JP2008160114A - イメージセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサの製造方法を提供する。
【解決手段】実施例に係るイメージセンサの製造方法は、カラーフィルタ層の上にマイクロレンズ形成のための感光膜を形成するステップと、前記感光膜に露光を行って、上部面から所定深さを有するパターンを形成するステップと、前記感光膜に熱処理を行って、予備マイクロレンズを形成するステップと、前記予備マイクロレンズにエッチングを行って、マイクロレンズを形成するステップとを備える。
【選択図】図７

Description

実施例は、イメージセンサの製造方法に関する。

イメージセンサは、光学映像（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅ）を電気信号に変換する半導体素子である。かかるイメージセンサには、入射する光をフォトダイオードに集光するためのマイクロレンズが備えられる。

図１及び図２は、従来のイメージセンサの製造方法を示す図面である。

従来のイメージセンサの製造方法によると、図１に示すように、横方向及び縦方向に配列された感光膜１１を形成する。そして、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）工程のような熱処理工程を行って、図２に示すように、マイクロレンズ１１ａを形成する。

このような工程で、横方向及び縦方向に配列されたマイクロレンズ１１ａを形成できる。よって、横方向に隣接するマイクロレンズ１１ａ間に所定間隔ｓが形成され、縦方向に隣接するマイクロレンズ１１ａ間にも所定間隔ｓが形成される。

前記感光膜１１に形成されるパターンは、露光機の解像力の限界によって０．３〜０．５μｍの間隔を有するように形成される。熱処理工程で完成された前記マイクロレンズ１１ａは、隣接するレンズ間に、約０．２〜０．４μｍの間隔を有するように形成される。

ところで、イメージセンサの製造において、解決すべき課題の一つは、入射する光信号を電気信号に変える率（ｒａｔｅ）、すなわち、感度を増加させることである。

一方、高集積のイメージセンサの製造において、ピクセルピッチ（ｐｉｘｅｌ ｐｉｔｃｈ）が小さくなるにつれて、入射光を効果的にフォトダイオードに誘導するための方案として、ゼロギャップ（ｚｅｒｏ ｇａｐ）を有するマイクロレンズが要請されている。

したがって、集光のためのマイクロレンズの形成において、マイクロレンズを構成する隣接レンズ間に間隔が発生しないゼロギャップを具現するための方案が様々に模索されている。

しかし、感光膜によりマイクロレズを形成する場合において、露光機の解像力の限界のため、マイクロレンズを構成する隣接レンズ間の間隔をゼロギャップに形成することが難しいという問題点がある。

実施例は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、マイクロレンズを構成する隣接するレンズ間の間隔をゼロギャップに形成することで、感度を向上させることができるイメージセンサの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成すべく、実施例に係るイメージセンサの製造方法は、カラーフィルタ層の上にマイクロレンズ形成のための感光膜を形成するステップと、前記感光膜に露光を行って、上部面から所定深さを有するパターンを形成するステップと、前記感光膜に熱処理を行って、予備マイクロレンズを形成するステップと、前記予備マイクロレンズにエッチングを行って、マイクロレンズを形成するステップと、を含む。

実施例に係るイメージセンサの製造方法は、カラーフィルタ層の上に平坦化層を形成するステップと、前記平坦化層の上にマイクロレンズ形成用感光膜を形成するステップと、前記感光膜に露光を行って、上部面から所定深さを有するパターンを形成するステップと、前記感光膜に熱処理を行って、予備マイクロレンズを形成するステップと、前記予備マイクロレンズにエッチングを行って、マイクロレンズを形成するステップと、を含む。

実施例に係るイメージセンサの製造方法によれば、マイクロレンズを構成する隣接レンズ間の間隔をゼロギャップ（ｚｅｒｏ ｇａｐ）に形成することで、感度を向上させることができるという効果が得られる。

実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパタンの「上（ｏｎ／ａｂｏｖｅ／ｏｖｅｒ／ｕｐｐｅｒ）」に、または「下（ｄｏｗｎ／ｂｅｌｏｗ／ｕｎｄｅｒ／ｌｏｗｅｒ）」に形成されると記載される場合に、その意味は、各層（膜）、領域、パッド、パターンまたは構造物が直接基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンに接触して形成されると解釈可能で、他の層（膜）、他の領域、他のパッド、他のパターンまたは他の構造物がその間に追加的に形成されるとも解釈され得る。したがって、その意味は実施例の技術的思想により判断するべきである。

以下、添付図面に基づき実施例を詳細に説明する。

図３〜図６は、実施例に係るイメージセンサの製造方法を概念的に示す図面である。

実施例に係るイメージセンサの製造方法によると、図３〜図６に示すように、カラーフィルタ層３１の上にマイクロレンズ形成のための感光膜を形成する。

実施例によれば、前記カラーフィルタ層３１を形成する前に、半導体基板に受光部を形成するステップをさらに含むことができる。前記受光部は、例えば、フォトダイオードで形成されることができる。

続いて、露光を行って、上部面から所定深さを有するパターンが形成された感光膜３３を形成する。前記所定深さを有するようにパターニングされた感光膜３３は、隣接するパターン間に０．１〜０．２μｍの間隔ｔを有するように形成できる。

実施例では、露光工程を用いて前記感光膜３３にパターンを形成する場合において、前記感光膜３３の下部面まで貫通されるパターンを形成するのでなく、所定深さまでだけパターンが形成されるように露光工程を行う。このような露光工程を行うことで、露光機の解像力を克服して、より小さな間隔のパターンを形成することができる。

一例として従来の露光工程を用いる場合、図１及び図２を参照して説明されたように、露光機の解像力の限界によって０．３〜０．５μｍの間隔を有するようにパターンが形成される。しかし、実施例によれば、前記所定深さを有するようにパターニングされた感光膜３３は、隣接するパターン間に０．１〜０．２μｍの間隔ｔを有するように形成することができる。

続いて、図４に示すように、前記感光膜３３に熱処理を行って、予備マイクロレンズ３３ａを形成する。

そして、図５に示すように、前記予備マイクロレンズ３３ａにエッチング行って、マイクロレンズ３３ｂを形成する。前記予備マイクロレンズ３３ａに対するエッチングは全面エッチングで行われ得る。

前記マイクロレンズ３３ｂは、隣接するレンズ間に間隔がないように（ｇａｐｌｅｓｓ）具現されることができる。よって、入射する光を集光して受光部に伝達する比率を上げて、イメージセンサの感度を向上させることができる。

実施例に係るイメージセンサの製造方法によると、図６に示すように、前記マイクロレンズ３３ｂが形成された後、前記マイクロレンズ３３ｂの上にＬＴＯ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）層３５を形成するステップをさらに含むことができる。前記ＬＴＯ層３５は、前記マイクロレンズ３３ｂが外部パーティクルなどにより損傷されることを防止する。

一方、以上の説明では、カラーフィルタ層の上にマイクロレンズが形成される場合を説明した。しかし、実施例に係るイメージセンサの製造方法はこれに限定されるのではなく、例えば、前記カラーフィルタ層の上に平坦化層を形成し、その平坦化層の上にマイクロレンズが形成されるようにすることもできる。

図７は、実施例に係るイメージセンサを概略的に示す垂直断面図であって、集光に関わるイメージセンサの主要部分のみが図示されている。

実施例に係るイメージセンサは、図７に示すように、半導体基板の上部に形成された少なくとも一つ以上の受光部１０２と、フィールド絶縁膜１００と、フィールド絶縁膜１００と受光部１０２の上部を層間絶縁する層間絶縁膜１０４、１０８と、受光部以外の領域に光が入射することを防止するために層間絶縁膜１０８内に形成された光遮蔽膜（ｌｉｇｈｔ ｓｈｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）１０６とを含む。

また、前記層間絶縁膜１０８の上部に保護膜１１０が形成されており、保護膜１１０の上部に赤色（ｒｅｄ）、緑色（ｇｒｅｅｎ）、青色（ｂｌｕｅ）のカラーフィルタ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが配列されている。前記カラーフィルタ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃの上には平坦化層１１６が形成されており、カラーフィルタ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃの対向位置に、凸レンズ状のマイクロレンズ１１８が各々形成されている。前記マイクロレンズ１１８の上には、ＬＴＯ層１２０が形成されている。前記マイクロレンズ１１８は、レンズ間の間隔のない（ｇａｐｌｅｓｓ）マイクロレンズを具現する。参照符号１１４は層間絶縁膜を示す。

入射した光はマイクロレンズ１１８を介して集光され、各々の赤色カラーフィルタ１１２ａ、緑色カラーフィルタ１１２ｂ、青色カラーフィルタ１１２ｃは、該当赤色光、緑色光、青色光をフィルタリングする。フィルタリングされた光は、保護膜１１０及び層間絶縁膜１０８、１０４を通して各カラーフィルタ下端に位置するフォトダイオードのような受光部１０２に入射する。このとき、光遮蔽膜１０６は、入射した光が他の経路から外れないようにする。

従来のイメージセンサの製造方法を示す図面である。 従来のイメージセンサの製造方法を示す図面である。 実施例に係るイメージセンサの製造方法を概念的に示す図面である。 実施例に係るイメージセンサの製造方法を概念的に示す図面である。 実施例に係るイメージセンサの製造方法を概念的に示す図面である。 実施例に係るイメージセンサの製造方法を概念的に示す図面である。 実施例に係るイメージセンサを概略的に示す垂直断面図である。

符号の説明

１００ フィールド絶縁膜、 １０２ 受光部、 １０４ 層間絶縁膜、 １０６ 光遮蔽膜、 １０８ 層間絶縁膜、 １１０ 保護膜、 １１２ａ 赤色カラーフィルタ、 １１２ｂ 緑色カラーフィルタ、 １１２ｃ 青色カラーフィルタ、 １１４ 層間絶縁膜、 １１６ 平坦化層、 １１８ マイクロレンズ、 １２０ ＬＴＯ層。

Claims (14)

1. カラーフィルタ層の上にマイクロレンズ形成のための感光膜を形成するステップと、
   前記感光膜に露光を行って、上部面から所定深さを有するパターンを形成するステップと、
   前記感光膜に熱処理を行って、予備マイクロレンズを形成するステップと、
   前記予備マイクロレンズにエッチングを行って、マイクロレンズを形成するステップと、
   を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
2. 前記所定深さを有するようにパターニングされた感光膜は、隣接するパターン間に０．１〜０．２μｍの間隔を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
3. 前記カラーフィルタ層を形成する前に、半導体基板に受光部を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
4. 前記受光部は、フォトダイオードで形成されることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサの製造方法。
5. 前記マイクロレンズが形成された後、前記マイクロレンズの上にＬＴＯ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
6. 前記マイクロレンズは、隣接するレンズ間に間隔がないように（ｇａｐｌｅｓｓ）形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
7. 前記予備マイクロレンズに対するエッチングは、全面エッチングで行われることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
8. カラーフィルタ層の上に平坦化層を形成するステップと、
   前記平坦化層の上にマイクロレンズ形成用感光膜を形成するステップと、
   前記感光膜に露光を行って、上部面から所定深さを有するパターンを形成するステップと、
   前記感光膜に熱処理を行って、予備マイクロレンズを形成するステップと、
   前記予備マイクロレンズにエッチングを行って、マイクロレンズを形成するステップと、
   を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
9. 前記所定深さを有するようにパターニングされた感光膜は、隣接するパターン間に０．１〜０．２μｍの間隔を有するように形成されることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。
10. 前記カラーフィルタ層を形成する前に、半導体基板に受光部を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。
11. 前記受光部は、フォトダイオードで形成されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサの製造方法。
12. 前記マイクロレンズが形成された後、前記マイクロレンズの上にＬＴＯ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。
13. 前記マイクロレンズは、隣接するレンズ間に間隔がないように（ｇａｐｌｅｓｓ）形成されることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。
14. 前記予備マイクロレンズに対するエッチングは、全面エッチングで行われることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。

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