(57)【要約】【課題】無機物でハードマイクロレンズを形成することで、後続のパッケージング及びバンピングなどの工程によるマイクロレンズの損傷を防止できるイメージセンサの製造方法とする。【解決手段】複数の単位画素が形成された半導体基板上に、パッドを含む層間絶縁膜を形成するステップと、層間絶縁膜上にカラーフィルタアレイを形成するステップと、カラーフィルタアレイ上にマイクロレンズを形成するステップと、マイクロレンズを含む半導体基板上にキャッピング膜を形成するステップと、キャッピング膜上にパッドマスクを形成するステップと、パッドを露出させるステップとを含むイメージセンサの製造方法とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位画素が形成された半導体基板上に、パッドを含む層間絶縁膜を形成するステップと、
前記層間絶縁膜上に、カラーフィルタアレイを形成するステップと、
前記カラーフィルタアレイ上にマイクロレンズを形成するステップと、
前記マイクロレンズを含む半導体基板上にキャッピング膜を形成するステップと、
前記キャッピング膜上に、パッドマスクを形成するステップと、
前記パッドを露出させるステップと、
を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項２】
前記パッドは、前記パッドマスクをエッチングマスクとしてプラズマエッチングにより露出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製造方法。
【請求項３】
前記パッドを露出させた後、前記パッドマスクと前記キャッピング膜が同時に除去されるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項４】
前記パッドマスク及び前記キャッピング膜は、Ｏ2ガスにより０〜５０℃で除去されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項５】
前記キャッピング膜は、有機反射防止膜で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
前記キャッピング膜は、金属膜で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項７】
前記パッドを露出させた後、
前記パッドマスクを除去するステップと、
前記キャッピング膜を除去するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
前記キャッピング膜は、ハロゲン族元素を含むエッチングガスによって除去されることを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記マイクロレンズを形成するステップは、
前記カラーフィルタアレイ上に第１絶縁膜を形成するステップと、
前記第１絶縁膜上にマイクロレンズマスクを形成するステップと、
前記マイクロレンズマスクを使用し、前記第１絶縁膜をエッチングして、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乃至請求項８のいずれか一項に記載の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間にギャップが形成された場合、前記マイクロレンズ上に第２絶縁層膜を蒸着するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２絶縁膜は、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜のうち少なくとも一つ以上で形成されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記キャッピング膜は、１００〜３、０００Åの厚さに形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１３】
前記カラーフィルタアレイを形成した後、平坦化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乃至請求項１２のいずれか一項に記載の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】
実施の形態は、イメージセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサ（Ｉｍａｇｅ  ｓｅｎｓｏｒ）は、 光学映像（ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｍａｇｅ）を電気信号に変換する半導体素子であって、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。
【０００３】
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し、各単位画素の電気信号を順次検出するスイッチング方式により映像を具現する。
【０００４】
ＣＭＯＳイメージセンサの光感度を上げるために、カラーフィルタ上にマイクロレンズが形成される。
【０００５】
前記マイクロレンズは、有機感光体に露光（ｅｘｐｏｓｅ）、現像（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）を順に行って、半球形状に形成される。
【０００６】
しかし、前記有機感光体は物性が弱いため、パッケージング及びバンピングなどの後工程において、物理的衝撃によるクラックなどの損傷をマイクロレンズが受ける可能性がある。また、前記有機感光体は、相対的に粘性が強いので、パーティクルを吸着しレンズの不良を招く可能性もある。これを防ぐために、高硬度の酸化膜や窒化膜などを保護膜として使用する方法、または無機物を利用してハードマイクロレンズを具現する方法などが行われている。
【０００７】
そして、ＣＭＯＳイメージセンサの上部は、２５０℃以上の熱に弱い有機感光体で形成されているため、プラズマ工程によるインターフェーストラップ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｔｒａｐ）が発生し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、暗電流を防止できるイメージセンサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、実施の形態によるイメージセンサの製造方法は、複数の単位画素が形成された半導体基板上に、パッドを含む層間絶縁膜を形成するステップと、前記層間絶縁膜上にカラーフィルタアレイを形成するステップと、前記カラーフィルタアレイ上にマイクロレンズを形成するステップと、前記マイクロレンズを含む半導体基板上にキャッピング膜を形成するステップと、前記キャッピング膜上にパッドマスクを形成するステップと、前記パッドを露出させるステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本実施の形態によるイメージセンサの製造方法によれば、無機物でハードマイクロレンズを形成することで、後続のパッケージング及びバンピングなどの工程によるマイクロレンズの損傷を防止できる。
【００１１】
また、ギャップレスマイクロレンズを形成することで、イメージセンサの感度を向上させることができる。
【００１２】
さらに、マイクロレンズの表面にキャッピング膜が形成され、後続工程におけるプラズマにより発生し得る暗電流を防止し、イメージセンサの品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、 実施の形態によるイメージセンサの製造方法を、添付断面図に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１乃至図６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。
【００１５】
図１に示すように、半導体基板１０上に層間絶縁膜２０が形成される。
【００１６】
図示されていないが、前記半導体基板１０にはフォトダイオード（図示せず）及び回路領域（図示せず）を含む光感知部（図示せず）が単位画素ごとに形成されている。
【００１７】
前記フォトダイオードを含む光感知部についてさらに詳しく説明すると、前記半導体基板１０上には、アクティブ領域とフィー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。前記各単位画素は、光を受光し、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。
【００１８】
前記素子分離膜とフォトダイオードを含む関連素子とが形成された後、前記層間絶縁膜２０が半導体基板１０上に形成される。 図示されていないが、 前記層間絶縁膜２０には前記光感知部に連結される金属配線が形成されている。また、前記金属配線を含む前記層間絶縁膜２０は複数の層で形成され得る。また、前記金属配線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して形成され得る。
【００１９】
前記金属配線のうち最終の金属配線（図示せず）が形成される際、パッド２１が形成され得る。
【００２０】
前記パッド２１を含む層間絶縁膜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できる。例えば、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いずれか一つで形成され得る。また、前記パッシベーション層３０は、前記絶縁層のうち一層以上の積層構造でも形成され得る。図１に示すように、前記パッシベーション層３０は、ＴＥＯＳ膜３１が、１、０００〜５、０００Åの厚さで形成され、窒化膜３２が１、０００〜１０、０００Åの厚さで形成された積層構造で形成され得る。
【００２１】
一方、 前記パッシベーション層３０が形成されず、パッド２１が形成された層間絶縁膜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の高さに影響を及ぼし、より薄型のイメージセンサを提供できる。
【００２２】
一方、前記パッシベーション層３０上に、前記パッド２１をオープンするための１次パッドオープン工程を行うこともできる。前記１次パッドオープン工程は、前記パッシベーション層３０上に、前記パッド領域に該当するホールを有するフォトレジストパターンを形成する。そして、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクにして前記パッシベーション層３０をエッチングして、前記パッド２１の上部表面を露出させることができる。したがって、前記１次パッドオープン工程を行った後、マイクロレンズを形成し、さらに２次パッドオープン工程を進行することもできる。前記１次パッドオープン工程は省略可能であり、本実施の形態では、前記１次パッドオープン工程を省略した場合を例に挙げて説明する。
【００２３】
前記パッシベーション層３０にカラーフィルタ４０が形成される。
【００２４】
前記カラーフィルタ４０は、カラーイメージの具現のために、三色のカラーフィルタ４０で形成され得る。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用いる。各々の単位画素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。前記カラーフィルタ４０は、各々が別々の色を表すもので、レッド（Ｒｅｄ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）及びブルー（Ｂｌｕｅ）の三色で構成され、隣接するカラーフィルタ同士では、互いに少しずつオーバーラップし、 段差が生じ得る。
【００２５】
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、平坦化した表面上に形成される必要がある。したがって、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。勿論、前記平坦化層５０は形成されなくてもいい。
【００２６】
前記カラーフィルタ４０上にマイクロレンズを形成するための第１絶縁膜６０が形成される。そして、前記第１絶縁膜６０上にマイクロレンズマスク２００が単位画素ごとに形成される。
【００２７】
前記第１絶縁膜６０は、酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜のうち、いずれか一つで形成できる。例えば、前記第１絶縁膜６０は、約５０〜２５０℃で、ＳｉＯ2のような酸化膜を２、０００〜２０、０００Åの厚さで形成する。この際、前記酸化膜は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤなどで形成され得る。
【００２８】
前記マイクロレンズマスク２００は、前記第１絶縁膜６０上にフォトレジスト膜を塗布した後、パターニング及びリフロー工程によって形成され得る。前記マイクロレンズマスク２００はドーム形状に形成され得る。ここで、前記マイクロレンズマスク２００は、互いに所定距離離隔して形成され得る。
【００２９】
図２に示すように、前記第１絶縁膜６０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は単位画素ごとに形成され得る。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２００をエッチングマスクとして前記第１絶縁膜６０にエッチング工程を行って形成され得る。
【００３０】
前記第１絶縁膜６０に対するエッチング工程において、前記マイクロレンズマスク２００を構成するフォトレジスト膜と、前記第１絶縁膜を構成する酸化膜とを、１：０．７〜１．３のエッチング比でエッチングすることができる。
【００３１】
前記シードマイクロレンズ６１の形成のために行われる前記第１絶縁膜６０のエッチングは、フォトレジスト物質からなる前記マイクロレンズマスク２００がすべてエッチングされるまで、行われることができる。
【００３２】
例えば、前記第１絶縁膜６０のエッチング工程は、チャンバ内部でＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは０もしくは自然数である）のエッチングガスと、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２及びＮ２のような不活性気体を用いて行われることができる。
【００３３】
具体的には、前記第１絶縁膜６０に対するエッチング工程は、２７MHｚで６００〜１４００Wのソースパワーを印加し、２MHｚで０〜５００Ｗのバイアスパワーを印加して行われる。ここで、エッチングガスとしては４０〜１２０ｓｃｃｍのＣＦ４ガス、不活性気体としては２〜２０のＯ2ガス、または２００〜９００ｓｃｃｍのＡｒガスを使用できる。それにより、前記第１絶縁膜６０は約１，０００〜１９，０００ Å程度の厚さだけエッチングされ、前記シードマイクロレンズ６１が形成され得る。例えば、前記シードマイクロレンズ６１は１，０００〜６，０００Åの高さで形成する。
【００３４】
特にエッチング工程の際、前記バイアスパワーを与えないようにすることで、チャンバ内部で発生するプラズマから、前記半導体基板１０に移動するイオンのエネルギーを低くすることができる。従って、前記第１絶縁膜６０のエッチング損傷を減少させることができる。
【００３５】
これにより、プラズマ工程により前記半導体基板１０の界面で発生するトラップレベルによる暗電流の発生を防止できる。
【００３６】
前記工程により、図２に示すように、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状のシードマイクロレンズ６１が形成される。この際、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と互いに離隔して形成されることで、マージ（ｍｅｒｇｅ）現象を防止できる。
【００３７】
図３に示すように、前記シードマイクロレンズ６１を含む半導体基板１０上に第２絶縁膜７０が形成される。
【００３８】
前記第２絶縁膜７０は、前記シードマイクロレンズ６１を含む第１絶縁膜６０の上部表面に沿って蒸着される。それにより、隣接する前記シードマイクロレンズ６１は、互いに接触し得る。
【００３９】
したがって、前記シードマイクロレンズ６１と前記第２絶縁膜７０とからなるマイクロレンズ８０は連続したドーム形状をなし、 ギャップレス（ｇａｐｌｅｓｓ）マイクロレンズを形成できる。
【００４０】
前記第２絶縁膜７０は、前記第１絶縁膜６０と同様の物質で形成され得る。例えば、前記第２絶縁膜７０は、５０〜２５０℃の温度で、５００〜２０，０００ Åの厚さで酸化膜を蒸着して形成できる。
【００４１】
前記第２絶縁膜７０は、前記シードマイクロレンズ６１上に薄く蒸着されるので、前記マイクロレンズ８０の端部は、隣接するマイクロレンズ８０と連続的に接触する。これにより、マイクロレンズ８０間の間隙をゼロギャップ（ｚｅｒｏ  ｇａｐ）のレベルまで減らすことで、イメージセンサのイメージ品質を高めることができる。
【００４２】
図４に示すように、前記マイクロレンズ８０が形成された半導体基板１０上に、キャッピング膜９０が形成される。前記キャッピング膜９０は、プラズマエッチング工程において誘発されるＵＶ照射により前記半導体基板１０と絶縁膜の間に発生するトラップレベルを防止する。
【００４３】
前記キャッピング膜９０は１００〜３，０００ Åの厚さで蒸着され得る。したがって、前記キャッピング膜９０は、前記半導体基板１０上に形成されたマイクロレンズ８０及び層間絶縁膜２０を全部覆うように形成され得る。
【００４４】
例えば、前記キャッピング膜９０は、有機反射防止膜（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＢＡＲＣ）で形成され得る。前記キャッピング膜９０が有機反射防止膜で形成されると、プラズマエッチング工程で発生するＵＶ照射を吸収し、前記半導体基板１０と絶縁膜の間におけるトラップレベルの発生を防止できるようになる。
【００４５】
又は、前記キャッピング膜９０は金属膜で形成され得る。前記金属膜は、電気伝導度が１０−６ｏｈｍ／ｍ以上の金属物質を蒸着することで形成され得る。例えば、 前記キャッピング膜９０は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などのような電気伝導度が１０-6〜１０３ｏｈｍ／ｍである物質を使用することができる。
【００４６】
前記キャッピング膜９０が金属膜で形成されると、プラズマエッチング工程で発生するＵＶ照射を反射するので、前記半導体基板１０と絶縁膜の間でトラップレベルの発生を防止できるようになる。
【００４７】
図５に示すように、前記キャッピング膜９０上に、パッドホール１１０を含むパッドマスク１００が形成される。
【００４８】
前記パッドマスク１００は、前記キャッピング膜９０上にフォトレジストを塗布した後、パターニングすることで形成され得る。前記パッドマスク１００のパッドホールによって、前記パッド２１領域に対する部分の前記キャッピング膜９０の上部表面は露出し、それ以外の領域は全て前記パッドマスク１００に覆われた状態になる。
【００４９】
次に、前記パッドマスク１００をエッチングマスクとして、前記パッド２１上部のキャッピング膜９０、第２絶縁膜７０、 第１絶縁膜６０及びパッシベーション層３０をエッチングし、パッドオープンホール２３が形成される。前記パッドオープンホール２３によって前記パッド２１は露出し得る。
【００５０】
前記パッドオープンホール２３は、ドライエッチング工程によって形成され得る。例えば、前記パッドオープンホール２３は、前記シードマイクロレンズ６１の形成に用いたエッチング工程により形成され得る。
【００５１】
即ち、前記パッドオープンホール２３は、チャンバ内部に２７MHｚで６００〜１４００Wのソースパワーを印加してエッチングを行い、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは０もしくは自然数である）のエッチングガスと、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２及びＮ２のような不活性気体を用いて形成され得る。
【００５２】
特に、前記プラズマエッチング工程が行われる間、ＵＶ照射が発生し得る。本実施の形態では、前記マイクロレンズ８０を含む半導体基板１０上にキャッピング膜９０が形成されているので、前記ＵＶ照射は前記半導体基板１０に吸収されなくなる。
【００５３】
即ち、前記キャッピング膜９０が有機反射防止膜で形成されている場合、ＵＶ照射は前記キャッピング膜９０に吸収されるので、前記ＵＶ照射が半導体基板１０内部に吸収されなくなり、暗電流の誘発を防止することができる。
【００５４】
又は、前記キャッピング膜９０が金属膜で形成されている場合、ＵＶ照射は前記キャッピング膜９０により反射されるので、前記ＵＶ照射は半導体基板１０内部に吸収されなくなり、暗電流の誘発を防止することができる。
【００５５】
図６に示すように、前記パッドマスク１００を除去して、前記半導体基板１０上に形成された前記パッド２１を露出させる。
【００５６】
前記パッドマスク１００の除去は、アッシング工程によって、０〜５０℃の温度で除去できる。
【００５７】
具体的には、前記パッドマスク１００の除去は、０℃の温度、即ち、温度を一切提供していない状態で、Ｏ２ ガスを用いて除去できる。これは、前記半導体基板１０が安着する下部電極（図示せず）の温度を下げることで行うことができる。
【００５８】
前記パッドマスク１００の除去において、有機反射防止膜からなるキャッピング膜９０を同時に除去できる。これは、前記キャッピング膜９０とパッドマスク１００が有機物で形成されているから可能である。
【００５９】
したがって、前記パッドマスク１００及び前記キャッピング膜９０の除去において、一般的にフォトレジスト膜を除去する際、２００℃以上で行われていた工程を、本実施の形態では、温度を調整することなく行うことによって、周辺温度によるマイクロレンズ８０の表面の損傷を防止することもできる。
【００６０】
前記キャッピング膜９０が金属膜で形成されている場合、前記パッドマスク１００を除去した後、前記金属膜からなるキャッピング膜９０の除去工程を行うことができる。
【００６１】
前記金属物質からなるキャッピング膜９０は、Ｆ、Ｃ１などのハロゲン族元素を含むエッチングガスを用いて除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】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２】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３】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４】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５】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６】実施の形態におるイメージセンサの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０・・半導体基板、２０・・層間絶縁膜、２１・・パッド、２３・・パッドオープンホール、３０・・パッシベーション層、３１・・ＴＥＯＳ膜、３２・・窒化膜、４０・・カラーフィルタ、５０・・平坦化層、６０・・第１絶縁膜、６１・・シードマイクロレンズ、７０・・第２絶縁膜、２００・・マイクロレンズマスク。
【図１】
2008288570.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008288570.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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