(57)【要約】【課題】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イメージセンサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】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。【選択図】図２Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項５】
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ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
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とを特徴とする請求項５に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項７】
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６に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
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５に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記光遮蔽膜の形成ステップで、
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することを特徴とする請求項５に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
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さらに含むことを特徴とする請求項５に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
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１０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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの工程断面図である。
【図２Ａ】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２Ｂ】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２Ｃ】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２Ｄ】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２Ｅ】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２Ｆ】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２Ｇ】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】
【００２８】
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
【図１】
2006191023.tif 000003
【図２Ａ】
2006191023.tif 000004
【図２Ｂ】
2006191023.tif 000005
【図２Ｃ】
2006191023.tif 000006
【図２Ｄ】
2006191023.tif 000007
【図２Ｅ】
2006191023.tif 000008
【図２Ｆ】
2006191023.tif 000009
【図２Ｇ】
2006191023.tif 000010