個表面的上方。通過使用設計為預期圖樣的光刻版(reticle)實施曝光工藝并實施顯影工藝來選擇性的去除頂部PR的多個部分。
如實例圖3D所示，可以通過選擇性地去除沉積在整個表面上方的阻擋層305來形成MLA圖樣305a?？梢允褂萌缟纤纬傻腜R 圖樣307作為掩才莫來實施蝕刻工藝(例如，光蝕刻工藝，在下文中， PEP )?？梢酝ㄟ^實施去力莫工藝(stripping process )來去除殘留的PR 圖樣307。
接著，如實例圖3E所示，可以通過使用MLA圖樣305a作為掩才莫實施各向同性蝕刻來形成MLAPR圖樣303a。這里，各向同性蝕刻可以是濕蝕刻或化學順流蝕刻(在下文中，CDE )。如果是CDE 的話，則在真空設置為相對高的級別，即在300毫托到500毫托的范圍內，以及時間段設置于4分鐘到6分鐘的范圍內的條件下，可以4吏用MLA圖樣305a作為阻擋層通過4吏用CHxFy氣體來蝕刻PR 303。
最后，在MLA圖樣305a去除之后，如實例圖3F所示，可以通過將具有比MLA PR圖樣303a的折射率更高的折射率n2的材料309填入所形成的MLA PR圖樣303a頂部的整個表面，并實施平坦化工藝來制造具有凹形形狀的MLA。這里，具有更高折射率 n2的材料309可以是酚醛PR。
如上述說明的，如實例圖4所示，本發(fā)明實施例可以提高半導體的產量(yield )，這是因為在通過各向同性蝕刻制造MLA來保持透鏡的球形形狀的同時，可以通過最大化填充系數(shù)來使CIS的靈敏度最優(yōu)化。
可以對所披露的本發(fā)明實施例進行各種修改和變形，這對于本領域的技術人員來說顯而易見的。因此，本發(fā)明所披露的實施方式意在覆蓋在所附權利要求及其等同替換的范圍內的顯然和顯而易見的》f改和變形。
權利要求
1. 一種方法，包括在形成邏輯部件的半導體襯底的上方順序地形成第一光刻膠和阻擋層；通過在所述形成的阻擋層的頂部上方涂覆第二光刻膠，圖樣化所述第二光刻膠，以及然后使用所述被圖樣化的第二光刻膠作為掩模蝕刻所述阻擋層來形成微透鏡陣列圖樣；通過使用所述微透鏡陣列圖樣作為掩模實施各向同性蝕刻來圖樣化所述第一光刻膠；以及通過將具有折射率高于所述第一光刻膠的折射率的材料填入所述第一光刻膠中被圖樣化的部分來形成微透鏡陣列。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過濕蝕刻方法來實施所述各向同性蝕刻。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過化學順流蝕刻方法來實施所述各向同性蝕刻。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述化學順流蝕刻包括使用所述微透鏡陣列圖樣作為阻擋層通過CHxFy氣體來蝕刻所述第一光刻膠。
5. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中在設置于300毫托到500 毫才乇的范圍內的真空下實施所述化學順流蝕刻。
6. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中實施所述化學順流蝕刻長達設置在4分鐘到6分鐘的范圍內的時間段。
7. 根據(jù)權利要求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膠。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述阻擋層是氧化膜。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述阻擋層是氮化硅膜 Si3N4。
10. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過光蝕刻工藝實施蝕刻所述阻擋層。
11. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述邏輯部件包括光電二極管。
12. —種裝置，包括邏輯部件，包^舌光電二4及管；光刻力交層，涂覆在所述邏輯部件的頂部的上方，所述光刻月交層的頂部的一部分^皮各向同性蝕刻；以及微透鏡陣列，通過將具有折射率高于所述光刻膠層的折成'
13. 根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述^皮各向同性蝕刻的部分具有向下凸起的形狀。
14. 根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中通過濕蝕刻或化學順流蝕刻來形成所述^皮各向同性蝕刻的部分。
15. 才艮據(jù)權利要求14所述的裝置，其中所述化學順流蝕刻包括寸吏用微透鏡陣列圖樣作為阻擋層通過CHxFy氣體來蝕刻光刻膠，從而形成所述^皮各向同性蝕刻的部分。
16. 根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中在真空深度設置于300毫托到500毫托的范圍內以及時間段設置于4分鐘到6分鐘的范圍內的條件下，實施所述化學順流蝕刻。
17. 根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中具有更高折射率的所述材料包括酚醛光刻膠。
18. —種裝置，包括邏輯部件，包括光電二極管；光刻膠層，涂覆在所述邏輯部件的上方，所述光刻膠層的頂部表面具有多個平坦部分并且多個部分老P具有向下凸起的形4犬；以及材料，位于所述光刻膠層的上方，所述材料具有比所述光刻膠層的折射率更高的折射率。
19. 根據(jù)權利要求18所述的裝置，其中所述光刻膠層和在所述光刻膠層上方的所述材料形成微透鏡陣列。
20. 根據(jù)權利要求18所述的裝置，其中在所述光刻膠層上方的所述材料包括酚醛光刻月交。
全文摘要
一種形成根據(jù)本發(fā)明實施例的CMOS圖像傳感器(CIS)的方法包括在可以形成包括光電二極管的邏輯部件的半導體襯底上方順序地形成第一光刻膠和阻擋層?？梢酝ㄟ^在所形成的阻擋層的頂部上方涂覆第二光刻膠，圖樣化該第二光刻膠，以及然后使用被圖樣化的第二光刻膠作為掩模蝕刻阻擋層來形成微透鏡陣列圖樣。可以通過使用微透鏡陣列圖樣作為掩模實施各向同性蝕刻來圖樣化第一光刻膠?？梢酝ㄟ^將具有折射率高于第一光刻膠的折射率的材料填入第一光刻膠中被圖樣化的部分來形成微透鏡陣列。在通過使用各向同性蝕刻制造微透鏡陣列來保持透鏡的球形表面的同時，可以通過最大化填充系數(shù)來使CIS的靈敏度最優(yōu)化。
文檔編號H01L27/146GK101419941SQ20081014586
公開日2009年4月29日申請日期2008年8月7日優(yōu)先權日2007年10月22日
發(fā)明者樸升龍申請人:東部高科股份有限公司

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