專利名稱：具有改良靈敏度的光導(dǎo)管制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的具體實(shí)施例概略涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS，“Complementary metal-oxide-semiconductor”)工藝，更特定而言涉及CMOS圖像傳感器的光導(dǎo)管的工藝。
背景技術(shù)：
除非在此處另有說明，在此段落中所描述的內(nèi)容并非為此申請案的權(quán)利要求范圍的現(xiàn)有技術(shù)，且在此段落中所包含的內(nèi)容并非承認(rèn)其為現(xiàn)有技術(shù)。圖像傳感器在許多領(lǐng)域中具有廣泛的用途。CMOS圖像傳感器一般消耗較少的電力，且其成本亦低于電荷耦合裝置(CCD，“Charge-coupled device")圖像傳感器。隨著分辨率增加，CMOS圖像傳感器的每個像素傳感器的尺寸會縮減，每個像素傳感器中感光元件 (例如光二極管)的尺寸亦會減少。隨著該CMOS圖像傳感器變得更為復(fù)雜，由于堆棧高度與像素間距的長寬比的增加，每個像素傳感器對像素靈敏度與角度反應(yīng)的需要亦會增加。為了改善該像素傳感器的光線靈敏度與角度反應(yīng)，其中一種方法是將光導(dǎo)管(LP， "Light pipe”)實(shí)作在該光二極管上方。但是，現(xiàn)有的LP工藝時常造成CMOS傳感器中LP 的深度變動與尺寸變異。由這些現(xiàn)有工藝所構(gòu)建的LP可能造成具有不良感光度與不良的角度反應(yīng)的低質(zhì)量的像素傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上制造光導(dǎo)管(LP)的方法，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含光二極管區(qū)域以及設(shè)置于該光二極管區(qū)域之上的介電層。該方法包含在該介電層上蝕刻出LP 波錐的第一部分，其中該LP波錐的該第一部分在濕蝕刻工藝中在該光二極管區(qū)域之上進(jìn)行蝕刻；及在蝕刻出該LP波錐的該第一部分之后，在該介電層上蝕刻出該LP波錐的第二部分，其中該LP波錐的該第二部分在干蝕刻工藝中在該LP波錐的該第一部分之下進(jìn)行蝕刻。本發(fā)明提供一種用于制造光導(dǎo)管(LP)的方法，該方法包含在半導(dǎo)體基板之上沉積光二極管區(qū)域；在該光二極管區(qū)域之上沉積介電層；執(zhí)行濕蝕刻工藝，以在該介電層中蝕刻出LP波錐的第一部分；及在蝕刻出該LP波錐的該第一部分之后執(zhí)行干蝕刻工藝，以在該介電層中蝕刻該LP波錐的第二部分。本發(fā)明提供一種可傳送光線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包含光二極管區(qū)域；介電層，設(shè)置于該光二極管區(qū)域之上；及光導(dǎo)管，從該介電層中蝕刻而成，其中該光導(dǎo)管的第一部分使用濕蝕刻工藝來進(jìn)行蝕刻，而該光導(dǎo)管的第二部分使用干蝕刻工藝來進(jìn)行蝕刻，且該光導(dǎo)管的該第二部分位于該光導(dǎo)管的該第一部分下方。


圖1為由多種LP制造程序所產(chǎn)生的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的多個橫截面圖；圖2為通過LP制造程序產(chǎn)生的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的多個橫截面圖；圖3為繼續(xù)通過該LP制造程序生產(chǎn)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的多個橫截面圖；及
圖4為用于制造具有寬上方開口的LP的工藝的示例性具體實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式在以下的實(shí)施方式中，參照形成為本說明書一部分的附圖。在該附圖中，除非于上下文中另有指明，類似的符號基本上視為類似的元件。在該實(shí)施方式、附圖與權(quán)利要求中所述的該示例性具體實(shí)施例并非要限制本發(fā)明的范疇。可利用其它的具體實(shí)施例，并可在不背離此處所提出的標(biāo)的的精神或范圍的前提下做出其它改變。由此處圖面中概略描述及示例的本發(fā)明的該態(tài)樣可被配置、取代、組合及設(shè)計(jì)成多種不同的組態(tài)，而所有組態(tài)皆在此處被明確地考慮。本發(fā)明除此之外，指關(guān)于在半導(dǎo)體基板上制造LP的方法與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在整份說明書中，「光導(dǎo)管」一詞可廣義地代表在像素傳感器中光二極管之上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該LP 與該光二極管為像素傳感器的一部分，可大為增加該像素傳感器的感光度與角度反應(yīng)。該光導(dǎo)管(LP)可由LP波錐及LP填充材料形成。該LP波錐可廣義地代表圓柱形「井」的側(cè)壁與底部。由該LP波錐的側(cè)壁與底部所環(huán)繞的該「井」中的未占用空間，可稱之為「LP孔穴」。然后該LP孔穴可填入允許光子通過的LP填充材料。這種LP填充材料的一些特性可包括(但不限于)高光學(xué)穿透率、高折射系數(shù)或容易填充于縫隙內(nèi)。一示例性LP填充材料可為硅酸鹽玻璃。在運(yùn)作期間，光子在到達(dá)該光二極管之前可通過該LP波錐而被「導(dǎo)引」 向下到達(dá)該LP波錐的底部。在整份說明書中，「半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)」一詞可廣義地代表基于半導(dǎo)體工藝所構(gòu)建的實(shí)體結(jié)構(gòu)。例如，制造程序可為光學(xué)與化學(xué)處理的多重步驟順序。在該工藝期間，可使用多種沉積與蝕刻作業(yè)在半導(dǎo)體晶圓上逐層地制造不同的電子元件。該工藝可沉積一層材料在其它材料之上，或自該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)蝕刻掉材料。在整份說明書中，當(dāng)?shù)谝粚硬牧媳怀练e在第二層材料「之上」時，該第一層材料可直接位在該第二層上方，或可有額外的材料位在第一層與第二層的間。換言的，在該第二層材料被制造之后，在該第一層材料被沉積之前，可將額外的材料沉積在該第二層之上。圖1為由多種LP工藝所產(chǎn)生的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的多個橫截面圖。在圖1中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)110、120與130可為這些LP工藝的結(jié)果。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)110顯示具有淺LP波錐的示例性 LP。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)120顯示具有深LP波錐的另一示例性LP。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)130顯示具有厚介電層的LP的另一示例。為了構(gòu)建半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)110，光二極管區(qū)域116可先被沉積在半導(dǎo)體基板上(未示于圖1中)。然后，一層或多層的介電層115可被沉積在光二極管區(qū)域116之上。在一些具體實(shí)施例中，一條或多條金屬線113可形成在介電層115之上或在其間，而其它介電層115可形成在金屬線113之上。在沉積介電層115至所需厚度之后，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)110即可用于制造LP波錐112。在一些具體實(shí)施例中，可在蝕刻工藝期間自介電層115中蝕刻出LP波錐112。該蝕刻程序可自介電層115移除該介電材料，進(jìn)而在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)110中形成圓柱型孔穴，其橫截面圖由LP波錐112來表示。LP波錐開口 117的直徑可實(shí)質(zhì)上等于或大于LP波錐112的底部的直徑。在LP波錐112形成之后，額外的LP填充材料111可被沉積來填滿由該LP蝕刻工藝所產(chǎn)生的該孔穴。在一些具體實(shí)施例中，由LP波錐112的孔穴及側(cè)壁以及LP填充材料111所形成的該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可視為LP。前述的LP制造程序亦可用于制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 120或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)130。在一些具體實(shí)施例中，光二極管區(qū)域116在當(dāng)光子直接撞擊到其表面時即可產(chǎn)生電子信號。例如，該光子在撞擊光二極管區(qū)域116之前，可能會通過LP填充材料111及/ 或介電層115。但是，當(dāng)光子以一角度朝向半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)110行進(jìn)時(如光子行進(jìn)路徑119所示)，該光子不會撞擊光二極管區(qū)域116。因此，即使該光子在光二極管區(qū)域116之上的一般區(qū)域處撞擊半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)110，光二極管區(qū)域116可能無法檢測到此光子。在一些具體實(shí)施例中，LP波錐112可利用其側(cè)壁反射以一角度朝向光二極管區(qū)域 116行進(jìn)的部分光子，并將光子行進(jìn)方向「導(dǎo)引」至光二極管區(qū)域116。如此一來，光二極管區(qū)域116即能感測到最初可能未直接朝向光二極管區(qū)域116行進(jìn)的該光子。因此，LP波錐 112可改善光二極管區(qū)域116的感光度與角度反應(yīng)。在一些具體實(shí)施例中，在LP工藝期間可能難以控制LP蝕刻工藝。換言之，該LP 制造程序可能過早地停止LP波錐112的蝕刻，造成LP波錐112的深度不足。因此，此淺LP 波錐112的短側(cè)壁與窄LP波錐開口 117可能僅能將較少的光子反射到光二極管區(qū)域116。 且淺LP波錐112在LP波錐112的底部可能具有一層非常厚(由厚度114所例示)的介電層。例如，當(dāng)厚度114大于約1.3微米(μ m)時，在LP波錐112的底部的該介電材料可能會阻擋光子撞擊光二極管區(qū)域116。概言之，具有較寬開口的LP波錐可收集并反射更多的光子。如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)110所示，由于LP波錐開口 117寬度較小，LP波錐112可能收集不到沿著光子行進(jìn)路徑119的該光子。因此，若像素感測采用具有較窄開口的LP波錐的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100，其感光度與角度反應(yīng)的表現(xiàn)會劣于當(dāng)采用具有較寬開口的LP波錐的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。在一些具體實(shí)施例中，如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)120所示，為了制造具有寬LP波錐開口 125 的LP波錐122，該LP工藝可加強(qiáng)蝕刻以移除更多的介電材料。例如，相較于LP波錐112的 LP波錐開口 117，執(zhí)行時間較長的蝕刻作業(yè)所得到的LP波錐122可具有較寬的LP波錐開口 125。因此，LP波錐122能夠收集朝向光二極管區(qū)域127行進(jìn)的光子(由光子行進(jìn)路徑 126所示，此路徑與光子行進(jìn)路徑119具有相同的角度)。然后此光子可由LP波錐122的側(cè)壁反射至光二極管區(qū)域127。因此，采用半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)120的像素傳感器可能具有較佳的感光度與角度反應(yīng)。然而，執(zhí)行時間較長的蝕刻工藝雖能加寬LP波錐122的開口，但亦會自介電層IM 移除更多的介電材料，并在LP波錐122的底部留下非常薄(例如比約0.3μπι要薄)的介電層或完全沒有留下任何介電層。因此，此LP制造方法可能會將光二極管區(qū)域127暴露于該蝕刻工藝，進(jìn)而損壞光二極管區(qū)域127。同時，讓LP波錐122過于靠近光二極管區(qū)域127會造成熱像素或暗電流。此外，在長時間的蝕刻工藝中，原本需由介電層1 所環(huán)繞的金屬線 123可能會被暴露在LP波錐122中。暴露的金屬線123可能會接觸到或破壞LP波錐122 的側(cè)壁，造成該受影響的側(cè)壁有可能無法有效地反射光線。金屬線123的暴露亦會造成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)120發(fā)生故障。在一些具體實(shí)施例中，如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)130所示，該LP工藝可在厚介電層134上形成LP波錐132。于該LP工藝期間，在光二極管區(qū)域135之上可沉積更多的介電材料，使得介電層134的厚度137大于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)120的介電層IM厚度。前述用來制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)120的LP波錐蝕刻工藝亦可應(yīng)用在此較厚的介電層134，此時形成的LP波錐132具有寬LP 波錐開口 138與長側(cè)壁。此外，在LP波錐132的底部與光二極管區(qū)域135之上會有足夠厚度136的介電材料，因此介電層134能提供金屬線133良好絕緣。然而，較厚的介電層134有一些缺點(diǎn)。例如，較厚的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)130在制造上較昂貴，占用更多的空間及/或有導(dǎo)熱不良的問題。圖2為本發(fā)明的示例性具體實(shí)施例中在LP工藝中形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的多個橫截面圖。在圖2中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)210可利用一組制造步驟而形成。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)210可進(jìn)一步經(jīng)由沉積與蝕刻制造步驟來產(chǎn)生半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)220、230及/或M0。在一些具體實(shí)施例中， 光二極管區(qū)域212可形成在半導(dǎo)體基板213之上。半導(dǎo)體基板213可為由硅或鍺的半導(dǎo)體材料所形成的硅晶圓的一部分?；?13層并未顯示于后續(xù)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)220、230及240 中。光二極管區(qū)域212可沉積在基板213的表面之上(如圖2所示)，或被蝕刻及形成在基板213的表面之下。另外，光二極管區(qū)域212可以形成在其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上。 在形成光二極管區(qū)域212之后，介電層211可以沉積在光二極管區(qū)域212之上。在一些具體實(shí)施例中，介電層211可包含電氣絕緣材料，例如金屬間電介質(zhì)(IMD/qnter-metal dielectric，，)或二氧化娃。然后，一條或多條金屬線221可形成在介電層211上方以產(chǎn)生半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)220。在一些具體實(shí)施例中，金屬線221可以包含銅、鋁或任何其它導(dǎo)電金屬。在下一步驟中，另一介電層222可形成在介電層211與金屬線221之上。在該介電沉積工藝之后，可應(yīng)用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP，“Chemicalmechanical polishing”)于介電層222的表面來進(jìn)行平坦化。 此步驟的結(jié)果可由半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)230例示。在一些具體實(shí)施例中，一個或多個介電層，及/或一條或多條金屬線242可形成在光二極管區(qū)域212之上。如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)230與240所示，包含半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)230的金屬線221、 介電層211與介電層222的結(jié)構(gòu)的可對應(yīng)于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)MO的第一金屬層M3。因?yàn)樵诮饘倬€221之上沒有額外的金屬線，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)230可稱的為第一層金屬像素結(jié)構(gòu)。另外，一金屬線242可形成在第一金屬層243之上，且可沉積另一層介電材料來覆蓋金屬線M2。在一 CMP研磨工藝平坦化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)240之上表面之后，第一金屬層243之上的金屬線242 與介電層可稱之為第二金屬層對4。具有第一金屬層243與第二金屬層M4的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 240可稱之為雙層金屬像素結(jié)構(gòu)。另外，額外的金屬線(未示出)可形成在第二金屬層M4 之上，以構(gòu)建三層或更多層金屬像素結(jié)構(gòu)。為了示例性目的，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)240中該金屬線與該介電層在以下可共同稱之為介電層Ml。在一些具體實(shí)施例中，介電層Ml的整體厚度可由控制該上方金屬線(例如金屬線對幻之上該介電材料的厚度247來調(diào)整。換言之，藉由調(diào)整該介電材料的沉積與藉由研磨掉金屬線242上方任何過多的介電材料，可管理介電層Ml的整體厚度以避免產(chǎn)生厚堆棧的像素傳感器。在一些具體實(shí)施例中，可在介電層241之上形成感光光阻層245。在微影程序中， 光線可將掩膜的幾何圖案轉(zhuǎn)移至光阻層對5，接著利用一系列的化學(xué)處理以移除光阻層 245上部分的光阻材料，進(jìn)而在LP波錐的預(yù)定蝕刻位置上形成LP制造孔M6。剩余的光阻層245 (即具有LP制造孔246的光阻層對幻可視為LP掩膜，且亦可提供蝕刻停止控制，用于在該LP波錐蝕刻程序期間選擇性地移除介電材料。在一些具體實(shí)施例中，相同的LP掩膜可用于后續(xù)LP波錐的蝕刻。這種方法可簡化該LP制造程序，降低制造成本，并改善制造精度。相比之下，使用多個不同LP掩膜來制造該LP波錐的不同部分會更為昂貴與耗時，且亦會造成該LP波錐的不同部分之間錯準(zhǔn)。另外，如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)240所示，在形成光阻層245之前，可視需要在介電層241之上形成一氮化硅層M8。LP制造孔246的直徑相關(guān)于依據(jù)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)240所設(shè)計(jì)的該像素傳感器的像素大小與布局。對于具有1.75 μ m像素大小的像素傳感器，該直徑可為大約或?qū)嵸|(zhì)上等于 1 μ m0圖3為本發(fā)明的示例性具體實(shí)施例中在該LP工藝中后續(xù)步驟形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的多個橫截面圖。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)310、320及330可依據(jù)圖2的雙層金屬像素結(jié)構(gòu)240來構(gòu)建。 于該LP工藝期間，可在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)310上進(jìn)行一個或多個蝕刻程序以形成中間半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 320 及 / 或 330。在一些具體實(shí)施例中，可利用一濕蝕刻工藝來移除介電層241上方一些介電材料。一示例性濕蝕刻工藝概略包含施加液態(tài)蝕刻劑化學(xué)物至未被光阻層245所覆蓋的介電層Ml的區(qū)域(例如圖2的LP制造孔M6)。該液態(tài)蝕刻劑化學(xué)物可產(chǎn)生反應(yīng)并移除該介電材料，并在介電層Ml中產(chǎn)生LP孔穴313。介電材料的移除量可大致由該液態(tài)蝕刻劑化學(xué)物對該介電材料的蝕刻時間與蝕刻速率來控制。在一些具體實(shí)施例中，該濕蝕刻工藝可為各向異性，代表對材料在不同方向上的蝕刻速率并不相同。例如，如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)310所示，該濕蝕刻工藝在水平方向(如關(guān)聯(lián)于上直徑311的箭頭所示)比在垂直方向(由箭頭312所示)會移除更多的介電材料，進(jìn)而使 LP孔穴313包含彎曲或凸面狀斜面。另一方面，該濕蝕刻工藝可為各向同性，代表對材料在不同方向上的蝕刻速率皆為相同，此種情況下會使LP孔穴313包含圓形彎曲的斜面。對于具有1. 75 μ m像素大小的像素傳感器，上直徑311可為大約或?qū)嵸|(zhì)上等于1. 4 μ m，且高度 312可為大約或?qū)嵸|(zhì)上等于0. 2 μ m。另外，該濕蝕刻工藝可移除干蝕刻工藝所無法移除的介電材料。例如，在干蝕刻工藝期間被光阻層245遮蔽而無法移除的材料，在該濕蝕刻工藝中可接觸到該液態(tài)蝕刻劑化學(xué)物而被順利移除。在該濕蝕刻工藝之后，LP孔穴313之上方開口之上直徑311可能會大于光阻層M5中LP制造孔(例如LP制造孔M6)的直徑。因此，該濕蝕刻工藝可用于產(chǎn)生具有寬開口的LP，藉此改善該LP的感光度與角度反應(yīng)。但是，由該濕蝕刻工藝產(chǎn)生的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)310的彎曲斜面可能不會反射朝向光二極管區(qū)域212行進(jìn)的部分光子。在一些具體實(shí)施例中，在該濕蝕刻工藝完成之后，可在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)310上進(jìn)行干蝕刻工藝。藉由用于將材料自光阻層245移除的相同掩膜，該干蝕刻工藝可使用電漿噴灑來移除半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)310中額外的介電材料。光阻層245可使干蝕刻能量僅被施加于限定的區(qū)域(例如通過光阻層245與LP孔穴313中的該LP制造孔)。如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)320中所示， 該干蝕刻工藝可產(chǎn)生充足的壓力來移除該介電材料，并在介電層Ml中產(chǎn)生LP孔穴321。 該干蝕刻工藝可為各向異性，造成筆直斜面與邊緣。在該濕蝕刻工藝與該干蝕刻工藝之后， 所產(chǎn)生的LP孔穴(例如LP孔穴313與LP孔穴321的組合)可具有凸形的上部與圓柱形的底部。在一些具體實(shí)施例中，圓柱形LP孔穴321的上開口的上直徑323可大于或?qū)嵸|(zhì)上相同于LP孔穴321的底直徑324。另外，LP孔穴313的上直徑311可大于上直徑323。對于具有1. 75 μ m像素大小的像素傳感器，上直徑323可為大約或?qū)嵸|(zhì)上等于1 μ m,且底直徑3M可為大約或?qū)嵸|(zhì)上等于0. 9 μ m。另外，該干蝕刻工藝可被控制來確保其將不會自光導(dǎo)管孔穴321的底部移除太多的材料。因此，在該干蝕刻工藝之后，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)320的寬開口 311相當(dāng)于圖1的LP波錐開口 138，而其底厚度322相當(dāng)于圖1的底厚度136。底厚度 322的范圍大約介于0. 4 μ m和0. 6 μ m之間。在一些具體實(shí)施例中，可執(zhí)行額外的蝕刻工藝 (可為濕蝕刻或干蝕刻)來進(jìn)一步蝕刻該LP波錐。在一些具體實(shí)施例中，在形成LP孔穴313與LP孔穴321后即可移除光阻層M5。 在下一個制造步驟中，可將LP填充材料332填入LP孔穴313與321內(nèi)。如上所述，該LP 填充材料允許光子通過，并撞擊光二極管區(qū)域212。填滿LP填充材料332的LP波錐與光二極管區(qū)域212可做為CMOS傳感器的像素傳感器的一部分。為了達(dá)到所需要的效能，LP填充材料332的折射系數(shù)高于介電層241的折射系數(shù)。當(dāng)光子自第一媒介行進(jìn)到第二媒介，并撞擊到該媒介邊界時，若該第一媒介的折射系數(shù)大于該第二媒介，則該光子在該媒介邊界上反射的角度愈小。因此，當(dāng)光子沿著原始光子行進(jìn)路徑333朝向該LP波錐的側(cè)壁行進(jìn)時，由于LP填充材料332與介電材料Ml的折射系數(shù)不同，該光子可被該側(cè)壁反射并沿著一反射光子行進(jìn)路徑334到達(dá)光二極管區(qū)域212。換言之，兩種材料的折射系數(shù)之間的差異愈大(例如LP填充材料332與介電層Ml)，更多光子會被該LP波錐的側(cè)壁反射并被導(dǎo)引朝向光二極管區(qū)域212的方向行進(jìn)。在一些具體實(shí)施例中，具有寬開口的該LP波錐可允許更多的光子由該LP波錐的側(cè)壁所「補(bǔ)捉」，并反射朝向光二極管區(qū)域212。例如，如果該LP波錐的上開口不夠?qū)挄r，沿著原始光子行進(jìn)路徑333行進(jìn)的光子可能無法進(jìn)入到該LP波錐內(nèi)。此時該光子可能不會通過LP填充材料332，而是被介電層241反射或折射。因此，前述的LP制造程序可產(chǎn)生具有特定感光度與角度反應(yīng)的LP波錐，而減輕可能的暗效能問題。在一些具體實(shí)施例中，為了不同應(yīng)用可在該LP波錐之上沉積額外層材料。如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)330所示，在移除光阻層245之后可在該LP波錐之上沉積彩色濾光器331。彩色濾光器331可允許具有特定顏色的光子通過，藉以構(gòu)建特定色彩的像素傳感器。圖4所示為用于制造具有寬上方開口的LP的程序401的示例性具體實(shí)施例的流程圖。程序401提供多種功能性方塊或動作，該方塊或動作可描述成可由硬件、軟件及/或韌體所執(zhí)行的處理步驟、功能性作業(yè)、事件、及/或動作。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的教示下將可了解到對于圖4所示的功能性方塊而言，可有許多替代例以多種實(shí)作來實(shí)施。本領(lǐng)域技術(shù)人員將可了解，對于此處所揭示的這種及其它程序與方法，在該程序與方法中所執(zhí)行的該功能可用不同順序來實(shí)施。此外，所概述的步驟與作業(yè)僅提供為示例， 且部分的步驟與作業(yè)可為選擇性，組合成較少的步驟與作業(yè)，或擴(kuò)充到額外的步驟與作業(yè)， 其皆不背離所揭示的該具體實(shí)施例的本質(zhì)。再者，該概述的步驟與作業(yè)中的一或多項(xiàng)可平行地執(zhí)行。在方塊410中，可在半導(dǎo)體基板之上沉積光二極管區(qū)域。該光二極管區(qū)域可成為 CMOS圖像傳感器的像素傳感器的一部分。在方塊420中，可在該光二極管區(qū)域之上沉積介電層。另外，可在該介電層之上形成一條或多條金屬線。在一些具體實(shí)施例中，此作業(yè)可為選擇性，因?yàn)樵摻饘倬€并非該LP波錐的必要元件。接著可在該金屬線之上沉積更多的介電材料，并利用CMP研磨來平坦化該介電層之上表面。在方塊430中，可在該介電層之上沉積光阻層。接著，微影工藝可在該光阻層上產(chǎn)生光導(dǎo)管掩膜。該微影工藝可在該介電層之上方之上暴露LP制造孔，以在后續(xù)步驟中蝕刻出光導(dǎo)管。在方塊440中，濕蝕刻工藝可在該介電層上蝕刻出LP波錐的第一部分。該濕蝕刻工藝可使用在方塊430中所產(chǎn)生的該光阻掩膜。在一些具體實(shí)施例中，該濕蝕刻工藝可蝕刻LP孔穴，該孔穴的開口比該光導(dǎo)管掩膜中的該LP制造孔更寬。另外，由該濕蝕刻工藝所產(chǎn)生的該LP孔穴可為彎曲形或凸面形狀。在方塊450中，干蝕刻工藝可在該介電層上蝕刻出該LP波錐的第二部分。該干蝕刻工藝可使用在方塊430中所產(chǎn)生的相同的光阻掩膜，并可基于先前已被濕蝕刻的該LP波錐的第一部分來執(zhí)行其蝕刻作業(yè)。因此，該LP波錐的已蝕刻的第二部分可位于該LP波錐的第一部分之下。在一些具體實(shí)施例中，該LP波錐的第一部分可具有彎曲或凸面形狀，而該LP波錐的第二部分可為圓柱形。另外，該LP波錐的第一部分可具有上開口，該開口實(shí)質(zhì)上比該LP波錐的第二部分的上開口更寬。在方塊460中，可將一種LP填充材料填入該LP波錐內(nèi)。在一些具體實(shí)施例中，該 LP填充材料可為一種高折射系數(shù)的透明材料。在進(jìn)一步研磨來移除過多的LP填充材料之后，所得LP可具有所需的感光度與暗效能。在方塊470中，可在該填充的LP波錐之上沉積彩色濾光器。然后，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可做為該像素傳感器的一部分。因此，已經(jīng)說明用于構(gòu)建光導(dǎo)管的方法與系統(tǒng)。雖然本發(fā)明已參照特定示例性具體實(shí)施例來說明，請了解本發(fā)明并不限于所述的該具體實(shí)施例，而可在所述權(quán)利要求的精神與范圍內(nèi)利用修正及變化來實(shí)施。因此，說明書及圖面應(yīng)以示例性而非限制性的角度來看待。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上制造光導(dǎo)管的方法，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含光二極管區(qū)域以及設(shè)置于所述光二極管區(qū)域之上的介電層，所述方法包含在所述介電層中蝕刻出光導(dǎo)管波錐的第一部分，其中所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分在濕蝕刻工藝中在所述光二極管區(qū)域之上進(jìn)行蝕刻；及在蝕刻出所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分之后，在所述介電層中蝕刻出所述光導(dǎo)管波錐的第二部分，其中所述光導(dǎo)管波錐的所述第二部分在干蝕刻工藝中在所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分之下進(jìn)行蝕刻。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含 將光導(dǎo)管填充材料填入所述光導(dǎo)管波錐。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包含 在所述填充的光導(dǎo)管波錐之上沉積彩色濾光器。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述介電層包括金屬線。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分與蝕刻所述光導(dǎo)管波錐的所述第二部分使用相同蝕刻掩膜。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分具有凸面形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光導(dǎo)管波錐的所述第二部分呈圓柱形，且所述第二部分的上直徑大于所述第二部分的底直徑。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述濕蝕刻工藝為各向異性，以在所述介電層上以較大的水平蝕刻速率和較小的垂直蝕刻速率來蝕刻出所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分。
9.一種用于制造光導(dǎo)管的方法，所述方法包含 在半導(dǎo)體基板之上沉積光二極管區(qū)域；在所述光二極管區(qū)域之上沉積介電層；執(zhí)行濕蝕刻工藝，以在所述介電層中蝕刻出光導(dǎo)管波錐的第一部分；及在蝕刻出所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分之后執(zhí)行干蝕刻工藝，以在所述介電層中蝕刻所述光導(dǎo)管波錐的第二部分。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包含將光導(dǎo)管填充材料填入所述光導(dǎo)管波錐，其中所述光導(dǎo)管填充材料的折射系數(shù)高于所述介電層的折射系數(shù)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，還包含 在所述光導(dǎo)管波錐之上沉積彩色濾光器。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，還包含 在所述介電層之上產(chǎn)生光阻掩膜。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分具有上開口，其中所述上開口寬于所述光阻掩膜中光導(dǎo)管制造孔的直徑。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分使用所述光阻掩膜來進(jìn)行蝕刻。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述光導(dǎo)管波錐的所述第二部分使用所述光阻掩膜來進(jìn)行蝕刻。
16.一種可傳送光線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包含光二極管區(qū)域；介電層，設(shè)置于所述光二極管區(qū)域之上；及光導(dǎo)管，從所述介電層中蝕刻而成，其中所述光導(dǎo)管的第一部分使用濕蝕刻工藝來進(jìn)行蝕刻，而所述光導(dǎo)管的第二部分使用干蝕刻工藝來進(jìn)行蝕刻，且所述光導(dǎo)管的所述第二部分位于所述光導(dǎo)管的所述第一部分下方。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包含半導(dǎo)體基板，其中所述光二極管區(qū)域形成于所述半導(dǎo)體基板上方之上。
18.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包含 彩色濾光器，設(shè)置于所述光導(dǎo)管之上。
19.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包含 金屬線，其由所述介電層所環(huán)繞。
20.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述光導(dǎo)管的所述第一部分具有實(shí)質(zhì)上等于1. 4 μ m的上直徑，且所述光導(dǎo)管的所述第二部分具有實(shí)質(zhì)上等于1 μ m的上直徑及實(shí)質(zhì)上等于0.9μπι的底直徑。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的至少一些具體實(shí)施例，說明一種用于制造光導(dǎo)管(LP)的程序。所述程序可使用濕蝕刻工藝以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的介電層中蝕刻出光導(dǎo)管波錐的第一部分，其中所述介電層在光二極管區(qū)域之上。在蝕刻所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分之后，所述程序亦可使用干蝕刻工藝以在所述光導(dǎo)管波錐的所述第一部分之下蝕刻出所述光導(dǎo)管波錐的第二部分。
文檔編號H01L27/146GK102339840SQ20111021099
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者吳揚(yáng), 張宇軒, 金基弘 申請人:英屬開曼群島商恒景科技股份有限公司