JP2008166779A - イメージセンサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入射される光をフォトダイオード領域に効率的に伝達して感度を向上させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供する。
【解決手段】イメージセンサーは、半導体基板の上に形成されたカラーフィルター層１１と、カラーフィルター層１１上に形成されて非感光性絶縁膜１３で形成されたマイクロレンズを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、イメージセンサー及びその製造方法に関する。

イメージセンサーは、光学映像(optical image)を電気信号に変換させる半導体素子である。イメージセンサーを製造するとき、解決しなければならない課題中の一つは入射される光信号を電気信号に変えてくれる率(rate)、すなわち感度を増加させるものである。

集光のためのマイクロレンズを形成するとき、マイクロレンズを構成する隣合うレンズの間に間隔が発生されないゼロギャップ(zero gap)を具現する方案が多様に模索されている。

感光性膜を利用して集光のためのマイクロレンズを形成する場合において、ウェハーバックグラインディング(back grinding)工程とソーイング(sawing)工程などでマイクロレンズにポリマーなどのパーティクルが付着する現象が発生される。これはイメージセンサーの感度を低下させるだけでなく、クリーニング(cleaning)などの難しさによって製造収率を低下させる原因になる。

本発明は、入射される光をフォトダイオード領域に効率的に伝達して感度を向上させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供する。

本発明によるイメージセンサーは、半導体基板の上に形成されたカラーフィルター層と、該カラーフィルター層上に形成されて非感光性絶縁膜で形成されたマイクロレンズを含む。

本発明によるイメージセンサーの製造方法は、カラーフィルター層上に非感光性絶縁膜を形成する段階（ステップ）と、前記非感光性絶縁膜の上に感光性膜を形成する段階と、前記感光性膜をパターニングして犠牲マイクロレンズを形成する段階と、前記犠牲マイクロレンズ及び前記非感光性絶縁膜を蝕刻（エッチング）して、前記非感光性絶縁膜でなされたマイクロレンズを形成する段階と、を含む。

本発明によれば、入射される光をフォトダイオード領域に効率的に伝達して感度を向上させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供できる。

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らが基板、各層(膜)、領域、パッドまたはパターンらの“上(on/above)”にまたは“下の(below/under)”で形成されるものとして記載する場合において、その意味は各層(膜)、領域、パッド、パターンまたは構造物らが直接基板、各層(膜)、領域、パッドまたはパターンらに接触されて形成される場合に解釈されることもでき、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らがその間に追加的に形成される場合に解釈されることもできる。よって、その意味は実施例の技術的思想によって判断されなければならない。

以下、添付された図面を参考して実施例を詳しく説明する。

図１乃至図４は、実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。

実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、図１に示すように、カラーフィルター層１１上に非感光性絶縁膜１３を形成する。

カラーフィルター層１１は赤色カラーフィルター１１Ｒ、緑カラーフィルター１１Ｇ、青色カラーフィルター１１Ｂで形成されることができる。カラーフィルター層１１をなす赤色カラーフィルター１１Ｒ、緑カラーフィルター１１Ｇ、青色カラーフィルター１１Ｂの配列は設計によって多様に変形されることができる。

非感光性絶縁膜１３は感光性材質に比べて硬い材質で形成されることができるし、また透明な材質で形成されることができる。非感光性絶縁膜１３は一つの例として透明な酸化膜で形成されることができる。

そして、非感光性絶縁膜１３上に感光性膜１５を形成する。

実施例よると、カラーフィルター層１１を形成する段階以前に、半導体基板に受光部を形成する段階をさらに含むことができる。受光部は一つの例としてフォトダイオードで形成されることができる。

続いて、図２に示すように、感光性膜１５に対する露光工程及び現象工程を通じて感光性膜１５に対するパターニングを遂行して犠牲マイクロレンズ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを形成する。

犠牲マイクロレンズ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは赤色犠牲マイクロレンズ１５Ｒ、緑犠牲マイクロレンズ１５Ｇ、青色犠牲マイクロレンズ１５Ｂを含むことができる。赤色犠牲マイクロレンズ１５Ｒは赤色カラーフィルター１１Ｒの位置に対応されて形成されるものであり、緑犠牲マイクロレンズ１５Ｇは緑カラーフィルター１１Ｇの位置に対応されて形成されるものであり、青色犠牲マイクロレンズ１５Ｂは青色カラーフィルター１１Ｂの位置に対応されて形成されるものである。赤色犠牲マイクロレンズ１５Ｒ、緑犠牲マイクロレンズ１５Ｇ、青色犠牲マイクロレンズ１５Ｂはすべて等しい厚さを有するように形成されることができる。

以後、図３に示すように、犠牲マイクロレンズ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ及び非感光性絶縁膜１３を蝕刻して、非感光性絶縁膜でなされたマイクロレンズ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを形成する。この時、犠牲マイクロレンズ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ及び非感光性絶縁膜１３に対する蝕刻は、犠牲マイクロレンズ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂと非感光性絶縁膜１３に対して１：１の蝕刻比（エッチング比）で全面蝕刻されるようにできる。

マイクロレンズ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、赤色マイクロレンズ１３Ｒ、緑マイクロレンズ１３Ｇ、青色マイクロレンズ１３Ｂを含むことができる。赤色マイクロレンズ１３Ｒは赤色カラーフィルター１１Ｒの位置に対応されて形成されるものであり、緑マイクロレンズ１３Ｇは緑カラーフィルター１１Ｇの位置に対応されて形成されるものであり、青色マイクロレンズ１３Ｂは青色カラーフィルター１１Ｂの位置に対応されて形成されるものである。

このように、実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、感光性材質に比べて硬い材質でマイクロレンズ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを形成することができるようになる。これによって、ウェハーバックグラインディング(back grinding)工程とソーイング(sawing)工程などでマイクロレンズにポリマーなどのパーティクルが付着する現象を防止することができるようになる。結果的に、実施例よると素子の感度及び製造収率を向上させることができるようになる。

一方、図３に示すように、マイクロレンズ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは隣合うレンズの間に間隔があるように形成されることがある。実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、図４に示すように、マイクロレンズ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ上に保護層１７を形成する段階をさらに含むことができる。

保護層１７は、ＬＴＯ(Low Temperature Oxide：低温酸化)層またはＳＯＧ(Spin On Glass)層のうちで少なくとも一つで形成されることができる。もちろん、保護層１７を形成する物質はこれに限定されるものではなくて、設計及び必要によって多様な物質で形成されることができる。

保護層１７は隣合うレンズの間に間隔がないように(gapless)形成することができる。保護層１７はマイクロレンズ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが外部パーティクルなどによって損傷されることを防止する機能を遂行する。

以上の説明では、カラーフィルター層上にマイクロレンズが形成される場合を基準に説明した。しかし、実施例によるイメージセンサーの製造方法はこれに限定されるものではなくて、例としてカラーフィルター層上に平坦化層を形成して、その平坦化層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。

一方、図１乃至図４を参照して説明された実施例では非感光性絶縁膜の上に犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜が均一な厚さで同時に形成される場合を基準に説明した。

しかし、犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜は、同時に形成されるものではなく、２回または３回などの複数回にわたって分割されて形成されることもできる。また、犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜の厚さも領域によってお互いに違う厚さを有するように形成されることもできる。

それでは、図５乃至図７を参照して犠牲マイクロレンズが２回にわたって形成される場合の一例に対して説明する。図５乃至図７は他の実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。

実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、図５に示すように、カラーフィルター層２１上に非感光性絶縁膜２３を形成する。

実施例よると、カラーフィルター層２１を形成する段階以前に、半導体基板に受光部を形成する段階をさらに含むことができる。受光部は、一つの例としてフォトダイオードで形成されることができる。

カラーフィルター層２１は赤色カラーフィルター２１Ｒ、緑カラーフィルター２１Ｇ、青色カラーフィルター２１Ｂで形成されることができる。カラーフィルター層２１をなす赤色カラーフィルター２１Ｒ、緑カラーフィルター２１Ｇ、青色カラーフィルター２１Ｂの配列は設計によって多様に変形されることができる。

非感光性絶縁膜２３は、感光性材質に比べて硬い材質で形成されることができるし、また透明な材質で形成されることができる。非感光性絶縁膜２３は一つの例として透明な酸化膜で形成されることができる。

そして、非感光性絶縁膜２３上に第１犠牲マイクロレンズ２５Ｒ、２５Ｂを形成する。図５では、第１犠牲マイクロレンズ２５Ｒ、２５Ｂとして赤色犠牲マイクロレンズ２５Ｒと青色犠牲マイクロレンズ２５Ｂが形成される場合を示す。しかし、第１犠牲マイクロレンズの構成は設計及び必要によって多様に変形されることができる。

続いて、図６に示すように、結果物の上に第２犠牲マイクロレンズ２５Ｇを形成する。この時、第２犠牲マイクロレンズ２５Ｇの厚さは第１犠牲マイクロレンズ２５Ｒ、２５Ｂに比べてさらに厚く形成されることができる。勿論、第２犠牲マイクロレンズの厚さは設計及び必要によって第１犠牲マイクロレンズの厚さに比べてさらに薄く形成されることもできる。

以後、図７に示すように、第１及び第２犠牲マイクロレンズ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂと非感光性絶縁膜２３を蝕刻して、非感光性絶縁膜でなされたマイクロレンズ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂを形成する。この時、第１及び第２犠牲マイクロレンズ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂと非感光性絶縁膜２３に対する蝕刻は１：１の蝕刻比で全面蝕刻されるようにできる。

このように、実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、感光性材質に比べて硬い材質でマイクロレンズ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂを形成することができるようになる。これによって、ウェハーバックグラインディング(back grinding)工程とソーイング(sawing)工程などでマイクロレンズにポリマーなどのパーティクルが付着する現象を防止することができるようになる。結果的に実施例よると素子の感度及び製造収率を向上させることができるようになる。

そして、図５乃至図７に示すように、犠牲マイクロレンズを分割して形成する場合には隣合うレンズの間に間隔がないギャップレス(gapless)マイクロレンズを形成することができるようになる。

実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、図７に示すマイクロレンズ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ上に保護層を形成する段階をさらに含むことができる。

また、実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、犠牲マイクロレンズを形成するにおいて、赤色犠牲マイクロレンズと緑犠牲マイクロレンズと青色犠牲マイクロレンズをそれぞれ分割して形成することもできる。この時、それぞれの犠牲マイクロレンズはすべて等しい厚さを有するように形成されることもでき、すべて他の厚さを有するように形成されることもできる。

実施例によるイメージセンサー及びその製造方法によると、素子の感度を向上させて製造収率を向上させることができる長所がある。

以上では本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例によって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。 実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。 実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。 実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。 他の実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。 他の実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。 他の実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。

符号の説明

１１ カラーフィルター層、 １３ 非感光性絶縁膜、 １１Ｒ 赤色カラーフィルター、 １１Ｇ 緑カラーフィルター、 １１Ｂ 青色カラーフィルター、 １５ 感光性膜。

Claims (16)

1. 半導体基板の上に形成されたカラーフィルター層と、
   前記カラーフィルター層上に形成されて非感光性絶縁膜で形成されたマイクロレンズと、
   を含むイメージセンサー。
2. 前記カラーフィルター層と前記マイクロレンズとの間で形成された平坦化層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ー。
3. 前記マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第１マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす赤色/青色カラーフィルターの上に形成された第２マイクロレンズを含んで、前記第１マイクロレンズと前記第２マイクロレンズがお互いに違う厚さを有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
4. 前記マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす赤色カラーフィルターの上に形成された第１マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第２マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす青色カラーフィルターの上に形成された第３マイクロレンズを含んで、前記第１、第２、第３マイクロレンズはすべて等しい厚さを有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
5. 前記マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす赤色カラーフィルターの上に形成された第１マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第２マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす青色カラーフィルターの上に形成された第３マイクロレンズを含んで、前記第１、第２、第３マイクロレンズはお互いに違う厚さを有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
6. 前記マイクロレンズの上に形成された保護層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ー。
7. 前記保護層は、ＬＴＯ層またはＳＯＧ層のうちで少なくとも一つで形成されたことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサー。
8. カラーフィルター層上に非感光性絶縁膜を形成する段階と、
   前記非感光性絶縁膜の上に感光性膜を形成する段階と、
   前記感光性膜をパターニングして犠牲マイクロレンズを形成する段階と、
   前記犠牲マイクロレンズ及び前記非感光性絶縁膜を蝕刻して、前記非感光性絶縁膜でなされたマイクロレンズを形成する段階と、
   を含むことを特徴とするイメージセンサーの製造方法。
9. 前記カラーフィルター層と前記非感光性絶縁膜との間に平坦化層を形成する段階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ーの製造方法。
10. 前記マイクロレンズは、隣合うレンズの間に間隔がない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ーの製造方法。
11. 前記犠牲マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第１犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす赤色/青色カラーフィルターの上に形成された第２犠牲マイクロレンズを含んで、前記第１犠牲マイクロレンズと前記第２犠牲マイクロレンズがお互いに違う厚さ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ーの製造方法。
12. 前記犠牲マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす赤色カラーフィルターの上に形成された第１犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第２犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす青色カラーフィルターの上に形成された第３犠牲マイクロレンズを含んで、前記第１、第２、第３犠牲マイクロレンズはすべて等しい厚さ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ーの製造方法。
13. 前記犠牲マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす赤色カラーフィルターの上に形成された第１犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第２犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす青色カラーフィルターの上に形成された第３犠牲マイクロレンズを含んで、前記第１、第２、第３犠牲マイクロレンズはお互いに違う厚さ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ーの製造方法。
14. 前記マイクロレンズの上に保護層を形成する段階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ーの製造方法。
15. 前記保護層は、ＬＴＯ層またはＳＯＧ層のうちで少なくとも一つで形成されることを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサーの製造方法。
16. 前記犠牲マイクロレンズ及び前記非感光性絶縁膜に対する蝕刻は、前記犠牲マイクロレンズと前記非感光性絶縁膜に対して１：１の蝕刻比で全面蝕刻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ーの製造方法。

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