JP2013070079A - イメージセンサの無機物マイクロレンズの形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】クラック及び汚染発生の抑制が容易で、パーティクルの除去が容易な、無機物を
マイクロレンズにしたイメージセンサの無機物マイクロレンズの形成方法を提供する。
【解決手段】基板上に無機物薄膜を蒸着するステップと、前記無機物薄膜上に半球状のフ
ォトレジストパターンを形成するステップと、前記無機物薄膜に全面エッチバック工程を
行い半球状無機物薄膜のマイクロレンズを形成するステップとを有することを特徴とする
。
【選択図】図５
マイクロレンズにしたイメージセンサの無機物マイクロレンズの形成方法を提供する。
【解決手段】基板上に無機物薄膜を蒸着するステップと、前記無機物薄膜上に半球状のフ
ォトレジストパターンを形成するステップと、前記無機物薄膜に全面エッチバック工程を
行い半球状無機物薄膜のマイクロレンズを形成するステップとを有することを特徴とする
。
【選択図】図５
Description
本発明はイメージセンサの製造方法に関し、特に、光収束度の向上のためのマイクロレ
ンズを無機物で形成するための方法に関する。
ンズを無機物で形成するための方法に関する。
イメージセンサは１次元または２次元以上の光学情報を電気信号に変換する装置である
。イメージセンサの種類は大きく分けて撮像管と固体撮像素子とに分類される。撮像管は
テレビを中心として画像処理技術を駆使した計測、制御、認識等で広く常用されて応用技
術が発展した。市販の固体撮像素子、イメージセンサはＭＯＳ型とＣＣＤ型の２種類があ
る。
。イメージセンサの種類は大きく分けて撮像管と固体撮像素子とに分類される。撮像管は
テレビを中心として画像処理技術を駆使した計測、制御、認識等で広く常用されて応用技
術が発展した。市販の固体撮像素子、イメージセンサはＭＯＳ型とＣＣＤ型の２種類があ
る。
ＣＭＯＳイメージセンサはＣＭＯＳ製造技術を利用して光学的イメージを電気的信号に
変換させる素子であって、ピクセル数だけＭＯＳトランジスタを作り、これを利用して順
次出力を検出するスイッチング方式を採用している。ＣＭＯＳイメージセンサは、従来イ
メージセンサとして広く使われているＣＣＤイメージセンサに比べて駆動方式が容易であ
り、多様なスキャニング方式の具現が可能である。また、信号処理回路を単一チップに集
積できるため、製品の小型化が可能なだけでなく、互換性を有するＣＭＯＳ技術を使用す
るので製造コストを低減でき、さらに電力消費をもまた大きく低減できるという長所があ
る。
変換させる素子であって、ピクセル数だけＭＯＳトランジスタを作り、これを利用して順
次出力を検出するスイッチング方式を採用している。ＣＭＯＳイメージセンサは、従来イ
メージセンサとして広く使われているＣＣＤイメージセンサに比べて駆動方式が容易であ
り、多様なスキャニング方式の具現が可能である。また、信号処理回路を単一チップに集
積できるため、製品の小型化が可能なだけでなく、互換性を有するＣＭＯＳ技術を使用す
るので製造コストを低減でき、さらに電力消費をもまた大きく低減できるという長所があ
る。
イメージセンサは入射する光を損失することなく電子に変える能力が重要である。この
入射する光を電子に変える役割をする素子がフォトダイオードであるが、通常イメージセ
ンサの単位ピクセルにはフォトダイオードだけでなく、単位ピクセル内部の信号処理のた
めの回路が複合的に構成されるため、フォトダイオードの面積が限られる。これを解決す
るために、単位ピクセルの上部にマイクロレンズを形成して、単位ピクセルに入射する光
の中からフォトダイオード領域以外の領域に入射する光をフォトダイオードに集光する。
このようにマイクロレンズを用いることによってイメージセンサの光収束度を向上させる
ことができる（例えば、特許文献１参照）。
入射する光を電子に変える役割をする素子がフォトダイオードであるが、通常イメージセ
ンサの単位ピクセルにはフォトダイオードだけでなく、単位ピクセル内部の信号処理のた
めの回路が複合的に構成されるため、フォトダイオードの面積が限られる。これを解決す
るために、単位ピクセルの上部にマイクロレンズを形成して、単位ピクセルに入射する光
の中からフォトダイオード領域以外の領域に入射する光をフォトダイオードに集光する。
このようにマイクロレンズを用いることによってイメージセンサの光収束度を向上させる
ことができる（例えば、特許文献１参照）。
図１及び図２は、従来の技術に係るマイクロレンズの形成工程を説明するための概略断
面図である。
ＣＭＯＳイメージセンサの通常の構造として、シリコン基板１０１上にフィールド酸化
膜１０２、フォトダイオード１０３、金属間絶縁膜１０４、金属配線１０５及び保護膜１
０６が順に積層され、その上部に第１平坦化層１０７、カラーフィルタ１０８及び第２平
坦化層１０９が形成される。
次に、第２平坦化層１０９上にはマイクロレンズアレイが形成されるが、これを具体的
に説明すれば、まずフォトダイオード１０３に対応する領域に有機物フォトレジストパタ
ーン１１０が形成される。そして、熱工程を実施する。（図１参照）
面図である。
ＣＭＯＳイメージセンサの通常の構造として、シリコン基板１０１上にフィールド酸化
膜１０２、フォトダイオード１０３、金属間絶縁膜１０４、金属配線１０５及び保護膜１
０６が順に積層され、その上部に第１平坦化層１０７、カラーフィルタ１０８及び第２平
坦化層１０９が形成される。
次に、第２平坦化層１０９上にはマイクロレンズアレイが形成されるが、これを具体的
に説明すれば、まずフォトダイオード１０３に対応する領域に有機物フォトレジストパタ
ーン１１０が形成される。そして、熱工程を実施する。（図１参照）
これにより図２に示すように、有機物フォトレジストパターン１１０はフロー（ｆｌｏ
ｗ）され半球状のマイクロレンズ１１０Ａが形成される。
ところが、マイクロレンズとして用いられる有機物フォトレジストは、物性自体が弱く
、マイクロレンズへの物理的な衝撃によるクラックＡの発生のような損傷を受けやすい。
また化学薬品に晒されると溶け出し、汚染Ｂのような不良が発生することもあり、また、
有機物フォトレジストは相対的に粘性が強いため、パーティクルＣが吸着される場合除去
されず、吸着された部分に光が入射できず画面上に黒点が生じる不良の原因となるといっ
た問題点があった。
ｗ）され半球状のマイクロレンズ１１０Ａが形成される。
ところが、マイクロレンズとして用いられる有機物フォトレジストは、物性自体が弱く
、マイクロレンズへの物理的な衝撃によるクラックＡの発生のような損傷を受けやすい。
また化学薬品に晒されると溶け出し、汚染Ｂのような不良が発生することもあり、また、
有機物フォトレジストは相対的に粘性が強いため、パーティクルＣが吸着される場合除去
されず、吸着された部分に光が入射できず画面上に黒点が生じる不良の原因となるといっ
た問題点があった。
そこで、本発明は上記従来のイメージセンサのマイクロレンズの形成方法における問題
点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、クラック及び汚染発生の抑制が容易
でパーティクルの除去が容易な無機物をマイクロレンズにしたイメージセンサの無機物マ
イクロレンズの形成方法を提供することにある。
点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、クラック及び汚染発生の抑制が容易
でパーティクルの除去が容易な無機物をマイクロレンズにしたイメージセンサの無機物マ
イクロレンズの形成方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサの無機物マイクロレン
ズの形成方法は、基板上に無機物薄膜を蒸着するステップと、前記無機物薄膜上に半球状
のフォトレジストパターンを形成するステップと、前記無機物薄膜に全面エッチバック工
程を行い半球状無機物薄膜のマイクロレンズを形成するステップとを有することを特徴と
する。
ズの形成方法は、基板上に無機物薄膜を蒸着するステップと、前記無機物薄膜上に半球状
のフォトレジストパターンを形成するステップと、前記無機物薄膜に全面エッチバック工
程を行い半球状無機物薄膜のマイクロレンズを形成するステップとを有することを特徴と
する。
前記無機物薄膜は、酸化膜、窒化膜または酸化窒化膜のいずれか一つであることを特徴
とする。
前記無機物薄膜を前記基板内の受光素子の大きさ及びフォーカスの距離によって５００
０〜３００００Åの厚さに蒸着することを特徴とする。
前記半球状フォトレジストパターンを所望のマイクロレンズサイズに形成して、前記全
面エッチバック工程時に前記半球状フォトレジストパターンサイズを維持した大きさに前
記無機物薄膜をエッチングすることを特徴とする。
また、前記半球状フォトレジストパターンを所望のマイクロレンズサイズより大きく形
成して、前記全面エッチバック工程時に前記無機物薄膜をオーバエッチングしマイクロレ
ンズが互いに分離するように、所望のマイクロレンズサイズに形成することを特徴とする
。
とする。
前記無機物薄膜を前記基板内の受光素子の大きさ及びフォーカスの距離によって５００
０〜３００００Åの厚さに蒸着することを特徴とする。
前記半球状フォトレジストパターンを所望のマイクロレンズサイズに形成して、前記全
面エッチバック工程時に前記半球状フォトレジストパターンサイズを維持した大きさに前
記無機物薄膜をエッチングすることを特徴とする。
また、前記半球状フォトレジストパターンを所望のマイクロレンズサイズより大きく形
成して、前記全面エッチバック工程時に前記無機物薄膜をオーバエッチングしマイクロレ
ンズが互いに分離するように、所望のマイクロレンズサイズに形成することを特徴とする
。
前記基板内に形成されたカラーフィルタの劣化を防止するために前記無機物薄膜を１０
０〜２００℃の低温で蒸着することを特徴とする。
前記全面エッチバック工程は、ＣＨＦ３及びＣＦ４を用い、前記ＣＦ４ガスよりＣＨＦ
３ガスの量を多く用いて実施することを特徴とする。
前記全面エッチバック工程は、前記フォトレジストパターンと前記無機物薄膜のエッチ
ング選択比が実質的に同じであることを特徴とする。
前記無機物薄膜上に半球状フォトレジストパターンを形成するステップは、前記無機物
薄膜上にフォトリソグラフィ工程でフォトレジストパターンを形成するステップと、前記
フォトレジストパターンをフロー（ｆｌｏｗ）させて半球状に形成するための熱工程を実
施するステップとを有することを特徴とする。
０〜２００℃の低温で蒸着することを特徴とする。
前記全面エッチバック工程は、ＣＨＦ３及びＣＦ４を用い、前記ＣＦ４ガスよりＣＨＦ
３ガスの量を多く用いて実施することを特徴とする。
前記全面エッチバック工程は、前記フォトレジストパターンと前記無機物薄膜のエッチ
ング選択比が実質的に同じであることを特徴とする。
前記無機物薄膜上に半球状フォトレジストパターンを形成するステップは、前記無機物
薄膜上にフォトリソグラフィ工程でフォトレジストパターンを形成するステップと、前記
フォトレジストパターンをフロー（ｆｌｏｗ）させて半球状に形成するための熱工程を実
施するステップとを有することを特徴とする。
本発明に係るイメージセンサの無機物マイクロレンズの形成方法によれば、無機物でマ
イクロレンズを形成するので、有機物フォトレジストの適用時に問題になった物理的衝撃
によるクラック発生、汚染による不良の発生、及びパーティクルの残存による黒点不良等
の問題を解決することができるという効果がある。また、これにより製造収率改善及び製
品の市場競争力を向上させる効果がある。
イクロレンズを形成するので、有機物フォトレジストの適用時に問題になった物理的衝撃
によるクラック発生、汚染による不良の発生、及びパーティクルの残存による黒点不良等
の問題を解決することができるという効果がある。また、これにより製造収率改善及び製
品の市場競争力を向上させる効果がある。
次に、本発明に係るイメージセンサの無機物マイクロレンズの形成方法を実施するため
の最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
の最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図３乃至図５は、本発明に係るイメージセンサの無機物マイクロレンズを形成する方法
を説明するための概略断面図である。
従来技術と同じように、ＣＭＯＳイメージセンサ関連素子等従来の構造として、シリコ
ン基板２０１上にフィールド酸化膜２０２、フォトダイオード２０３、金属間絶縁膜２０
４、金属配線２０５及び保護膜２０６が順に積層され、その上部に第１平坦化層２０７、
カラーフィルタ２０８及び第２平坦化層２０９が形成される。
を説明するための概略断面図である。
従来技術と同じように、ＣＭＯＳイメージセンサ関連素子等従来の構造として、シリコ
ン基板２０１上にフィールド酸化膜２０２、フォトダイオード２０３、金属間絶縁膜２０
４、金属配線２０５及び保護膜２０６が順に積層され、その上部に第１平坦化層２０７、
カラーフィルタ２０８及び第２平坦化層２０９が形成される。
次に、第２平坦化層２０９上に無機物マイクロレンズアレイを形成するが、これをさら
に詳しく説明すると、まず第２平坦化層２０９の形成が完了した基板上に無機物酸化膜２
１０を蒸着する。そして、無機物酸化膜２１０上のフォトダイオード２０３に対応する領
域に有機物フォトレジストパターン２１１を形成して、その後、熱工程を実施する。（図
３参照）
に詳しく説明すると、まず第２平坦化層２０９の形成が完了した基板上に無機物酸化膜２
１０を蒸着する。そして、無機物酸化膜２１０上のフォトダイオード２０３に対応する領
域に有機物フォトレジストパターン２１１を形成して、その後、熱工程を実施する。（図
３参照）
ここで、有機物フォトレジストパターン２１１はマイクロレンズとして用いられるので
はなく、後続する無機物酸化膜２１０のエッチング工程時にエッチングマスクとして、用
いられる。
そして、無機物酸化膜２１０は下部フォトダイオード２０３の大きさと、マイクロレン
ズのフォーカス距離に依存して５０００〜３００００Å程度の厚さに形成する。この時、
蒸着時温度は下部にあるカラーフィルタ２０８の劣化を防止するための１００〜２００℃
の低温とする。
はなく、後続する無機物酸化膜２１０のエッチング工程時にエッチングマスクとして、用
いられる。
そして、無機物酸化膜２１０は下部フォトダイオード２０３の大きさと、マイクロレン
ズのフォーカス距離に依存して５０００〜３００００Å程度の厚さに形成する。この時、
蒸着時温度は下部にあるカラーフィルタ２０８の劣化を防止するための１００〜２００℃
の低温とする。
次に、図４のように熱工程によりフローされ半球状に形成された有機物フォトレジスト
２１１Ａをエッチングマスクとして、無機物酸化膜２１０を全面エッチバック工程を行う
。この時、全面エッチバック工程は、有機物フォトレジスト２１１と無機物酸化膜２１０
のエッチング選択比がほぼ１：１の条件下で、ＣＨＦ３とＣＦ４との割合を２：１にした
エッチングガスとして用いるが、このガス組成は使用装置及び物質特性に依存して可変す
るものであり、通常ＣＦ４ガスよりＣＨＦ３ガスの量を多くする。
２１１Ａをエッチングマスクとして、無機物酸化膜２１０を全面エッチバック工程を行う
。この時、全面エッチバック工程は、有機物フォトレジスト２１１と無機物酸化膜２１０
のエッチング選択比がほぼ１：１の条件下で、ＣＨＦ３とＣＦ４との割合を２：１にした
エッチングガスとして用いるが、このガス組成は使用装置及び物質特性に依存して可変す
るものであり、通常ＣＦ４ガスよりＣＨＦ３ガスの量を多くする。
次に、図５を参照すると、半球状の有機物フォトレジスト２１１Ａが除去され、半球状
の有機物フォトレジスト２１１Ａの形状に沿って、無機物酸化膜２１０は同様の形状の半
球状無機物酸化膜２１０Ａとしてパターン化される。これにより、半球状無機物酸化膜２
１０Ａのアレイが得られ、各々の半球状無機物酸化膜２１０Ａがマイクロレンズとしての
役目を果たす。
の有機物フォトレジスト２１１Ａの形状に沿って、無機物酸化膜２１０は同様の形状の半
球状無機物酸化膜２１０Ａとしてパターン化される。これにより、半球状無機物酸化膜２
１０Ａのアレイが得られ、各々の半球状無機物酸化膜２１０Ａがマイクロレンズとしての
役目を果たす。
一方、有機物フォトレジストパターン２１１を従来使用していたマイクロレンズマスク
として使用し形成（フォトリソグラフィにより形成される）すると、最終的な半球状無機
物酸化膜マイクロレンズ２１０Ａの形状は、所望のマイクロレンズサイズを維持しなけれ
ばならないので、図５に示すように、隣接する半球状無機物酸化膜マイクロレンズ２１０
Ａが完全に分離されない。
しかし、このような分離されない形状の半球状無機物酸化膜マイクロレンズ２１０Ａで
もマイクロレンズとしての機能には問題がない。
として使用し形成（フォトリソグラフィにより形成される）すると、最終的な半球状無機
物酸化膜マイクロレンズ２１０Ａの形状は、所望のマイクロレンズサイズを維持しなけれ
ばならないので、図５に示すように、隣接する半球状無機物酸化膜マイクロレンズ２１０
Ａが完全に分離されない。
しかし、このような分離されない形状の半球状無機物酸化膜マイクロレンズ２１０Ａで
もマイクロレンズとしての機能には問題がない。
けれども、隣接するマイクロレンズの分離を希望するならば、所望のマイクロレンズの
形状より大きく半球状有機物フォトレジストパターン（エッチングマスク）２１１Ａを形
成し、これをエッチングマスクとしてエッチングする時、無機物酸化膜をオーバエッチン
グし隣接する半球状無機物酸化膜マイクロレンズが完全に分離された形状にして、所望の
マイクロレンズのサイズに形成することができる。
形状より大きく半球状有機物フォトレジストパターン（エッチングマスク）２１１Ａを形
成し、これをエッチングマスクとしてエッチングする時、無機物酸化膜をオーバエッチン
グし隣接する半球状無機物酸化膜マイクロレンズが完全に分離された形状にして、所望の
マイクロレンズのサイズに形成することができる。
上述の実施例では無機物としての酸化膜を例として説明したが、無機物としては窒化膜
、酸化窒化膜等を利用することができ、屈折率調節のためにその厚さ及び組成比等も多種
多様に調節することが可能である。さらに、本発明は、上述の実施例に限られるものでは
ない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である
。
、酸化窒化膜等を利用することができ、屈折率調節のためにその厚さ及び組成比等も多種
多様に調節することが可能である。さらに、本発明は、上述の実施例に限られるものでは
ない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である
。
２０１ シリコン基板
２０２ フィールド酸化膜
２０３ フォトダイオード
２０４ 金属間絶縁膜
２０５ 金属配線
２０６ 保護膜
２０７ 第１平坦化層
２０８ カラーフィルタ
２０９ 第２平坦化層
２１０ 無機物酸化膜
２１０Ａ 半球状無機物酸化膜
２１１ 有機物フォトレジストパターン
２１１Ａ 半球状有機物フォトレジストパターン
２０２ フィールド酸化膜
２０３ フォトダイオード
２０４ 金属間絶縁膜
２０５ 金属配線
２０６ 保護膜
２０７ 第１平坦化層
２０８ カラーフィルタ
２０９ 第２平坦化層
２１０ 無機物酸化膜
２１０Ａ 半球状無機物酸化膜
２１１ 有機物フォトレジストパターン
２１１Ａ 半球状有機物フォトレジストパターン
Claims (9)
- 基板上に無機物薄膜を蒸着するステップと、
前記無機物薄膜上に半球状のフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記無機物薄膜に全面エッチバック工程を行い半球状無機物薄膜のマイクロレンズを形
成するステップとを有することを特徴とするイメージセンサの無機物マイクロレンズの形
成方法。 - 前記無機物薄膜は、酸化膜、窒化膜または酸化窒化膜のいずれか一つであることを特徴
とする請求項１に記載のイメージセンサの無機物マイクロレンズの形成方法。 - 前記半球状フォトレジストパターンを所望のマイクロレンズサイズに形成して、前記全
面エッチバック工程時に前記半球状フォトレジストパターンサイズを維持した大きさに前
記無機物薄膜をエッチングす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無機
物マイクロレンズの形成方法。 - 前記半球状フォトレジストパターンを所望のマイクロレンズサイズより大きく形成して
、前記全面エッチバック工程時に前記無機物薄膜をオーバーエッチングしマイクロレンズ
が互いに分離するように、所望のマイクロレンズサイズに形成す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無機物マイクロレンズの形成方法。 - 前記基板内に形成されたカラーフィルタの劣化を防止するために前記無機物薄膜を１０
０〜２００℃の低温で蒸着す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無機
物マイクロレンズの形成方法。 - 前記無機物薄膜を前記基板内の受光素子の大きさ及びフォーカスの距離によって５００
０〜３００００Åの厚さに蒸着す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
無機物マイクロレンズの形成方法。 - 前記無機物薄膜上に半球状フォトレジストパターンを形成するステップは、前記無機物
薄膜上にフォトリソグラフィ工程でフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンをフロー（ｆｌｏｗ）させて半球状に形成するための熱工
程を実施するステップとを有す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無
機物マイクロレンズの形成方法。 - 前記全面エッチバック工程は、ＣＨＦ３及びＣＦ４を用い、前記ＣＦ４ガスよりＣＨＦ
３ガスの量を多く用いて実施す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無
機物マイクロレンズの形成方法。 - 前記全面エッチバック工程は、前記フォトレジストパターンと前記無機物薄膜のエッチ
ング選択比が実質的に同じであ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無
機物マイクロレンズ形成方法。
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