[發明專利]使用灰度光刻形成三維結構

在審

• 申請號: 201980078329.0
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN113168113A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: P.庫薩;G.埃爾姆斯泰納
• 申請（專利權）人: ams有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 鄧亞楠

形成三維結構包括在層上施加光致抗蝕劑以及使用光刻系統曝光光致抗蝕劑。光刻系統包括其上具有圖案的光掩模，其中圖案在光掩模的表面上提供變化的圖案密度，并且具有小于光刻系統的分辨率的間距。該方法包括隨后顯影光致抗蝕劑，使得保留在該層上的光致抗蝕劑具有由光掩模限定的三維輪廓。各向同性蝕刻劑被用于蝕刻該層，使得該光致抗蝕劑的三維輪廓轉移到該層。

技術領域

本公開涉及使用灰度光刻形成三維結構。

背景技術

基于為硅集成電路所開發的工藝的半導體制造技術通常適合于在塊狀硅材料之中或之上形成的平面結構。然而，對可用于在半導體晶圓上獲得梯度高度輪廓(即，具有或改變多個高度的結構)的批量制造技術越來越感興趣。

發明內容

本公開描述了使用灰度光刻形成三維(three-dimensional，3D)結構。例如，使用本公開中描述的技術，可以直接在二氧化硅(silicon dioxide，SiO₂)或諸如半導體晶圓的基板上的其他材料中形成3D結構。

例如，在一個方面，本公開描述了一種形成三維結構的方法，該方法包括在層上施加光致抗蝕劑以及使用光刻系統曝光(expose)光致抗蝕劑。光刻系統包括其上具有圖案的光掩模，其中圖案在光掩模的表面上提供變化的圖案密度，并且具有小于光刻系統的分辨率的間距。該方法包括隨后顯影光致抗蝕劑，使得保留在層上的光致抗蝕劑具有由光掩模限定的三維輪廓。各向同性蝕刻劑被用于蝕刻該層，使得光致抗蝕劑的三維輪廓轉移(transfer)到該層。

一些實施方式包括以下一個或多個特征。例如，在一些情況下，該層由SiO₂組成。在一些實施方式中，光掩模的圖案密度從圖案的第一端到圖案的相對的第二端連續增加。光掩模上圖案的圖案密度可以例如通過在光阻擋層中使用不同尺寸的開口而連續變化。在一些情況下，圖案具有恒定的間距尺寸，而在其他情況下，圖案具有被調制的間距尺寸。在一些情況下，光掩模上的圖案包括邊界區域布局。

在一些實施方式中，各向同性蝕刻劑包括氟。可以選擇各向同性蝕刻劑來提供與SiO₂的蝕刻速率大致相同的光致抗蝕劑的蝕刻速率。

在一些實施方式中，三維輪廓具有楔形和/或連續增加的厚度。

在一些實施方式中，該層設置在光感測設備上方。該方法可以包括在三維輪廓被轉移到的層的表面上形成光學濾波器層，或者在三維輪廓被轉移到的層的表面上形成光學濾波器層的堆疊。在一些情況下，三維輪廓被轉移到的層用作法布里-珀羅(Farby-Perot)干涉儀的腔。

因此，這里描述的技術可以用于制造可以集成到各種類型的設備中的三維(3D)特征。例如，本公開描述了包括支撐體和設置在支撐體上的SiO₂層的設備，其中SiO₂層具有三維輪廓，該三維輪廓具有連續增加的厚度。

本公開還描述了光感測設備，該光感測設備包括具有光敏區域的光電二極管和設置在光敏區域上方的后端3D(例如，楔形)氧化物層(例如，SiO₂)。在一些實施方式中，光感測設備包括氧化物層的表面上的光學濾波器層或光學濾波器層的堆疊。

本公開還描述了法布里-珀羅干涉儀，其包括一個或多個感光元件和由光學濾波器材料(例如，SiO₂)組成的楔形腔。第一反射鏡設置在光學濾波器材料的第一表面和感光元件之間，第二反射鏡設置在光學濾波器材料的第二表面上方，其中第二表面在光學濾波器材料的與第一表面相對的一側。