JP2006229206A

JP2006229206A - 向上された感度を有するイメージセンサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006229206A
Application number: JP2006008977A
Authority: JP
Inventors: 泰錫 ▲呉▼; Tae Seok Oh; Duk-Min Yi; 悳▲ミン▼ 李; June-Taeg Lee; 準澤李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】向上された感度を有するイメージセンサ及びその製造方法が開示される。
【解決手段】向上された感度を有するイメージセンサ及びその製造方法において、前記イメージセンサは、アクティブピクセル領域及び周辺回路領域を有する基板、基板上に形成されたレンズ及び複数の層間絶縁膜に形成された開口部を通じて光の提供を受けるように配列される各フォトダイオードを含み、前記アクティブピクセル領域内に位置する複数の光変換素子、及び前記光変換素子と電気的に連結される複数の配線を含み、前記レンズと光変換素子間の距離が前記基板と周辺回路領域内の最上部層間絶縁膜の距離より短い。
【選択図】図２

Description

本発明はイメージセンサの構造及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は銅配線及び向上された感度を有するイメージセンサ及びその製造方法に関する。

半導体イメージセンシング装置は、デジタルカメラ、カムコーダー、プリンター、スキャナーのような多様な電子製品でイメージを獲得するために広く使用されている。前記半導体イメージセンシング装置は光学情報を捕獲して、前記光学情報を電気的信号に変換した後、処理及び保存するか、これとは異なり、前記捕獲されたイメージが投影された結果物を調節してディスプレイするか、印刷するようにするイメージセンサを含む。前記イメージセンシング装置のうち、２種類のタイプ、即ち、電荷結合素子（ＣＣＤ）タイプ及びＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）タイプが広く使用されている。前記ＣＣＤセンサは、少ないノイズと装置の均一性を有して動作されるが、一般的にＣＩＳに対して電力消耗が高く、動作速度が遅い。集積されたカメラを有する携帯電話のように携帯用電子製品で前記イメージセンサを使用する場合には、前記低いパワー消耗及び高速動作能力が非常に重要な要素として作用する。従って、前記ＣＩＳは前記ＣＣＤより前記携帯用電子製品に採用するにより適合である。ＰＤＡや携帯電話のような電子製品は、漸次携帯用にされており、前記電子製品内にはより多くの機能が含まれている。これによって、前記イメージセンシング用装置のサイズはより小さくなり、内部に含まれる配線の数は増加している。

アルミニウムは集積回路内の電気的連結のための配線を形成するための金属であって、伝統的に集積回路に広く使用されてきた。しかし、一般的にデザインルールやパターンの厚さが０．１３μｍ以下である半導体装置では、アルミニウム配線を形成することが容易ではない。前記のようにデザインルールやパターンの厚さが０．１３μｍ以下である半導体装置では、アルミニウムを代替して銅が使用される。前記銅は、アルミニウム合金の抵抗、約３．２μΩｃｍ、タングステンの抵抗、約１５μΩｃｍより低い程度である約０．７μΩｃｍの抵抗を有するので、連結配線に使用されるに非常に適合である。又、前記銅は前記アルミニウム合金に対して高い信頼性を有する。又、銅配線の信号遅延（ＲＣｄｅｌａｙ）がアルミニウム合金のような金属物質で形成される配線に対して短い。前記のような良好な伝導性及び短い信号遅延は電気的に連結される素子間の混色を減少させることができる。簡単に言うと、前記連結配線として銅を使用することによって、半導体装置の全般的な性能を向上させることができる。しかし、前記銅原子は、周辺物質、例えば、層間絶縁膜に容易に拡散される傾向があって、下部のトランジスタ又は他の素子に電気的に悪影響を及ぼす虞がある。

ＬＥＥ等によって発明された特許文献１は、ＣＩＳ型のイメージセンサ装置で銅配線を使用することを開示している。これは、周辺物質に金属が拡散されることを防止するために、拡散障壁膜を使用することを開示している。以下では、前記特許文献１の内容を参照して記載する。

図１は、従来の銅配線を有するＣＩＳ構造を示す。

図１を参照すると、光変換素子５２は、それぞれに対応する光経路８８、カラーフィルター９２、及びレンズ９６を通じて提供される光信号を捕獲するために使用される。配線及びコンタクト５８、５９、６４、７１、７２、７８、８０は銅で形成される。エッチング阻止膜５６、６０、６２、６７、６９、７４、７６は銅の拡散を防止するために使用される。通常に、エッチング阻止膜は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）又はＳｉＣで形成される。しかし、前記エッチング阻止膜を形成する物質は不透明なので、光経路部位で除去されていないと、前記エッチング阻止膜を形成する物質が前記光信号の経路を妨害することになる。層間絶縁膜６１、６８、７７は、前記拡散障壁膜の間に挿入される。又、前記層間絶縁膜は前記光信号を屈折させるか反射させるので、前記光経路部位には前記層間絶縁膜が除去されている。前記光経路に提供される開口部位には、ギャップ埋立物質で満たされている。前記ギャップ埋立物質がたとえ光学的に透明な物質で使用されても、前記ギャップ埋立物質が相当に厚く形成されるので、前記ギャップ埋立物質は前記光信号が前記光変換素子に到達することを妨害する。
米国特許第６,８６１,６８６号明細書

従って、本発明の目的は、光感度向上、混色抑制、及びズーム機能が容易な新規の構造を有するイメージセンサを提供することにある。

本発明の他の目的は、前記したイメージセンサを製造するに適合なイメージセンサの製造方法を提供することにある。

本発明の一実施例によるイメージセンサ装置を形成する方法として、アクティブピクセル領域及び周辺回路領域を有する基板を提供する段階、前記アクティブピクセル領域内に複数の光変換素子を配置する段階、前記アクティブピクセル領域及び周辺回路領域内に複数のトランジスタを形成する段階、前記基板上に複数の層間絶縁膜及び隣接する前記層間絶縁膜の間にそれぞれエッチング阻止膜を形成する段階、前記層間絶縁膜内にそれぞれの光変換素子と電気的に連結される配線を形成する段階、複数の層間絶縁膜をエッチングしてアクティブピクセル領域にリセスを形成する段階、前記光変換素子に向かう光経路を形成するために、前記残留している複数の層間絶縁膜を貫通する開口部を形成する段階、前記開口部の内部を透明な物質で満たす段階、及び前記開口部上にカラーフィルター及びレンズを形成する段階を行うが、前記光変換素子からレンズまでの光経路の距離が前記周辺領域に形成された層間絶縁膜の最上部から基板までの距離より短くなるように形成する。

本発明の他の実施例によるイメージセンサ装置の形成方法として、基板内に配置される複数の光変換素子を有するアクティブピクセル領域を形成する段階、前記アクティブピクセル領域内にそれぞれの光変換素子と電気的に連結される複数のトランジスタを形成する段階、前記基板上に第１層間絶縁膜を形成する段階、前記第１層間絶縁膜を貫通する第１金属コンタクトを形成する段階、前記第１層間絶縁膜上に第１エッチング阻止膜を形成する段階、前記第１エッチング阻止膜上に第２層間絶縁膜を形成する段階、前記第２層間絶縁膜を貫通して前記第１金属コンタクトと電気的に連結される第１配線を形成する段階、前記第２層間絶縁膜上に第２エッチング阻止膜を形成する段階、前記第２エッチング阻止膜上に第３層間絶縁膜、第３エッチング阻止膜、及び第４層間絶縁膜を形成する段階、前記第３層間絶縁膜を貫通する第２配線を形成する段階、第４エッチング阻止膜を形成する段階、前記第４エッチング阻止膜上に順次に第５層間絶縁膜、第５エッチング阻止膜、及び第６層間絶縁膜を形成する段階、第３及び第４配線を形成する段階、第６層間絶縁膜、第６エッチング阻止膜、第７層間絶縁膜、第７エッチング阻止膜、第８層間絶縁膜、及び保護膜を順次に形成する段階、前記アクティブピクセル領域を露出する第１フォトレジストパターンを形成する段階、予備リセス領域を形成するために順次に保護膜、第８層間絶縁膜、第７エッチング阻止膜、第７層間絶縁膜、第６エッチング阻止膜、第６層間絶縁膜、及び第５層間絶縁膜の少なくとも一部分をエッチングする段階、前記第４エッチング阻止膜が露出されるように前記残留している第５層間絶縁膜をエッチングする段階、前記第１フォトレジストパターンを除去する段階、前記光変換素子と相応する開口部を形成するための第２フォトレジストパターンを形成する段階、前記アクティブピクセル領域の層間絶縁構造物をエッチングすることによって開口部を形成する段階、前記第２フォトレジストを除去する段階、透明埋立物を蒸着する段階、カラーフィルターを形成する段階、前記カラーフィルター上に平坦化膜を形成する段階、及び前記平坦化膜上に複数のレンズを形成する段階を行う。

本発明の一実施例によると、前記第５層間絶縁膜は、隣接する他の層間絶縁膜に対して約１．５〜３倍厚い。前記層間絶縁膜は、透明な物質で形成されることができる。前記埋立物は、前記層間絶縁膜より高い屈折率を有することができ、レジン又は流動性酸化膜で形成されることができ、前記光転換素子と直接的に接触することができる。前記平坦化膜は、約０．２μｍ〜０．６μｍの厚さを有することができる。前記層間絶縁膜は、前記第１層間絶縁膜を除いては、実質的に同じ厚さを有することができる。前記配線は銅で形成されることができる。前記基板はシリコン又はＳＯＩ基板であり得る。前記方法において、前記埋立物と前記カラーフィルターとの間にもう一つの平坦化膜を更に含むことができる。

本発明の他の実施例によるイメージセンサ装置は、アクティブピクセル領域及び前記アクティブピクセル領域を囲むように周辺回路領域を有する基板、前記アクティブピクセル領域内に、レンズ及び基板上に位置される層間絶縁膜の間に形成される開口部を通じて透過される光を受得するように、それぞれのフォトダイオードが配置されている複数の光転換素子、アクティブピクセル領域内に配置されている前記光転換素子と電気的に連結される複数の配線を含み、前記レンズと光転換素子との距離が、前記周辺回路領域内の最上層層間絶縁膜と基板との距離より短く形成される。

前記イメージセンサ装置において、前記配線は銅で形成されることができる。又、前記イメージセンサ装置には前記レンズと前記光転換素子との間にカラーフィルターが更に含まれることができる。

本発明の更に他の実施例によるイメージセンサ装置として、基板に配置された複数の光変換素子を有するアクティブピクセル領域、前記基板上に形成された第１層間絶縁膜、前記第１層間絶縁膜を貫通して形成された第１金属コンタクト、前記第１層間絶縁膜上に形成された第１エッチング阻止膜、前記第１エッチング阻止膜上に形成された第２層間絶縁膜、前記第２層間絶縁膜を貫通して、前記第１金属コンタクトと電気的に接続する第１配線、前記第２層間絶縁膜上に形成された第２エッチング阻止膜、前記第２エッチング阻止膜上に形成された第３層間絶縁膜、第３エッチング阻止膜、及び第４層間絶縁膜、前記第３層間絶縁膜を貫通して形成された第２配線、前記第４層間絶縁膜上に形成された第４エッチング阻止膜、前記アクティブピクセル領域と隣接するように配置され、前記アクティブピクセル領域に対して少なくとも２層の追加層間絶縁膜及び追加層間絶縁膜間に挿入されているエッチング阻止膜を含む周辺回路領域、前記光転換素子上に具備される複数の開口部が形成されており、前記開口部内に埋め立てられている光学的に透明な埋立物、前記開口部上に配置される複数のカラーフィルター、前記カラーフィルター間に形成される平坦化膜、及び前記平坦化膜上に形成される複数のレンズを含む。

前記イメージセンサ装置は、フォトダイオードに入射される光の光経路が短縮されセンシング感度が向上される。又、前記工程によってイメージセンサ装置を形成する場合、フォトダイオードにアタックが加わることを最小化することで、イメージセンサ装置の動作不良発生を最小化することができる。

以下では、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

本発明の実施例において、イメージセンサ装置は図２に開示されている。前記イメージセンサ装置はＣＩＳ型であるものが好ましく、前記イメージセンサ装置が形成される基板は、アクティブピクセル領域及び周辺回路領域に分けられている。光変換素子及び配線、カラーフィルター、及びレンズ組立体は、アクティブピクセル領域内に配置される。周辺配線、コンタクト、素子分離領域、及び回路パッドは、周辺回路領域内に形成される。

前記光変換素子１０６は、基板のアクティブピクセル領域内に形成される。第１層間絶縁膜１０４は、基板上に形成される。第１コンタクト１０２は、前記第１層間絶縁膜１０４内で前記光変換素子１０６と隣接して形成される。前記アクティブピクセル領域の層間絶縁膜構造物２００は、第１、第２、第３、及び第４エッチング阻止膜、又は拡散障壁膜１０８、１１６、１２０、１３２を含み、前記膜はそれぞれ隣接する層間絶縁膜１１０、１１８、１２４の間に形成される。

前記アクティブピクセル領域の前記層間絶縁膜構造物内に配置される配線１１４、１２８、１３０は、第１コンタクトとそれぞれ連結される。配線１３０は、１つ又は２つの部分を有する構造でも良い。前記コンタクト及び配線は、好ましくは、銅で形成されることができる。又、バリヤー金属１１２、１２６ａ、１２６ｂは、それぞれの配線１１４、１２８、１３０の周囲に形成され、層間絶縁膜１１０、１１８、１２４内に銅原子が拡散されることを防止する。又、前記イメージセンサ装置は、第２平坦化膜１８６上に形成されるマイクロレンズ１８８を含み、前記マイクロレンズ１８８上には、カラーフィルター１８４が形成される。前記カラーフィルター１８４は、第１平坦化膜１８２上に形成される。開口部２８０は、光変換素子１０６及びマイクロレンズ１８８と相応するように形成されている。本実施例によると、好ましくは、前記開口部１８０の底部位と前記光変換素子１０６は離隔されている。光変換素子１０６は、光信号又はエネルギーを受得して、前記光信号を電気的な信号に変換させる装置である。フォトダイオード及びフォトゲートは、前記光変換素子１０６として使用されることができる。

周辺回路領域の層間絶縁膜構造物２０２は、第１部分２０２ａ及び第２部分２０２ｂを含む。前記第１部分２０２ａは、第２コンタクト１２９及び第２配線１３１を含み、前記第２コンタクト１２９及び第２配線１３１には、前記第３層間絶縁膜１１８及び第４層間絶縁膜１２４内に銅原子が拡散されることを防止するためのバリヤー金属膜１２７ａ、１２７ｂが形成される。前記第２部分２０２ｂは、第３コンタクト１４２及び第３配線１４４、第４コンタクト１５６及び第４配線１５８を含む。前記構造は、それぞれの前記第５、第６、第７、及び第８層間絶縁膜１３４ａ、１３８ａ、１４８ａ、１５２ａ内に銅原子の拡散を防止するためのバリヤー金属膜１４０ａ、１４０ｂ、１５４ａ、１５４ｂが内部にそれぞれ形成されている。前記第５、第６、及び第７エッチング阻止膜１３６ａ、１４６ａ、１５０ａは隣接する層間絶縁膜間に形成される。

パッド１６４は保護膜１６０ａの上部に形成され、前記保護膜１６０ａは第８層間絶縁膜１５２ａ上に形成される。コンタクトホール１６２は、パッド１６４の下に位置する保護膜１６０ａ間に形成される。下部配線１０３は、下部配線パターン１０３ａ及び下部配線プラグ１０３ｂを含み、周辺回路領域に形成される。本発明では、イメージセンサ装置で銅配線を使用する方法を提供しているので、イメージセンサ装置の製造でデザインルール又はパターンの厚さを０．１３μｍより薄くすることができる。前記エッチング阻止膜は、好ましくはシリコン窒化物又はＳｉＣを使用して形成することができる。又、マイクロレンズ１８８及び光転換素子１０６間の距離は前記基板１００の表面と層間絶縁膜の最上部との距離より短く形成する。従って、光経路に提供される膜の厚さが減少され感度が向上される。

図３乃至図１２は、図２に図示されたイメージセンサ装置の形成方法を説明するための断面図である。

図３を参照すると、シャロートレンチ素子分離領域１０１は、基板１００内に形成される。複数の光変換素子１０６は、基板１００のアクティブピクセル領域内に形成される。複数のトランジスタ（図示せず）は、周辺回路領域及びアクティブピクセル領域内に形成される。第１層間絶縁膜１０４は基板１００上に形成される。前記第１層間絶縁膜１０４は、シリコン酸化物のような透明な材質からなる。前記第１層間絶縁膜１０４は、フォトレジスト物質のコーティング及び現像等を行ってマスクパターンを形成して、これを使用して絶縁物質を除去する通常的な方法でパターニングされる。前記絶縁物質は、プラズマエッチング又は反応性イオンエッチングのようなエッチング工程によって除去される。第１コンタクト１０２は、エッチング及び金属物質の蒸着工程を通じて前記第１層間絶縁膜１０４内に形成される。前記金属物質は、チタニウム、タングステン、又は銅であり得る。前記金属物質は、電気鍍金、無電解鍍金、化学気相蒸着、物理気相蒸着、又はこれらを混合した方法によって蒸着されることができる。前記金属を使用する場合、バリヤー金属膜が形成されることが好ましい。下部配線パターン１０３ａ及び下部配線プラグ１０３ｂを含む下部構造１０３は、周辺回路領域の第１層間絶縁膜１０４内に形成される。

図４を参照すると、第１エッチング阻止膜１０８は、第１層間絶縁膜１０４を十分に覆うように形成される。前記エッチング阻止膜１０８は、前記第１層間絶縁膜１０４内に銅が拡散されることを防止するための拡散障壁膜として機能する。前記第１エッチング阻止膜１０８は、シリコン窒化物又はＳｉＣで形成されることができる。しかし、前記ＳｉＣには窒素又は酸素が更に含まれることができ、前記シリコン窒化物には酸素が更に含まれることができる。前記第１エッチング阻止膜１０８の厚さは約２００Å〜１０００Åに形成し、好ましくは、約３００Å〜７００Åに形成する。次に、前記第１層間絶縁膜１０４を覆うように第２層間絶縁膜１１０を形成する。前記第２層間絶縁膜１１０は、ＳｉＯ_２又は流動性酸化物のような低誘電物質で形成されることができる。複数の第１配線１１４は、アクティブピクセル領域上の第２層間絶縁膜１１０に形成される。前記第１配線１１４は銅で形成され、通常のダマシン技術で形成される。第１バリヤー膜１１２は、前記第１配線１１４を囲むように形成され、前記銅の拡散を防止する。前記第１バリヤー膜１１２として使用される物質としては、チタニウム、チタニウム窒化物、又はこれらの混合物が挙げられ、通常のスパッタリング方法によって形成されることができる。第２エッチング阻止膜１１６は、第２層間絶縁膜１１０上に形成される。前記第２エッチング阻止膜１１６は、シリコン窒化物又はＳｉＣで形成されることができる。

図５を参照すると、第３層間絶縁膜１１８は、前記第２エッチング阻止膜１１６上に形成され、第３エッチング阻止膜１２０は前記第３層間絶縁膜１１８上に形成され、第４層間絶縁膜１２４は前記第３エッチング阻止膜１２０上に形成される。前記アクティブピクセル領域内の第２コンタクト１２８と前記周辺回路領域内の第２コンタクト１２９は、前記第３層間絶縁膜１１８内に形成され、前記アクティブピクセル領域内の第２バリヤー膜１２６ａと前記周辺回路領域内の第２バリヤー膜１２７ａは、前記コンタクトの外壁を囲むように形成される。同様に、前記アクティブピクセル領域内の第２配線１３０及び前記周辺回路領域内の第２配線１３１は、その外壁を囲む形状の第２バリヤー金属膜１２６ｂ、１２７ｂを有し、前記第４層間絶縁膜１２４内に形成される。前記コンタクト１２８、１２９と配線１３０、１３１は互いに連結されている。前記コンタクト及び配線１２８、１２９、１３０、１３１は銅で形成されることができる。

前記コンタクト及び配線１２８、１２９、１３０、１３１の形成は、まず、前記層間絶縁膜及びエッチング阻止膜をそれぞれエッチングして第１ダミーホール及びトレンチ（図示せず）を形成した後、通常のダマシン工程を行うことで達成されることができる。前記銅配線は、スパッタリングによってシード銅をまず形成した後に電気鍍金によって形成されることができる。他の方法として、非電解鍍金、化学気相蒸着工程、物理気相蒸着工程、及びこれらを混合した工程を使用して銅を形成することができる。前記第２バリヤー膜１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａ、１２７ｂは、チタニウム、チタニウム窒化膜、又はこれらを混合して形成することができ、銅の拡散を防止するために提供される。第４エッチング阻止膜１３２は第４層間絶縁膜１２４の上部面に形成される。

図６を参照すると、前記第４エッチング阻止膜１３２上に第５層間絶縁膜１３４、第５エッチング阻止膜１３６、及び第６層間絶縁膜１３８が順次に蒸着される。第３コンタクト１４２は周辺回路領域の第５層間絶縁膜１３４に形成され、配線１４４は前記第６層間絶縁膜１３８に形成される。この際、前記配線１４４は第３コンタクト１４２上に位置して、前記第３コンタクト１４２と電気的に連結されるように形成する。第４コンタクト１５６は周辺回路領域の第７層間絶縁膜１４８に形成され、配線１５８は前記第８層間絶縁膜１５２に形成される。この際、前記配線１５８は前記第４コンタクト１５６上に位置して、前記第４コンタクト１５６と電気的に連結されるように形成する。即ち、前記コンタクト１４２、１５６及び配線１４４、１５８は互いに電気的に連結される。第３バリヤー膜１４０ａ、１４０ｂは、第３コンタクト１４２及び第４配線１５８をそれぞれ覆うように形成される。第４バリヤー膜１５４ａ、１５４ｂは、前記第４コンタクト１５６及び第４配線１５８をそれぞれ覆うように形成される。保護膜１６０は、前記第８層間絶縁膜１５２上に形成される。図２の実施例のように、前記第５層間絶縁膜１３４は、他の層間絶縁膜に対して約１．５〜３倍厚く形成される。

図７を参照すると、コンタクトホール１６２は、パッド１６４及び第４配線１５８と連結されるように形成される。前記パッド１６４を形成するための方法の一つとして、リソグラフィ工程が挙げられる。前記パッド１６４は、アルミニウムのような金属からなることが好ましい。

図８を参照すると、第１フォトレジストパターン１６６は、前記アクティブピクセル領域を露出するようにパッド１６４の周辺及び上部に形成される。部分的なエッチング工程を通じて前記アクティブピクセル領域に予備リセス領域１６８を形成する。前記部分的エッチング工程は、保護膜１６０、第８層間絶縁膜１５２、第７エッチング阻止膜１５０、第７層間絶縁膜１４８、第６エッチング阻止膜１４６、第６層間絶縁膜１３６、及び第５層間絶縁膜１３４の一部分を順次にエッチングすることによって行われる。好ましくは、前記薄膜１６０ａ、１６２ａ、１５０ａ、１４８ａ、１４６ａ、１３８ａ、１３６ａ、１３４ａのエッチングによって形成された前記予備リセス領域１６８内には、傾斜する側壁が生成されることができる。前記傾斜する側壁は、工程段階を行った結果として容易に形成されることができる。

図９を参照すると、残留する第５層間絶縁膜１３４をエッチングすることによって、側壁傾斜を有するリセス領域１７０を形成する。前記リセス領域１７０は、前記アクティブピクセル領域内に前記第４エッチング阻止膜１３２が露出される第１開口部を提供する。前記第４エッチング阻止膜１３２は、前記第５層間絶縁膜１３４と約１：１０〜１：１５の高選択比を有するエッチング条件を満足する。前記第５層間絶縁膜１３４が流動性酸化物で、第４エッチング阻止膜１３２はシリコン窒化物である場合、Ｃ_４Ｆ_８、アルゴン、酸素、又はこれらを混合したエッチングガスでエッチングすることによって、前記エッチング選択比を有するように調節することができる。次に、前記第１フォトレジストパターン１６６を除去する。

図１０を参照すると、第２フォトレジストパターン１７６は、前記周辺回路領域及び前記配線及びコンタクトが形成されているアクティブピクセル領域に選択的に形成され、前記光変換素子１０６上の領域には形成されないようにする。次に、前記アクティブピクセル領域の層間絶縁構造物をエッチングすることによって、前記光変換素子１０６上に第２開口部１７８が形成される。前記第１層間絶縁膜１０４によって、前記第２開口部１７８の底面と前記光変換素子１０６は互いに分離されているので、前記第２開口部１７８の底面と光変換素子は互いに離隔されている。次に、前記第２フォトレジストパターン１７６を除去する。

図１１を参照すると、透明埋立物１８０を前記第２開口部１７８内に蒸着する。前記透明埋立物１８０は、他の層間絶縁膜より高い屈折率を有するようにして、前記外部から提供される光の消耗を防止して、隣接ピクセルに光が透過することを防止することが好ましい。例えば、前記第５層間絶縁膜１３４が流動性酸化物で形成される場合に約１．４の屈折率を有し、前記透明埋立物１８０は１．４以上の屈折率を有する物質で形成される。前記透明埋立物１８０としては、レジン又は流動性酸化物を使用することができる。

図１２を参照すると、第１平坦化膜１８２は、透明埋立物１８０及び第４エッチング阻止膜１３２上に形成される。前記第１平坦化膜１８２は、０．２〜０．６μｍの厚さを有することができる。

図２を参照すると、前記第１平坦化膜１８２上に、例えば、赤色、青色、又は緑色を含むフォトレジスト物質で形成されるカラーフィルター１８４を形成する。第２平坦化膜１８６は、前記カラーフィルター１８４上に形成される。レンズ１８８は、前記第２平坦化膜１８４上に形成される。前記レンズ１８８は、レンズに入射される光信号を増加させ、前記光信号がカラーフィルター１８４及び前記光変換素子１０６に向かう光経路を通じて誘導されるようにするために、好ましくは凸形状を有する。前記光信号は前記光変換素子１０６に提供され、電気的信号に変換される。

前述したように、前記レンズ１８８から前記光変換素子１０６までの光信号の移動距離がイメージセンサ装置のパッド１６４の上部面と基板１００との間の厚さ又は距離に対して減少される。前記工程によると、混色が減少されることで高い感度を有し、デザインルールが０．１３μｍ以下に高集積化されたイメージセンサ装置を形成することができる。

図１３は、本発明の他の実施例を示す。本実施例は、第５層間絶縁膜２５０ａの厚さを除いては、図２と同じ工程で構成される。

本実施例において、前記第５層間絶縁膜２５０ａは、他の層間絶縁膜１１０、１１８、１２４、１３８ａ、１４８ａ、１５２ａと実質的に同じ厚さを有する。

図１４乃至図１６は、図１３に図示された装置を形成する方法を説明するための断面図である。前記第５層間絶縁膜の厚さを除いては、前記層間絶縁膜構造物、エッチング阻止膜、及びパッドを形成する工程が前記図２に図示された実施例を形成する工程と同じである。

図１４を参照すると、第１予備リセス領域２５２は、前記保護膜１６０及び第８層間絶縁膜１５２ａのエッチングによって形成される。

図１５を参照すると、前記第７エッチング阻止膜１５０ａをエッチングして第２予備リセス領域２５４を形成する。

図１６を参照すると、前記残留第５層間絶縁膜２５０ａをエッチングしてリセス領域１７０を形成する。この際、前記リセス領域１７０は、前記アクティブピクセル領域内の第４エッチング阻止膜１３２が露出させる開口部を提供する。図２と比較する時、前記第５層間絶縁膜２５０ａの厚さが減少されることによって、レンズから光転換素子までの光経路の全体的な厚さがより減少される。

図１７は、本発明の他の実施例を示す。具体的に、図２及び図１３の実施例と比較する時、前記カラーフィルター１８４の位置が変化される。本実施例では、第１平坦化膜を形成する工程が含まれない。

図１８は、図１７に図示された装置を形成する方法を示す。具体的に、前記カラーフィルター１８４は、前記透明埋立物１８０及び第４エッチング阻止膜１３２上に直接接触するように形成される。

図１９は、本発明の更に他の実施例を示す。本実施例において、前記アクティブピクセル領域の前記層間絶縁膜構造物は、図２、図１３、及び図１７の実施例の形状と異なる。具体的に、前記アクティブピクセル領域の層間絶縁膜構造物２１０は、第１、第２、第３、第４、及び第５エッチング阻止膜１０８、１１６、１２０、１３２、１３６、及び第２、第３、第４、第５、第６層間絶縁膜１１０、１１８、１２４、２５０、１３８を含む。

図２０及び図２１は、図１５に図示された装置を形成する方法を示す。具体的に、図２０は保護膜及びアクティブピクセル領域の層間絶縁膜構造物の一部分をエッチングして予備リセス領域３１０を形成することを示す。図２１を参照すると、前記光変換素子１０６のそれぞれに相応する上部を露出する第２フォトレジストパターン１７６を形成する。以後、前記アクティブピクセル領域の層間絶縁構造物２１０をエッチングすることによって第２開口部３００を形成する。前記層間絶縁構造物２１０は、コンタクト及び配線を含む。前記第１層間絶縁膜１０４によって前記第２開口部３００を底面及び前記光転換素子が互いに分離される。次に、前記第２フォトレジストパターン１７６を除去する。

図２２は、本発明の更に他の実施例を示す。本実施例は、前記第２開口部３５０の底面と前記光転換素子間の距離を除いては、図２、図１３、図１７、及び図１９の実施例と類似である。本実施例において、第２開口部の底面は互いに対向する光転換素子１０６を直接的に接触する。

図２３は、図２２による装置を形成する方法を示す。具体的に、図２２は、前記光転換素子１０６と露出されるように前記アクティブピクセル領域の層間絶縁構造物をエッチングする。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、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。

従来のイメージセンサ装置の断面図である。本発明の一実施例によるイメージセンサ装置の断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。図２に図示されたイメージセンサ装置の形成を説明するための断面図である。本発明の他の実施例によるイメージセンサ装置の断面図である。図１３に図示されたイメージセンサ装置の形成方法を説明するための断面図である。図１３に図示されたイメージセンサ装置の形成方法を説明するための断面図である。図１３に図示されたイメージセンサ装置の形成方法を説明するための断面図である。本発明の更に他の実施例によるイメージセンサ装置の断面図である。図１７に図示されたイメージセンサ装置の形成方法を説明するための断面図である。本発明の更に他の実施例によるイメージセンサの断面図である。図１９に図示されたイメージセンサ装置の形成方法を説明するための断面図である。図１９に図示されたイメージセンサ装置の形成方法を説明するための断面図である。本発明の更に他の実施例によるイメージセンサの断面図である。図２２に図示されたイメージセンサ装置の形成方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１０２第１コンタクト
１０４第１層間絶縁膜
１０６光変換素子
１１８第３層間絶縁膜
１２９第２コンタクト
１３０配線
１３１第２配線
１４２第３コンタクト
１８４カラーフィルター
１８６第２平坦化膜
１８８マイクロレンズ
２００層間絶縁膜構造物
２８０開口

Claims

アクティブピクセル領域及び周辺回路領域を有する基板を提供する段階と、
前記アクティブピクセル領域内に複数の光変換素子を配置する段階と、
前記アクティブピクセル領域及び前記周辺回路領域内に複数のトランジスタを形成する段階と、
前記基板上に複数の層間絶縁膜を、隣接する前記層間絶縁膜の間にそれぞれエッチング阻止膜を有するように形成する段階と、
前記層間絶縁膜内にそれぞれの光変換素子と電気的に連結される配線を形成する段階と、
複数の層間絶縁膜をエッチングしてアクティブピクセル領域にリセスを形成する段階と、
前記光変換素子に向かう光経路を形成するために、前記残留している複数の層間絶縁膜を貫通する開口部を形成する段階と、
前記開口部の内部を透明な物質で満たす段階と、
前記開口部上にカラーフィルター及びレンズを形成する段階と、を行うが、
前記光変換素子からレンズまでの光経路の距離が前記周辺領域に形成された層間絶縁膜の最上部から基板までの距離より短くなるように形成することを特徴とするイメージセンサの形成方法。
前記層間絶縁膜のうち、少なくとも一つは透明な物質で形成されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサの形成方法。
前記透明な物質は、前記層間絶縁膜の屈折率に対して高い屈折率を有する物質であることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサの形成方法。
前記透明な物質は、レジン及び流動性酸化膜のうち、いずれか一つで形成されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサの形成方法。
前記配線は、銅で形成されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサの形成方法。
前記配線は、バリヤー金属膜によって囲まれることを特徴とする請求項５記載のイメージセンサの形成方法。
前記透明な物質は、前記光変換素子と接触することを特徴とする請求項１記載のイメージセンサの形成方法。
前記レンズと前記光変換素子との間には少なくとも４層の層間絶縁膜が形成され、前記レンズとイメージ素子の最上層の間には少なくとも３層の追加層間絶縁膜が具備されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサの形成方法。
前記層間絶縁膜をエッチングすることによって、アクティブピクセル領域内のリセス内には、傾斜する側壁が形成されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサの形成方法。
基板内に配置された複数の光変換素子を有するアクティブピクセル領域を形成する段階と、
前記アクティブピクセル領域内にそれぞれの光変換素子と電気的に連結される複数のトランジスタを形成する段階と、
前記基板上に第１層間絶縁膜を形成する段階と、
前記第１層間絶縁膜を貫通する第１金属コンタクトを形成する段階と、
前記第１層間絶縁膜上に第１エッチング阻止膜を形成する段階と、
前記第１エッチング阻止膜上に第２層間絶縁膜を形成する段階と、
前記第２層間絶縁膜を貫通して前記第１金属コンタクトと電気的に連結される第１配線を形成する段階と、
前記第２層間絶縁膜上に第２エッチング阻止膜を形成する段階と、
前記第２エッチング阻止膜上に第３層間絶縁膜、第３エッチング阻止膜、及び第４層間絶縁膜を形成する段階と、
前記第３層間絶縁膜を貫通する第２配線を形成する段階と、
第４エッチング阻止膜を形成する段階と、
前記第３エッチング阻止膜上に順次に第５層間絶縁膜、第５エッチング阻止膜、及び第６層間絶縁膜を形成する段階と、
第３及び第４配線を形成する段階と、
前記第４エッチング阻止膜が露出されるように前記層間絶縁膜及びエッチング阻止膜をエッチングすることによって、前記アクティブピクセル領域内にリセス領域を形成する段階と、
前記光変換素子上に位置する層間絶縁膜及びエッチング阻止膜を選択的にエッチングすることによって、前記光変換素子と対応する開口部を形成する段階と、
前記開口部の内部に透明埋立物を蒸着する段階と、
カラーフィルターを形成する段階と、
前記カラーフィルター上に平坦化膜を形成する段階と、
前記平坦化膜上に複数の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の製造方法。
前記第５層間絶縁膜は、隣接する他の層間絶縁膜より１．５〜３倍厚いことを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記第１層間絶縁膜は、透明な物質で形成されることを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記埋立物は、前記層間絶縁膜より高い屈折率を有することを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記埋立物は、レジン及び流動性酸化膜のうち、いずれか一つで形成されることを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記第１平坦化膜は、０．２μｍ〜０．６μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記層間絶縁膜は、前記第１層間絶縁膜を除いて実質的に同じ厚さを有することを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記埋立物及びカラーフィルターの間に平坦化膜を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記配線は、銅で形成されることを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記配線は、バリヤー金属膜によって囲まれることを特徴とする請求項１８記載のイメージセンサの製造方法。
前記埋立物は、前記光変換素子と接触することを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記基板は、シリコン又はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で形成されることを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
前記リセス領域を形成する段階でリセスの側壁傾斜を共に形成することを特徴とする請求項１０記載のイメージセンサの製造方法。
アクティブピクセル領域及び周辺回路領域を有する基板と、
基板上に形成されたレンズと、複数の層間絶縁膜に形成された開口部とを通じて光の提供を受けるように配列される各フォトダイオードを含み、前記アクティブピクセル領域内に位置する複数の光変換素子と、
前記光変換素子と電気的に連結される複数の配線と、を含み、
前記レンズと光変換素子との間の距離が前記基板と周辺回路領域内の最上部層間絶縁膜の距離より短いことを特徴とするイメージセンサ。
前記配線は、銅で形成されることを特徴とする請求項２３記載のイメージセンサ。
前記それぞれの配線は、バリヤー金属膜によって囲まれていることを特徴とする請求項２４記載のイメージセンサ。
前記レンズ及び光変換素子との間に配置されたカラーフィルターを更に含むことを特徴とする請求項２３記載のイメージセンサ。
前記レンズ及び光変換素子の間には前記層間絶縁膜のうち、少なくとも４つの層が具備され、前記レンズとイメージ素子の最上部の間には少なくとも３層の追加層間絶縁膜が具備されることを特徴とする請求項２３記載のイメージセンサ。
前記開口部は、光学的に透明な埋立物で満たされることを特徴とする請求項２３記載のイメージセンサ。
前記開口部内の光学的に透明な埋立物は、前記光変換素子と直接的に接触することを特徴とする請求項２８記載のイメージセンサ。
前記層間絶縁膜のうち、少なくとも一つの膜は前記層間絶縁膜の残り膜に対して厚く形成されることを特徴とする請求項２３記載のイメージセンサ。
基板に配置された複数の光変換素子を有するアクティブピクセル領域と、
前記基板上に形成された第１層間絶縁膜と、
前記第１層間絶縁膜を貫通して形成された第１金属コンタクトと、
前記第１層間絶縁膜上に形成された第１エッチング阻止膜と、
前記第１エッチング阻止膜上に形成された第２層間絶縁膜と、
前記第２層間絶縁膜を貫通して、前記第１金属コンタクトと電気的に接続する第１配線と、
前記第２層間絶縁膜上に形成された第２エッチング阻止膜と、
前記第２エッチング阻止膜上に形成された第３層間絶縁膜、第３エッチング阻止膜、及び第４層間絶縁膜と、
前記第３層間絶縁膜を貫通して形成された第２配線と、
前記第４層間絶縁膜上に形成された第４エッチング阻止膜と、
前記アクティブピクセル領域と隣接するように配置され、前記アクティブピクセル領域に対して少なくとも２層の追加層間絶縁膜及び追加層間絶縁膜間に挿入されているエッチング阻止膜を含む周辺回路領域と、
前記光転換素子上に具備される複数の開口部が形成されており、前記開口部内に満たされた光学的に透明な埋立物と、
前記開口部上に配置される複数のカラーフィルターと、
前記カラーフィルター間に形成される平坦化膜と、
前記平坦化膜上に形成される複数のレンズと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記配線は銅で形成されることを特徴とする請求項３１記載のイメージセンサ。
前記配線のそれぞれは、バリヤー金属によって囲まれていることを特徴とする請求項３２記載のイメージセンサ。
前記開口部内に満たされた光学的に透明な埋立物は、前記光転換素子と直接的に接触されることを特徴とする請求項３１記載のイメージセンサ。
前記層間絶縁膜のうち、少なくとも一つの膜は残り層間絶縁膜より厚いことを特徴とする請求項３１記載のイメージセンサ。
前記埋立物及びカラーフィルターの間に形成された平坦化膜を更に含むことを特徴とする請求項３１記載のイメージセンサ。
前記層間絶縁膜の少なくとも一つは、透明な物質で形成されることを特徴とする請求項３１記載のイメージセンサ。
前記光学的に透明な埋立物は、前記層間絶縁膜より高い屈折率を有することを特徴とする請求項３３記載のイメージセンサ。
前記周辺回路領域で最も下に形成された前記追加層間絶縁膜は、隣接する層間絶縁膜より厚い厚さを有することを特徴とする請求項３３記載のイメージセンサ。