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TWI851246B - 製造半導體裝置以及互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法 - Google Patents

製造半導體裝置以及互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法 Download PDF

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TWI851246B
TWI851246B TW112120195A TW112120195A TWI851246B TW I851246 B TWI851246 B TW I851246B TW 112120195 A TW112120195 A TW 112120195A TW 112120195 A TW112120195 A TW 112120195A TW I851246 B TWI851246 B TW I851246B
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劉永進
張浚威
郭景森
許峰嘉
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

一種製造半導體裝置的方法，包括決定光阻劑成分中副產物的濃度。當副產物的濃度低於臨界值時，使用光阻劑成分在基板上方形成光阻劑層。在光阻劑層中形成光阻劑圖案，以露出基板的一部分，並對基板的露出部分執行操作。

Description

製造半導體裝置以及互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法
本揭露是關於用以製造半導體裝置以及互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法。
影像感測器裝置廣泛用於各種成像應用及產品中，諸如數位相機或手機相機應用。這些裝置利用基板中的感測器元件(像素)陣列。像素可係光電二極體或其他光敏元件，其適於吸收朝向基板投射的光並將感測到的光轉換成電訊號。為了增加影像解析度，增加影像感測器裝置中像素的數目係有利的。
不斷縮小的幾何尺寸對影像感測器裝置製造帶來挑戰。舉例而言，製造製程可能需要具有高深寬比的光阻劑遮罩以產生微米或次微米尺寸的像素。然而，具有超高 深寬比的光阻劑遮罩更容易受到毛細管力的影響。隨著遮罩的深寬比增大及/或隨著間距減小，這些效應會加劇。結果，舉例而言，由於相鄰光阻劑遮罩之間毛細管力的牽引效應，光阻劑遮罩可能塌陷。此外，具有超高深寬比的光阻劑遮罩可能會受到T形頂輪廓的影響，這會導致蝕刻殘留物在經蝕刻基板中隨後形成之溝槽中形成。
本揭露的實施例係一種製造半導體裝置的方法，包括決定光阻劑成分中的副產物濃度。當副產物濃度低於臨界值時，使用光阻劑成分在基板上方形成光阻劑層。在光阻劑層中形成光阻劑圖案，以露出基板的一部分，並對基板的露出部分執行操作。
本揭露的另一實施例係一種製造半導體裝置的方法，包括決定光阻劑成分中三級胺氧化物的正規化濃度。當三級胺氧化物的正規化濃度低於臨界值時，使用光阻劑成分在下伏層上方形成光阻劑層。將光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成潛伏圖案。對經選擇性曝光光阻劑層進行顯影，以形成光阻劑圖案，以露出下伏層的一部分。將離子佈植至下伏層的露出部分中或蝕刻下伏層的露出部分。
本揭露的另一實施例係一種製造互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法，包括決定光阻劑成分中三級胺氧化物的正規化濃度。當三級胺氧化物的濃度低於臨界值時，使用光阻劑成分在下伏層上方形成第一光阻劑層。將 第一光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成第一潛伏圖案。對經選擇性曝光第一光阻劑層進行顯影，以形成第一光阻劑圖案，第一光阻劑圖案露出下伏層的第一部分。對下伏層的露出第一部分執行第一處理操作。移除第一光阻劑層。使用光阻劑成分在下伏層上方形成第二光阻劑層。將第二光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成第二潛伏圖案。對經選擇性曝光第二光阻劑層進行顯影，以形成第二光阻劑圖案，第二光阻劑圖案露出下伏層的第二部分。下伏層的第二部分係不同於下伏層的第一部分的下伏層的部分。對下伏層的露出的第二部分執行第二處理操作，其中第二處理操作係與第一處理操作不同的操作。
100:影像感測器裝置
102:基板
104:前側
106:背側
107:高度
108:第一光阻劑層
108a~108i:第一光阻劑柱
109:溝槽
110:像素區
112:像素區
113:寬度
114:像素區
116:像素陣列區
119:寬度
120:區，阻劑層
122:區
124:溝槽
124a:溝槽
124b:溝槽
125:寬度
126:深度
127:寬度
128:深度
150:間距
170:蝕刻操作
180:目標層
202:光罩
204:第一圖案
206:場
235:不透明圖案
240:光罩基板
245:光化輻射
250:正型顯影劑
260:分配器
400:控制器，電腦系統
401:電腦
402:鍵盤
403:滑鼠
404:監視器
405:驅動器
406:磁碟驅動器
411:處理器
412:唯讀記憶體
413:隨機存取記憶體
414:硬碟
415:資料通訊匯流排
421:光碟
422:磁碟
502:第一離子佈植製程
504:第一隔離區
506:高度
508:寬度
602:第二光阻劑層
602a~602c:第二光阻劑柱
802:第二光罩
804:第二圖案
909:溝槽
911:高度
913:寬度
919:寬度
1002:第二離子佈植製程
1004:第二隔離區
1112a~1112g:像素區
1202~1214:像素
1302:互連結構
1304:導電線
1306:通孔/觸點
1308:緩衝層
1310:載體基板
1312:彩色濾光片層
1314:微透鏡層
1316:微透鏡
1400:方法
S1410~S1450:操作
1500:方法
S1510~S1560:操作
1600:方法
S1605~S1655:操作
本揭露的態樣在與隨附圖式一起研讀時自以下詳細描述內容來最佳地理解。應注意，根據行業中的標準規範，各種特徵未按比例繪製。實際上，各種特徵的尺寸可為了論述清楚經任意地增大或減小。
第1圖圖示根據本揭露的實施例的影像感測器裝置的一部分之橫截面圖。
第2圖圖示根據本揭露的實施例的微影術製程之示意圖，微影術製程經執行以將影像轉移至裝置基板上的第一光阻劑層上。
第3圖圖示根據本揭露的實施例的光阻劑層的選擇性曝光。
第4圖圖示根據本揭露的實施例的光阻劑顯影操作。
第5圖圖示根據本揭露的實施例的經圖案化光阻劑層。
第6圖圖示根據本揭露的實施例的影像感測器裝置的一部分之平面(俯視)圖，顯示圖案已轉移至第一光阻劑層以在裝置基板的前側上形成第一光阻劑柱。
第7圖圖示沿第6圖的線A-A截取的影像感測器裝置之橫截面圖。
第8圖圖示由光阻劑成分中的淬滅劑形成三級胺氧化物。
第9A圖及第9B圖圖示光阻劑溝槽寬度的改變與光阻劑成分中N-氧化物濃度之間的關係。
第10圖圖示根據本揭露的實施例的形成的光阻劑圖案之細節。
第11圖圖示根據本揭露的實施例的第一離子佈植製程之後的裝置基板之橫截面圖。
第12圖圖示根據本揭露的實施例的移除第一光阻劑層之後的影像感測器裝置的一部分之橫截面圖。
第13圖圖示根據本揭露的實施例的形成於裝置基板的前側上方的第二光阻劑層之橫截面圖。
第14圖圖示根據本揭露的實施例的具有第二圖案的第二光罩之平面(俯視)圖。
第15圖圖示根據本揭露的實施例的裝置基板上具有經圖案化第二光阻劑層的影像感測器裝置的一部分之橫截面圖。
第16圖圖示根據本揭露的實施例的顯示第一及第二隔離 區的影像感測器裝置的一部分之橫截面圖。
第17圖圖示根據本揭露的實施例的顯示裝置基板中的像素區的影像感測器裝置之橫截面圖。
第18圖圖示根據本揭露的實施例的顯示形成於像素區中的複數個像素的影像感測器裝置之橫截面圖。
第19圖圖示根據本揭露的實施例的顯示裝置基板的前側上方的互連結構的影像感測器裝置之橫截面圖。
第20圖圖示根據本揭露的實施例的蝕刻操作。
第21圖圖示根據本揭露的實施例的蝕刻操作。
第22圖圖示根據本揭露的實施例的經蝕刻基板。
第23圖圖示根據本揭露的實施例的蝕刻操作。
第24圖圖示根據本揭露的實施例的經蝕刻基板。
第25圖係根據本揭露的實施例的製造半導體裝置的方法之流程圖。
第26圖係根據本揭露的實施例的製造半導體裝置的方法之流程圖。
第27圖係根據本揭露的實施例的製造互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法之流程圖。
第28A圖及第28B圖顯示根據本揭露的實施例的控制器的實施例。
以下揭示內容提供用於實施所提供標的物的不同特徵的許多不同實施例、或實例。下文描述組件及配置的 具體實例以簡化本揭露。當然，這些僅為實例且非意欲為限制性的。舉例而言，在以下描述中第一特徵於第二特徵上方或上的形成可包括第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包括額外特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。此外，本揭露在各種實例中可重複參考數字及/或字母。此重複係出於簡單及清楚之目的，且本身且不指明所論述之各種實施例及/或組態之間的關係。
此外，為了便於描述，在本文中可使用空間相對術語，諸如「在......下方」、「在......之下」、「下部」、「在......之上」、「上部」及類似者，來描述諸圖中圖示之一個元件或特徵與另一(多個)元件或特徵之關係。空間相對術語意欲涵蓋除了諸圖中所描繪的定向以外的裝置在使用或操作時的不同定向。裝置可另外定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用之空間相對描述符可類似地加以相應解釋。此外，術語「由......製成」可意謂「包含」或「由......組成」。此外，在以下製造製程中，所述操作中/之間可能有一或多個額外操作，且操作次序可經改變。關於一個實施例所解釋的材料、組態、維度、製程及/或操作可在其他實施例中採用，並可省略其詳細描述。源極/汲極區可單獨或共同地取決於上下文而係指源極或汲極。
第1圖圖示根據實施例的影像感測器裝置100的一部分之示意性橫截面圖。影像感測器裝置100可用於各 種用於擷取影像的電子裝置中，諸如相機、蜂巢式電話、個人數位助理、電腦等。此類影像感測器裝置的實例包括互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)影像感測器(CMOS image sensor，CIS)裝置、電荷耦合裝置(charged-coupled device，CCD)、主動像素感測器(active-pixel sensor，APS)裝置或被動像素感測器裝置。在一個實施例中，影像感測器裝置100係背側照明(backside illuminated，BSI)影像感測器裝置。雖然本揭露係參考背側照明影像感測器裝置描述的，但本揭露的實施例亦可應用於前側照明(front side illuminated，FSI)影像感測器裝置。影像感測器裝置100可係CIS並包括裝置基板102。裝置基板102係，舉例而言，體矽基板、矽基板上方磊晶層、半導體晶圓、矽鍺基板或絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基板。在一些實施例中，可使用包括III族、IV族及V族元素的其他半導體材料。在一些實施例中，裝置基板102可係無摻雜的。在一些其他實施例中，裝置基板102摻雜有諸如硼的p型摻雜劑(即，係p型基板)或諸如磷或砷的n型摻雜劑(即，係n型基板)。裝置基板102可以可選地包括化合物半導體及/或合金半導體。在一些實施例中，裝置基板102可包括磊晶層，磊晶層可經應變以增強性能。
裝置基板102具有前側(亦稱為正面)104及與前側104相對的背側(亦稱為背面)106。針對BSI影像感測 器裝置，諸如影像感測器裝置100，光或輻射入射至背側106上(在基板減薄製程之後)，並穿過背側106進入剩餘的裝置基板102。前側104係主動表面，在主動表面上形成諸如電晶體、觸點及互連特徵的電路設計，以提供與像素區中像素的外部通訊。
第2圖至第19圖中描述製造諸如CIS的半導體裝置的方法。在裝置基板102的前側104上方形成第一光阻劑層108。第一光阻劑層108可藉由在裝置基板102的前側104上方沉積(例如，旋裝塗佈)光阻劑膜以及此後在第一光學微影術製程中圖案化光阻劑膜來形成，第一微影術製程涉及一或多個製程，諸如曝光、曝光後烘烤、顯影等。第一光學微影術製程使用光學微影術器件來圖案化第一光阻劑層108。光學微影術器件包括提供光化輻射以曝光光阻劑層的輻射源、將光化輻射投射至光阻劑層上的透鏡系統以及具有掃描功能的遮罩台。輻射源可係適合的光源，諸如紫外(ultraviolet，UV)、深紫外(deep ultraviolet，DUV)或極紫外(extreme ultra-violet，EUV)源。舉例而言，輻射源可包括但不限於深紫外雷射，諸如具有248nm波長的氟化氪(KrF)準分子雷射、具有193nm波長的氟化氬(ArF)準分子雷射以及具有157nm波長的氟化物(F2)準分子雷射；具有436nm或365nm波長的紫外汞燈；電子束或具有低於約100nm波長的其他光源。透鏡系統可包括一或多個照明模組，照明模組設計成將來自輻射源的輻射束引導至光罩上。遮罩台可 操作以固定光罩並以過渡及/或旋轉模式操縱光罩。微影術器件亦包括基板台，用於在第一微影術製程期間以過渡及/或旋轉模式保持及操縱待進行圖案化的基板。應理解，對基板的操縱係相對於光罩來考慮的，使得遮罩台及基板台中之一者或兩者可移動以達成所需操縱。對準裝置可用於對準光罩與基板。
藉由在基板102或基板上的目標層上方沉積光阻劑成分來形成第一光阻劑層108。光阻劑成分包括光活性化合物(photoactive compound，PAC)、聚合物及溶劑。在一些實施例中，光阻劑成分進一步包括淬滅劑(quencher)及界面活性劑(surfactant)。在一些實施例中，第一光阻劑層108使用化學放大(chemical amplification，CA)光阻劑材料。在一些實施例中，CA光阻劑材料係正型光阻劑，並包括聚合物材料，在聚合物材料與酸反應之後變得可溶於顯影劑。在另一實施例中，CA光阻劑材料係負型光阻劑，並包括聚合物材料，在聚合物材料與酸反應之後變得不溶於諸如鹼溶液的顯影劑。在又另一實施例中，CA光阻劑材料包括聚合物材料，在聚合物與酸反應之後改變其極性，從而根據顯影劑的類型(有機溶劑或水性溶劑)，在顯影操作期間移除經曝光部分或未曝光部分。在一些實施例中，CA光阻劑成分包括作為光活性化合物的光酸產生劑(photoacid generator，PAG)。在一些實施例中，光阻劑成分包括其他添加劑，諸如敏化劑。CA阻劑材料中的聚合物材料可進一步包括酸不穩定基 團。
阻劑係正型或係負型取決於用於顯影阻劑的顯影劑類型。舉例而言，當顯影劑係水基顯影劑，諸如四甲基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)溶液時，一些正型光阻劑提供正圖案(即，由顯影劑移除曝光區)。另一方面，當顯影劑係有機溶劑時，相同的光阻劑提供負圖案(即，由顯影劑移除未曝光區)。此外，在用TMAH溶液顯影的一些負型光阻劑中，由TMAH移除光阻劑的未曝光區，在曝光於光化輻射時經歷交聯的光阻劑的曝光區在顯影之後保留在基板上。
在一些實施例中，光阻劑成分中的聚合物包括烴結構(諸如脂環烴結構)，其含有一或多個基團，當與由PAC產生的酸、鹼或自由基混合時，這些基團將分解(例如，酸不穩定基團)或以其他方式反應(如下文進一步描述的)。在一些實施例中，烴結構包括形成聚合物骨架主鏈的重複單元。此重複單元可包括丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、巴豆酯類(crotonic esters)、乙烯基酯類、馬來酸二酯類(maleic diesters)、富馬酸二酯類(fumaric diesters)、衣康酸二酯類(itaconic diesters)、(甲基)丙烯腈((meth)acrylonitrile)、(甲基)丙烯醯胺類((meth)acrylamides)、苯乙烯類(styrenes)、乙烯基醚類(vinyl ethers)或這些的組合等。
在一些實施例中，用於烴結構的重複單元的特定結構包括以下各者中之一或多者：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、 丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸三級-丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸乙醯氧基乙酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2-羥乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、丙烯酸環己酯、丙烯酸苄酯、2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯或二烷基(1-金剛烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸三級-丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸乙醯氧基乙酯、甲基丙烯酸苯基酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸環己酯、丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸3-氯-2-羥丙酯、甲基丙烯酸3-乙醯氧基-2-羥丙酯、甲基丙烯酸3-氯乙醯氧基-2-羥丙酯、巴豆酸丁酯、巴豆酸己酯或類似物。乙烯基酯的實例包括乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、甲氧基乙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、馬來酸二甲酯、馬來酸二乙酯、馬來酸二丁酯、延胡索酸二甲酯、延胡索酸二乙酯、延胡索酸二丁酯、伊康酸二甲酯、伊康酸二乙酯、伊康酸二丁酯、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、乙基丙烯醯胺、丙基丙烯醯胺、正丁基丙烯醯胺、三級-丁基丙烯醯胺、環己基丙烯醯胺、2-甲氧基乙基丙烯醯胺、二甲基丙烯醯胺、二乙基丙烯醯胺、苯基丙烯醯胺、苄基丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、甲基 甲基丙烯醯胺、乙基甲基丙烯醯胺、丙基甲基丙烯醯胺、正丁基甲基丙烯醯胺、三級-丁基甲基丙烯醯胺、環己基甲基丙烯醯胺、2-甲氧基乙基甲基丙烯醯胺、二甲基甲基丙烯醯胺、二乙基甲基丙烯醯胺、苯基甲基丙烯醯胺、苄基甲基丙烯醯胺、甲基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、己基乙烯基醚、甲氧基乙基乙烯基醚、二甲基胺基乙基乙烯醚或類似物。苯乙烯的實例包括苯乙烯、甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、三甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、異丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、丁氧基苯乙烯、乙醯氧基苯乙烯、氯苯乙烯、二氯苯乙烯、溴苯乙烯、苯甲酸乙烯基酯、α-甲基苯乙烯、馬來醯亞胺、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咔唑、這些的組合或類似物。
在一些實施例中，烴結構的重複單元亦具有取代至其中的單環或多環烴結構，或者單環或多環烴結構係重複單元，以便形成脂環烴結構。在一些實施例中，單環結構的具體實例包括雙環烷烴、三環烷烴、四環烷烴、環戊烷、環己烷或類似物。在一些實施例中，多環結構的具體實例包括金剛烷(adamantine)、降冰片烷(norbornane)、異莰烷(isobornane)、三環癸烷、四環十二烷(tetracyclododecane)等。
將分解的基團(亦稱為離去基團)，或者在PAC係光酸產生劑的一些實施例中稱為酸不穩定基團，附接至烴結構，使得其將與曝光期間由PAC產生的酸/鹼/自由基反應。在一些實施例中，將分解的基團係羧酸基團、氟化醇 基團、酚醇基團、磺酸基團、磺醯胺基團、磺醯亞胺基團、(烷基磺醯基)(烷基羰基)亞甲基團、(烷基磺醯基)(烷基羰基)亞胺基團、雙(烷基羰基)亞甲基團、雙(烷基羰基)亞胺基團、雙(烷基磺醯基)亞甲基團、雙(烷基磺醯基)亞胺基團、三(烷基羰基)亞甲基團、三(烷基磺醯基)亞甲基團、其組合或類似物。在一些實施例中，用於氟化醇基團的特定基團包括氟化羥基烷基團，諸如六氟異丙醇基團。用於羧酸基團的特定基團包括丙烯酸基團、甲基丙烯酸基團或類似物。
在一些實施例中，聚合物亦包括附接至烴結構的其他基團，這些基團有助於改善聚合樹脂的多種性質。在一些實施例中，內酯基團包括具有附接至聚合物的五元環至七元環，任何適合的內酯結構可替代性地用於內酯基團。
在一些實施例中，聚合物包括能夠幫助增加光阻劑層對下伏結構(例如，基板)的黏附性的基團。極性基團可用於幫助增加黏附性。適合的極性基團包括羥基團、氰基團或類似者，可替代性地使用任何適合的極性基團。
此外，光阻劑的一些實施例包括一或多個光活性化合物(photoactive compound，PAC)。PAC係光活性組分，諸如光酸產生劑、光鹼產生劑、自由基產生劑或類似物。PAC可為正作用或負作用。在PAC係光酸產生劑的一些實施例中，PAC包括鹵化三嗪(halogenated triazines)、鎓鹽(onium salts)、重氮鹽(diazonium salts)、芳族重氮鹽(aromatic diazonium salts)、鏻 鹽(phosphonium salts)、鋶鹽(sulfonium salts)、錪鹽(iodonium salts)、醯亞胺磺酸酯(imide sulfonate)、肟磺酸酯(oxime sulfonate)、重氮二碸(diazodisulfone)、二碸(disulfone)、鄰硝基苯甲基磺酸酯(o-nitrobenzylsulfonate)、磺化酯(sulfonated esters)、鹵化磺醯氧基二甲醯亞胺(halogenerated sulfonyloxy dicarboximides)、重氮基二碸(diazodisulfones)、α-氰基氧基胺-磺酸酯(α-cyanooxyamine-sulfonates)、醯亞胺磺酸酯(imidesulfonates)、酮重氮基碸(ketodiazosulfones)、磺醯基重氮酯(sulfonyldiazoesters)、1,2-二(芳基磺醯基)肼(1,2-di(arylsulfonyl)hydrazines)、硝基苯甲酯(nitrobenzyl esters)、及s-三嗪衍生物(s-triazine derivatives)及這些的合適的組合等。
光酸產生劑的具體實例包括α-(三氟甲基磺醯氧基)-雙環[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二碳-鄰二醯亞胺(MDT)、N-羥基萘二甲醯亞胺(DDSN)、安息香甲苯磺酸酯(benzoin tosylate)、三級-丁基苯基-α-(對甲苯磺醯氧)-乙酸甲酯及三級-丁基-α-(對甲苯磺醯氧基)-乙酸甲酯、三芳基鋶及二芳基碘六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽、三氟甲磺酸鹽、碘全氟辛烷磺酸鹽、N-樟腦磺醯氧基萘二甲醯亞胺、N-五氟苯磺醯氧基萘醯亞胺、離子碘磺酸鹽(諸如二芳基碘(烷基或芳基)磺酸鹽及雙-(二三級-丁基苯基)碘樟 腦磺酸鹽)、全氟烷磺酸鹽(諸如全氟戊烷磺酸鹽、全氟辛烷磺酸鹽、全氟甲磺酸鹽)、三氟甲磺酸芳基(例如，苯基或苄基)酯，諸如三苯基鋶三氟甲磺酸鹽或雙-(三級-丁基苯基)碘三氟甲磺酸鹽；鄰苯三酚衍生物(例如，鄰苯三酚的三甲磺酸鹽)、三氟甲磺酸酯的羥基醯亞胺、α,α'-雙磺醯基二氮雜甲烷、硝基取代的苄醇的磺酸酯、萘醌-4-二疊氮化物、烷基二碸或類似物。
在PAC係自由基產生劑的一些實施例中，PAC包括n-苯基甘胺酸；芳香酮，包括二苯甲酮、N,N'-四甲基-4,4'-二胺基二苯甲酮、N,N'-四乙基-4,4'-二胺基二苯甲酮、4-甲氧基-4'-二甲基胺基苯并-苯酮、3,3'-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、p,p'-雙(二甲基胺基)苯并-苯酮、p,p'-雙(二乙基胺基)-二苯甲酮；蒽醌、2-乙基蒽醌；萘醌；及菲醌；苯偶姻，包括苯偶姻、苯偶姻甲醚、苯偶姻異丙基醚、苯偶姻-正丁基醚、苯偶姻-苯基醚、甲基苯偶姻及乙基苯偶姻；苄基衍生物，包括二苄基、苄基二苯基二硫醚及苄基二甲基縮酮；吖啶衍生物，包括9-苯基吖啶及1,7-雙(9-吖啶基)庚烷；噻噸酮，包括2-氯噻噸酮、2-甲基噻噸酮、2,4-二乙基噻噸酮、2,4-二甲基噻噸酮及2-異丙基噻噸酮；苯乙酮，包括1,1-二氯苯乙酮、對-三級-丁基二氯苯乙酮、2,2-二乙氧基苯甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮及2,2-二氯-4-苯氧基苯乙酮；2,4,5-三芳基咪唑二聚體，包括2-(鄰氯苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2-(鄰氯苯基)-4,5-二-(間甲氧基苯咪唑二聚體、 2-(鄰氟苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2-(鄰甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2-(對甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2,4-二(對甲氧基苯基)-5-苯基咪唑二聚體、2-(2,4-二甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體及2-(對甲基巰基苯基)-4,5-二苯咪唑二聚體；這些的組合或類似物。
在PAC係光鹼產生劑的一些實施例中，PAC包括四級銨二硫代胺基甲酸鹽、α胺基酮、含有例如二苯并苯肟六亞甲基二脲、四有機硼酸銨鹽及N-(2-硝基苄氧基羰基)環胺的分子的肟-胺基甲酸乙酯、這些的組合或類似物。
如本領域一般技藝人士可理解的，本文列出的化學化合物僅作為PAC的說明性實例，而並不意欲為將實施例限於具體描述的那些PAC。而係，可使用任何適合的PAC，且所有此類PAC完全旨在包括於本實施例的範疇內。在一些實施例中，基於PAC與聚合物的總重量，光阻劑成分包括約1wt.%至約10wt.%的光活性化合物(photoactive compound，PAC)。
將淬滅劑添加至光阻劑成分的實施例以抑制產生之酸/鹼/自由基在光阻劑內的擴散。淬滅劑改善阻劑圖案組態以及光阻劑隨時間的穩定性。在實施例中，淬滅劑係胺，諸如二級低級脂肪族胺、三級低級脂肪族胺或類似物。適合的胺的實例包括三甲胺、二乙胺、三乙胺、二正丙胺、三正丙胺、三戊胺、二乙醇胺及三乙醇胺、鏈烷醇胺、其 組合或類似物。
舉例而言，光阻劑的一些實施例亦包括界面活性劑，以便幫助提高光阻劑塗佈在其所施加表面上的能力。在一些實施例中，界面活性劑包括非離子界面活性劑、具有氟化脂肪族基團的聚合物、含有至少一個氟原子及/或至少一個矽原子的界面活性劑，聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基芳香基醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、脫水山梨糖醇脂肪酸酯及聚氧乙烯脫水山梨糖醇脂肪酸酯。
根據本揭露的實施例的光阻劑成分中界面活性劑的實例包括聚氧乙烯十二烷基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯辛基酚醚、聚氧乙烯壬基酚醚，脫水山梨糖醇單月桂酸酯、脫水山梨糖醇單棕櫚酸酯、脫水山梨糖醇單硬脂酸酯、脫水山梨糖醇單油酸酯、脫水山梨糖醇三油酸酯、脫水山梨糖醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單棕櫚酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三油酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三硬脂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、聚乙二醇二月桂酸酯、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯十四烷基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、含氟的陽離子界面活性劑、含氟的非離子界面活性劑、含氟的陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑及陰離子界面活性劑、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯十六烷基醚、其組合或類似物。
光阻劑成分中的溶劑可係任何適合的溶劑。在一些 實施例中，溶劑係選自以下各者中之一或多者：丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)、1-乙氧基-2-丙醇(PGEE)、γ-丁內酯(GBL)、環己酮(CHN)、乳酸乙酯(EL)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、二甲基甲醯胺(DMF)、異丙醇(IPA)、四氫呋喃(THF)、甲基異丁基甲醇(MIBC)、乙酸正丁酯(nBA)及2-庚酮(MAK)。
在一些實施例中，藉由旋裝塗佈形成第一光阻劑層108。在基板上方形成第一光阻劑層108之後，在一些實施例中，在預曝光烘烤操作中對其進行加熱，以在約40℃至約120℃的溫度下乾燥第一光阻劑層108。
第2圖圖示根據實施例的在基板102上的第一光阻劑層108上形成影像的第一光學微影術製程之示意圖。為了簡單起見，第2圖中僅顯示第一光阻劑層108經成像的一部分。在第一微影術製程期間，將光罩(諸如第2圖中所示的具有第一圖案204的第一光罩202)加載至遮罩台上，並將基板102加載至基板台上。取決於待形成於第一光阻劑層108中的特徵，第一圖案204可具有各種特徵，諸如線、孔、柵格或任何所需形狀，諸如多邊形。在一個實施例中，第一圖案204具有柵格狀圖案。柵格狀圖案可由重複特徵組成，舉例而言，兩群複數個平行線，其中屬兩群複數個平行線中之一群的線橫向於屬另一群複數個平行接線的線，以形成複數個正方形。光化輻射束可在第一光罩202上方掃描。第一圖案204的特徵允許光化輻射束 通過並曝光基板102上的第一光阻劑層108的場206。場206可界定一晶粒(或芯片)。在一個實施例中，場206含有一或多個像素陣列區。因此，第一圖案204轉移至曝光場206處第一光阻劑層108上。光學微影術器件接著使裝置基板102步進至下一個場(例如，一個掃描場)以曝光另一場。執行這一步進及掃描製程，直到整個第一光阻劑層108以第一圖案204曝光。光化輻射在第一光阻劑層108的曝光部分中引起化學反應，使得曝光部分可溶於顯影劑中，隨後在顯影劑施加至第一光阻劑層108時經移除。
如第3圖中所示，在一些實施例中，光化輻射245在照射第一光阻劑層108之前通過光罩202，以形成具有光化輻射曝光區122及光化輻射未曝光區120的潛伏圖案。光罩具有待在第一光阻劑層108中進行複製的圖案。在一些實施例中，該圖案由光罩基板240上的不透明圖案235形成。不透明圖案235可由對紫外輻射不透明的材料(諸如鉻)形成，而光罩基板240由對紫外輻射透明的材料(諸如熔融石英)形成。
在一些實施例中，第一光阻劑層108的曝光使用浸入式微影術技術。在此類技術中，將浸入式介質(未顯示)置放於最終光學器件與光阻劑層之間，且曝光輻射通過浸入式介質。
隨後使用溶劑執行顯影，如第4圖中所示。在期望正型顯影的一些實施例中，諸如鹼性水溶液的正型顯影劑自分配器260分配並用於移除曝光於光化輻射的光阻劑 層之區122。在一些實施例中，正型顯影劑250包括選自以下各者中的一或多者：四甲基氫氧化銨(TMAH)、四丁基氫氧化銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、矽酸鈉、偏矽酸鈉、氨水、一甲胺、二甲胺、三甲胺、一乙胺、二乙胺、三乙胺、單異丙胺、二異丙胺、三異丙胺、單丁胺、二丁胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲氨基乙醇、二乙氨基乙醇、氨、苛性鈉、苛性鉀、偏矽酸鈉、偏矽酸鉀、碳酸鈉、四乙基氫氧化銨、其組合或類似物。
在顯影製程期間，顯影劑250溶解光阻劑層產生溝槽124的輻射曝光區122，露出基板102的表面，如第5圖中所示，且在一些實施例中，留下界定良好的未曝光光阻劑層區120。
第6圖圖示影像感測器裝置100的一部分之平面(俯視)圖，顯示根據本揭露的實施例的藉由光學微影術製程形成的裝置基板102的前側104上的第一光阻劑柱108a~108i。應理解，此處僅出於說明目的而顯示九個第一光阻劑柱108a~108i。取決於應用的要求，第一光阻劑層108可包括任意數目的第一光阻劑柱。為了簡單起見，本文將論述第一光阻劑層108的三個第一光阻劑柱108a~108c。
第7圖係沿第6圖的線A-A截取的影像感測器裝置100的示意性橫截面圖。第一光阻劑柱108a、108b及108c界定影像感測器裝置100的像素區。舉例而言， 第一光阻劑柱108a、108b及108c中之各者分別在基板102中界定像素區110、112及114。像素區110、112及114係待形成一或多個像素的區。像素區110、112及114可統稱為像素陣列區116。邏輯區(未顯示)通常設置於像素陣列區116的外部。光阻劑柱具有阻劑間距150，阻劑間距係兩個緊鄰光阻劑柱之間中心至中心的距離。像素區110、112及114的像素區間距通常對應於第一光阻劑柱108a、108b、108c的阻劑間距150。此處描述的術語「像素區間距」係指兩個相鄰像素區之間的中心至中心距離。在使用上述柵格狀圖案的情況下，像素區110、112及114的像素區間距小於約1μm。在一些實施例中，像素區間距及阻劑間距150的範圍自約0.4μm至約1μm。
第一光阻劑柱108a、108b、108c中之各者具有高度107(即，垂直維度)及寬度119(即，側向維度)。第一光阻劑柱108a、108b、108c的深寬比係高度107與寬度119之比。針對1微米量級的像素尺寸，第一光阻劑柱108a、108b、108c中之各者可具有約3：1至1：1的深寬比。在一些實施例中，第一光阻劑柱108a、108b、108c的深寬比為約2：1。在實施例中，第一光阻劑柱108a、108b、108c中之各者具有約1：1的深寬比。
第一光阻劑柱108a、108b、108c由間隙或溝槽109分離開。溝槽109具有等於第一光阻劑柱108a、108b、108c之高度107的高度，以及寬度113。溝槽109的深 寬比係高度107與寬度113之比。溝槽109具有約8：1或更大的深寬比。在一些實施例中，溝槽具有範圍自約10：1至約30：1的深寬比，在其他實施例中具有範圍自約13：1至約25：1的深寬比，而在又其他實施例中具有範圍自約15：1至約20：1的深寬比。第一光阻劑柱108a、108b、108c的深寬比低於溝槽109的深寬比。在一些實施例中，第一光阻劑柱108a、108b、108c中之各者的寬度119與溝槽109的寬度113之比為約4：1至約30：1，在其他實施例中為約6：1至約20：1，而在又其他實施例中為約8：1至約10：1。
雖然溝槽109具有8：1或更高的超高深寬比，但第一光阻劑柱108a、108b及108c的較低深寬比為第一光阻劑柱108a、108b及108c提供了足夠的強度，以承受溝槽109內部的毛細管力而不塌陷。具體地，超高深寬比溝槽及較低深寬比第一光阻劑柱108a、108b、108c導致第一光阻劑柱108a、108b、108c中之各者的寬度119增加，這導致第一光阻劑柱108a、108b、108c對裝置基板102的前側104的良好黏附。因此，與具有超高深寬比光阻劑柱及8：1或更大溝槽深寬比的那些光阻劑層相比，第一光阻劑柱108a、108b及108c的塌陷可能性降低。結果，第一光阻劑柱108a、108b、108c可形成得更高及/或更靠近(即，第一光阻劑柱108a、108b、108c之間具有更高深寬比的溝槽)，而不會有第一光阻劑柱108a、108b及108c塌陷的風險。第一光阻劑柱108a、 108b及108c的較低深寬比(諸如約3：1或更低)與超高深寬比(諸如8：1或更大)溝槽的組合有利於執行後續製造製程，諸如藉由離子佈植形成隔離區，這將在以下第11圖中更詳細地論述。
光阻劑成分中的副產物污染可導致阻劑圖案塌陷或光阻劑圖案中的T形頂輪廓。舉例而言，光阻劑成分中的淬滅劑，諸如三級胺，可與光阻劑成分溶劑或環境氧中的過氧化物反應，形成三級胺氧化物，如第8圖中所示。在一些實施例中，藉由分析化學技術來分析光阻劑成分以決定副產物污染位準。在一些實施例中，使用高效液相層析術(high performance liquid chromatography，HPLC)分析光阻劑成分以決定副產物濃度。在一些實施例中，藉由HPLC基於與光阻劑成分的其他組分(例如，聚合物、光活性化合物、淬滅劑、界面活性劑及溶劑)的峰面積相比的副產物峰面積來決定副產物的正規化濃度。
如第9A圖及第9B圖中所示，可藉由調諧副產物濃度(諸如三級胺氧化物(N-氧化物)比)來控制光阻劑圖案輪廓。如第9A圖中所示，在約40%至約0%的N-氧化物正規化濃度範圍內，光阻劑溝槽109在溝槽高度107的25%處的溝槽寬度(T25)與在溝槽高度的90%處的溝槽寬度(T90)之差(T90-T25)的變化率(斜率)為約-24nm/正規化濃度%(見第10圖)。N-氧化物正規化濃度係藉由三級胺氧化物的HPLC決定的三級胺氧化物的峰面積與光阻劑成分的其他組分的峰面積之比。然而，如第9B圖中 所示，在正規化N-氧化物濃度低於約10%時，光阻劑溝槽109在溝槽高度107的25%處的溝槽寬度與溝槽高度的90%處的溝槽寬度之差(T90-T25)的變化率(斜率)為約-0.7nm/正規化濃度%。因此，在正規化N-氧化物濃度低於約10%時，溝槽寬度之差(T90-T25)的斜率要低得多。在光阻劑成分中正規化N-氧化物濃度低於約10%時，與具有大於約10%的正規化三級胺氧化物(N-氧化物)濃度的光阻劑成分相比，光阻劑圖案塌陷及光阻劑圖案輪廓T形頂顯著減少或消除。
在本揭露的實施例中，在形成第一光阻劑層108之前分析光阻劑成分。若副產物污染物濃度低於臨界位準，則光阻劑成分用於形成具有超高深寬比(例如，大於8：1)的光阻劑圖案。舉例而言，若副產物污染物係三級胺氧化物，則在一些實施例中，臨界位準為約10%正規化濃度。
在一些實施例中，當接收、製備大量光阻劑成分時，或在光阻劑分配操作中使用之前，要分析副產物污染物濃度。接著可以週期性間隔分析光阻劑成分，以監測副產物污染物濃度位準。若副產物污染物濃度超過臨界位準，則可暫停光阻劑層形成操作，並用副產物污染物濃度低於臨界值的新鮮光阻劑成分替換光阻劑成分分配器/儲存器中的光阻劑成分。用於分析光阻劑成分的週期性間隔可藉由經驗測試來決定，並可根據光阻劑的具體成分而變化。
在一些實施例中，光阻劑成分的抽樣及分析係自動化的。在自動化製程中，以週期性間隔自光阻劑分配器/儲 存器抽取樣品，將樣品引入HPLC器件中，並決定副產物污染物的正規化濃度。若濃度高於臨界值，控制器可產生警報，或者關閉光阻劑成分分配操作，直到光阻劑成分經替換。本文參考第28A圖及第28B圖進一步詳細描述根據本揭露的實施例的用以控制光阻劑成分的自動化抽樣及分析的控制器。
在一些實施例中，當使用具有低於臨界位準的副產物污染物的光阻劑成分時，所形成的圖案在具有小於約1μm間距150的光阻劑圖案中具有在距基板102的溝槽高度107的90%處的溝槽109寬度(T90)(範圍自約250nm至約310nm)，以及在距基板102的溝槽高度107的25%處的溝槽109寬度(T25)(範圍自約200nm至約250nm)。在實施例中，T90為約280nm，T25為約225nm。如第10圖中所示，在一些實施例中，當光阻劑成分具有由HPLC決定的低於約10%的三級胺氧化物正規化濃度時，針對具有小於1μm間距150的光阻劑圖案，光阻劑溝槽109的寬度在T90與T25處之差(T90-T25)的範圍自約40nm至約60nm。在一些實施例中，T25處光阻劑溝槽寬度的範圍為T90處溝槽寬度的約0.75至0.90範圍內。
在第一光學微影術操作之後，基板102經受額外的處理操作，諸如離子佈植或蝕刻。在一些實施例中，執行第一離子佈植製程502以在基板102中形成第一隔離區504，如第11圖中所示。使用第一光阻劑柱108a、108b 及108c作為遮罩來執行第一離子佈植製程502，以將離子佈植至裝置基板102的不受第一光阻劑柱108a、108b及108c保護的區中。第一隔離區504將像素區110、112及114彼此隔離開。第一隔離區504防止特定像素區處的載流子洩漏至相鄰像素區中(亦稱為串擾)。在一些實施例中，第一隔離區504超過待形成於像素區110、112、114中的各個像素的深度。在一些實施例中，第一隔離區504自裝置基板102的前側104延伸至背側106，以在像素區110、112及114之間提供完整的隔離井。由於第一光阻劑柱108a、108b及108c在第一光阻劑柱108a、108b、108c之間形成有超高深寬比溝槽，故即使使用高佈植能量，亦可在對影像感測器裝置的佈植損傷有限的情況下達成更深的隔離區(例如，隔離區可以最小側向擴散形成)。結果，離子可佈植得更深，從而為影像感測器裝置100提供有效的像素至像素隔離。
第一隔離區504可由p型或n型材料形成。第一隔離區504可用具有與裝置基板102相同摻雜極性的材料形成。在實施例中，第一隔離區504係藉由用p型摻雜劑(諸如硼、氟化硼(BF2)、乙硼烷(B2H6)或類似物)佈植裝置基板102而形成的p型區。在一些實施例中，第一隔離區504的摻雜濃度在約5x1011原子/cm3至約1x1020原子/cm3的範圍內，而在其他實施例中為約1x1012原子/cm3至約5x1017原子/cm3。
各個第一隔離區504具有高度506(垂直維度)及 寬度508(側向維度)。第一隔離區504的深寬比係高度506與寬度508之比。在一些實施例中，第一隔離區504具有10：1或更大的深寬比。在一些實施例中，深寬比的範圍自約12：1至約15：1。
在形成第一隔離區504之後，舉例而言，使用光阻劑灰化或剝離製程來移除第一光阻劑柱108a~108i(即，第一光阻劑層108)。第12圖係移除第一光阻劑層108之後的影像感測器裝置100的一部分之橫截面圖。
在移除第一光阻劑層108之後，在裝置基板102的前側104上方形成第二光阻劑層602，如第13圖中所示。第二光阻劑層602可藉由在基板102的前側104上方沉積光阻劑膜、接著藉由第二光學微影術製程以與上文關於第2圖至第7圖所解釋的相同方式使用具有小於臨界值的副產物污染物濃度的光阻劑成分圖案化光阻劑膜來形成。在一些實施例中，用於圖案化第二光阻劑層602的第二微影術製程類似於用於第一光阻劑層108的第一微影術製程，不同之處在於第二微影術製程使用第二光罩，第二光罩具有自第一光罩202的第一圖案204偏移約半個遮罩間距的圖案。
第14圖係根據實施例的具有第二圖案804的第二光罩802之示意性平面(俯視)圖。第二光罩802與第一光罩202實質上相同，不同之處在於第二圖案804自第一圖案204對角移位半個遮罩圖案間距。出於說明性目的，以虛線描繪了第一圖案204。
雖然揭示第二圖案804的對角移位，但第二圖案804可在任何所需方向上自第一圖案204偏移半個遮罩圖案間距，諸如以側向或垂直的方式，以使裝置基板102中隔離區的密度加倍。第二圖案804不限於所示的柵格狀圖案。第二圖案804可係提供具有小於1μm的阻劑間距的第二光阻劑柱的圖案之任何其他配置。
雖然揭示了兩個不同的光罩(即，第一光罩202及第二光罩802)以分別圖案化第一光阻劑層108及第二光阻劑層602，但設想第一及第二光學微影術製程可使用相同的光罩來圖案化第一光阻劑層108及第二光阻劑層602，藉由移動遮罩台或基板台來達成半個遮罩間距的偏移運動。
第15圖圖示根據一個實施例的基板102上具有經圖案化第二光阻劑層602的影像感測器裝置100的一部分之示意性橫截面圖。第二光阻劑層602中的第二圖案包括基板102的前側104上的光阻劑柱602a、602b、602c。雖然未顯示，但經圖案化第二光阻劑層602具有類似於第6圖中所示第一光阻劑柱108a~108i之配置的柵格狀圖案，不同之處在於第二光阻劑柱602a、602b、602c自第一光阻劑柱108a~108i對角偏移半個間距。
第二光阻劑柱602a、602b、602c由溝槽909分離開。溝槽909具有等於第二光阻劑柱602a、602b、602c之高度的高度911(垂直維度)，以及寬度913(側向維度)。第二光阻劑柱602a、602b、602c及光阻劑溝槽 909具有分別與參考第7圖所述的第一光阻劑柱108a、108b、108c及溝槽109的高度107、寬度119及113相同的高度911、寬度919及913。
在第二光學微影術操作之後，在一些實施例中，基板102經受第二離子佈植製程1002，以在基板102中形成第二隔離區1004，如第16圖中所示。使用第二光阻劑柱602a、602b、602c作為遮罩來執行第二離子佈植製程1002，以將離子佈植至裝置基板102的不受第二光阻劑柱602a、602b、602c保護的區中。由於第二光阻劑柱602a、602b、602c自第一光阻劑柱108a~108i偏移半個間距，故所得第二隔離區1004將像素區110、112及114中之各者一分為二，並將劃分的像素區彼此隔離開。第二隔離區1004防止特定像素區處的載流子洩漏至相鄰像素區。第二隔離區1004可超過待形成於劃分的像素區中的各個像素的深度。在一些實施例中，第二隔離區1004可自裝置基板102的前側104延伸至背側106，以在劃分的像素區之間提供完整的隔離井。由於第二光阻劑柱602a、602b、602c在第二光阻劑柱602a、602b、602c之間形成有超高深寬比溝槽，故即使使用高佈植能量，亦可在對影像感測器裝置的佈植損傷有限的情況下達成更深的隔離區(例如，隔離區可以最小側向擴散形成)。結果，離子可更深地佈植，從而為影像感測器裝置100提供有效的像素至像素隔離。
在一些實施例中，第二離子佈植中的摻雜劑、摻雜 劑濃度及佈植深度與本文參考第11圖所述的相同。
藉由執行本文所述的兩個光學微影術製程(即，兩個遮罩圖案化製程)，可增加像素區(諸如第17圖中所示的像素區1112a~1112g)的密度。像素區的增加之密度會提高影像感測器的解析度。根據本揭露的實施例的微影術製程使用具有超高深寬比(例如，大於8：1)溝槽的光阻劑柱來執行，而沒有光阻劑圖案塌陷的風險。
在形成第二隔離區1004之後，舉例而言，藉由使用光阻劑灰化或剝離製程來移除第二光阻劑柱602a、602b、602c。第17圖圖示影像感測器裝置100之示意性橫截面圖，顯示裝置基板102中的像素區，例如，像素區1112a~1112g。可重複上述操作以獲得次微米間距下的更高隔離區密度。
在移除第二光阻劑柱602a、602b、602c之後，分別在像素區1112a~1112g中形成複數個像素1202~1214，如第18圖中所示。像素1202~1214亦可稱為輻射偵測裝置或光感測器。像素1202~1214含有輻射感測區。這些輻射感測區可藉由一或多個離子佈植製程形成，並摻雜有與基板102及/或第一隔離區504及第二隔離區1004相反的摻雜極性。在裝置基板102係p型基板的情況下，像素1202~1214含有n型摻雜區。針對BSI影像感測器裝置，諸如影像感測器裝置100，像素1202~1214可操作以偵測自背側106朝向裝置基板102投射的輻射。在一些實施例中，像素1202~1214中之各 者包括光電二極體。在一些實施例中，在各個光電二極體之下形成深佈植區。在其他實施例中，像素1202~1214各個包括固定層光電二極體(pinned layer photodiode)、光電閘(photogate)、重置電晶體、源極跟隨器電晶體及傳輸電晶體。
可執行額外的製造製程以完成影像感測器裝置100的製造。舉例而言，第19圖圖示在基板102的前側104上方形成的互連結構1302。互連結構1302可包括複數個經圖案化介電層及導電層，其提供影像感測器裝置100的各種摻雜特徵、電路系統及輸入/輸出之間的互連。互連結構1302可包括層間介電質(interlayer dielectric，ILD)及多層互連(multilayer interconnect，MLI)結構。MLI結構包括觸點、通孔及金屬線。出於說明性目的，第13圖中顯示複數個導電線1304及通孔/觸點1306。所示的導電線1304及通孔/觸點1306僅係例示性的，因為導電線/通孔/觸點的實際定位及組態可根據設計需要及製造需求而變化。
可在互連結構1302上形成緩衝層1308。緩衝層1308可包括諸如氧化矽或氮化矽的介電材料。此後，載體基板1310可透過緩衝層1308與裝置基板102接合，從而可執行裝置基板102的背側106的處理。載體基板1310可包括矽基板、玻璃基板或任何適合的基板。緩衝層1308提供裝置基板102與載體基板1310之間的電隔離。載體基板1310為裝置基板102的背側106的處理提供支 撐及機械強度。
在接合載體基板1310之後，在一些實施例中，接著執行減薄製程以自背側106減薄裝置基板102。減薄製程可包括機械研磨製程及化學減薄製程。在減薄製程之後，可在裝置基板102的背側106上形成彩色濾光片層1312。彩色濾光片層1312可含有複數個彩色濾光片，彩色濾光片可經定位使得入射輻射引導至其上並穿過。彩色濾光片可包括基於染料的(或基於顏料的)聚合物，用於過濾入射輻射的特定波長帶，其對應於色譜(例如，紅、綠及藍)。此後，在彩色濾光片層1312上方形成含有複數個微透鏡1316的微透鏡層1314。微透鏡將入射輻射引導並聚焦朝向裝置基板102中的特定輻射感測區，諸如像素1202~1214。根據用於微透鏡的材料的折射率及與感測器表面的距離，微透鏡可以各種配置定位並具有各種形狀。
在一些實施例中，在製造半導體裝置時，在基板102上執行額外的處理操作。舉例而言，在一些實施例中，在第一或第二離子佈植操作之前或之後執行蝕刻操作，或可執行蝕刻操作來代替第一或第二離子佈植操作。
如第20圖中所示，舉例而言，在第5圖的結構上執行蝕刻操作170。如本文所述，第一光阻劑層108由具有低於臨界位準的副產物濃度的光阻劑成分形成。蝕刻操作可包括乾式(電漿)蝕刻、濕式蝕刻及/或其他蝕刻方法。舉例而言，乾式蝕刻操作可實施含氧氣體、含氟氣體、含氯氣體、含溴氣體、含碘氣體、其他適合的氣體及/或電漿 及/或其組合。蝕刻操作170使第一光阻劑層108中的溝槽124延伸至基板102中，形成基板溝槽124a，如第21圖中所示。經圖案化光阻劑層120可在基板102的蝕刻期間經部分或完全消耗。
使用適合的光阻劑剝離技術自基板102剝離經圖案化阻劑層120的任何剩餘部分，如第22圖中所示。基板中的溝槽124a具有寬度125及深度126。在一些實施例中，基板溝槽124a具有約15至約60的深度126/寬度125之深寬比，而在其他實施例中，深寬比的範圍自約20至約50。
在一些實施例中，在形成第一光阻劑層108之前，將待進行圖案化的目標層180設置於基板102上方，如第23圖中所示。在一些實施例中，目標層180係金屬化層或設置於金屬化層上方的介電層，諸如鈍化層。在目標層180係金屬化層的實施例中，目標層180使用金屬化製程及金屬沉積技術(包括化學氣相沉積、原子層沉積及物理氣相沉積(濺射))由導電材料形成。同樣，若目標層180係介電層，則藉由適合的介電層形成技術來形成目標層180，包括熱氧化、化學氣相沉積、原子層沉積及物理氣相沉積。
如第23圖中所示，在一些實施例中，對包括目標層180的結構執行蝕刻操作170。如本文所述，第一光阻劑層108由具有低於臨界位準的副產物濃度的光阻劑成分形成。蝕刻操作可包括乾式(電漿)蝕刻、濕式蝕刻及/或其他蝕刻方法。舉例而言，乾式蝕刻操作可實施含氧氣體、 含氟氣體、含氯氣體、含溴氣體、含碘氣體、其他適合的氣體及/或電漿及/或其組合。蝕刻操作170使第一光阻劑層108中的溝槽124延伸至目標層180中，形成目標層溝槽124b，如第24圖中所示。經圖案化光阻劑層120可在基板102的蝕刻期間經部分或完全消耗。
使用適合的光阻劑剝離技術自基板102剝離經圖案化阻劑層120的任何剩餘部分。目標層180中的溝槽124b具有寬度127及深度128。在一些實施例中，目標層溝槽124b具有約15至約60的深度128/寬度127之深寬比，而在其他實施例中，深寬比的範圍自約20至約50。
可理解，上述製造製程的順序並非意欲為限制性的。在其他實施例中，可根據不同於本文所示的處理順序來形成層或裝置中之一些。雖然以上論述係關於BSI影像感測器裝置，但設想本揭露的各種態樣亦可應用於前側照明(front side illuminated，FSI)影像感測器裝置。
第25圖係圖示製造半導體裝置的方法1400之流程圖。在操作S1410處，決定光阻劑成分中的副產物濃度。若在操作S1420處副產物的濃度低於臨界值，則在操作S1430處使用光阻劑成分以在基板上方形成光阻劑層。若副產物濃度超過臨界值，則光阻劑成分仍然可用於半導體裝置製造操作，在製造操作中產生具有比本揭露方法所要求的深寬比更低深寬比的光阻劑圖案。在操作S1440處，形成光阻劑圖案，以露出曝光基板的一部分。接著在操作 S1450處，對基板的露出部分執行操作。在實施例中，該操作係離子佈植操作或蝕刻操作。
第26圖係圖示製造半導體裝置的方法1500之流程圖。在操作S1510處，決定光阻劑成分中三級胺氧化物的正規化濃度。若在操作S1520處，三級胺氧化物的濃度低於臨界值，則在操作S1530處使用光阻劑成分在下伏層上方形成光阻劑層。在一些實施例中，下伏層係在半導體基板102上方形成的目標層180，在其他實施例中，目標層係半導體基板102。若三級胺氧化物的濃度超過臨界值，則光阻劑成分仍然可用於半導體裝置製造操作，在製造操作中產生具有比本揭露方法所要求的深寬比更低深寬比的光阻劑圖案。在操作S1540處，將光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成潛伏圖案。接著在操作S1550處，對經選擇性曝光光阻劑層進行顯影，以形成光阻劑圖案，露出下伏層的一部分。在操作S1560處，將離子佈植至下伏層的露出部分中或蝕刻下伏層的露出部分。
第27圖係圖示製造互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法1600之流程圖。在操作S1605處，決定光阻劑成分中三級胺氧化物的正規化濃度。在操作S1610處，若三級胺氧化物的濃度低於臨界值，則在操作S1615處使用光阻劑成分在下伏層上方形成光阻劑層。在一些實施例中，下伏層係在半導體基板102上方形成的目標層180，在其他實施例中，目標層係半導體基板102。若三級胺氧化物的濃度超過臨界值，則光阻劑成分仍然可用於半導體 裝置製造操作，在製造操作中產生具有比本揭露方法所要求的深寬比更低深寬比的光阻劑圖案。在操作S1620處，將第一光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成第一潛伏圖案。在操作S1625處，對經選擇性曝光第一光阻劑層進行顯影，以形成第一光阻劑圖案，第一光阻劑圖案露出下伏層的第一部分。在操作S1630處，對下伏層的露出的第一部分執行第一處理操作。在一些實施例中，第一處理操作係離子佈植或蝕刻。接著，在操作S1635處，移除第一光阻劑層。隨後在操作S1640處，使用光阻劑成分在下伏層上方形成第二光阻劑層，以及在操作S1645處，將第二光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成第二潛伏圖案。在操作S1650處，對經選擇性曝光第二光阻劑層進行顯影，以形成第二光阻劑圖案，第二光阻劑圖案露出下伏層的第二部分。在一些實施例中，下伏層的第二部分係不同於下伏層的第一部分的下伏層的部分。在操作S1655處，對下伏層的露出的第二部分執行第二處理操作，其中第二處理操作係與第一處理操作不同的操作。在一些實施例中，第二處理操作係離子佈植或蝕刻。
在一些揭示之實施例中，使用電腦硬體及在其上執行的專用電腦程式來實現方法或操作的所有或部分。在第28A圖中圖示控制器400之實施例。在一些實施例中，控制器400係電腦系統400，提供有電腦401，包括光碟唯讀記憶體(例如，CD-ROM或DVD-ROM)驅動器405及磁碟驅動器406、鍵盤402、滑鼠403及監視器404。
第28B圖係顯示一些實施例中的電腦系統400的內部組態之示意圖。在第28B圖中，除光碟驅動器405及磁碟驅動器406以外，電腦401亦提供有一或多個處理器411，諸如微處理器單元(micro-processor unit，MPU)；ROM 412，其中儲存諸如啟動程式的程式；隨機存取記憶體(random access memory，RAM)413，其連接至處理器411，且其中臨時儲存應用程式的一命令，並提供臨時電子儲存區；硬碟414，其中儲存應用程式、操作系統程式及資料；以及連接處理器411、唯讀記憶體(ROM)412及類似者的資料通訊匯流排415。注意，電腦401可包括用於提供至電腦網路之連接的網路卡(未顯示)，電腦網路諸如區域網(local area network，LAN)、廣域網(wide area network，WAN)或用於傳達由電腦系統400使用的資料的任何其他有用的電腦網路。
用於使電腦系統400執行用於控制副產品抽樣及分析的製程及/或執行根據本文揭示之實施例的製造半導體裝置的方法的其他操作中之任意者的程式儲存於光碟421或磁碟422中，插入光碟驅動器405或磁碟驅動器406中並傳輸至硬碟414。或者，程式可透過網路(未顯示)傳輸至電腦系統400並儲存於硬碟414中。在執行時，程式加載至RAM 413中。程式可自光碟421或磁碟422加載，或者直接自網路加載。儲存之程式不一定必須包括例如操作系統(operating system，OS)或第三方程式以使電腦401執行本文揭示之方法。在一些實施例中，程式 包括在受控模式下呼叫適當功能(模組)並獲得所需結果的命令部分。
在一些實施例中，收縮材料可以可選地分別施加至第7圖中所示的第一光阻劑柱108a~108c及第15圖中所示的第二光阻劑柱602a~602c，以進一步防止由於毛細管力導致的光阻劑柱塌陷。收縮材料可藉由將界面活性劑顆粒均勻地混合於化學材料中而產生。界面活性劑顆粒包括降低液體之間或液體與固體之間的表面張力的化合物或分子。舉例而言，界面活性劑顆粒包括具有水溶性的一個末端及油溶性的相對末端的分子。界面活性劑分子可聚集以形成微胞。在一些實施例中，界面活性劑顆粒中之各者包括氟化化合物。在一些其他實施例中，界面活性劑顆粒包括烴化合物。
在一些實施例中，化學材料包括「藉由化學收縮輔助的解析度增強微影術(resolution enhancement lithography assisted by chemical shrinkage)」材料(或RELACS)。RELACS材料包括具有熱交聯性質的水溶性材料(例如，聚合物)。作為實例，RELACS材料的細節在以下文章及專利中論述：Laura J.Peters於1999年9月發表於半導體國際(Semiconductor International)上的題為「Resists Join the Sub Lambda Revolution」的文章；以及日本專利申請案KOKAI公開第H10-73927號，所述文章及所述專利申請案中之各者的內容全文以引用之方式併入本案以供參 考。
在另一實施例中，化學材料包括由東京應化工業公司(Tokyo Ohka Kogyo Co.)研製的「用於增強解析度的收縮輔助膜(shrink assist film for enhanced resolution)」材料(或SAFIER)。SAFIER材料包括含有溫度感應性聚合物的水溶液，溫度感應性聚合物在烘烤製程期間有助於光阻劑流動。作為實例，SAFIER材料的細節在以下論文中論述：XiaoMin Yang等人在真空科學技術學報B(Journal of Vacuum Science&Technology B)2004年12月第22卷第6期中發表的題為「Electron-beam SAFIERTM process and its application for magnetic thin-film heads」的論文，所述論文的內容全文以引用之方式併入本案以供參考。
本揭露的實施例提供用於形成半導體裝置(諸如CMOS影像感測器(CMOS image sensor，CIS))的超高深寬比光阻劑圖案。本揭露的實施例提供用於製造具有尺寸範圍自約0.4μm至約1μm的像素的CIS的方法。根據本揭露，選擇具有低於臨界值的副產物污染物濃度的光阻劑成分可顯著減少或消除光阻劑圖案塌陷及光阻劑圖案輪廓T形頂。本揭露的實施例使得能夠形成超高(>8：1)深寬比的光阻劑圖案及具有高達60：1深寬比的基板溝槽，而不會在溝槽底部的側壁上形成蝕刻殘留物。本揭露的實施例防止由光阻劑圖案塌陷引起的CIS感測器中白色像素 影像之形成。本揭露的實施例為形成超高深寬比光阻劑圖案時遭遇的光阻劑圖案塌陷及蝕刻殘留物問題提供經濟且有效的解決方案。
本揭露的實施例係一種製造半導體裝置的方法，包括決定光阻劑成分中的副產物濃度。當副產物濃度低於臨界值時，使用光阻劑成分在基板上方形成光阻劑層。在光阻劑層中形成光阻劑圖案，以露出基板的一部分，並對基板的露出部分執行操作。在實施例中，操作係離子佈植操作。在實施例中，操作係蝕刻操作。在實施例中，蝕刻操作在基板中形成具有15至60深寬比的溝槽。在實施例中，副產物係三級胺氧化物。在實施例中，基於藉由高效液相層析術決定的光阻劑成分的總濃度，三級胺氧化物的正規化濃度小於10%。在實施例中，光阻劑圖案中的溝槽具有範圍自8至30的深寬比。在實施例中，光阻劑圖案中溝槽在距基板的溝槽高度的25%處的寬度為溝槽在距基板的溝槽高度的90%處的寬度的0.75至0.90範圍內。在實施例中，半導體裝置係互補金屬氧化物半導體影像感測器。
本揭露的另一實施例係一種製造半導體裝置的方法，包括決定光阻劑成分中三級胺氧化物的正規化濃度。當三級胺氧化物的正規化濃度低於臨界值時，使用光阻劑成分在下伏層上方形成光阻劑層。將光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成潛伏圖案。對經選擇性曝光光阻劑層進行顯影，以形成光阻劑圖案，以露出下伏層的一部分。將離子佈植至下伏層的露出部分中或蝕刻下伏層的露出部 分。在實施例中，下伏層係半導體基板或設置於半導體基板上方的目標層。在實施例中，蝕刻下伏層，在下伏層中形成具有15至60深寬比的溝槽。在實施例中，基於藉由高效液相層析術決定的光阻劑成分的總濃度，三級胺氧化物的正規化濃度小於10%。在實施例中，光阻劑圖案中的溝槽具有範圍自8至30的深寬比。在實施例中，光阻劑圖案中溝槽在距下伏層的溝槽高度的25%處的寬度為溝槽在距下伏層的溝槽深度的90%處的寬度的0.75至0.90範圍內。在實施例中，光阻劑圖案具有小於1μm的間距。
本揭露的另一實施例係一種製造互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法，包括決定光阻劑成分中三級胺氧化物的正規化濃度。當三級胺氧化物的濃度低於臨界值時，使用光阻劑成分在下伏層上方形成第一光阻劑層。將第一光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成第一潛伏圖案。對經選擇性曝光第一光阻劑層進行顯影，以形成第一光阻劑圖案，第一光阻劑圖案露出下伏層的第一部分。對下伏層的露出第一部分執行第一處理操作。移除第一光阻劑層。使用光阻劑成分在下伏層上方形成第二光阻劑層。將第二光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成第二潛伏圖案。對經選擇性曝光第二光阻劑層進行顯影，以形成第二光阻劑圖案，第二光阻劑圖案露出下伏層的第二部分。下伏層的第二部分係不同於下伏層的第一部分的下伏層的部分。對下伏層的露出的第二部分執行第二處理操作，其中第二處理操作係與第一處理操作不同的操作。在實施例 中，第一處理操作係離子佈植，而第二處理操作係蝕刻。在實施例中，第一處理操作係蝕刻，而第二操作係離子佈植。在實施例中，光化輻射係深紫外輻射。
前述內容概述若干實施例的特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露的態樣。熟習此項技術者應瞭解，其可易於使用本揭露作為用於設計或修改用於實施本文中引入之實施例之相同目的及/或達成相同優勢之其他製程及結構的基礎。熟習此項技術者亦應認識到，此類等效構造並不偏離本揭露的精神及範疇，且此類等效構造可在本文中進行各種改變、取代、及替代而不偏離本揭露的精神及範疇。
1400:方法
S1410~S1450:操作

Claims (10)

  1. 一種製造一半導體裝置的方法，該方法包含以下步驟：決定一光阻劑成分中一三級胺氧化物副產物的一濃度；當該三級胺氧化物副產物的該濃度低於一臨界值時，使用該光阻劑成分在一基板上方形成一光阻劑層；在該光阻劑層中形成一光阻劑圖案，以露出該基板的一部分；及對該基板的該露出部分執行一操作。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該操作係一離子佈植操作。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該操作係一蝕刻操作。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該蝕刻操作在該基板中形成具有15至60的一深寬比的一溝槽。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該光阻劑圖案中的一溝槽具有範圍自8至30的一深寬比。
  6. 如請求項5所述之方法，其中基於藉由高效液相層析術決定的該光阻劑成分的一總濃度，該三級胺氧 化物的一正規化濃度小於10%。
  7. 一種製造一半導體裝置的方法，該方法包含以下步驟：決定一光阻劑成分中一三級胺氧化物的一正規化濃度；當該三級胺氧化物的該正規化濃度低於一臨界值時，使用該光阻劑成分在一下伏層上方形成一光阻劑層；將該光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成一潛伏圖案；對一經選擇性曝光光阻劑層進行顯影，以形成一光阻劑圖案，該光阻劑圖案露出該下伏層的一部分；及在該下伏層的該露出部分中佈植離子或蝕刻該下伏層的該露出部分。
  8. 如請求項7所述之方法，其中基於藉由高效液相層析術決定的該光阻劑成分的一總濃度，該三級胺氧化物的該正規化濃度小於10%。
  9. 一種製造一互補金屬氧化物半導體影像感測器的方法，該方法包含以下步驟：決定一光阻劑成分中一三級胺氧化物的一正規化濃度；當該三級胺氧化物的一濃度低於一臨界值時，使用該光阻劑成分在一下伏層上方形成一第一光阻劑層； 將該第一光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成一第一潛伏圖案；對一經選擇性曝光第一光阻劑層進行顯影，以形成一第一光阻劑圖案，該第一光阻劑圖案露出該下伏層的一第一部分；對該下伏層的該露出的第一部分執行一第一處理操作；移除該第一光阻劑層；使用該光阻劑成分在該下伏層上方形成一第二光阻劑層；將該第二光阻劑層選擇性地曝光於光化輻射以形成一第二潛伏圖案；對一經選擇性曝光第二光阻劑層進行顯影，以形成一第二光阻劑圖案，該第二光阻劑圖案露出該下伏層的一第二部分，其中該下伏層的該第二部分係不同於該下伏層的該第一部分的該下伏層的一部分；及對該下伏層的該露出的第二部分執行一第二處理操作，其中該第二處理操作係與該第一處理操作不同的一操作。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該第一處理操作係離子佈植，而該第二處理操作係蝕刻。
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