(57)【要約】【課題】イメージセンサの製造方法を提供する。【解決手段】実施の形態によるイメージセンサの製造方法は、フォトダイオードを含む基板上に層間絶縁層を形成するステップと、層間絶縁層上にカラーフィルタ層を形成するステップと、カラーフィルタ層上に窒素ガスをドーパントにして酸化膜を形成するステップと、酸化膜上に所定の間隔を有する複数のフォトレジストパターンを形成するステップと、フォトレジストパターンをマスクにして酸化膜をエッチングして所定の曲率を有する酸化膜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。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードを含む基板上に層間絶縁層を形成するステップと、
前記層間絶縁層上にカラーフィルタ層を形成するステップと、
前記カラーフィルタ層上に窒素ガスをドーパントにして酸化膜を形成するステップと、
前記酸化膜上に所定の間隔を有する複数の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マスクにして前記酸化膜をエッチングして、一定の曲率を有する酸化膜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イメージセンサの製造方法。
【請求項２】
前記酸化膜を形成するステップは、
前記酸化膜を形成するための原料と共に窒素ガスをドーパントにして酸化膜を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製造方法。
【請求項３】
前記酸化膜を形成するステップは、
前記酸化膜を形成するための原料で酸化膜を形成するステップと、
前記酸化膜上に窒素ガスをドーパントにして窒素ガス処理するステップと、を含む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４】
前記酸化膜を形成するステップは、
前記酸化膜を形成するための原料と共に一次窒素ガスをドーパントにして酸化膜を形成するステップと、
前記酸化膜上に二次窒素ガスをドーパントにして窒素ガス処理するステップと、を含む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５】
前記窒素ガスをドーパントにして酸化膜を形成するステップでは、
窒素の含量が０より大きく３原子％以下である窒素ガスが利用され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６】
前記窒素ガスをドーパントにして酸化膜を形成するステップで、
前記窒素ガスが０より大きく３０ｓｃｃｍ未満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製造方法。
【請求項７】
前記フォトレジストパターンは前記酸化膜より厚く形成され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８】
前記カラーフィルタ層を形成するステップの後、
前記カラーフィルタ層上に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に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記酸化膜マイクロレンズを形成するステップは、
前記フォトレジストパターンをマスクにして前記酸化膜を一次エッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンにプラズマ処理するステップと、
前記プラズマ処理されたフォトレジストパターンを利用して、前記一次エッチングされた酸化膜を二次エッチングするステップと、を含む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１０】
前記フォトレジストパターンにプラズマ処理するステップは、
前記一次エッチングでバイアスパワー対ソースパワーの比率に比べてソースパワーを１.５倍以上増加させることによって、プラズマ温度を上げ、前記フォトレジストパターンを拡張させる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】
前記フォトレジストパターンにプラズマ処理するステップで、
バイアスパワーが２００乃至４００Ｗであり、ソースパワーが１２００乃至１４００Ｗである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１２】
前記酸化膜マイクロレンズを形成するステップで、
前記フォトレジストパターンにプラズマ処理するステップを３回以上行い、プラズマ処理されたフォトレジストパターンをエッチングマスクにして酸化膜をエッチングする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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術によると、イメージセンサの製造過程のうちマイクロレンズを形成する方法は、マイクロレンズ用特殊フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を利用してマイクロフォト（ｍｉｃｒｏ  ｐｈｏｔｏ）工程を行った後、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）方式を利用する。
【０００３】
しかし、従来の技術によると、フォトレジストのリフローの間に消失するフォトレジストの量が増加して、マイクロレンズの間にギャップが発生し、それによりフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ）に入射する光の量が減少してイメージ（ｉｍａｇｅ）不良が発生するという短所がある。
【０００４】
また、有機（Ｏｒｇａｎｉｃ）物質のマイクロレンズを適用する場合、パッケージ（Ｐａｃｋａｇｅ）や半導体チップ実装工程のバンプ（Ｂｕｍｐ）などの後続工程で、基板切断（Ｗａｆｅｒ  Ｓａｗｉｎｇ）の時に発生するパーティクル（Ｐａｒｔｉｃｌｅ）がマイクロレンズを損傷させたり、マイクロレンズに付着して、イメージ欠陥を誘発する原因となる。
【０００５】
また、従来の技術によると、既存のマイクロレンズは、マイクロレンズ形成の時に、横軸と対角軸への焦点距離（Ｆｏｃａｌ  Ｌｅｎｇｔｈ）の差が発生して、結局、隣接ピクセル（Ｐｉｘｅｌ）へのクロストーク（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）現象などを誘発することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、典型的には酸化膜を利用したマイクロレンズを採択したイメージセンサの製造方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、酸化膜を利用したマイクロレンズを具現することにおいて、酸化膜マイクロレンズの性質を改善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。
【０００８】
また、本発明のさらに他の目的は、マイクロレンズの間のギャップを最小化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、本発明のイメージセンサの製造方法は、典型的にはフォトダイオードを含む基板上に層間絶縁層を形成するステップと、層間絶縁層上にカラーフィルタ層を形成するステップと、カラーフィルタ層上に窒素ガスをドーパントにして酸化膜を形成するステップと、酸化膜上に所定の間隔を有する複数のフォトレジストパターンを形成するステップと、フォトレジストパターンをマスクにして酸化膜をエッチングして、一定の曲率を有する酸化膜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】
【００１０】
本発明のイメージセンサの製造方法は典型的には、酸化膜を利用したマイクロレンズを具現することにおいて、酸化膜形成の時、窒素ガス処理によってマイクロレンズ用酸化膜の屈折率（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）及び透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）が変化することなく、ボイド（ｖｏｉｄ）及び酸化ピット（ｏｘｉｄｅ  ｐｉｔ）が発生しない工程を開発することによって、素子特徴を向上させる効果がある。
【００１１】
また、本発明の他のイメージセンサの製造方法は典型的には、フォトレジストパターン１７０またはマイクロレンズパターン１７０ａの間の間隔を減少させることによって、酸化膜マイクロレンズ１６５の間のギャップを効果的に減少させることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、好ましい実施の形態によるイメージセンサの製造方法を、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
図１乃至図５は、第１実施の形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図である。
【００１４】
第１の実施の形態によるイメージセンサの製造方法によれば、先ず、図１に示すように、フォトダイオード１２０を含む基板１１０上に層間絶縁層１３０を形成する。
【００１５】
層間絶縁層１３０は、多層に形成されることもでき、一つの層間絶縁層を形成し、フォトダイオード１２０の領域以外の部分に光が入射することを遮断するための遮光層（図示せず）を形成した後、再び層間絶縁層を形成することもできる。
【００１６】
その後、層間絶縁層１３０の上に水分及びスクラッチから素子を保護するための保護膜（図示せず）をさらに形成することができる。
【００１７】
次に、層間絶縁層１３０の上に可染性レジストを塗布した後、露光及び現像工程を行って、各々の波長帯別に光をフィルタリングするＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層１４０を形成する。
【００１８】
次に、カラーフィルタ層１４０の上に、焦点距離調節及びレンズ層を形成するための平坦度確保などのために平坦化層（ＰＬ：ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）１５０をさらに形成することができる。
【００１９】
次に、図２に示すように、平坦化層１５０の上に窒素ガスＧをドーパントにして酸化膜（ｏｘｉｄｅ  ｆｉｌｍ）１６０を形成する。
【００２０】
酸化膜１６０は、約２００℃以下で蒸着により形成できる。また、酸化膜１６０は、Ｓｉ０２を使用して形成できるが、これに限定されるものではない。この時、酸化膜１６０は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤなどにより形成することができる。
【００２１】
一方、第１の実施の形態で、酸化膜１６０は２００℃以下で蒸着されるので、緻密な（ｄｅｎｓｅ）膜を得ることが困難である。かかる状況で酸化膜１６０にはボイド（ｖｏｉｄ）及びピット（ｐｉｔ）が形成されて、膜質に深刻な影響を及ぼすようになる。
【００２２】
上述の問題を解決するために、第１の実施の形態は、窒素ガスＧをドーパントにして酸化膜１６０の表面に発生するボイド及びピット形成を制御することができる。
【００２３】
また、第１の実施の形態で窒素（Ｎ２）の含量が増加すると、屈折率（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）が低下し得るので、原子（ａｔｏｍｉｃ）％を３％以下に制御することで、ボイド及びピット形成を制御し、酸化膜マイクロレンズの特徴を優れた状態に維持することができる。
【００２４】
また、第１の実施の形態で酸化膜１６０を形成するステップは、酸化膜１６０を形成するための原料と共に窒素ガスＧをドーパントにして酸化膜１６０を形成することによって、酸化膜１６０の表面に発生するボイド及びピット形成を制御することができる。
【００２５】
また、第１の実施の形態で酸化膜１６０を形成するステップは、酸化膜１６０を形成するための原料で酸化膜１６０を形成するステップ及び酸化膜１６０の上に窒素ガスＧをドーパントにして窒素ガス処理するステップを含むことができる。
【００２６】
また、第１の実施の形態で酸化膜１６０を形成するステップは、酸化膜１６０を形成するための原料と共に一次窒素ガスＧをドーパントにして酸化膜１６０を形成するステップと、酸化膜１６０上に二次窒素ガス（図示せず）をドーパントにして窒素ガス処理するステップとを含むことによって、酸化膜１６０の表面に発生するボイド及びピット形成をさらに効果的に除去することができる。
【００２７】
例えば、第１の実施の形態で、０ｓｃｃｍより大きく３０ｓｃｃｍ未満の窒素ガスＧをドーパントにして酸化膜１６０を形成することができる。
【００２８】
第１の実施の形態によるイメージセンサの製造方法の効果を実験した内容は次の通りである。第１の実験では、酸化膜１６０を形成する時、窒素ガスＧの流量を０ｓｃｃｍ追加して行った後、ＳＥＭイメージを得た。第２の実験では、酸化膜１６０を形成する時、窒素ガスＧの流量を２０ｓｃｃｍ追加して行った後、ＳＥＭイメージを得た。第３の実験では、酸化膜１６０を形成する時、窒素ガスＧの流量を３０ｓｃｃｍ追加して行った後、ＳＥＭイメージを得た。
【００２９】
第１の実験の場合、ボイド及び酸化ピットが発生したが、第２及び第３の実験の場合、ボイド及び酸化ピットが発生しないイメージを得た。また、第３の実験の場合、屈折率（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）の増加及び透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）の減少傾向を確認することができた。
【００３０】
上記の実験によって、新しい酸化膜マイクロレンズの工程を最適化するための工程条件を開発することができた。
【００３１】
次に、図３に示すように、酸化膜１６０の上に所定の間隔を有する複数のフォトレジストパターン１７０を形成する。
【００３２】
例えば、酸化膜１６０の上にマイクロレンズ用フォトレジスト（図示せず）を塗布し、マイクロレンズ用マスク（図示せず）を利用して露光及び現像工程によってフォトレジスト膜を選択的にパターニングしてフォトレジストパターン１７０を形成する。
【００３３】
また、フォトレジストパターン１７０は酸化膜１６０より厚く形成され得る。これは、フォトレジストパターン１７０のエッチングストップ特性が酸化膜１６０より低いからである。
【００３４】
一方、実施の形態では、フォトレジストパターン１７０をエッチングマスクにして酸化膜１６０をエッチングすることもでき、フォトレジストパターン１７０をリフローしてマイクロレンズパターン１７０ａを形成し、マイクロレンズパターン１７０ａをエッチングマスクにして酸化膜１６０をエッチングすることもできる。
【００３５】
例えば、図４に示すように、フォトレジストパターン１７０が形成された半導体の基板１１０をホットプレート（ｈｏｔ  ｐｌａｔｅ）（図示せず）上部に載置した状態で、１５０℃以上の熱処理により上部に存在するフォトレジストパターン１７０をリフローして、半球形のマイクロレンズパターン１７０ａを形成することができる。
【００３６】
次に、図５に示すように、マイクロレンズパターン１７０ａをマスクにして酸化膜１６０をエッチングして、一定の曲率を有する酸化膜マイクロレンズ１６５を形成する。
【００３７】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態によるイメージセンサの製造方法を説明する。
【００３８】
図６は、第２実施の形態によるイメージセンサの製造工程を説明するための工程断面図である。
【００３９】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態の技術的な特徴を採用することができる。
【００４０】
例えば、本発明の第２実施の形態では、フォトレジストパターン１７０をエッチングマスクにして酸化膜１６０をエッチングすることができ、フォトレジストパターン１７０をリフローしてマイクロレンズパターン１７０ａを形成し、マイクロレンズパターン１７０ａをエッチングマスクにして酸化膜１６０をエッチングすることもできる。
【００４１】
ただし、第２実施の形態が第１実施の形態と異なっている点は、フォトレジストパターン１７０またはマイクロレンズパターン１７０ａをマスクにして酸化膜１６０をエッチングする時、プラズマ処理によってフォトレジストパターン１７０またはマイクロレンズパターン１７０ａを再びリフローすることにある。
【００４２】
例えば、図６に示すように、マイクロレンズパターン１７０ａをマスクにして酸化膜１６０を一次エッチングする。
【００４３】
その後、マイクロレンズパターン１７０ａにプラズマ処理をし、プラズマ処理されたマイクロレンズパターン１７０ｂをマスクとして利用して、一次エッチングされた酸化膜１６０を二次エッチングするステップを行うことができる。
【００４４】
この時、第２実施の形態によるマイクロレンズパターン１７０ａにプラズマ処理するステップは、一次エッチングでバイアスパワー（ｂｉａｓ  ｐｏｗｅｒ）対ソースパワー（ｓｏｕｒｃｅ  ｐｏｗｅｒ）の比率に比べてソースパワーを１.５倍以上増加させることによって、プラズマ温度を上げ、マイクロレンズパターン１７０ａを拡張させて、プラズマ処理されたマイクロレンズパターン１７０ｂを形成することができる。
【００４５】
例えば、一次エッチングでバイアスパワー対ソースパワーの比率が約５：１である場合、一次エッチングでソースパワーを１.５倍増加させることによって、プラズマ温度を上げ、マイクロレンズパターン１７０ａを拡張させて、プラズマ処理されたマイクロレンズパターン１７０ｂを形成することができる。
【００４６】
また、例えば、マイクロレンズパターン１７０ａにプラズマ処理するステップで、バイアスパワーが２００乃至４００Ｗであり、ソースパワーが１２００乃至１４００Ｗであり得る。
【００４７】
また、第２実施の形態で酸化膜マイクロレンズ１６５を形成するステップで、フォトレジストパターン１７０またはマイクロレンズパターン１７０ａにプラズマ処理するステップを３回以上行い、プラズマ処理されたフォトレジストパターンをエッチングマスクにして酸化膜１６０をエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１実施の形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２】第１実施の形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３】第１実施の形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図４】第１実施の形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】第１実施の形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】第２実施の形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１０・・基板、１２０・・フォトダイオード、１３０・・層間絶縁層、１４０・・カラーフィルタ層、１５０・・平坦化層、１６０・・酸化膜、１６５・・酸化膜マイクロレンズ、１７０・・フォトレジストパターン、１７０ａ・・マイクロレンズパターン、１７０ｂ・・マイクロレンズパターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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