(57)【要約】【課題】アルカリ現像液が金属パッドと接触することを防止して、イメージセンサの特性と歩留まりを向上させるようにしたＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を提供する。【解決手段】アクティブ領域とパッド領域とに区分される半導体基板上に金属膜と窒化膜を順次形成する段階と、窒化膜と金属膜を選択的にパターニングして、パッド領域上に金属パッドを形成する段階と、金属パッドを含む半導体基板の全面に保護膜を形成する段階と、窒化膜の表面が露出されるまで保護膜を選択的に除去して、金属パッド開口部を形成する段階と、半導体基板のアクティブ領域上にカラーフィルタ層を形成する段階と、各カラーフィルタ層の上側にマイクロレンズを形成する段階と、パッドの開口部に露出された窒化膜を選択的に除去する段階とを備えることを特徴とする。【選択図】図４Ｃ
2006229200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ領域とパッド領域とに区分される半導体基板上に金属膜と窒化膜を順次形成する段階と、
前記窒化膜と金属膜を選択的にパターニングして、前記パッド領域上に金属パッドを形成する段階と、
前記金属パッドを含む半導体基板の全面に保護膜を形成する段階と、
前記窒化膜の表面が露出されるまで前記保護膜を選択的に除去して、金属パッド開口部を形成する段階と、
前記半導体基板の前記アクティブ領域上にカラーフィルタ層を形成する段階と、
前記各カラーフィルタ層の上側にマイクロレンズを形成する段階と、
前記パッドの開口部に露出された窒化膜を選択的に除去する段階とを備えることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項２】
前記金属パッド開口部の形成段階において、前記窒化膜と前記保護膜のエッチング選択比を用いて、前記窒化膜上でエッチング停止が起こるようにすることで、窒化膜の表面が露出されるように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。
【請求項３】
前記パッド開口部に露出された前記窒化膜は、ブランケットエッチングで除去され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。
【請求項４】
前記窒化膜は１００〜１０００Åの厚さ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。
【請求項５】
前記金属パッドはアルミニウムで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。
【請求項６】
前記半導体基板上に前記金属膜を形成する前に、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する段階を更に備え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。
【請求項７】
前記半導体基板のアクティブ領域上に前記カラーフィルタ層を形成する前に、前記半導体基板のアクティブ領域上に第１平坦化層を形成する段階を更に備え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。
【請求項８】
前記カラーフィルタ層の上側に前記マイクロレンズを形成する前に、前記カラーフィルタ層上に第２平坦化層を形成する段階を更に備え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。
【請求項９】
アクティブ領域とパッド領域とに区分される半導体基板上に金属膜と窒化膜を順次形成する段階と、
前記窒化膜と金属膜を選択的にパターニングして、前記パッド領域上に金属パッドを形成する段階と、
前記金属パッドを含む半導体基板の全面に保護膜を形成する段階と、
前記窒化膜の表面が露出されるまでに前記保護膜を選択的に除去して、金属パッドの開口部を形成する段階と、
前記半導体基板の前記アクティブ領域上にカラーフィルタ層を形成する段階と、
前記パッド開口部に露出された窒化膜を選択的に除去する段階と、
前記各カラーフィルタ層の上側にマイクロレンズを形成する段階とを備えることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記金属パッドの開口部の形成段階で、前記窒化膜と前記保護膜のエッチング選択比を用いて前記窒化膜上でエッチング停止が起こるようにすることで、窒化膜の表面が露出されるようにすることを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記パッド開口部に露出された前記窒化膜はブランケットエッチングで除去されることを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記窒化膜は１００〜１０００Åの厚さで形成することを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１３】
前記金属パッドはアルミニウムで形成することを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１４】
前記半導体基板上に前記金属膜を形成する前に、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する段階を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記半導体基板のアクティブ領域上に前記カラーフィルタ層を形成する前に、前記半導体基板のアクティブ領域上に第１平坦化層を形成する段階を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記カラーフィルタ層の上側に前記マイクロレンズを形成する前に、前記カラーフィルタ層上に第２平坦化層を形成する段階を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＭＯＳイメージセンサの製造方法に係り、特に、イメージセンサの特性を向上させ、かつ歩留まりを向上させるようにしたＣＭＯＳイメージセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イメージセンサは、光学的な映像を電気的な信号に変換させる半導体素子であり、電荷結合素子(Charge coupled device：ＣＣＤ)とＣＭＯＳイメージセンサとが知られている。
【０００３】
しかしながら、ＣＣＤは駆動方式が複雑で、電力消費が大きいばかりでなく、多段階のフォトリソグラフィ工程が要求されるので、製造工程が複雑であるという短所を有する。
また、ＣＣＤは制御回路、信号処理回路、アナログ／デジタル変換回路(Ａ／Ｄコンバーター)などを一つのチップに集積させ難いので、製品の小型化が困難であるという問題があるために、最近ではＣＣＤの短所を克服するための次世代イメージセンサとしてＣＭＯＳイメージセンサが注目を浴びている。
【０００４】
ＣＭＯＳイメージセンサは、制御回路や信号処理回路などを周辺回路として用いるＣＭＯＳ技術を用いて、単位画素の数に相当するＭＯＳトランジスタを半導体基板に形成して、ＭＯＳトランジスタによって各単位画素の出力を順次検出するスイッチング方式を採用した素子である。
【０００５】
ＣＭＯＳイメージセンサはＣＭＯＳ製造技術を用いるので、省電力で、フォトリソグラフィ工程の段階が少ないため製造工程が単純であるという長所を有する。
また、ＣＭＯＳイメージセンサは制御回路、信号処理回路、アナログ／デジタル変換回路などをＣＭＯＳイメージセンサチップに集積させることができ、製品の小型化が容易である。
【０００６】
このような長所のため、ＣＭＯＳイメージセンサは現在のデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどのような多様な応用分野に広く用いられている。
【０００７】
一般的なＣＭＯＳイメージセンサを図１と図２を参照して具体的に説明する。図１は、３つのトランジスタを含む３Ｔ型ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素の等価回路図で、図２は、図１に示したＣＭＯＳイメージセンサの単位画素のレイアウトを示す図である。
【０００８】
図１に示したように、一般的な３Ｔ型ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素は、１つのフォトダイオードと、３つのｎＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３とで構成されている。
フォトダイオードＰＤのカソードは、第１ｎＭＯＳトランジスタＴ１のソースと第２ｎＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続される。
【０００９】
そして、第１、第２ｎＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２のドレインは全て基準電圧ＶＲが供給される電源端子に接続され、第１ｎＭＯＳトランジスタＴ１のゲートは、リセット信号ＲＳＴが供給されるリセット端子に接続される。
【００１０】
また、第３ｎＭＯＳトランジスタＴ３のドレインは、第２ｎＭＯＳトランジスタのソースに接続され、第３ｎＭＯＳトランジスタＴ３のソースは、信号ラインを介して判読回路(図示せず)に接続され、第３ｎＭＯＳトランジスタＴ３のゲートは、選択信号ＳＬＣＴが供給される列選択端子に接続される。
【００１１】
したがって、第１ｎＭＯＳトランジスタＴ１はリセットトランジスタＲｘと称し、第２ｎＭＯＳトランジスタＴ２はドライブトランジスタＤｘ、第３ｎＭＯＳトランジスタＴ３はセレクトトランジスタＳｘと称する。
【００１２】
図２に示したように、第１に示した３Ｔ型ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素は、アクティブ領域１０が区画され、アクティブ領域１０のうち幅の広い部分に１つのフォトダイオード２０が形成され、残り部分のアクティブ領域１０にそれぞれオーバーラップする３つのトランジスタのゲート電極１２０、１３０、１４０が形成される。
ゲート電極１２０、１３０、１４０がそれぞれリセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘ、セレクトトランジスタＳｘのゲート電極である。
【００１３】
ここで、各トランジスタのアクティブ領域１０には各ゲート電極１２０、１３０、１４０の下側部を除いた部分に不純物イオンが注入され、各トランジスタのソース／ドレイン領域が形成される。
【００１４】
したがって、リセットトランジスタＲｘとドライブトランジスタＤｘの間のドレイン領域には電源電圧Ｖｄｄが印加され、セレクトトランジスタＳｘの一側のソース／ドレイン領域は判読回路(図示せず)に接続される。
【００１５】
上記で説明した各ゲート電極１２０、１３０、１４０は、図示してはいないが、各信号ラインに連結され、各信号ラインは一側の先端にパッドを備えて外部の駆動回路に連結される。
【００１６】
ＣＭＯＳイメージセンサで上述したようなパッドを形成する工程と、それ以後の工程を図３Ａ乃至図３Ｅを参照して具体的に説明する。
【００１７】
まず、図３Ａに示したように、半導体基板１００にゲート絶縁膜または層間絶縁膜などの絶縁膜１０１(例えば、酸化膜)を形成し、絶縁膜１０１上に各信号ラインの金属パッド１０２を形成する。
この際、金属パッド１０２は、図２で説明したような各ゲート電極１２０、１３０、１４０と同一の物質で同一の層に形成するか、別途のコンタクトを通じて他の物質で形成することができる。
【００１８】
一方、以後の工程で金属パッド１０２の腐食抵抗を高めるために、金属パッド１０２の表面にＵＶオゾン処理、または溶液を合成して表面処理を行う。
そして、金属パッド１０２を含む絶縁膜１０１の全面に保護膜１０３を形成する。保護膜１０３は酸化膜または窒化膜などで形成する。
【００１９】
図３Ｂに示したように、保護膜１０３上に感光膜１０４を塗布し、露光および現像して、金属パッド１０２に対応する保護膜の領域が露出されるように感光膜１０４をパターニングする。
そして、パターニングされた感光膜１０４をマスクに用いて、保護膜１０３を選択的にエッチングして、金属パッド１０２に開口部１０５を形成する。
【００２０】
図３Ｃに示したように、感光膜１０４を除去し、パッド開口部１０５を含む半導体基板１００の全面にシリコン窒化膜またはシリコン酸化窒化膜を堆積させ、第１平坦化層１０６を形成し、フォトリソグラフィとエッチング工程によって第１平坦化層１０６がアクティブ領域にのみ残るように、第１平坦化層１０６を選択的にエッチングする。
【００２１】
そして、各フォトダイオード領域(図示せず)に対応する第１平坦化層１０６上にカラーフィルタ層１０７を形成する。ここで、各カラーフィルタ層は、該当するカラーレジストを塗布し、別途のマスクを用いたフォトエッチングング工程を行うことで形成される。
【００２２】
図３Ｄに示したように、各カラーフィルタ層１０７を含む半導体基板１００の全面に第２平坦化層１０８を形成し、フォトリソグラフィとエッチング工程で第２平坦化層１０８がアクティブ領域にのみ残るように、第２平坦化層１０８を選択的にエッチングする。
【００２３】
図３Ｅに示したように、第２平坦化層１０８上に各カラーフィルタ層１０７に一致するように半球型のマイクロレンズ１０９を形成する。
そして、このように製造されたＣＭＯＳイメージセンサの各金属パッド１０２をプローブテストして接触抵抗をチェックした後、異常がなければ外部の駆動回路と金属パッドとを電気的に連結させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上述したような従来のＣＭＯＳイメージセンサにおいては、金属パッドに開口部が形成された後、第１平坦化層、各カラーフィルタ層、第２平坦化層、マイクロレンズが形成されるが、各工程は金属パッドが露出された状態で行われるので、金属パッドがＴＭＡＨ系列のアルカリ現像液に反応して、相当な厚さを有する酸化膜が形成され、プローブテスト時に加えられる物理的な力によって物理的強度の低い金属パッドがはがれるおそれがある。
【００２５】
このような金属パッドの破片が受光部分に堆積する時、金属として光を反射させる役割を果たし、ＣＭＯＳイメージセンサの性能と歩留まりが低下するという問題があった。
【００２６】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、アルカリ現像液が金属パッドと接触することを防止して、イメージセンサの特性と歩留まりを向上させるようにしたＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するための本発明の一実施態様によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、アクティブ領域とパッド領域とに区分される半導体基板上に金属膜と窒化膜を順次形成する段階と、その窒化膜と金属膜を選択的にパターニングして、パッド領域上に金属パッドを形成する段階と、金属パッドを含む半導体基板の全面に保護膜を形成する段階と、窒化膜の表面が露出されるまで保護膜を選択的に除去して、金属パッド開口部を形成する段階と、半導体基板のアクティブ領域上にカラーフィルタ層を形成する段階と、各カラーフィルタ層の上側にマイクロレンズを形成する段階と、パッドの開口部に露出された窒化膜を選択的に除去する段階とを備えることを特徴とする。
【００２８】
好ましい実施態様において、金属パッド開口部の形成段階で、窒化膜と保護膜のエッチング選択比を用いて、窒化膜上でエッチング停止が起こるようにすることで、窒化膜の表面が露出されるようにすることを特徴とする。
【００２９】
パッド開口部に露出された窒化膜は、ブランケットエッチングを行うことで除去されることを特徴とし、窒化膜は１００〜１０００Åの厚さで形成することを特徴とする。
【００３０】
金属パッドはアルミニウムで形成することを特徴とする。
【００３１】
半導体基板上に金属膜を形成する前に、半導体基板上に絶縁膜を形成する段階を更に備えることを特徴とする。
【００３２】
半導体基板のアクティブ領域上にカラーフィルタ層を形成する前に、半導体基板のアクティブ領域上に第１平坦化層を形成する段階を更に備えることを特徴とする。
【００３３】
カラーフィルタ層の上側にマイクロレンズを形成する前に、カラーフィルタ層上に第２平坦化層を形成する段階を更に備えることを特徴とする。
【００３４】
一方、本発明の変形された実施態様によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、アクティブ領域とパッド領域とに区分される半導体基板上に金属膜と窒化膜を順次形成する段階と、窒化膜と金属膜を選択的にパターニングして、パッド領域上に金属パッドを形成する段階と、金属パッドを含む半導体基板の全面に保護膜を形成する段階と、窒化膜の表面が露出されるまで保護膜を選択的に除去して、金属パッドの開口部を形成する段階と、半導体基板のアクティブ領域上にカラーフィルタ層を形成する段階と、パッド開口部に露出された窒化膜を選択的に除去する段階と、各カラーフィルタ層の上側にマイクロレンズを形成する段階とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法によるＣＭＯＳイメージセンサは、金属パッド用の金属膜の上部に窒化膜を予め堆積し、パッドの上側を開口させる時に酸化膜とエッチング選択比を用いてエッチング停止が起こるようにして、完全に金属パッドが開口しないようにすることで、後のカラーフィルタ工程、平坦化工程、マイクロレンズ工程が行われる時にアルカリ現像液が金属パッドと接触することを防止することができ、イメージセンサの性能と歩留まりを向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施態様を詳細に説明する。
【００３７】
図４Ａ乃至図４Ｆは本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
図４Ａに示したように、アクティブ領域とパッド領域とに区画された半導体基板２００にゲート絶縁膜または層間絶縁膜などの絶縁膜２０１(例えば、酸化膜)を形成する。
【００３８】
次いで、絶縁膜２０１上に金属パッド用の金属膜２０２ａを堆積し、金属膜２０２ａ上に窒化膜２０３を形成する。好ましい実施形態において、窒化膜２０３は略１００〜１０００Åの厚さに形成する。これは、窒化膜２０３の厚さが薄過ぎると、エッチング選択比の限界によって窒化膜がパッド開口時に除去される恐れがあり、厚過ぎると、過度なエッチングが必要となり、マイクロレンズの形状に影響を及ぼすことがあるためである。
【００３９】
ここで、金属膜２０２ａは、図２で説明したような各ゲート電極１２０、１３０、１４０用の金属で形成されるか、別途のコンタクトによって他の金属で形成され、アルミニウム(Ａｌ)または銅(Ｃｕ)などの金属材料で形成されるのが好ましい。
【００４０】
以下では説明の便宜のためにアルミニウムを例にして説明する。
【００４１】
図４Ｂに示したように、フォトリソグラフィとエッチング工程によって窒化膜２０３と金属膜２０２ａを選択的にパターニングして、半導体基板２００のパッド領域に金属パッド２０２を形成する。従って、金属パッド２０２の上には窒化膜２０３が残留している。
【００４２】
図４Ｃに示したように、金属パッド２０２を含む半導体基板２００の全面に保護膜２０４を形成する。ここで、保護膜２０４は、酸化膜または窒化膜で形成させることが好ましい。
【００４３】
次いで、保護膜２０４上に感光膜２０５を設け、フォトリソグラフィを用いた露光および現像で金属パッド２０２の位置に対応する保護膜２０４の一部分が露出されるように感光膜２０５をパターニングする。
【００４４】
そして、パターニングされた感光膜２０５をマスクに用いて保護膜２０４を選択的にエッチングして、金属パッド２０２にパッド開口部２０６を形成する。
好ましい実施形態において、金属パッド２０２の開口時に窒化膜２０３と保護膜２０４のエッチング選択比を用いてエッチング停止が起こるようにすることで、窒化膜２０３が金属パッド２０２上に残留するようになり、金属パッドが完全に開口しないようにすることができる。即ち、パッド開口部２０６を窒化膜２０３の表面が露出されるように形成する。
【００４５】
図４Ｄに示したように、感光膜２０５を除去し、パッド開口部２０６を含む半導体基板２００の全面にシリコン窒化膜またはシリコン酸化窒化膜を堆積して、第１平坦化層２０７を形成する。
【００４６】
次いで、フォトリソグラフィとエッチング工程によって第１平坦化層２０７が半導体基板２００のアクティブ領域にのみ残るように第１平坦化層２０７を選択的にエッチングする。
【００４７】
そして、各フォトダイオード領域(図示せず)に対応する第１平坦化層２０７上にカラーフィルタ層２０８を形成する。ここで、各カラーフィルタ層は、該当するカラー(Ｒ，Ｇ，Ｂ)レジストを塗布し、別途のマスクを用いたフォトエッチングングング工程を用いて形成される。
【００４８】
図４Ｅに示したように、各カラーフィルタ層２０８を含む基板の全面に第２平坦化層２０９を形成する。
【００４９】
次いで、フォトリソグラフィとエッチング工程で第２平坦化層２０９が半導体基板２００のアクティブ領域にのみ残るように第２平坦化層２０９を選択的にエッチングする。
【００５０】
そして、第２平坦化層２０９上にマイクロレンズ用のレジスト層を塗布し、露光および現像してマイクロレンズパターンを形成した後、マイクロレンズパターンを所定の温度でリフローして、各カラーフィルタ層２０８に対応するように第２平坦化層２０９上に半球型のマイクロレンズ２１０を形成する。
【００５１】
図４Ｆに示したように、パッド開口部２０６に露出された窒化膜２０３をブランケットエッチングングによって選択的に除去して、金属パッド２０２を露出させる。
【００５２】
そして、このように製造されたＣＭＯＳイメージセンサの各金属パッド２０２をプローブテストして接触抵抗をチェックした後、異常がなければ外部の駆動回路と金属パッドとを電気的に連結させる。
【００５３】
上述した実施形態では、マイクロレンズ２１０を形成した後にパッド開口部２０６上の窒化膜２０３を除去するものとして記載したが、変形例においては、第２平坦化層２０９を形成した後、マイクロレンズ２１０を形成する前にパッド開口部２０６上の窒化膜２０３をブランケットエッチングングによって先に除去することも可能である。
【００５４】
以上で説明した内容を通じて当業者であれば本発明の技術思想を離脱しない範囲で多様な変更および修正が可能なことが分かる。したがって、本発明の技術的な範囲は実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一般的な３Ｔ型ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素の等価回路図である。
【図２】図１に示したＣＭＯＳイメージセンサの単位画素のレイアウトを示す図面である。
【図３Ａ】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図３Ｂ】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図３Ｃ】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図３Ｄ】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図３Ｅ】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図４Ｅ】本発明の一実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【図４Ｆ】本発明の一実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
２００  基板、２０１  絶縁膜、２０２  金属パッド、２０３  絶縁膜、２０４  保護膜、２０６  開口部
【図１】
2006229200.tif 000003
【図２】
2006229200.tif 000004
【図３Ａ】
2006229200.tif 000005
【図３Ｂ】
2006229200.tif 000006
【図３Ｃ】
2006229200.tif 000007
【図３Ｄ】
2006229200.tif 000008
【図３Ｅ】
2006229200.tif 000009
【図４Ａ】
2006229200.tif 000010
【図４Ｂ】
2006229200.tif 000011
【図４Ｃ】
2006229200.tif 000012
【図４Ｄ】
2006229200.tif 000013
【図４Ｅ】
2006229200.tif 000014
【図４Ｆ】
2006229200.tif 000015