(57)【要約】  光波分離格子および形成方法が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、光波分離格子は、式ＲＯXＮYを有する第１の層であって、第１の屈折率を有する第１の層と、第１の層とは異なり、第１の層の上に配置され、式Ｒ’ＯXＮYを有する第２の層であって、第２の層が第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有し、ＲおよびＲ’がそれぞれ金属または誘電体材料の１つである、第２の層とを含む。いくつかの実施形態では、光波分離格子を形成する方法は、所定の所望の屈折率を有する第１の層を物理的気相堆積プロセスによって基板の上に堆積させるステップと、第１の層とは異なる第２の層を第１の層の上に堆積させるステップであって、第２の層が第１の屈折率とは異なる所定の第２の屈折率を有するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
式ＲＯXＮYを有する第１の層であって、第１の屈折率を有する第１の層と、
前記第１の層とは異なり、該第１の層の上に配置され、式Ｒ’ＯXＮYを有する第２の層であって、前記第２の層が前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有し、ＲおよびＲ’がそれぞれ金属または誘電体材料の１つである、第２の層と
を備える光波分離格子。
【請求項２】
ｘおよびｙはそれぞれ、０％〜１００％の濃度で変動することができる、請求項１に記載の光波分離格子。
【請求項３】
ＲおよびＲ’はそれぞれ、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、または銅（Ｃｕ）の１つである、請求項１に記載の光波分離格子。
【請求項４】
複数の交互の第１および第２の層をさらに備える、請求項１に記載の光波分離格子。
【請求項５】
前記第１の層および第２の層はそれぞれ、約１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの厚さを有する、請求項４に記載の光波分離格子。
【請求項６】
前記第１の層および前記第２の層は、炭素または水素の少なくとも１つをさらに含む、請求項１から５までのいずれか１項に記載の光波分離格子。
【請求項７】
物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内に配置された基板の上に光波分離格子を形成する方法であって、
（ａ）式ＲＯXＮYを有する第１の層を物理的気相堆積プロセスによって基板の上に堆積させるステップであって、前記第１の層が所定の第１の屈折率を有するステップと、
（ｂ）前記第１の層とは異なり、式Ｒ’ＯXＮYを有する第２の層を物理的気相堆積プロセスによって前記第１の層の上に堆積させるステップであって、前記第２の層が前記第１の屈折率とは異なる所定の第２の屈折率を有し、ＲおよびＲ’がそれぞれ金属または誘電体材料の１つであるステップとを含む方法。
【請求項８】
前記第１の層および前記第２の層は、単一の物理的気相堆積プロセスチャンバ内で堆積される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の層は、第１の物理的気相堆積プロセスチャンバ内で堆積され、前記第２の層は、第２の物理的気相堆積プロセスチャンバ内で堆積され、前記第１の物理的気相堆積プロセスチャンバおよび前記第２の物理的気相堆積プロセスチャンバは、クラスタツールに結合される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の物理的気相堆積プロセスチャンバおよび第２の物理的気相堆積プロセスチャンバはそれぞれ、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、または銅（Ｃｕ）の１つから構成されたターゲットを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の層または前記第２の層を堆積させる少なくとも１つのステップが、前記チャンバ内へプロセスガスを流すステップをさらに含み、前記プロセスガスは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガス、または水素含有ガスの１つまたは複数を含む、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の層または前記第２の層を堆積させる少なくとも１つのステップは、前記チャンバ内へプロセスガスを流すステップをさらに含み、
前記基板の表面の上にプラズマを生成して、前記プロセスガスをイオン化するステップと、
前記チャンバの一部分に結合された電極にバイアスをかけて、前記イオン化プロセスガスが前記基板の前記表面に衝撃を与えるようにするステップとをさらに含む、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電極にバイアスをかけるステップが、前記基板の前記表面の平滑性または疎水性の少なくとも１つを制御するために使用される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
（ａ）−（ｂ）を繰り返して、複数の交互の第１および第２の層を有するスタックを形成するステップと、
前記スタックを横切って前記第１の層または前記第２の層の１つを複数の変動する厚さにエッチングするステップであって、各厚さが異なる波長の光をフィルタリングするステップと、
その後、（ａ）−（ｂ）を繰り返して、前記光波分離格子を所望の厚さに形成するステップと
をさらに含む、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の層および第２の層はそれぞれ、約１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの厚さを有する、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、光波分離格子および光波分離格子を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサ内で使用されるカラーフィルタは、典型的には、レジスト型材料から作られており、赤色、緑色、青色、および白色を分解することが可能である。ＲＧＢピクセルが、Ｂａｙｅｒパターンなどのパターンで配置される。フィルタを通過する光の強度は、画像の有限領域（ピクセル）内で光の本当の色に近似することができ、これによってカラー画像を電子的に作成することができる。レジスト材料は、光の色を正確に分解するために、特定の厚さを必要とする。ピクセルがＸＹ方向に縮小するにつれて、カラーフィルタを含むフォトダイオードの上の構造では、クロストークを最小にし、量子効率を改善するために、Ｚ方向の厚さを縮小させる必要がある。しかし、カラーフィルタのレジストは、厚さのスケーラビリティの限界に到達している。したがって、カラーフィルタを作製する新しい方法が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明者らは、改善された光波分離格子および光波分離格子を形成する方法を開発した。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
光波分離格子および光波分離格子を形成する方法が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、光波分離格子は、式ＲＯXＮYを有する第１の層であって、第１の屈折率を有する第１の層と、第１の層とは異なり、第１の層の上に配置され、式Ｒ’ＯXＮYを有する第２の層であって、第２の層が第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有し、ＲおよびＲ’がそれぞれ金属または誘電体材料の１つである、第２の層とを含む。
いくつかの実施形態では、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内に配置された基板の上に光波分離格子を形成する方法は、（ａ）式ＲＯXＮYを有する第１の層を物理的気相堆積プロセスによって基板の上に堆積させるステップであって、第１の層が所定の第１の屈折率を有するステップと、（ｂ）第１の層とは異なり、式Ｒ’ＯXＮYを有する第２の層を物理的気相堆積プロセスによって第１の層の上に堆積させるステップであって、第２の層が第１の屈折率とは異なる所定の第２の屈折率を有し、ＲおよびＲ’がそれぞれ金属または誘電体材料の１つであるステップとを含む。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタを形成する方法は、（ａ）所定の第１の屈折率を有する第１の層を物理的気相堆積プロセスによって基板の上に堆積させるステップであって、第１の層が式ＲＯXＮYを有するステップと、（ｂ）式Ｒ’ＯXＮYを有する第２の層を第１の層の上に堆積させるステップであって、第２の層が第１の屈折率とは異なる所定の第２の屈折率を有し、ＲおよびＲ’がそれぞれ金属または誘電体材料の１つであるステップと、（ｃ）（ａ）−（ｂ）を繰り返して、複数の交互の第１および第２の層を有するスタックを形成するステップと、（ｄ）スタックを横切って第１の層または第２の層の１つを複数の変動する厚さにエッチングするステップであって、各厚さが異なる波長の光をフィルタリングするステップと、（ｅ）（ａ）−（ｂ）を繰り返して、光波分離格子を所望の厚さに形成するステップとを含む。
本開示の他のさらなる実施形態は、以下に記載する。
上記で簡単に要約し、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付の図面に示す本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって範囲を限定すると見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本開示のいくつかの実施形態による光波分離格子を形成する方法の流れ図である。
【図２Ａ】本開示のいくつかの実施形態による光波分離格子の製造段階を示す図である。
【図２Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による光波分離格子の製造段階を示す図である。
【図２Ｃ】本開示のいくつかの実施形態による光波分離格子の製造段階を示す図である。
【図２Ｄ】本開示のいくつかの実施形態による光波分離格子の製造段階を示す図である。
【図２Ｅ】本開示のいくつかの実施形態による光波分離格子の製造段階を示す図である。
【図３】本開示のいくつかの実施形態による本開示の部分を実行するのに適したクラスタツールを示す図である。
【図４】本開示のいくつかの実施形態による物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの概略横断面図である。
【図５】本開示のいくつかの実施形態による例示的なＣＭＯＳイメージセンサの上に形成された例示的なカラーフィルタを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
理解を容易にするために、可能な場合、同一の参照番号を使用して、図に共通の同一の要素を指す。これらの図は、原寸に比例して描かれておらず、見やすいように簡略化されていることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記載がなくても他の実施形態内に有益に組み込むことができる。
改善された光波分離格子および光波分離格子を形成する方法が本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、ここで形成される光波分離格子は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ上で使用することができるなど、たとえばカラーフィルタを含む異なるデバイス構造上で使用することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載する光波分離格子は、有利には、格子を形成するために必要とされるステップの数を低減させる方法を使用して形成することができ、その結果、改善された製品スループットが得られる。いくつかの実施形態では、光波分離格子を形成する本発明の方法は、有利には、プロセスステップの数が低減されるため、プロセススループットを増大させながら光波分離格子の製造を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、有利には、汚染の問題を低減させることができ、格子特性、たとえば屈折率値のより精密な調節を可能にすることができる。本明細書に開示する方法および構造を介して、他の利益を実現することもできる。
【０００７】
図１は、本開示のいくつかの実施形態による光波分離格子を形成する方法１００を示す。この方法について、図２Ａ〜Ｅに示す光波分離格子の製造段階に応じて以下に説明する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、方法１００は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ、たとえば図４に記載のＰＶＤチャンバ内で実行することができる。図４は、本開示のいくつかの実施形態による物理的気相堆積チャンバ（プロセスチャンバ４００）の概略横断面図を示す。本明細書に記載する方法１００を実行するのに適したＰＶＤチャンバの例には、ＡＬＰＳ（登録商標）ＰｌｕｓおよびＳＩＰ  ＥＮＣＯＲＥ（登録商標）ＰＶＤならびにＩｍｐｕｌｓｅ（商標）ＰＶＤ処理チャンバが含まれる。これらはすべて、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されている。本明細書に開示する本発明の方法を実行するために使用することができる例示的な処理システムは、ＥＮＤＵＲＡ（登録商標）処理システムラインを含むことができる。こちらもカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されている。他の製造者からのものを含む他のプロセスチャンバも、本明細書に提供する教示に関連して適切に使用することができる。
方法１００は１０２から始まり、１０２で、図２Ａに示すように、所定の所望の屈折率を有する第１の層２０２が、物理的気相堆積プロセスによって基板２００の上に堆積される。次に、１０４で、図２Ｂに示すように、第２の層２０４が第１の層２０２の上に堆積される。第２の層２０４は、第１の屈折率とは異なる所定の第２の屈折率を有する。
【０００９】
基板２００は、シリコン基板、第ＩＩＩ−Ｖ化合物基板、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）基板、エピ基板、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ランプディスプレイなどのディスプレイ基板、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板、太陽電池アレイ、ソーラーパネルなど、任意の適した基板とすることができる。いくつかの実施形態では、基板２００は、ドープされたまたはドープされていない多結晶シリコンウエハ、ドープされたまたはドープされていないシリコンウエハ、パターン化されたまたはパターン化されていないウエハなど、半導体ウエハ（たとえば、２００ｍｍ、３００ｍｍなどのシリコンウエハ）とすることができる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、基板２００は、部分的に形成された画像ピクセルとすることができ、画像ピクセルは、たとえば、シリコン基板の上に形成されたフォトダイオードと、フォトダイオードの上に形成され、信号をＣＭＯＳトランジスタへ経路指定するために使用される相互接続層と、フォトダイオードの上に形成され、トランジスタを汚染から絶縁するために使用される絶縁層などの追加の層とを有する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１の層２０２は、式ＲＯXＮYを有することができ、ここでｘおよびｙは、０％〜１００％の濃度で変動することができる。いくつかの実施形態では、第２の層２０４は、式Ｒ’ＯXＮYを有することができ、ここでｘおよびｙは、０％〜１００％の濃度で変動することができる。いくつかの実施形態では、ＲおよびＲ’は、金属または誘電体材料、たとえばシリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、または銅（Ｃｕ）とすることができる。いくつかの実施形態では、第１の層２０２は、炭素および／または水素を含むことができ、その結果、式ＲＯXＮYＣＺ：ＨWが得られ、ここでｗ、ｘ、ｙ、およびｚは、０％〜１００％の濃度で変動することができる。同様に、いくつかの実施形態では、第２の層２０４は、炭素および／または水素を含むことができ、その結果、式Ｒ’ＯXＮYＣＺ：ＨWが得られ、ここでｗ、ｘ、ｙ、およびｚは、０％〜１００％の濃度で変動することができる。第１の層２０２および第２の層２０４は、たとえば異なる割合の材料を含有することによって異なり、その結果、異なる屈折率が得られる。いくつかの実施形態では、ＲおよびＲ’は同じ材料である。たとえば、いくつかの実施形態では、第１の層２０２は、ＳｉＯXＮY、ＡｌＯX、ＡｌＮ、ＮｉＯX、ＴｉＯXの１つとすることができ、第２の層２０４は、ＳｉＯXＮY、ＡｌＯX、ＡｌＮ、ＮｉＯX、ＴｉＯXの別の１つとすることができる。いくつかの実施形態では、第１の層２０２および第２の層２０４はそれぞれ、約１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの厚さを有することができる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１の層２０２および第２の層２０４は、図４に関して後述するプロセスチャンバ４００などの適したプロセスチャンバ内に、物理的気相堆積プロセスによって堆積される。プロセスチャンバ４００は、プロセスチャンバ内に配置されたターゲット（たとえば、ターゲット４０６）を有することができ、ターゲットは、基板２００の上に堆積させるべきソース材料を含む。たとえば、いくつかの実施形態では、ターゲット４０６は、金属または誘電体材料、たとえばシリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、または銅（Ｃｕ）を含むことができる。
いくつかの実施形態では、第１の層２０２を堆積させるステップは、ターゲット４０６からの材料と反応するプロセスガスをプロセスチャンバに提供するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の層２０４を堆積させるステップもまた、ターゲット４０６からの材料と反応するプロセスガスをプロセスチャンバに提供するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、プロセスガスは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガス、または水素含有ガスの１つまたは複数を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、プロセスガスは、Ｏ2、Ｏ3、Ｎ2、ＮＨ3、Ｈ2、ＣＯ、ＣＯ2、もしくはＣＨ4の１つもしくは複数、またはこれらの組合せを含むことができる。この反応により、ターゲットは、ターゲット表面上にターゲット材料および反応性ガスの薄い化合物層を形成し、次いでこの層はターゲット表面からスパッタリングされて、基板２００の方へ向けられる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、プロセスガスはまた、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）などの不活性ガスを含むことができる。プロセスガスは、ターゲットから材料をスパッタリングするのに適した任意の流量で提供することができる。たとえば、プロセスガスは、約１ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの流量で提供することができる。いくつかの実施形態では、ターゲットからの材料のスパッタリングを容易にするために、プロセスガスからプラズマを形成することができる。そのような実施形態では、ＤＣもしくはパルスＤＣまたはＲＦ電力の少なくとも１つなど、任意の適した量の電力をターゲットに印加して、プロセスガスに点火し、プラズマを維持することができる。たとえば、プロセスガスに点火してプラズマを維持するには、約５０ワット〜約５０，０００ワットのＤＣまたはＲＦ電力をターゲットに印加することができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、光波分離格子を製造するのに必要とされるプロセスステップの数を低減させ、汚染の問題を低減させ、格子特性のより精密な調節、たとえば屈折率の制御を可能にすることによって、プロセススループットの増大を容易にするために、ＥＮＤＵＲＡ（登録商標）処理システムラインなど、複数のＰＶＤプロセスチャンバをクラスタツールに結合することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、第１の層２０２および第２の層２０４は、同じターゲット材料および異なるプロセスガス組成物を利用して、単一のＰＶＤチャンバ内で堆積させることができる。たとえば、第１の層２０２は、シリコンターゲットと、酸素およびアルゴンを含むプロセスガスとを利用することができ、その結果、酸化ケイ素の第１の層が得られ、第２の層２０４は、シリコンターゲットと、窒素およびアルゴンを含むプロセスガスとを利用することができ、その結果、窒化ケイ素の第２の層が得られる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、第１の層２０２および第２の層２０４は、異なるＰＶＤチャンバ内で、同じ材料のターゲットおよび異なるプロセスガス組成物を利用して堆積させることができ（たとえば、第１のＰＶＤチャンバは、シリコンターゲットと、酸素およびアルゴンを含むプロセスガスとを使用し、第２のＰＶＤチャンバは、シリコンターゲットと、窒素およびアルゴンを含むプロセスガスとを使用する）、または異なるターゲット材料および異なるプロセスガス組成物を利用して堆積させることができ（たとえば、第１のＰＶＤチャンバは、シリコンターゲットと、酸素およびアルゴンを含むプロセスガスとを使用し、第２のＰＶＤチャンバは、チタンターゲットと、窒素およびアルゴンを含むプロセスガスとを使用する）、または異なるターゲット材料および同じプロセスガス条件を利用して堆積させることができる（たとえば、第１のＰＶＤチャンバは、シリコンターゲットと、酸素およびアルゴンを含むプロセスガスとを使用し、第２のＰＶＤチャンバは、チタンターゲットと、酸素およびアルゴンを含むプロセスガスとを使用する）。
いくつかの実施形態では、第１の層２０２は、所定の所望の第１の屈折率を有することができ、第２の層２０４は、第１の屈折率とは異なる所定の所望の第２の屈折率を有することができる。第１の屈折率および第２の屈折率は、堆積プロセスパラメータに基づくことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、第１の層および第２の層の屈折率は、プロセスガスの組成物、チャンバ圧力、およびチャンバ温度などのプロセスパラメータを制御することによって、所望の値に調節することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、約０．５ミリトル〜約３００ミリトルの圧力で維持することができる。加えて、いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、約摂氏−２０度〜約摂氏５００度の温度で維持することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、ステップ１０２および１０４を繰り返して、図２Ｃに示すように、交互の第１および第２の層のスタックを形成することができる。いくつかの実施形態では、第１の層２０２または第２の層２０４の１つは、スタックの部分を横切って複数の変動する厚さにエッチングされ、各厚さが異なる波長の光を識別する。層のスタック内に存在する厚さが多ければ多いほど、分解することができる波長もより多くなり、撮影されている対象の分光性質に関してより多くの情報を得ることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、図２Ｄおよび図２Ｅに示すように、第１の層２０２または第２の層２０４の１つは、スタックの第１の部分で第１の厚さに、スタックの第２の部分で第２の厚さに、スタックの第３の部分で第３の厚さにエッチングされ、第１の厚さは第２の厚さより小さく、第２の厚さは第３の厚さより小さい。エッチング後、ステップ１０２および１０４を繰り返して、光波分離格子を所望の厚さに形成することができる。いくつかの実施形態では、エッチング後に堆積される追加の層のステップカバレッジは、チャンバ圧力および基板バイアスなどの堆積パラメータを調整することによって制御することができる。
【００１７】
本明細書に記載する方法は、独立型の構成で実行することができ、または図３に関して後述するクラスタツール、たとえば一体型ツール（すなわち、クラスタツール３００）の一部として提供することができる個々のプロセスチャンバ内で実行することができる。クラスタツール３００は、少なくとも１つの物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ（後述するような、プロセスチャンバ４００）を特徴として有する。一体型のクラスタツール３００の例には、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＥＮＤＵＲＡ（登録商標）一体型ツールが含まれる。本明細書に記載する方法は、適したプロセスチャンバが結合された、または他の適したプロセスチャンバ内に位置する、他のクラスタツールを使用して実行することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、上記で論じた本発明の方法は、有利には、処理ステップ間の真空破壊が制限されまたはゼロになるように、一体型ツール内で実行することができる。たとえば、真空破壊が低減されることで、層または基板の他の部分間の汚染を制限または防止することができる。
【００１８】
クラスタツール３００は、クラスタツール３００との間で基板を移送する１つまたは複数のロードロックチャンバ３０６Ａ、３０６Ｂを含むことができる。典型的には、クラスタツール３００は真空下にあるため、ロードロックチャンバ３０６Ａ、３０６Ｂは、クラスタツール３００内へ導入される基板を「ポンプダウン」することができる。第１のロボット３１０が、ロードロックチャンバ３０６Ａ、３０６Ｂと、第１の組の１つまたは複数の基板処理チャンバ３１２、３１４、３１６、３１８（４つを示す）との間で、基板を移送することができる。各基板処理チャンバ３１２、３１４、３１６、３１８は、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、前洗浄、熱プロセス／ガス抜き、配向、および他の基板プロセスに加えて、本明細書に記載する物理的気相堆積プロセスを含むいくつかの基板処理動作を実行するように装備することができる。
【００１９】
第１のロボット３１０はまた、１つまたは複数の中間移送チャンバ３２２、３２４との間で基板を移送することができる。中間移送チャンバ３２２、３２４は、超高真空条件を維持しながらクラスタツール３００内で基板を移送することを可能にするために使用することができる。第２のロボット３３０が、中間移送チャンバ３２２、３２４と、第２の組の１つまたは複数の基板処理チャンバ３３２、３３４、３３６、３３８との間で、基板を移送することができる。基板処理チャンバ３１２、３１４、３１６、３１８と同様に、基板処理チャンバ３３２、３３４、３３６、３３８は、たとえば原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、前洗浄、熱プロセス／ガス抜き、および配向に加えて、本明細書に記載する物理的気相堆積プロセスを含む様々な基板処理動作を実行するように装備することができる。基板処理チャンバ３１２、３１４、３１６、３１８、３３２、３３４、３３６、３３８はいずれも、クラスタツール３００によって特定のプロセスを実行するために必要でない場合はクラスタツール３００から取り除くことができる。
【００２０】
図４は、本開示のいくつかの実施形態による前述の方法の少なくとも一部分を実行するのに適した物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスチャンバ（プロセスチャンバ４００）の概略横断面図を示す。プロセスチャンバ４００は、基板４０４を受け取るための基板支持体４０２と、ターゲット４０６などのスパッタリング源とを収容する。基板支持体４０２は、チャンバ壁（図示の通り）とすることができる接地された筐体（たとえば、チャンバ壁４０８）、または接地されたシールド（ターゲット４０６より上でプロセスチャンバ４００の少なくともいくつかの部分を覆う接地シールド４４０を示す。いくつかの実施形態では、接地シールド４４０は、基板支持体４０２も同様に密閉するようにターゲットより下へ延ばすこともできる。）内に配置することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、ＲＦおよび／またはＤＣエネルギーをターゲット４０６に結合する供給構造を含む。供給構造の第１の端部は、ＲＦ電源４１８および／またはＤＣもしくはパルスＤＣ電源４２０に結合することができ、ＲＦ電源４１８および／またはＤＣもしくはパルスＤＣ電源４２０は、ＲＦおよび／またはＤＣもしくはパルスＤＣエネルギーをターゲット４０６に提供するためにそれぞれ利用することができる。いくつかの実施形態では、複数の適した周波数でＲＦエネルギーを提供するために、複数（すなわち、２つ以上）のＲＦ電源を提供することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、ターゲット４０６からシリコンなどの誘電体材料をスパッタリングするとき、表面は電荷を蓄積し、これはアーク発生およびアーク発生源からの粒子の排出または終了につながる。パルスＤＣエネルギーの使用は、スパッタリングのための負から一掃または電荷スクラビングのための正へのターゲットの高速のスイッチングを可能にする（誘電体表面上のすべての電荷を中性化する）。ターゲット４０６は、ＤＣスパッタリング中はプラズマ回路のカソードとして働き、電荷スクラビング中はアノードとして働く。
供給構造の第２の端部は、ソース分散板４２２に結合することができる。ソース分散板は、ソース分散板４２２を通って配置された孔４２４を含み、孔４２４は、供給構造の中心開口と位置合わせされる。ソース分散板４２２は、供給構造からのＲＦおよびＤＣエネルギーを伝えるのに適した導電性材料から製造することができる。
【００２３】
ソース分散板４２２は、導電性部材４２５を介してターゲット４０６に結合することができる。導電性部材４２５は、ソース分散板４２２の周辺エッジ近傍でソース分散板４２２のターゲット側表面４２８に結合された第１の端部４２６を有する管状部材とすることができる。導電性部材４２５は、ターゲット４０６の周辺エッジ近傍でターゲット４０６のソース分散板側表面４３２（またはターゲット４０６のバッキング板４４６）に結合された第２の端部４３０をさらに含む。
導電性部材４２５の内向きの壁、ソース分散板４２２のターゲット側表面４２８、およびターゲット４０６のソース分散板側表面４３２によって、空胴４３４を画定することができる。空胴４３４は、ソース分散板４２２の孔４２４を介して本体の中心開口４１５に結合される。空胴４３４および本体の中心開口４１５を利用して、回転可能なマグネトロンアセンブリ４３６の１つまたは複数の部分を少なくとも部分的に収納することができる。いくつかの実施形態では、空胴は、水（Ｈ2Ｏ）などの冷却流体で少なくとも部分的に充填することができる。
プロセスチャンバ４００のリッドの外面を覆うために、接地シールド４４０を設けることができる。接地シールド４４０は、たとえばチャンバ本体の接地接続を介して、接地に結合することができる。接地シールド４４０は、供給構造が接地シールド４４０を通過してソース分散板４２２に結合されることを可能にするために、中心開口を有する。接地シールド４４０は、アルミニウム、銅などの任意の適した導電性材料を含むことができる。接地シールド４４０と、ソース分散板４２２、導電性部材４２５、およびターゲット４０６（および／またはバッキング板４４６）の外面との間には、ＲＦおよびＤＣエネルギーが接地へ直接経路指定されるのを防止するために、絶縁間隙４３９が設けられる。絶縁間隙は、空気またはセラミック、プラスチックなどの何らかの他の適した誘電体材料で充填することができる。
【００２４】
ソース分散板４２２と接地シールド４４０との間には、ＲＦおよびＤＣエネルギーが接地へ直接経路指定されるのを防止するために、絶縁板４３８を配置することができる。絶縁板４３８は、供給構造が絶縁板４３８を通過してソース分散板４２２に結合されることを可能にするために、中心開口を有する。絶縁板４３８は、セラミック、プラスチックなどの適した誘電体材料を含むことができる。別法として、絶縁板４３８の代わりに空隙を設けることができる。絶縁板の代わりに空隙が設けられる実施形態では、接地シールド４４０は、接地シールド４４０上に載置されるあらゆる構成要素を支持するのに十分なほど構造上堅固なものとすることができる。
【００２５】
ターゲット４０６は、誘電体アイソレータ４４４によって接地された導電性アルミニウムアダプタ４４２上に支持することができる。ターゲット４０６は、金属または金属酸化物など、スパッタリング中に基板４０４上に堆積させるべき材料を含む。いくつかの実施形態では、バッキング板４４６は、ターゲット４０６のソース分散板側表面４３２に結合することができる。バッキング板４４６は、バッキング板４４６を介してＲＦおよびＤＣ電力をターゲット４０６に結合することができるように、銅−亜鉛、銅−クロム、銅−モリブデン、またはターゲットと同じ材料などの導電性材料を含むことができる。別法として、バッキング板４４６は、非導電性とすることができ、ターゲット４０６のソース分散板側表面４３２を導電性部材４２５の第２の端部４３０に結合するために、電気フィードスルーなどの導電性要素（図示せず）を含むことができる。バッキング板４４６は、たとえば、ターゲット４０６の構造上の安定性を改善するために含むことができる。
【００２６】
基板支持体４０２は、ターゲット４０６の主面の方を向いている材料受け取り表面を有し、ターゲット４０６の主面に対向する定位置でスパッタ被覆されるように基板４０４を支持する。基板支持体４０２は、ターゲット４０６の主面に対向するほぼ平面の位置で基板を支持する。基板支持体４０２は、本明細書に開示する処理に起因するいかなる湾曲または変形した位置でも基板を確実に支持するように構成される。化学気相堆積（ＣＶＤ）、熱処理などのために構成されたプロセスチャンバなど、異なるプロセスチャンバの構成では、処理中に基板を加熱および／または冷却するために、類似のまたは異なる構成の熱制御システムを使用することができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、基板支持体４０２は、プロセスチャンバ４００を処理する下部部分内のロードロックバルブ（図示せず）を通って基板４０４を基板支持体４０２上へ移送し、その後、堆積または処理位置へ持ち上げることを可能にするように、チャンバ壁４０８に接続されたベローズ４５０を通って垂直方向に可動とすることができる。ガス源４５４から質量流量コントローラ４５６を通ってプロセスチャンバ４００の下部部分内へ、１つまたは複数の処理ガスを供給することができる。プロセスチャンバ４００の内部を排気し、プロセスチャンバ４００内で所望の圧力を維持することを容易にするために、排気口４５８を設けて、バルブ４６０を介してポンプ（図示せず）に結合することができる。
【００２８】
基板４０４上に負のＤＣバイアスを誘起するために、ＲＦバイアス電源４６２を基板支持体４０２に結合することができる。加えて、いくつかの実施形態では、負のＤＣ自己バイアスが、処理中に基板４０４上に生じることができる。さらに、第２のＲＦバイアス電源４６３を基板支持体４０２に結合することができ、ＲＦバイアス電源４６２で使用するために上記で論じた周波数のいずれかを提供することができる。他の適用分野では、基板支持体４０２は、接地することができ、または電気的に浮動のままとすることができる。たとえば、ＲＦバイアス電力が所望されない適用分野で基板４０４にかかる電圧を調整するために、容量チューナ４６４を基板支持ペデスタルに結合することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、有利には、堆積プロセスの異なる段階中に基板４０４にバイアスを供給することができる。バイアス電力は、電源（たとえば、ＲＦバイアス電源４６２）から基板支持体４０２内のバイアス電極４８０に提供することができ、その結果、堆積プロセスの１つまたは複数の段階中にプラズマ内に形成されたイオンにより、基板４０４に衝撃が与えられる。衝撃プロセスは、基板の表面の上にプラズマを形成し、次いで基板または基板が載置されている基板支持体にバイアスをかけることによって実行することができ、その結果、プラズマ内のイオン化ガス原子（たとえば、イオン化プロセスガス）が、基板の表面に衝撃を与える。バイアス電極４８０にバイアスをかけるステップは、基板４０４の表面の平滑性または基板４０４の表面の疎水性の少なくとも１つを調整するために使用することができる。いくつかのプロセス例では、バイアスは、堆積プロセスが実行された後に基板に印加される。別法として、いくつかのプロセス例では、バイアスは、堆積プロセス中に印加される。したがって、堆積プロセス中ずっと基板バイアスが維持されるとき、衝撃原子は、基板の表面に見られる堆積材料に運動エネルギーを加える。たとえば、約５０ワット〜約１１００ワットのエネルギーを使用して、基板４０４に対してイオンにバイアスをかけ、平滑な高密度の膜を形成することができる。バイアスが大きければ大きいほど、より大きいエネルギーを有するイオンを基板表面へ駆動する。基板に対するイオンのバイアスが強ければ強いほど、堆積する第１の層２０２および第２の層２０４の表面がより高密度かつ平滑になる。衝撃プロセスを使用して、堆積する第１の層２０２および第２の層２０４の表面を平滑にすることができ、その結果、表面には、小さい隆起または窪みなどの粗さまたは肉眼で見える特徴がほとんどなくなる。
【００３０】
ターゲット４０６の裏面（たとえば、ソース分散板側表面４３２）近傍に、回転可能なマグネトロンアセンブリ４３６を位置決めすることができる。回転可能なマグネトロンアセンブリ４３６は、底板４６８によって支持された複数の磁石４６６を含む。底板４６８は、図４に示すように、プロセスチャンバ４００および基板４０４の中心軸と一致する回転シャフト４７０に接続される。回転シャフト４７０の上端部には、マグネトロンアセンブリ４３６の回転を駆動するために、モータ４７２を結合することができる。磁石４６６は、プロセスチャンバ４００内でターゲット４０６の表面付近にターゲット４０６の表面に略平行の磁場を生じさせて電子を閉じ込め、局所的なプラズマ密度を増大させ、それによりスパッタリング率を増大させる。磁石４６６は、プロセスチャンバ４００の頂部の周りに電磁場を生じさせ、磁石４６６は回転して電磁場を回転させ、ターゲット４０６をより均一にスパッタリングするように、プロセスのプラズマ密度に影響を与える。
【００３１】
いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ４００は、アダプタ４４２の突起４７６に接続されたプロセスキットシールド４７４をさらに含むことができる。アダプタ４４２は、チャンバ壁４０８に密封および接地される。概して、プロセスキットシールド４７４は、アダプタ４４２の壁およびチャンバ壁４０８に沿って下向きに基板支持体４０２の上面まで延び、上向きに戻ってから、基板支持体４０２の上面に到達する（たとえば、底部にＵ字形部分４８４を形成する）。別法として、プロセスキットシールドの最も下の部分は、Ｕ字形部分４８４である必要はなく、任意の適した形状を有することができる。基板支持体４０２が下部ローディング位置にあるとき、プロセスキットシールド４７４の上向きに延びるリップ４８８の上に、カバーリング４８６が載置される。基板支持体４０２が上部堆積位置にあるときは、基板支持体４０２をスパッタ堆積から保護するために、カバーリング４８６は基板支持体４０２の外周上に載置される。いくつかの実施形態では、プロセスキットシールド４７４にかかる電圧を調整するために、プロセスキットシールド４７４に容量チューナ４６１を結合することができる。たとえば、容量チューナ４６１を利用して、イオン流をプロセスキットシールド４７４の方へ誘導することができ、かつ／または容量チューナ４６４と組み合わせて、イオン流のエネルギーおよび方向を制御することができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、基板支持体４０２とターゲット４０６との間に磁場を選択的に提供するために、プロセスチャンバ４００の周りに磁石４９０を配置することができる。たとえば、図４に示すように、磁石４９０は、チャンバ壁４０８の外側の周りで、処理位置にあるときの基板支持体４０２よりすぐ上の領域内に配置することができる。いくつかの実施形態では、磁石４９０は、追加または別法として、アダプタ４４２近傍などの他の位置に配置することもできる。磁石４９０は、電磁石とすることができ、電磁石によって生成される磁場の大きさを制御するように電源（図示せず）に結合することができる。
【００３３】
プロセスチャンバ４００の様々な構成要素には、それらの動作を制御するために、コントローラ４１０を設けて結合することができる。コントローラ４１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）４１２、メモリ４１４、およびサポート回路４１６を含む。コントローラ４１０は、プロセスチャンバ４００を直接制御することができ、または特定のプロセスチャンバおよび／もしくはサポートシステム構成要素に付随するコンピュータ（もしくはコントローラ）を介して制御することができる。コントローラ４１０は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために工業的な環境で使用することができる任意の形の汎用コンピュータプロセッサの１つとすることができる。コントローラ４１０のメモリまたはコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、光記憶媒体（たとえば、コンパクトディスクもしくはデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、またはローカルもしくは遠隔の任意の他の形のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリの１つまたは複数とすることができる。サポート回路４１６は、従来の方法でプロセッサをサポートするようにＣＰＵ４１２に結合される。サポート回路は、キャッシュ、電力供給、クロック回路、入出力回路、およびサブシステムなどを含む。本明細書に記載する本発明の方法は、本明細書に記載する方法でプロセスチャンバ４００の動作を制御するために実行しまたは呼び出すことができるソフトウェアルーチンとして、メモリ４１４内に記憶することができる。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ４１２によって制御されているハードウェアから遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶および／または実行することもできる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載する方法および装置は、イメージセンサの形で使用することができる。従来のイメージセンサを２つのステップで形成することができる。たとえば、従来のＣＭＯＳトランジスタ製造技法を使用してイメージセンサが最初に製造される第１のステップ、ならびに上記に開示した方法および装置を使用してカラーフィルタが形成される第２のステップがある。図５は、例示的な裏面照射ＣＭＯＳイメージセンサ５００の上に形成された例示的なカラーフィルタ５０２を示す。本明細書に記載する方法および装置はまた、表面照射ＣＭＯＳイメージセンサの形で使用することができる。例示的なイメージセンサ５００は、上記の適した材料の基板５０６、たとえばシリコン基板を備える。いくつかの実施形態では、光を電気信号に変換するためのフォトダイオード層５０８が、基板５０６内に製造される。いくつかの実施形態では、イメージセンサ５００は、フォトダイオード層５０８からの信号を経路指定する相互接続層５１０をさらに備える。イメージセンサ５００は、相互接続層５１０に接触するために、たとえば銅またはタングステンから形成された適したビア５１４をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、相互接続層５１０近傍に、相互接続層５１０を外部汚染から絶縁するパッシベーション層５１２、たとえば窒化ケイ素層が位置する。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ５０２の上にマイクロレンズ層５０４を形成することができる。マイクロレンズ層５０４は、入射光をフォトダイオード層５０８上へ集束させるために使用される。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ層５０４は、特有のフォトダイオード５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃに関連する個々のマイクロレンズ５０４Ａ、５０４Ｂ、５０４Ｃからなることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ層５０４およびカラーフィルタ５０２は、単一の層とすることができる。いくつかの実施形態では、上記のようにカラーフィルタ５０２を形成した後、カラーフィルタ５０２の頂面に方向性エッチングを施し、マイクロレンズとしての使用に適した湾曲した頂面を提供することができる。エッチングプロセスは、上記のように、式ＲＯXＮYもしくはＲ’ＯXＮYまたは式ＲＯXＮYＣZ：ＨWもしくはＲ’ＯXＮYＣZ：ＨWを有する層をエッチングするのに適したプラズマエッチングプロセスとすることができる。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ５０２は、アニールされると表面が湾曲する材料から形成することができる。
【００３６】
上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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