JP2008277800A - イメージセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】イメージセンサの製造方法を提供する。
【解決手段】イメージセンサ製造方法は、単位画素を含む半導体基板１０上に金属配線層を形成するステップと、前記金属配線層上にカラーフィルタ４０を形成するステップと、前記カラーフィルタ４０上にシードマイクロレンズ６１を形成するステップと、前記シードマイクロレンズ６１の表面を洗浄するステップと、前記シードマイクロレンズ６１上に無機物薄膜８０を蒸着して、ギャップレスのマイクロレンズ１００を形成するステップとを含む。
【選択図】図５
【解決手段】イメージセンサ製造方法は、単位画素を含む半導体基板１０上に金属配線層を形成するステップと、前記金属配線層上にカラーフィルタ４０を形成するステップと、前記カラーフィルタ４０上にシードマイクロレンズ６１を形成するステップと、前記シードマイクロレンズ６１の表面を洗浄するステップと、前記シードマイクロレンズ６１上に無機物薄膜８０を蒸着して、ギャップレスのマイクロレンズ１００を形成するステップとを含む。
【選択図】図５
Description
本発明は、イメージセンサの製造方法に関する。
イメージセンサ（Ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）は、光学的映像（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅ）を電気的信号に変換する半導体素子で、電荷結合素子（ＣＣＤ：ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ ）とＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ）イメージセンサ（ＣＩＳ）に大別される。
ＣＭＯＳイメージセンサは、単位画素内にフォトダイオードとＭＯＳトランジスタを形成、各単位画素の電気的信号を順次に検出するスイッチング方式により映像を具現する。
ＣＭＯＳイメージセンサの光感度を向上させるためにカラーフィルタ上にマイクロレンズが形成される。前記マイクロレンズは、有機感光体を露光（ｅｘｐｏｓｅ）、現像（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）の順番で行って、最終的に半球形に形成される。
本発明の目的は、無機物で形成されたマイクロレンズを含む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、本発明によるイメージセンサの製造方法は、単位画素を含む半導体基板上に金属配線層を形成するステップと、前記金属配線層上にカラーフィルタを形成するステップと、前記カラーフィルタ上にシードマイクロレンズ(seed micro lens)を形成するステップと、前記シードマイクロレンズの表面を洗浄するステップと、前記シードマイクロレンズ上に無機物薄膜を蒸着してギャップレスマイクロレンズを形成するステップと、を含む。
本発明によるイメージセンサの製造方法によれば、マイクロレンズが無機物で形成されて、パーティクル及び物理的な衝撃によるクラックなどの損傷を防止することにより、イメージセンサの品質を向上させることができる。
また、マイクロレンズを第１無機物層と第２無機物層の二重構造で形成して、ギャップレスのマイクロレンズを形成することによって、イメージセンサの光感知率を向上させることができる。
さらに、ドーム形態の第２無機物層を形成した後、表面洗浄工程を行うことで、後続の第１無機物層を形成するとき接着力が向上して、マイクロレンズの屈折率及び透過率を改善することができる。
また、前記第２無機物層に対する表面洗浄工程により有機物の残留物などが除去されて、パーティクルの残存による黒点不良などの問題を解決して、イメージセンサの収率を改善することができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態によるイメージセンサの製造方法を、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１〜図２は、実施の形態によるイメージセンサの製造工程を示す断面図である。
図１に示すように、半導体基板１０は光感知部１１を含む。
図示されてはいないが、前記半導体基板１０上には、アクティブ領域とフィルド領域を定義する素子分離膜（図示せず）が形成されている。前記半導体基板１０に形成されたそれぞれの光感知部１１は、単位画素別に形成される。前記光感知部１１は、光を受光して光電荷を生成するフォトダイオード及び前記フォトダイオードに連結され生成された光電荷を電気信号に変換するＣＭＯＳ回路を含む。
前記素子分離膜と光感知部１１を含む関連素子が形成された後、層間絶縁膜２０が半導体基板１０上に形成される。前記層間絶縁膜２０は複数の金属配線２１を含む。また、前記金属配線２１が形成された層間絶縁膜２０は、複数の層で形成される場合もある。
前記金属配線２１は、フォトダイオードに入射する光を遮らないように、意図的にレイアウト形成される。図示されてはいないが、前記金属配線２１は前記光感知部１１と電気的に連結され得る。
前記金属配線２１を含む層間絶縁膜（金属配線層）２０上にパッシベーション層３０が形成され得る。前記パッシベーション層３０は、湿気やスクラッチなどから素子を保護するためのもので、絶縁膜で形成され得る。
前記パッシベーション層３０は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜のうち何れか一つで形成され得る。または、一つ以上の層が積層された構造でも形成され得る。例えば、前記パッシベーション層３０は、ＴＥＯＳ膜が１，０００〜５，０００Åの厚さで形成され、窒化膜が１，０００〜１０，０００Åの厚さで積層された構造で形成され得る。
一方、前記パッシベーション層３０の形成を省略し、前記層間絶縁膜２０上に後続工程でカラーフィルタ４０が形成され得る。これはイメージセンサの全体的な高さに影響を与え、より薄型のイメージセンサを提供でき、さらに工程ステップの減少による費用節減の効果を提供できる。
前記パッシベーション層３０上にカラーフィルタ４０が形成される。
前記カラーフィルタ４０は、カラーイメージ具現のため３色のカラーフィルタで形成される。前記カラーフィルタ４０を構成する物質としては、染色されたフォトレジストを使用し、それぞれの単位画素ごとに一つのカラーフィルタ４０が形成され、入射する光から色を分離する。このようなカラーフィルタ４０はそれぞれ異なる色を表すもので、レッド（Ｒｅｄ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）、及びブルー（Ｂｌｕｅ）の三色からなり、隣接したカラーフィルタ４０は、互いに少しずつオーバーラップして段差を有し得る。
これを補完するために、平坦化層５０が前記カラーフィルタ４０上に形成される。後続工程で形成されるマイクロレンズは、平坦化された表面上に形成されなければならない。従って、前記カラーフィルタ４０による段差を除去するために、前記カラーフィルタ４０上に平坦化層５０が形成され得る。または、前記平坦化層５０は形成されない場合もある。
前記カラーフィルタ４０上にシードマイクロレンズを形成するために無機物層６０が形成される。
前記無機物層６０は、酸化膜、窒化膜及び窒酸化膜のような無機物質で形成され得る。例えば、前記無機物層６０は、酸化膜に約５０〜２５０℃の低温でＣＶＤ、ＰＶＤ及びＰＥＣＶＤ工程を行うことにより形成され得る。前記無機物層６０は約２，０００〜２０,０００Åの厚さで形成され得る。
図２に示すように、前記無機物層６０上にマイクロレンズマスク７１が単位画素別に形成される。
前記マイクロレンズマスク７１は、前記無機物層６０上に有機物フォトレジスト膜を塗布し、リソグラフィ工程を使用してパターニングした後、リフロー工程によってドーム形態で形成され得る。一つの単位画素に該当する前記マイクロレンズマスク７１は隣接する単位画素のマイクロレンズマスク７１と相互離隔した状態で形成され得る。
図３に示すように、前記カラーフィルタ４０上にシードマイクロレンズ６１が形成される。
前記シードマイクロレンズ６１は、前記マイクロレンズマスク７１をエッチングマスクとして、前記無機物層６０を全面エッチングすることによって形成され得る。
前記無機物層６０の全面エッチングは、前記無機物層６０と前記マイクロレンズマスク７１のエッチング比が１：１の条件で行われることによりできる。
従って、前記シードマイクロレンズ６１を形成するための前記無機物層６０のエッチングを、前記有機物フォトレジスト膜が全てエッチングされるまで行うことで、前記シードマイクロレンズ６１は隣接するシードマイクロレンズと離隔した状態で形成されることができる。すなわち、前記シードマイクロレンズ６１は単位画素別に相互離隔される。
すなわち、前記カラーフィルタ４０上に低温酸化膜からなるドーム形態のシードマイクロレンズ６１が形成される。この時、前記シードマイクロレンズ６１は隣接するシードマイクロレンズ６１と相互離隔した状態で形成されるので、マイクロレンズのマージ（ｍｅｒｇｅ）及びブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）現象が防止されて、イメージセンサの感度が低下されなくなる。
図４に示すように、前記シードマイクロレンズ６１に対する表面洗浄工程が行われる。
前記シードマイクロレンズ６１の表面洗浄工程を行う理由は、前記シードマイクロレンズ６１が形成される時、有機物フォトレジストの残留物のようなパーティクルが前記シードマイクロレンズ６１上に残っている可能性があるからである。前記フォトレジスト残留物は後続工程で前記シードマイクロレンズ６１上に蒸着される無機物層との接着力を低下させ、さらにイメージ欠陥原因（Ｄｅｆｅｃｔ ｓｏｕｒｃｅ）として作用する虞がある。
前記シードマイクロレンズ６１に対する表面洗浄工程は、塩基性溶液を使用して行われる。
前記洗浄工程は、前記シードマイクロレンズ６１を形成する酸化膜が損傷されないように行われる必要がある。
従って、前記洗浄工程は、塩基性溶解剤を利用して１０〜２００秒以内に行う。特に、前記洗浄工程は、ＮＨ４Ｆ溶液基盤の塩基性溶解剤を利用して３０〜６０秒以内に行う。それにより、前記シードマイクロレンズ６１に対する表面損傷を防止すると共に、前記フォトレジスト残留物を容易に除去できる。
さらに、前記シードマイクロレンズ６１に対する表面損傷が防止されることによって、マイクロレンズの屈折率及び反射率を改善でき、後続工程で無機物薄膜との接着力を向上させることができる。
追加的に、前記シードマイクロレンズを塩基性溶液で洗浄した後、ＤＩウォーター（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ）を使用して２次洗浄した後、乾燥工程が行われ得る。
図５に示すように、前記シードマイクロレンズ６１上に無機物薄膜８０が蒸着され、ギャップレスのマイクロレンズ１００が形成される。
前記無機物薄膜８０はドーム形態に形成された前記シードマイクロレンズ６１の上部表面に沿って蒸着され、前記無機物薄膜８０によって形成されるマイクロレンズ１００はギャップレスの形態に形成される。
前記シードマイクロレンズ６１は隣接するシードマイクロレンズ６１と離隔しているので、前記シードマイクロレンズ６１上に前記無機物薄膜８０が蒸着されて形成されたマイクロレンズ１００は、隣接するマイクロレンズとのギャップが除去された状態になる。
従って、前記シードマイクロレンズ６１と前記無機物薄膜８０からなるマイクロレンズ１００は、連続的なドーム形態を持つようになり、ギャップレスマイクロレンズを形成され得るようになる。
前記無機物薄膜８０は、前記シードマイクロレンズ６１と同一な物質で形成され得る。例えば、前記無機物薄膜８０は、酸化膜を５０〜２５０℃の温度で５００〜２０，０００Åの厚さで蒸着できる。特に、前記無機物薄膜８０は、前記シードマイクロレンズ６１の間のギャップが除去されるまで蒸着できる。
従って、前記無機物薄膜８０は、前記シードマイクロレンズ６１上に薄い厚さで蒸着されるので、前記マイクロレンズ１００の端部は隣接するマイクロレンズ１００と連続的な形態で接するようになる。
これによって、マイクロレンズ１００の間の間隙をゼロギャップ（ｚｅｒｏ ｇａｐ）水準に減少させることにより、クロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）及びノイズなどを防止してイメージセンサのイメージ品質を向上させることができる。
さらに、前記シードマイクロレンズ６１と無機物薄膜８０とからなるマイクロレンズ１００は、無機物で形成され、物理的な衝撃によるクラックなどを防止できる。
また、前記シードマイクロレンズ６１が形成された後、フォトレジスト残留物を除去する洗浄工程により、前記シードマイクロレンズ６１と前記無機物薄膜８０との接着力を向上させることができる。
また、前記シードマイクロレンズ６１の表面からフォトレジストパーティクルのような残留物が除去された状態で、前記無機物薄膜８０が蒸着され、入射光の屈折率及び透過率を改善することができる。
さらに、前記塩基性溶液によって前記シードマイクロレンズ６１を洗浄することにより、マイクロレンズの表面損傷を防止できる。
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
１０ 半導体基板、 １１ 光感知部、 ２０ 層間絶縁膜、 ２１ 金属配線、 ３０ パッシベーション層、 ４０ カラーフィルタ、 ５０ 平坦化層、 ６０ 無機物層、 ６１ シードマイクロレンズ、 ７１ マイクロレンズマスク、 ８０ 無機物薄膜、 １００ マイクロレンズ。
Claims (13)
- 単位画素を含む半導体基板上に金属配線層を形成するステップと、
前記金属配線層上にカラーフィルタを形成するステップと、
前記カラーフィルタ上にシードマイクロレンズを形成するステップと、
前記シードマイクロレンズの表面を洗浄するステップと、
前記シードマイクロレンズ上に無機物薄膜を蒸着して、ギャップレス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。 - 前記シードマイクロレンズは塩基性溶液で洗浄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。
- 前記塩基性溶液は、ＮＨ４Ｆが含まれた溶解剤であることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサの製造方法。
- 前記シードマイクロレンズの洗浄は、塩基性溶液を使用して１０〜２００秒内に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。
- 前記シードマイクロレンズを形成するステップは、
前記金属配線層上に無機物層を形成するステップと、
前記無機物層上にレンズマスクを形成するステップと、
前記レンズマスクをエッチングマスクとして前記無機物層をエッチングして、シード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請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。 - 前記レンズマスクは、フォトレジスト物質で形成されることを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
- 前記レンズマスクは、隣接するレンズマスクと相互離隔することを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
- 前記無機物層と前記レンズマスクは、１：１のエッチング比でエッチングされることを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
- 前記シードマイクロレンズは、酸化膜、窒化膜または酸窒化膜のうちいずれか１つで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。
- 前記無機物薄膜は、酸化膜、窒化膜または酸窒化膜のうちいずれか１つで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。
- 前記シードマイクロレンズ及び無機物薄膜は、１００〜２００℃で蒸着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。
- 前記金属配線層上にパッシベーション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。
- 前記カラーフィルタ上に平坦化層を形成するステップを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。
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