专利名称：使用硬掩模的滤色器图案化的制作方法
技术领域：
本发明一般来说涉及图像传感器，且特定来说但非排他性地涉及图像传感器中的使用硬掩模的滤色器图案化。
背景技术：
随着像素大小按比例缩小，滤色器的设计规则应遵循所述趋势且也允许按比例缩小滤色器，但由于滤色器的特定处理特征，所述按比例缩小具有挑战性且是艰巨的。引入新材料是用于改善滤色器按比例缩放的常见方法，但可能牺牲光透射、工艺可控制性、合格率、递送及总体光学性能
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种设备。所述设备包含滤色器布置，其包括一组滤色器，所述组滤色器包含一对第一滤色器，其每一者上面形成有第一及第二硬掩模层，第二滤色器，其上面形成有所述第一硬掩模层，及第三滤色器，其上面不形成硬掩模层。本发明的另一实施例涉及一种方法。所述方法包含在衬底的表面上方沉积第一滤色器层，所述衬底中形成有像素阵列；在所述第一滤色器层上方沉积第一硬掩模；图案化并蚀刻所述第一硬掩模及所述第一滤色器层以形成第一开口 ；在所述第一开口中沉积第二滤色器层；在所述第一滤色器层、所述第二滤色器层及所述第一硬掩模上方沉积第二硬掩模；图案化并蚀刻所述第一硬掩模、所述第二硬掩模及所述第一滤色器层以形成第二开口 ；及在所述第二开口中沉积第三滤色器层。本发明的另一实施例涉及一种设备。所述设备包含衬底，其具有前侧及后侧；图像传感器，其包括形成于所述衬底的所述前侧中或所述前侧上的像素阵列；滤色器布置，其形成于所述像素阵列的对应数目个像素上方，所述滤色器布置包括一组滤色器，所述组滤色器包含一对第一滤色器，其每一者上面形成有第一及第二硬掩模层，第二滤色器，其上面形成有所述第一硬掩模层，及第三滤色器，其上面不形成硬掩模层。
参照以下图描述本发明的非限制性及非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则各个视图中的相同参考编号指代相同部件。图IA是滤色器布置的实施例的平面视图。图IB是图2A中所示的滤色器布置的实施例的实质沿截面线B-B截取的横截面图。图2A是图IA中所示的滤色器布置的另一平面视图。图2B是图2A中所示的滤色器布置的实施例的实质沿截面线B-B截取且与前侧照射像素的实施例一起使用的横截面图。图2C是图2A中所示的滤色器布置的实施例的实质沿截面线B-B截取且与后侧照射像素的实施例一起使用的横截面图。图3A到图3H是图解说明用于制造滤色器布置(例如，图IA到图IB及/或图2A到图2C中所示的滤色器布置)的工艺的实施例的平面视图(左侧)及对应横截面图(右侧)。
具体实施例方式本发明描述用于使用硬掩模的滤色器图案化的设备、系统及方法的实施例。描述众多特定细节以提供对本发明的实施例的透彻理解，但所属领域的技术人员将认识到，可在没有所述特定细节中的一者或一者以上的情况下或通过其它方法、组件、材料等实践本发明。在一些实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作，但其仍涵盖于本发明的范围内。在整个本说明书中所提及的“一个实施例”或“一实施例”意指特定特征、结构或特性包括于至少一个所描述的实施例中。因此，本说明书中的片语“在一个实施例中”或“在 一实施例中”的出现未必全部是指同一实施例。此外，所述特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合于一个或一个以上实施例中。图IA到图IB图解说明四个像素的群组的滤色器布置100的实施例；图IA是平面视图，而图IB是实质沿截面线B-B截取的横截面图。滤色器布置100可实施于前侧照射(FSI)传感器中(如图2B中所示)或后侧照射(BSI)传感器中(如图2C中所示)。滤色器布置100包括四个滤色器第一色彩的两个过滤器106及108、第二色彩的过滤器Iio及第三色彩的过滤器112。在所图解说明的实施例中，所述第一色彩为绿色，所述第二色彩为蓝色，且所述第三色彩为红色，且所述色彩经布置以形成熟悉的红色-绿色-蓝色(RGB)贝尔图案。然而，在其它RGB实施例中，可存在每一色彩的不同数目，且所述色彩可不同于所展示而布置。在另外其它实施例中，过滤器布置中所使用的色彩可不同(举例来说，青绿色、品红色及黄色(CMY))且可具有每一色彩的任何分布及任何数目。四个滤色器106、108、110及112形成于平面化层104的表面104上。第一硬掩模层114及第二硬掩模层116形成于第一滤色器106及第二滤色器108上方，而仅第二硬掩模层116形成于第三滤色器110上方。无硬掩模层形成于第四滤色器112上方。硬掩模层114及116在所关注的波长中实质光学透明。在一个实施例中，硬掩模层114及116为氧化物层，但在其它实施例中，可使用其它材料，只要其满足光学性能及制造要求。通过使用具有良好光透射性质的氧化物或其它材料，“旧的”低成本、成熟的经优化滤色器材料可将其应用延伸到任何大小的像素，唯一的限制是图案化分辨率，其小于可见光的最短波长。图2A到图2C图解说明其中滤色器布置100可与前侧照射(FSI)像素(图2B)或后侧照射(BSI)像素(图2C) —起使用的实施例。所述解说明滤色器布置100到四个像素的群组的应用，但在具有大数目个像素的实际像素阵列中，可依据所述阵列中的像素的数目将所图解说明的布置复制许多次。图2A图解说明滤色器布置100，其包括四个滤色器第一色彩的两个过滤器102及104、第二色彩的过滤器106及第三色彩的过滤器108。在所图解说明的实施例中，所述第一色彩为绿色，所述第二色彩为蓝色，且所述第三色彩为红色，且所述三个色彩经布置以形成熟悉的红色-绿色-蓝色(RGB)贝尔图案。然而,在其它RGB实施例中，可存在每一色彩的不同数目，且所述色彩可不同于所展示而布置。在另外其它实施例中，过滤器布置100中所使用的色彩可不同(举例来说，青绿色、品红色及黄色(CMY))且可具有每一色彩的任何布置及任何数目。图2B图解说明CMOS图像传感器中的前侧照射(FSI)像素200的实施例的沿图2A中的截面B-B截取的横截面，其中FSI像素200使用例如滤色器布置100的滤色器布置。FSI像素200的前侧为衬底的上面安置有光敏区域204及相关联像素电路且上方形成有用于重新散布信号的金属堆叠206的侧。金属堆叠206包括金属层Ml及M2,金属层Ml及M2经图案化以形成光学通道，入射于FSI像素200上的光可穿过所述光学通道到达光敏或光电二极管(“H)”)区204。为实施彩色图像传感器，前侧包括滤色器布置100，其中其个别滤色器(个别过滤器108及112图解说明于此特定横截面中)中的每一者安置于帮助将光聚焦到ro区204上的微透镜206下方。图2C图解说明CMOS图像传感器中的后侧照射(BSI)像素250的实施例的沿图2A中的截面B-B截取的横截面，其中所述BSI像素使用例如滤色器布置100的滤色器布置。与像素200相同，像素250的前侧为衬底的上面安置有光敏区204及相关联像素电路且上 方形成有用于重新散布信号的金属堆叠206的侧。所述后侧为所述像素的与所述前侧相对的侧。为实施彩色图像传感器，所述后侧包括滤色器布置100，其中其个别滤色器(个别过滤器108及112图解说明于此特定横截面中)中的每一者安置于微透镜206下方。微透镜206帮助将光聚焦到光敏区204上。像素250的后侧照射意指金属堆叠206中的金属互连线不阻挡正被成像的物体与光敏区204之间的路径，从而导致光敏区的更大信号产生。图3A到图3H图解说明用于制造例如滤色器布置100的滤色器布置的实施例的工艺的实施例。图3A展示所述工艺的初始部分，所述工艺以衬底102开始，衬底102上面已沉积有平面化层104且已使用例如化学机械抛光(CMP)等工艺平面化以形成可在上面形成滤色器布置100的平面表面302。图3B图解说明所述工艺的下一部分。以图3A中所示的积层开始，将第一滤色器层304沉积到表面302上且接着使用例如化学机械抛光(CMP)等工艺平面化。图3C图解说明所述工艺的下一部分。以图3B中所示的积层开始，在第一色彩层304上沉积第一硬掩模层306且接着使用例如化学机械抛光(CMP)等工艺平面化。在一个实施例中，第一硬掩模层306为氧化物层，但在其它实施例中，可使用其它材料来形成第一硬掩模层306，只要所选择的材料满足光学性能及制造要求。图3D图解说明所述工艺的下一部分。以图3C中所示的积层开始，穿过第一硬掩模层306及第一色彩层304形成开口 308，向下一直到平面化层104的表面302。在一个实施例中，可使用光刻图案化连同例如各向异性蚀刻、深反应性离子蚀刻(DRIE)等蚀刻工艺来形成开口 308。在其它实施例中，可使用例如激光烧蚀或蚀刻等其它工艺来形成开口 308。图3E图解说明所述工艺的下一部分。以图3D中所示的积层开始，将第二滤色器层310沉积到开口 308中以形成第二色彩的滤色器。如在前述步骤中，在沉积第二色彩材料310之后，可使用例如化学机械抛光(CMP)等工艺来平面化整个积层。图3F图解说明所述工艺的下一部分。以图3E中所示的积层开始，组合件上沉积第二硬掩模层312且接着使用例如化学机械抛光(CMP)等工艺平面化。在一个实施例中，第二硬掩模层312为氧化物层，但在其它实施例中，可使用其它材料，只要所选择的材料满足光学性能及制造要求。在一个实施例中，第二硬掩模层312可由与第一硬掩模层306相同的材料制作，但在其它实施例中，所述第一与第二硬掩模层不需要使用相同材料制作。图3G图解说明所述工艺的下一部分。以图3F中所示的积层开始，穿过第一硬掩模层306、第二硬掩模层312及第一色彩层304蚀刻开口 314，向下一直到平面化层104的表面302。可使用光刻图案化连同例如各向异性蚀刻、深反应性离子蚀刻(DRIE)等蚀刻工艺来形成开口 314。在其它实施例中，可使用例如激光烧蚀或蚀刻等其它工艺来形成开口314。图3H图解说明所述工艺的最后部分。以图3G中所示的积层开始，将第三滤色器层316沉积到开口 314中以形成第三色彩的滤色器。如在前述步骤中，在沉积第二色彩材料316之后，可使用例如化学机械抛光(CMP)等工艺来平面化整个积层。图3H中所示的滤色器布置实质上为图IA到图IB中所示的滤色器布置100。包括发明摘要中所描述的内容的本发明的所图解说明实施例的以上说明并非打·算穷举或将本发明限制为所揭示的精确形式。虽然出于说明性目的而描述本发明的特定实施例及实例，但所属领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种等效修改。可根据以上详细说明对本发明做出这些修改。以上权利要求书中所使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将完全由以上权利要求书来确定，所述权利要求书将根据权利要求书解释的所确立原则来加以理解。
权利要求
1.一种设备，其包含 滤色器布置，其包括一组滤色器，所述组滤色器包含 一对第一滤色器，其每一者上面形成有第一及第二硬掩模层， 第二滤色器，其上面形成有所述第一硬掩模层，及 第三滤色器，其上面不形成硬掩模层。
2.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一滤色器为绿色的，所述第二滤色器为蓝色的，且所述第三滤色器为红色的。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述组滤色器布置成贝尔图案。
4.根据权利要求I所述的设备，其中所述组滤色器经平面化。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第三滤色器与所述第一及第二硬掩模形成平面。
6.根据权利要求I所述的设备，其进一步包含夹于所述衬底与所述组滤色器之间的平面化层。
7.一种方法，其包含 在衬底的表面上方沉积第一滤色器层，所述衬底中形成有像素阵列； 在所述第一滤色器层上方沉积第一硬掩模； 图案化并蚀刻所述第一硬掩模及所述第一滤色器层以形成第一开口； 在所述第一开口中沉积第二滤色器层； 在所述第一滤色器层、所述第二滤色器层及所述第一硬掩模上方沉积第二硬掩模； 图案化并蚀刻所述第一硬掩模、所述第二硬掩模及所述第一滤色器层以形成第二开口 ；及 在所述第二开口中沉积第三滤色器层。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含平面化所述第二硬掩模及所述第三滤色器层。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一滤色器层为绿色的，所述第二滤色器层为蓝色的，且所述第三滤色器层为红色的。
10.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含在沉积所述滤色器层之前在所述衬底上沉积平面化层，以便在所述平面化层上沉积所述滤色器层。
11.一种设备，其包含 衬底，其具有前侧及后侧； 图像传感器，其包括形成于所述衬底的所述前侧中或所述前侧上的像素阵列； 滤色器布置，其形成于所述像素阵列的对应数目个像素上方，所述滤色器布置包括一组滤色器，所述组滤色器包含 一对第一滤色器，其每一者上面形成有第一及第二硬掩模层， 第二滤色器，其上面形成有所述第一硬掩模层，及 第三滤色器，其上面不形成硬掩模层。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一滤色器为绿色的，所述第二滤色器为蓝色的，且所述第三滤色器为红色的。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述组滤色器布置成贝尔图案。
14.根据权利要求11所述的设备，其中所述第三滤色器与所述第一及第二硬掩模形成平面。
15.根据权利要求11所述的设备，其进一步包含夹于所述衬底与所述滤色器布置之间的平面化层。
16.根据权利要求11所述的设备，其中所述滤色器布置形成于所述衬底的所述前侧上。
17.根据权利要求16所述的设备，其进一步包含光学耦合到所述滤色器布置的一个或一个以上微透镜。
18.根据权利要求11所述的设备，其中所述滤色器布置形成于所述衬底的所述后侧上。
19.根据权利要求18所述的设备，其进一步包含光学耦合到所述滤色器布置的一个或一个以上微透镜。
全文摘要
本发明揭示包含包括一组滤色器的滤色器布置的设备的实施例。所述组滤色器包括一对第一滤色器，其每一者上面形成有第一及第二硬掩模层；第二滤色器，其上面形成有所述第一硬掩模层；及第三滤色器，其上面不形成硬掩模层。本发明还揭示并请求其它实施例。
文档编号H01L27/146GK102916019SQ20111046130
公开日2013年2月6日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年8月3日
发明者陈刚, 毛杜利, 戴幸志, 霍华德·E·罗兹 申请人:全视科技有限公司