JP4423255B2 - Ｃｍｏｓイメージセンサの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はＣＭＯＳイメージセンサおよびその製造方法に関し、特に、反射特性を改善するとともに、パッケージ工程時にマイクロレンズを保護するようにマイクロレンズの間に光遮蔽膜を形成したＣＭＯＳイメージセンサおよびその製造方法に関する。
一般的にイメージセンサは、光学映像を電気信号に変換させる半導体素子である。このようなイメージセンサとしては、電荷結合素子(ＣＣＤ：Charge Coupled Device)イメージセンサとＣＭＯＳイメージセンサがある。ＣＣＤでは、個別のＭＯＳ（Metal-Oxide-Silicon)キャパシタが互いに非常に近接して配置され、電荷キャリアをキャパシタに保存し移送する。ＣＭＯＳイメージセンサでは、制御回路と信号処理回路を周辺回路として使用したＣＭＯＳ技術を用いて画素数だけモストランジスタを形成し、これを用い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。
以下、添付の図面を参照して、従来技術のＣＭＯＳイメージセンサとその製造方法を詳細に説明する。
図１は従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの工程断面図である。
半導体基板１０に複数の光感知素子１１を形成し、光感知素子１１を含む半導体基板１０上に第１絶縁膜１２と金属配線１３とを交互に設けた複数層を形成する。そして、最後の金属配線１３を含む第１絶縁膜１２上に第２絶縁膜１４を酸化膜で積層した後、平坦化する。
第２絶縁膜１４上に光遮蔽物質膜を形成し、パターニングして光遮蔽膜１５を形成した後、光遮蔽膜１５を保護するために、酸化膜または窒化膜を用いて第３絶縁膜１６を積層した後、平坦化工程を行う。
平坦化工程は、ＣＭＰ(chemical mechanical polishing)工程を用いる。そして、光遮蔽膜１５の間の第３絶縁膜１６上にマイクロレンズ１７を形成する。この際、マイクロレンズ１７は、光遮蔽膜１５の端部と周辺部の一部が重畳する。
しかしながら、上述したような方法により製造されたＣＭＯＳイメージセンサのように光の反射を防止するために光遮蔽膜を用いる場合、光遮蔽膜を保護するための絶縁膜の形成工程など、追加的に行なわれる工程が多いために非効率的であり、マイクロレンズ上でパッケージプロセスを実施するために、マイクロレンズの保護が難しいという問題があった。
本発明は上記したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、マイクロレンズの間に光遮蔽膜を形成することで反射特性を改善し、パッケージの過程でマイクロレンズを保護することのできるＣＭＯＳイメージセンサとその製造方法を提供することにその目的がある。
上記目的を達成するための本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサは、半導体基板と、前記半導体基板上に形成される複数の光感知素子と、前記光感知素子を含む前記半導体基板上に形成される第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜に形成される金属配線と、前記金属配線を含む前記第１絶縁膜上に形成される第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に形成される光遮蔽膜と、前記光遮蔽膜の間の前記第２絶縁膜上に形成されるマイクロレンズとを含むことを特徴とする。
前記光遮蔽膜は前記金属配線に相応する領域に形成され、前記光遮蔽膜と前記マイクロレンズは互いに重畳しないように形成することを特徴とする。
前記光遮蔽膜の厚さと前記マイクロレンズの厚さが少なくとも同一に形成されることを特徴とする。
上記目的を達成するための本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、半導体基板に複数の光感知素子を形成するステップと、前記光感知素子を含む前記半導体基板上に第１絶縁膜を形成するステップと、前記第１絶縁膜に金属配線を形成するステップと、前記金属配線を含む前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成するステップと、前記第２絶縁膜上に光遮蔽膜を形成するステップと、前記光遮蔽膜の間の前記第２絶縁膜上に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。
前記マイクロレンズの形成ステップは、前記光遮蔽膜を含む前記第２絶縁膜上にマイクロレンズ物質層を形成するステップと、前記マイクロレンズ物質層をエッチングして平坦化するステップと、前記マイクロレンズ物質層にベイク工程を行い、マイクロレンズを形成するステップとを含む。ここで、前記光遮蔽膜の厚さと前記マイクロレンズ物質層の厚さが少なくとも同一となるように前記マイクロレンズ物質層をエッチングして平坦化することが好ましい。
前記光遮蔽膜の形成ステップで、前記光遮蔽膜は、前記金属配線に相応する領域に形成され、前記マイクロレンズと互いに重畳しないように形成されることを特徴とする。
なお、変形した態様において、前記マイクロレンズの形成ステップは、前記光遮蔽膜を含む前記第２絶縁膜上にマイクロレンズ物質層を形成するステップと、前記マイクロレンズ物質層をエッチングして平坦化するステップと、前記平坦化したマイクロレンズ物質層を選択的にエッチングするステップと、前記選択的にエッチングされたマイクロレンズ物質層にベイク工程を行い、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。
本発明によれば、光遮蔽膜の間に自己整列方式でマイクロレンズが形成されるので、マイクロレンズの空間確保に有利である。また、マイクロレンズの間に光遮蔽膜が形成されるので、マイクロレンズを透過し、金属配線に入射する光を根本的に遮断することができ、マイクロレンズを介して入射して、金属層から反射される光も再吸収することで、光効率を増大させることができる。
そして、マイクロレンズの周辺にマイクロレンズより厚い光遮蔽膜が形成されているために、パッケージ工程時にマイクロレンズを保護することができ、収率を向上させかつ生産性を向上させることができるという効果がある。
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図２Ａ〜図２Ｇは、本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
図２Ａに示したように、半導体基板２０に複数の光感知素子２１を形成し、光感知素子２１を含む半導体基板２０上に第１絶縁膜２２を形成し、第１絶縁膜２２に金属配線２３を形成する。第１絶縁膜２２と金属配線２３の形成工程を数回反復して、必要なだけ積層した後、最後の金属配線２３を含む第１絶縁膜２２上に第２絶縁膜２４を酸化膜または窒化膜などで形成し、第２絶縁膜２４をＣＭＰ工程を用いて平坦化する。
そして、第２絶縁膜２４上に光遮蔽物質膜２５を積層し、光遮蔽物質膜２５上に感光膜を塗布し、マイクロレンズマスクを用いて露光し、現像した後、マイクロレンズ領域上にある感光膜を除去することで、感光膜パターン２６を形成する。
次に、図２Ｂに示したように、感光膜パターン２６をマスクにして光遮蔽物質膜２５をエッチングして、光遮蔽膜２７を形成した後、図２Ｃに示したように、感光膜パターン２６を除去し、光遮蔽膜２７と第２絶縁膜２４上にマイクロレンズ物質層を積層した後、ＣＭＰ工程などを用いて平坦化させ、光遮蔽膜２７の間にマイクロレンズ物質層２８を形成する。
この際、マイクロレンズ物質層は、平坦化時にエッチングされる量を考慮して、マイクロレンズより厚く形成することが好ましく、また、マイクロレンズ物質層は、パッケージ工程でマイクロレンズを保護するために光遮蔽膜の厚さより薄く形成することが好ましい。
図２Ｄに示したように、光遮蔽膜２７の間にマイクロレンズ物質層２８を形成した後、適正温度でベイク（熱処理）工程を行い、マイクロレンズ２９を形成する。
一方、上記の実施形態の変形例において、マイクロレンズ物質層２８を選択的にエッチングすることで、マイクロレンズをより容易に形成することができるが、これを具体的に説明すると次の通りである。
まず、図２Ｅに示したように、マイクロレンズ物質層２８上に感光膜を塗布し、露光工程と現像工程でマイクロレンズ物質層２８の一部が露出されるように感光膜パターン３０を形成する。
次に、図２Ｆに示したように、感光膜パターン３０をマスクにしてマイクロレンズ物質層を選択的にエッチングして、マイクロレンズ物質のパターン層２８ａを形成し、感光膜パターン３０を除去した後、図２Ｇに示したように、マイクロレンズ２９を形成する。
従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの工程断面図である。 本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の工程断面図である。 本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の工程断面図である。 本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の工程断面図である。 本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の工程断面図である。 本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の工程断面図である。 本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の工程断面図である。 本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の工程断面図である。
符号の説明
２０…半導体基板、２１…光感知素子、２２…第１絶縁層、２３…金属配線、２４…第２絶縁層、２５…光遮蔽物質膜、２７…光遮蔽膜、２８…マイクロレンズ物質層、２９…マイクロレンズ

Claims (5)

  1. 半導体基板に複数の光感知素子を形成するステップと、
    前記光感知素子を含む前記半導体基板上に第１絶縁膜を形成するステップと、
    前記第１絶縁膜に金属配線を形成するステップと、
    前記金属配線を含む前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成するステップと、
    前記第２絶縁膜上に光遮蔽膜を形成するステップと、そして 前記光遮蔽膜の間の前記第２絶縁膜上にマイクロレンズを形成するステップとを含み、
    前記マイクロレンズの形成ステップは、
    前記光遮蔽膜を含む前記第２絶縁膜上にマイクロレンズ物質層を形成するステップと、
    前記マイクロレンズ物質層をエッチングして平坦化し、前記光遮蔽膜の間に前記マイクロレンズ物質層を形成するステップと、そして 前記マイクロレンズ物質層にベイク工程を行い、マイクロレンズを形成するステップとを含み、
    前記光遮蔽膜は、前記マイクロレンズと互いに重畳しないように形成されることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  2. 前記マイクロレンズ物質層の平坦化ステップは、前記光遮蔽膜の厚さと前記マイクロレンズ物質層の厚さが少なくとも同一となるように前記マイクロレンズ物質層をエッチングして平坦化することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  3. 前記光遮蔽膜の形成ステップで、
    前記光遮蔽膜は、前記金属配線に相応する領域の前記第２絶縁膜上に形成することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  4. 前記マイクロレンズの形成ステップは、
    前記光遮蔽膜を含む前記第２絶縁膜上にマイクロレンズ物質層を形成するステップと、
    前記マイクロレンズ物質層をエッチングして平坦化し、前記光遮蔽膜の間に前記マイクロレンズ物質層を形成するステップと、
    前記平坦化したマイクロレンズ物質層を選択的にエッチングするステップと、
    前記選択的にエッチングされたマイクロレンズ物質層にベイク工程を行い、マイクロレンズを形成するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
  5. 前記マイクロレンズ物質層の平坦化ステップは、前記光遮蔽膜の厚さが前記マイクロレンズ物質層の厚さと少なくとも同一となるように前記マイクロレンズ物質層をエッチングして平坦化することを特徴とする請求項４に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
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