[发明专利]使用灰度光刻形成三维结构

说明书

形成三维结构包括在层上施加光致抗蚀剂以及使用光刻系统曝光光致抗蚀剂。光刻系统包括其上具有图案的光掩模，其中图案在光掩模的表面上提供变化的图案密度，并且具有小于光刻系统的分辨率的间距。该方法包括随后显影光致抗蚀剂，使得保留在该层上的光致抗蚀剂具有由光掩模限定的三维轮廓。各向同性蚀刻剂被用于蚀刻该层，使得该光致抗蚀剂的三维轮廓转移到该层。

技术领域

本公开涉及使用灰度光刻形成三维结构。

背景技术

基于为硅集成电路所开发的工艺的半导体制造技术通常适合于在块状硅材料之中或之上形成的平面结构。然而，对可用于在半导体晶圆上获得梯度高度轮廓(即，具有或改变多个高度的结构)的批量制造技术越来越感兴趣。

发明内容

本公开描述了使用灰度光刻形成三维(three-dimensional，3D)结构。例如，使用本公开中描述的技术，可以直接在二氧化硅(silicon dioxide，SiO₂)或诸如半导体晶圆的基板上的其他材料中形成3D结构。

例如，在一个方面，本公开描述了一种形成三维结构的方法，该方法包括在层上施加光致抗蚀剂以及使用光刻系统曝光(expose)光致抗蚀剂。光刻系统包括其上具有图案的光掩模，其中图案在光掩模的表面上提供变化的图案密度，并且具有小于光刻系统的分辨率的间距。该方法包括随后显影光致抗蚀剂，使得保留在层上的光致抗蚀剂具有由光掩模限定的三维轮廓。各向同性蚀刻剂被用于蚀刻该层，使得光致抗蚀剂的三维轮廓转移(transfer)到该层。

一些实施方式包括以下一个或多个特征。例如，在一些情况下，该层由SiO₂组成。在一些实施方式中，光掩模的图案密度从图案的第一端到图案的相对的第二端连续增加。光掩模上图案的图案密度可以例如通过在光阻挡层中使用不同尺寸的开口而连续变化。在一些情况下，图案具有恒定的间距尺寸，而在其他情况下，图案具有被调制的间距尺寸。在一些情况下，光掩模上的图案包括边界区域布局。

在一些实施方式中，各向同性蚀刻剂包括氟。可以选择各向同性蚀刻剂来提供与SiO₂的蚀刻速率大致相同的光致抗蚀剂的蚀刻速率。

在一些实施方式中，三维轮廓具有楔形和/或连续增加的厚度。

在一些实施方式中，该层设置在光感测设备上方。该方法可以包括在三维轮廓被转移到的层的表面上形成光学滤波器层，或者在三维轮廓被转移到的层的表面上形成光学滤波器层的堆叠。在一些情况下，三维轮廓被转移到的层用作法布里-珀罗(Farby-Perot)干涉仪的腔。

因此，这里描述的技术可以用于制造可以集成到各种类型的设备中的三维(3D)特征。例如，本公开描述了包括支撑体和设置在支撑体上的SiO₂层的设备，其中SiO₂层具有三维轮廓，该三维轮廓具有连续增加的厚度。

本公开还描述了光感测设备，该光感测设备包括具有光敏区域的光电二极管和设置在光敏区域上方的后端3D(例如，楔形)氧化物层(例如，SiO₂)。在一些实施方式中，光感测设备包括氧化物层的表面上的光学滤波器层或光学滤波器层的堆叠。

本公开还描述了法布里-珀罗干涉仪，其包括一个或多个感光元件和由光学滤波器材料(例如，SiO₂)组成的楔形腔。第一反射镜设置在光学滤波器材料的第一表面和感光元件之间，第二反射镜设置在光学滤波器材料的第二表面上方，其中第二表面在光学滤波器材料的与第一表面相对的一侧。