图像传感器的微透镜掩模及其用于形成微透镜的方法.pdf

本发明提供一种图像传感器的微透镜掩模及其用于形成微透镜的方法。在该方法中，在包括光电二极管和晶体管的半导体衬底上形成绝缘层。在绝缘层上形成钝化层。在垂直对应于光电二极管的绝缘层上形成穿过钝化层的滤色镜层。在半导体衬底的整个表面之上形成微透镜光致抗蚀剂层。在与滤色镜层相对应的微透镜光致抗蚀剂上形成微透镜掩模。以大约450/0至550/0曝光量/焦距(dose/focus)的光强执行一次曝光工艺；使微透镜光致抗蚀剂层图案化以通过除去经过曝光工艺的光致抗蚀剂形成图案化的微透镜光致抗蚀剂层。回流该图案化的微透镜光致抗蚀剂层以形成该微透镜。

1.  一种作为曝光掩模的微透镜掩模，其用于图案化微透镜光致抗蚀剂层，该微透镜掩模包括多个形成五边形或六边形阵列的图案，该图案的侧边彼此相邻并且通过间隔隔开。

2.  如权利要求1所述的微透镜掩模，其中该形成五边形或六边形阵列的图案是五边形的并且该阵列具有雪晶图案，或者其中该形成五边形或六边形阵列的图案是六边形的并且该阵列具有蜂窝图案。

3.  如权利要求1所述的微透镜掩模，其中该间隔大约为0.045μm或0.055μm。

4.  一种用于形成微透镜的方法，包括：
在半导体衬底上为图像传感器形成绝缘层和金属衬垫，通过该绝缘层使该金属衬垫暴露于外部；
在该绝缘层上形成钝化层；
通过该钝化层在该绝缘层上形成滤色镜层；
在包括该滤色镜层、该钝化层，以及暴露的金属衬垫的该半导体衬底的整个表面之上形成微透镜光致抗蚀剂层；
在该微透镜光致抗蚀剂层上形成与该滤色镜层相对应的微透镜掩模，该微透镜掩模包括多个形成五边形或六边形阵列的图案，该图案的侧边彼此相邻并且通过间隔隔开；
以大约450/0至550/0曝光量/焦距的光强执行一次曝光工艺；
图案化该滤色镜层上的该微透镜光致抗蚀剂层；以及
回流该图案化的微透镜光致抗蚀剂层以形成微透镜。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中该形成五边形或六边形阵列的图案是五边形的并且该阵列具有雪晶图案。

6.  根据权利要求4所述的方法，其中该形成五边形或六边形阵列的图案是六边形的并且该阵列具有蜂窝图案。

7.  根据权利要求4所述的方法，其中该间隔大约为0.045μm或0.055μm。

8.  根据权利要求4所述的方法，其中调节该曝光工艺的光强以完全地除去该金属衬垫上的该微透镜光致抗蚀剂层。

9.  根据权利要求4所述的方法，其中该绝缘层包括未掺杂的硅酸盐玻璃，并且该钝化层包括氮化硅层。

10.  根据权利要求4所述的方法，其中图案化该微透镜光致抗蚀剂层包括：
除去该微透镜掩模；以及
执行显影工艺以除去在该一次曝光工艺时暴露的该光致抗蚀剂层。

图像传感器的微透镜掩模及其用于形成微透镜的方法
技术领域
本发明涉及一种图像传感器的微透镜掩模及其用于形成微透镜的方法。
背景技术
图1是显示在形成微透镜光致抗蚀剂层40之后的图像传感器的横截面视图。
参见图1，绝缘层10形成在设置有光电二极管和晶体管的衬底(未示出)上。形成绝缘层10的材料例如是未掺杂的硅酸盐玻璃(Undoped SilicateGlass，简写为USG)。金属衬垫12、金属互连件(未示出)、以及接触塞(未示出)可以形成在绝缘层10中。
氮化硅(SiN)层20形成在绝缘层10上。滤色镜层30形成在绝缘层10上并穿过该SiN层20。
而且，微透镜光致抗蚀剂层40形成在包括滤色镜层30、SiN层20、以及金属衬垫12的衬底的整个表面之上。
图2是显示在形成掩模50并除去金属衬垫12上的光致抗蚀剂层40之后的图像传感器的横截面视图。图3是显示在金属衬垫12上的光致抗蚀剂剩余物的俯视图。
掩模50形成在微透镜光致抗蚀剂40上，以便可以暴露(opened)衬垫12。以大约330/0曝光量/焦距(dose/focus)的光强执行第一次曝光工艺，以除去衬垫12上的光致抗蚀剂层40。此时，由于第一次曝光工艺的光强被调节至较低的水平，在对光致抗蚀剂进行显影(development)之后，光致抗蚀剂的剩余物会残留在衬垫12上。图3示出根据现有技术在除去光致抗蚀剂层之后残留在金属衬垫上的光致抗蚀剂剩余物的影像。
图4是显示在形成微透镜掩模60之后的图像传感器的横截面视图。图5是显示微透镜掩模60的俯视图。图6是显示在形成微透镜42之后的图像传感器的横截面视图。
参见图4，在除去掩模50之后，在滤色镜层30上形成如图5所示的微透镜掩模60。
接下来，使用该微透镜掩模60作为曝光掩模以大约300/0曝光量/焦距的光强执行第二次曝光工艺。在这种情况中，残留在衬垫12上的光致抗蚀剂剩余物能够通过第二次曝光工艺被除去。
之后，除去微透镜掩模60，并且通过显影工艺除去经过第二次曝光工艺处理的光致抗蚀剂层40(包括残留在衬垫12上的光致抗蚀剂)。将滤色镜层30上被微透镜掩模60覆盖的光致抗蚀剂用作微透镜光致抗蚀剂图案。
最后，通过回流工艺使滤色镜层30上形成的微透镜光致抗蚀剂图案具有突起形状，从而完成微透镜42的形成过程，如图6所示。
因此，该曝光工艺是在低光强下进行两次处理。这是因为，当通过在大约500/0曝光量/焦距的较高光强度下进行一次曝光以完全地除去衬垫12上的光致抗蚀剂层40时，滤色镜层30上的微透镜光致抗蚀剂图案之间的间隙会扩大至大约0.3μm到0.5μm。
这会导致微透镜42之间的间隔扩大，并且使图像传感器的灵敏度降低。
然而，虽然通过两次曝光工艺能除去衬垫12上的光致抗蚀剂剩余物，但是具有以下局限：不可避免地增加了微透镜光致抗蚀剂图案的间隔，其工艺也变得复杂，并且增加了制造时间和成本。
发明内容
本发明的实施例提供一种图像传感器的微透镜掩模及其用于形成微透镜的方法，其通过一次曝光工艺就能够除去金属衬垫上的光致抗蚀剂，并且当通过曝光工艺除去金属衬垫上的微透镜光致抗蚀剂时，其能够使滤色镜层上的微透镜光致抗蚀剂图案的间隔保持不变。
本发明的实施例提供一种图像传感器的微透镜掩模及其用于形成微透镜的方法，该微透镜掩模是一种用于图案化微透镜光致抗蚀剂层的曝光掩模，并且其包括多个形成五边形或六边形阵列的图案，所述多个图案的侧边彼此相邻，并且其中五边形或六边形阵列的图案具有大约0.045μm至0.055μm的间隔。
在一实施例中，一种用于形成微透镜的方法包括：在包括光电二极管和晶体管的半导体衬底上形成绝缘层，该绝缘层包括暴露于外部的金属衬垫；在该绝缘层上成形钝化层；在与该光电二极管垂直对应的绝缘层上形成滤色镜层，该滤色镜层穿过该钝化层；在包括该滤色镜层、该钝化层、以及该金属衬垫的该半导体衬底的整个表面之上形成微透镜光致抗蚀剂层；在与该滤色镜层相对应的该微透镜光致抗蚀剂上形成微透镜掩模，该微透镜掩模包括形成五边形或六边形阵列的多个图案，所述多个图案的侧边彼此相邻，并且其中该五边形或六边形阵列的图案具有大约0.045μm至0.055μm的间隔；以大约450/0至550/0曝光量/焦距(dose/focus)的光强执行一次曝光工艺；通过除去该暴露的微透镜光致抗蚀剂使该微透镜光致抗蚀剂图案化，以形成图案化的光致抗蚀剂层；以及回流该图案化的微透镜光致抗蚀剂层，以形成该微透镜。
通过随附附图和下文描述详细说明一个或多个实施例。其他特征将从说明书及其附图、以及权利要求书变得明显。
附图说明
图1是显示在形成用于微透镜的光致抗蚀剂层之后的图像传感器的横截面视图。
图2是显示在形成用于除去衬垫上的光致抗蚀剂层的掩模之后的图像传感器的横截面视图。
图3是显示衬垫上的光致抗蚀剂剩余物的俯视图。
图4是显示在形成微透镜掩模之后的图像传感器的横截面视图。
图5是显示微透镜掩模的俯视图。
图6是显示在形成微透镜之后的图像传感器的横截面视图。
图7是显示根据本发明一实施例在形成用于微透镜的光致抗蚀剂层之后的图像传感器的横截面视图。
图8是显示根据本发明一实施例在形成微透镜掩模之后的图像传感器的横截面视图。
图9是显示根据一实施例的微透镜掩模的俯视图。
图10是显示根据本发明一实施例在形成微透镜之后的图像传感器的横截面视图。
具体实施方式
在下文中，将参考随附附图详细描述一种图像传感器的微透镜掩模及其用于形成微透镜的方法的示例性实施例。
在下文中，对于示例性实施例的描述，为了不使本发明的主题模糊，将省略对现有技术已知的功能或配置的详细描述。因此，只在下文描述与本发明的技术精神直接有关的核心部件。
在实施例的描述中，可以理解的是，当提到某一层(或膜)位于另一层或衬底‘上面’时，该层可以直接地位于另一层或衬底上，或者它们之间也可以出现插入层。进一步而言，可以理解的是，当提到某一层位于另一层‘下面’时，该层可以直接地位于另一层下面，或者它们之间也可以出现一层或更多层插入层。此外，还可以理解的是，当提到某一层位于某两层‘之间’时，该层可以是这两层之间唯一的层，或者它们之间也可以出现一层或更多层的插入层。
图7是显示根据一实施例在形成用于微透镜的光致抗蚀剂层之后的图像传感器的横截面视图。
参见图7，绝缘层100形成在设置有光电二极管和晶体管的衬底(未示出)上。形成绝缘层100的材料例如是未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)。金属衬垫120、金属互连件(未示出)、以及接触塞(未示出)可以形成在绝缘层100中。
半导体衬底的光电二极管构成图像传感器的像素单元，并且被连接到多个晶体管，所述多个晶体管用于控制存储在光电二极管中的电荷的传输和输出。
例如，通过半导体工艺可以在光电二极管之间的半导体衬底区域中形成晶体管，并且该晶体管可以包括用于每个像素单元的转移晶体管Tx、复位晶体管Rx、选择晶体管Sx、以及存取晶体管Ax。
而且，可以在多重的层叠结构中形成该绝缘层100。在最上面的绝缘层100上形成金属衬垫，以使该金属衬垫暴露于外部。
在绝缘层100上形成SiN层200。在绝缘层100上形成穿过该SiN层200的滤色镜层300。
SiN层200用作钝化层。
在垂直对应于光电二极管的区域中形成滤色镜层300。
在形成滤色镜层300之后，在包括滤色镜层300、SiN层200、以及金属衬垫120的整个衬底上形成微透镜光致抗蚀剂层400。
图8是显示根据一实施例在微透镜光致抗蚀剂层400上形成微透镜掩模600之后的图像传感器的横截面视图。图9是显示根据一实施例的微透镜掩模600排列的俯视图。
参见图8，在微透镜光致抗蚀剂层400上形成微透镜掩模600，并在该微透镜掩模600上进行曝光工艺。
微透镜掩模600可以具有类似于蜂窝图案(如图9A所示)的六边形形状或者具有类似于雪晶图案(如图9B所示)的五边形形状。
微透镜掩模600的每种图案对应于滤色镜层300的一个滤色镜和形成在该滤色镜上的一个微透镜。
所形成的图案之间相间的间隔d2大约在0.045μm至0.055μm之间。
因此，微透镜掩模600可以被紧密地排列，同时该图案的相邻侧边之间的间隔保持不变并且保持最小化。因此，聚光效率可以在曝光时增强，并且由于较高的光强可以使图案之间的间隔扩大最小化。
可以以大约450/0至550/0曝光量/焦距的相对较高的光强执行一次曝光工艺。在这种情况下，可以通过单次曝光工艺完全地除去金属衬垫120上的微透镜光致抗蚀剂层400。
即便由于曝光使间隔的间距扩大，但根据此实施例的微透镜掩模600也能够使得微透镜光致抗蚀剂图案之间的间隔大约保持在小于0.15μm。因此，可以防止图像传感器的灵敏度降低。
图10是显示根据一实施例在形成微透镜420之后的图像传感器的横截面视图。
例如，在执行单次曝光工艺之后，除去微透镜掩模600。然后，执行显影工艺以除去不被微透镜掩模600覆盖的光致抗蚀剂层400。
因此，可以在间隔大约保持在小于0.15μm的滤色镜层300上形成用于微透镜的光致抗蚀剂图案。
最后，通过回流工艺在滤色镜层300上提供具有突起形状的微透镜光致抗蚀剂图案，如图10所示，因此形成微透镜420。
根据示例性实施例的一种图像传感器的微透镜掩模及其用于形成微透镜的方法具有如下优点。
第一，由于改进了微透镜掩模的结构(形状和间隔)，并且在曝光工艺中光强被调节到高水平，因此通过一次曝光工艺就可以完全地除去金属衬垫上的微透镜光致抗蚀剂。
第二，即使为了在单个曝光工艺中除去金属衬垫上的微透镜光致抗蚀剂而将曝光工艺的光强提高，也能够防止微透镜之间的间隔扩大。因此，图像传感器的灵敏度可以保持稳定，并且可以增强成品率。
第三，由于通过一次曝光工艺完全地除去金属衬垫上的微透镜光致抗蚀剂，因此整个工序能够被简化，并且能够节省制造时间和成本。
说明书中所提及的“一实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，其含义是结合实施例描述的特定特征、结构、或特性均包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些短语并不一定都涉及同一个实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落在本领域技术人员结合其它实施例就可以实现这些特征、结构或特性的范围内。
尽管对实施例的描述中结合了其中多个示例性实施例，但可以理解的是本领域技术人员完全可以推导出许多其它变化和实施例，并落入本公开内容的原理的精神和范围之内。尤其是，可以在该公开、附图和所附权利要求的范围内对组件和/或附件组合设置中的排列进行多种变化和改进。除组件和/或排列的变化和改进之外，其他可选择的应用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。