TWI364065B - A method for fabricating an image sensor - Google Patents

Description

1364065 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 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曰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。 【先前技術】 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 129649.doc 1364065 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钱刻 該像素區域_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餘刻製程來選擇 性地钱刻絕緣層時’在蝕刻製程之後，具有約7〇度之大角 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 _的經餘刻絕緣層之斜坡的橫截面圖。光阻圖案（PR)丨2〇 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 行斜坡钱刻製程，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 129649.doc 1364065 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。

【發明内容】 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ϋ樣’提供—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；在該絕緣層上形忐伞 4烕先阻；圖案化該光阻 以形成光阻圖案，其中該像素區域中 埤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， 具中該光阻圖案之厚 度在該像素區域與該邏輯電路區域 场之間的界面區域中在自 該邏輯電路區域至該像素區域之大a ^ 嗓之方向上逐漸減小；及在該 光阻圖案之餘刻速率與該絕緣層 认 軸剡連率大體相同之條 件下在該絕緣層及該光阻圖宰』拙〜 上執仃回蝕製程。 129649.doc 工364065 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 罩匕括.第一區域，在該第一區域中，形成於基板上 ^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 链玄】其十該第二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 一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。 【實施方式】 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 129649.doc 1364065 由本發明之方法製造之樣本。 藉由使用用於具有0.11 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21〇上 以具有約27,000 A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21〇包括用於器件 結構之層間絕緣之氧化物層。

在NA為約0.5 5且σ為約0.60之照明條件下，且在約 3,350 J/m2之能量（在i-Line步進機中焦距設定為〇〆叫下執 行該曝光製程，其中财及4分別與亮度及影像對比度有 關之參數。上文所提及的"焦距設定為〇"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，在難在約〇4至約㈣ 範圍内且σ在約0.4至約G8之範圍内的照明條件下，且在 約2’_ W至約5,000 J/m2之能量下執行曝光製程。在此 條件下’可將焦距設定為〇 A，或可將焦距設定至 至…之範圍。雖然將焦距設定至〜 但結果可能不改變。 ^ I29649.doc 1364065 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，可辨識像素區域八與邏輯電路區域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 之方向上逐漸增加之厚度。界面區域8上之圖案化光阻22〇 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度之範圍内。 參看圖2B，在圖案化光阻22〇之蝕刻速率與絕緣層21〇之 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22〇及絕緣層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2 1 〇*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餘刻裝置中執行回钱製程： 具有約30 seem之流動速率之CHF3、具有約30 seem之流動 速率之02及具有約1，000 seem之流動速率之Ar。 一般而言，絕緣層2 10之厚度在約40,000 A至約70,000 A 之範圍内。當絕緣層210之厚度為約46,000 A時，在於上 文所提及之條件下執行回蝕製程之後，絕緣層21 0之總厚 度減小約15,000 A。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1 5,000 129649.doc 1364065 A 〇 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15〇〇 mT且功 率為約300 W至約l，〇〇〇 W的條件下使用具有具有以下各物 之氧體執行回姓製程：具有約10 sccm至約sccm之流動 速率之CHF3、具有約10 scem至約5〇 sccm之流動速率之 及具有約300 seem至約l，5〇〇 seem之流動速率之Ar。 因為界面區域B中之圖案化光阻22〇之斜坡的角度反映在 界面區域B中之經蝕刻絕緣層21〇，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2丨〇，的斜坡之角度變 得非f小。因為界面區域B中之經餘刻絕緣層2丨〇|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21〇在像素區域a與邏輯電路區域匸中 之尚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21〇，上的彩色濾光片23()。因 為界面區域Β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23〇形成為具有非 常精細之輪廓。 根據本發明之另—實施例，可添加一用於在絕緣層21 〇 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21〇可包括氮 化物層或氧化物與氮化物之多層。 129649.doc 1364065 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31〇、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。 第一區域330對應於邏輯電路區域’且因為第三區域mo 中之光阻曝露於光，所以保留第三區域33〇中之基板上之 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33〇之方向上逐漸減 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 變〇 舉例而言，當使用i-Line光源用於曝光時，第二區域32〇 甲之光罩之間距較佳為約〇,2㈣。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32〇中之光罩之寬度為約 100㈣。第二區域320之邊緣中之光罩具有一具有c度斜 129649.doc -13· 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4 A)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 129649.doc 14 1364065 後製程期間更均勻地形成薄膜，從而可改良製程範圍。 j 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。 【圖式簡單說明】 圖1說明展示像素區域與邏輯電路區域之間的界面區域 中的經姓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 is·衫像感測器之方法之進程的縮微圖。 圖3說明-根據本發明之—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。 【主要元件符號說明】 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 第二區域 129649.doc -15- 1364065 A . 像素區域 B 界面區域 C 邏輯電路區域 129649.doc 16-

Claims (1)

1364065 綱·綱請纖、軸_^書觸駐日 十、申請專利範圍： 1. 一種製造一影像感測器之方法包八 在該影像感測器的—邏輯 避料電路£域及一像素區域中 之一基板上皆形成一絕緣層： 在該絕緣層上形成一光阻. 圖案化該光阻以形成—本 光阻圖案使該像素區域中之 該絕緣層曝露且該邏輯電路 L碉甲之該絕緣層不曝露， 像圖案化該光阻包括在一自該邏輯電路區域至該 £域之Η^方向上逐漸減小在該像素區域與該邏輯電路 間的一界面區域中之該光阻圖案的-厚度；及 在該光阻圖案之一蝕刻速率 迷丰興δ亥絕緣層之一蝕刻速 =1 目同之條件τ在該絕緣層及該光阻圖案上執行- 如°月求項1所述的製造—影像感測器之方法，JL進一牛 =在前述形成一光阻之前在該絕緣層上先形成一抗二 3. 如請龙$ Λ 執.2所述的製造一影像感測器之方法，其中前述 在=回敍製程將使該界面區域中之該光阻圖案具有一 4 4度至約15度之範圍内的傾斜角度。 如請求頊〇 & 包含在* 述的製造-影像感測器之方法，其進一步 緣居/執行製程之後在該像素區域中之該絕 θ再形成一彩色濾光片。 如言奢求j§ 執行—所述的製造一影像感測器之方法，其中前述 回麵製程將使該界面區域中之該光阻圖案具有一 1364065 年’月h曰修(更)正替换3 第97109680號真刹由兮七 . %案補充、修正無劃線之說明書替換頁修正曰 在約0.4声5认 復至約15度之範圍内的傾斜角度。 •如叫求項1所述的製造一影像感測器之方法其中前述 ' 絕緣層包含使用一氧化物以形成該絕緣層。 影像感測器之方法，其中前# 7·如請求項6所述的製造 執行—回蝕製裎包含： 使用~壓力為約50 mT至約1,500 mT ; 使用—功率為約300 W至約1,000 W ;且 1 f\ 、‘、、j U) Seem至約50 seem之流動速率之三氟甲俨 、力10 seem至約50 seem之流動速率之氧氣及—約 30〇 seem至約15〇〇 sccm之流動速率之氬氣。 8.如4求項丨所述的製造一影像感測器之方 # # 一 丹甲刖述 〜取一絕緣層包含使該絕緣層形成在約4〇,〇〇〇人至 70,000A之範圍内的一厚度。 9.如請求項8所述的製造一影像感測器之 T 4. 形成—絕緣層包含使該絕緣層形成約為46,〇〇〇A的該厚 10. 如請求項9所述的製造一影像感測器之方 ，、T 刖 4 執行—回蝕製程包含將該絕緣層之該厚度移除約15,〇卯 A。 ’ 11. 如請求項1所述的製造一影像感測器之方法，其進—步 包含在前述執行一回蝕製程之後在該像素區域中之哕絕 緣層上再形成一彩色濾光片。 12. —種製造一影像感測器之方法，包含： 在一影像感測器的一邏輯電路區域及—像素區域中 2 1364065 13. 14. 15. 16. 17 咕 · /。年’月h曰修(敌)正替婊百丨 第刪__m青案補充、修爛線之說明書替換頁 之一基板上皆形成一絕緣層； 在該絕緣層上形成一光m; 襄備光罩，該光罩具有—藉以在一自該邏輯電路 區域至該像素區域之方向上逐漸減小轉移至該基板上之 光之！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一界面區域； 藉由使用該光罩來圖案化該光阻以形成一光阻圖案 使該像素區域中之該、絕緣層曝露且該邏輯電路區域中之 該絕緣層不曝露，其中前述圖案化該光阻包括在—自該 邏輯電路區域至該傻音ρ·祕+ 士 & 〜 ⑼u像素£域之方向上逐漸減小在該界面 區域t該光阻圖案之一厚度；及 在曝露之該絕緣層上執行一回钱製程。 .如：求項12所述的製造一影像感測器之方法其進一步 2在前述形成—❹之前在該絕緣層上先形成一減 項13所述的製造一影像感測器之方法，其中前述 =一光阻包含形成一正型光阻。 如。月求項13所述的製造一影像感測器 句令力此， 々戍，其進一步 緣層上I—回蚀製程之後在該像素區域中之該絕 ' 冉形成—彩色濾光片。 如吻求項12所述的製造一影像感測器之 形成—弁乃沄，其中則述 %丨且包含形成一正型光阻。 •如請求項j 1 包含在ΐ 迷的製造一影像感測器之方法，其進一步 別述轨行一回蝕製程之後在該像素區域中之該絕 1364065 • f。年（月修(更)正替换頁 第97109680號專利申請案補充、修正無劃線之說明書替換頁修ilirrnrr^TF- 緣層上再形成一彩色濾光片。