(57)【要約】【課題】実施例は、無機物物質で形成されたマイクロレンズを有するイメージセンサの製造方法を提供する。【解決手段】実施例によるイメージセンサの製造方法は、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段階と、前記層間絶縁膜上にカラーフィルタ及び平坦化層を形成する段階と、前記平坦化層上に第１絶縁膜を形成する段階と、前記第１絶縁膜上にマイクロレンズマスクを形成する段階と、前記マイクロレンズマスクを蝕刻マスクで使用した前記第１絶縁膜の蝕刻工程によってシードマイクロレンズで形成する段階と、前記シードマイクロレンズ上に第２絶縁膜を蒸着してマイクロレンズを形成する段階と、及び前記パッドを露出させる段階を含んで、前記第１絶縁膜の蝕刻工程は２７ＭＨｚで６００〜１４００Ｗソースパワーと２ＭＨｚで０〜５００Ｗバイアスパワーで遂行されることを含む。【選択図】図５
2008227503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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段階と、
前記層間絶縁膜上にカラーフィルタ及び平坦化層を形成する段階と、
前記平坦化層上に第１絶縁膜を形成する段階と、
前記第１絶縁膜上にマイクロレンズマスクを形成する段階と、
前記マイクロレンズマスクを蝕刻マスクで使用した前記第１絶縁膜の蝕刻工程によってシードマイクロレンズで形成する段階と、
前記シードマイクロレンズ上に第２絶縁膜を蒸着してマイクロレンズを形成する段階と、及び
前記パッドを露出させる段階を含んで、
前記第１絶縁膜の蝕刻工程は２７ＭＨｚで６００〜１４００Ｗソースパワーと２ＭＨｚで０〜５００Ｗバイアスパワーで遂行されるイメージセンサの製造方法。
【請求項２】
前記パッドを露出させる段階は、
前記マイクロレンズを含む第２絶縁膜上に前記パッドに対応する前記第２絶縁膜を選択的に露出させるパッドマスクを形成する段階と、
前記パッドマスクを利用して前記パッドの上部領域を蝕刻する段階と、及び
前記パッドマスクを除去する段階と、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３】
前記パッドマスクの除去は、Ｏ２ガスによって０〜５０℃で除去されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項４】
前記第１絶縁膜の蝕刻工程時にＣｘＨｙＦｚの蝕刻ガスとＡｒ、Ｈｅ、Ｏ２及びＮ２のうちいずれか一つのガスが供給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５】
前記層間絶縁膜を形成した後、前記層間絶縁膜上にパッシベーション層が形成される段階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６】
前記第１絶縁膜及び第２絶縁膜は、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７】
前記シードマイクロレンズは、２，０００〜６，０００Åの高さで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】
前記マイクロレンズマスクと第１絶縁膜の蝕刻比は１：０．７〜１．３であるこ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、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）は光学的映像（ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｍａｇｅ）を電気的信号に変換させる半導体素子として、大きく電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）とシーモス（ＣＭＯＳ；Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）イメージセンサ（Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）（ＣＩＳ）で区分される。
【０００３】
シーモスイメージセンサは、単位画素内にフォトダイオードとモストランジスタを形成させることでスイッチング方式で各単位画素の電気的信号を順次に検出して映像を具現する。
【０００４】
シーモスイメージセンサの製造過程のうちでマイクロレンズを形成する方法は単位画素及び関連素子を含む半導体基板上にマイクロレンズ用有機物フォトレジストをパターニングした後にリフローさせることで形成される。
【０００５】
しかし、前記有機物フォトレジストは物性自体が弱くてパッケージ及びバンプなどの後工程でマイクロレンズが物理的な衝撃によってクラックなどによる損傷を被りやすくて、また相対的な粘性が強くてパーティクルが吸着される場合にレンズの不良を誘発させることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施例は、無機物物質で形成されたマイクロレンズを有するイメージセンサの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施例によるイメージセンサの製造方法は、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段階と、前記層間絶縁膜上にカラーフィルタ及び平坦化層を形成する段階と、前記平坦化層上に第１絶縁膜を形成する段階と、前記第１絶縁膜上にマイクロレンズマスクを形成する段階と、前記マイクロレンズマスクを蝕刻マスクとして使用した前記第１絶縁膜の蝕刻工程によってシードマイクロレンズで形成する段階と、前記シードマイクロレンズ上に第２絶縁膜を蒸着してマイクロレンズを形成する段階と、及び前記パッドを露出させる段階を含んで、前記第１絶縁膜を蝕刻工程は２７ＭＨｚで６００〜１４００Ｗソースパワーと２ＭＨｚで０〜５００Ｗバイアスパワーで遂行されることを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施例によるイメージセンサの製造方法を添付された図面を参照して詳しく説明する。
【０００９】
図１ないし図５は、実施例によるイメージセンサの製造工程を示す断面図である。
【００１０】
図１を参照して、半導体基板１０上に層間絶縁膜１１が形成される。
【００１１】
図示しなかったが、前記半導体基板１０にはフォトダイオード（図示せず）を含む光感知部が単位画素別に形成されることができる。
【００１２】
前記フォトダイオードを含む光感知部に対して説明すると、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。前記半導体基板１０の単位画素には光を受光して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て受光された光電荷を電気信号に変換するトランジスタ（図示せず）が形成されている。
【００１３】
前記素子分離膜とフォトダイオードを含む関連素子らが形成された以後に、金属配線を含む層間絶縁膜１１が半導体基板１０上に複数の層で形成されることができる。図示しなかったが、前記金属配線は単位画素と電気的に連結されることができる。また、前記金属配線はフォトダイオードに入射される光を隠さないように意図的にレイアウトされて形成されることができる。
【００１４】
前記素子分離膜とフォトダイオードを含む関連素子（図示せず）らが形成された後に、金属配線（図示せず）を含む層間絶縁膜１１が半導体基板１０上に形成される。このような金属配線はフォトダイオードに入射される光を隠さないように意図的にレイアウトされて形成されることができる。また、金属配線を含む層間絶縁膜１１は複数の層で形成されることができる。
【００１５】
前記層間絶縁膜１１に最終金属配線、すなわちパッド６０を形成した後にパッシベーション層２０が形成されることができる。前記パッシベーション層２０は湿り気やスクラッチなどから素子を保護するためのものであって、パッド６０を含む層間絶縁膜１１上に形成されることができる。
【００１６】
前記パッシベーション層２０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中のいずれか一つで形成されることもあって、または一つ以上の層が積層されるように形成されることができる。例えば、前記パッシベーション層２０はＴＥＯＳ膜２１が１，０００〜５，０００Åの厚さで形成されて窒化膜２２が１，０００〜１０，０００Åの厚さで積層された構造で形成されることができる。
【００１７】
一方、パッシベーション層２０が形成されないでパッドが形成された層間絶縁膜１１上に後工程でカラーフィルタ３０が形成されることもできる。これはイメージセンサの全体的な高さに影響を与えるようになってより薄型の小型イメージセンサを提供することもできる。
【００１８】
図示しなかったが、前記パッシベーション層２０上に前記パッド６０をオープンするための１次パッドオープン工程を遂行することもできる。前記１次パッドオープン工程はパッシベーション層２０上に前記パッド６０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、フォトレジストパターンを蝕刻マスクで使用して前記パッシベーション層２０を蝕刻することで前記パッド６０をオープンさせることができる。前記１次パッドオープン工程を遂行した後にマイクロレンズを形成して再び２次パッドオープン工程を進行することもできる。ここで、前記１次パッドオープン工程は省略可能なものである。以下の説明では前記１次パッドオープン工程は省略することを例にして説明するようにする。
【００１９】
再び図１を参照して、前記パッシベーション層２０上にカラーフィルタ３０が形成される。前記カラーフィルタ３０はカラーイメージ具現のために３色のカラーフィルタ３０で形成されて、前記カラーフィルタ３０を構成する物質としては、染色されたフォトレジストを使用してそれぞれの単位画素ごとに一つのカラーフィルタ３０が形成されて入射する光から色を分離し出す。このようなカラーフィルタ３０はそれぞれ異なる色相を示すものであって、レッド（Ｒｅｄ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）及びブルー（Ｂｌｕｅ）の３種色でなされて隣接したカラーフィルタ３０らはお互いに少しずつオーバーラップされて段差を有するようになる。
【００２０】
前記カラーフィルタ３０の段差を補うために平坦化層４０が前記カラーフィルタ３０上に形成される。後工程で形成されるマイクロレンズは平坦化された表面上に形成されなければならないし、これのためにはカラーフィルタ３０による段差を無くさなければならないので、前記カラーフィルタ３０上に平坦化層４０を形成することができる。
【００２１】
前記カラーフィルタ３０上にマイクロレンズを形成するための第１絶縁膜５０及びマイクロレンズマスク７０が形成される。
【００２２】
前記第１絶縁膜５０は、酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜のうちでいずれか一つで形成することができる。例えば、前記第１絶縁膜５０は約５０〜２５０℃でＳｉＯ２のような酸化膜を蒸着して形成されることができる。この時、前記第１絶縁膜５０はＣＶＤ、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤなどで形成されることができる。前記第１絶縁膜５０は２，０００〜２０，０００Åの厚さを有するように形成されることができる。
【００２３】
前記マイクロレンズマスク７０は単位画素別に形成された前記カラーフィルタ３０に対応するように前記第１絶縁膜５０上にそれぞれ形成される。例えば、前記マイクロレンズマスク７０を形成するためには前記第１絶縁膜５０上にフォトレジスト膜を塗布して単位画素別にパターニングする。そして、パターニングされた前記フォトレジスト膜に対するリフロー工程を進行するとドーム形態のマイクロレンズマスク７０を形成することができる。ここで前記マイクロレンズマスク７０はお互いに離隔された状態で形成されることができる。
【００２４】
図２を参照して、前記第１絶縁膜５０上部にシードマイクロレンズ５１が形成される。前記シードマイクロレンズ５１は前記マイクロレンズマスク７０を蝕刻マスクで使用して前記第１絶縁膜５０に対する蝕刻工程を進行して形成することができる。
【００２５】
前記シードマイクロレンズ５１を形成するための前記第１絶縁膜５０に対する蝕刻は前記マイクロレンズマスク７０をなすフォトレジスト膜と前記第１絶縁膜５０をなす酸化膜の蝕刻選択比を利用することができる。例えば、前記マイクロレンズマスク７０と前記第１絶縁膜５０の蝕刻選択比は１：０．７〜１．３であることがある。
【００２６】
また、前記シードマイクロレンズ５１形成のための前記第１絶縁膜５０に対する蝕刻は前記マイクロレンズマスク７０をなすフォトレジスト膜がすべて蝕刻されるまで遂行されるようにすることができる。
【００２７】
具体的に、前記第１絶縁膜５０の蝕刻工程はチャンバ内にＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは０、または自然数）種類の蝕刻ガスとＡｒ、Ｈｅ、Ｏ２及びＮ２のような不活性気体を利用して遂行されることができる。例えば、前記チャンバ内にソースパワーを２７ＭＨｚの６００〜１４００Ｗで印加して、バイアスパワーは２ＭＨｚの０〜５００Ｗで印加して、蝕刻ガスは４０〜１２０ｓｃｃｍのＣＦ４ガスと、２〜２０ｓｃｃｍのＯ２ガスまたは２００〜９００ｓｃｃｍのＡｒガスを注入することができる。
【００２８】
前記の蝕刻条件によって前記第１絶縁膜５０は約１，０００〜１９，０００Åの厚さで蝕刻されることができる。そうすると、前記第１絶縁膜５０上部にシードマイクロレンズ５１が形成されることができる。例えば、前記シードマイクロレンズ５１の厚さは２，０００〜６，０００Åで形成されることができる。特に、前記第１絶縁膜５０の蝕刻時にチャンバ内にバイアスパワーは加えないように工程を進行することができる。そうすると、前記チャンバ内部で発生され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が低くなるようになって前記第１絶縁膜５０が蝕刻工程によって損傷されることを減少させることができるようになる。これによってプラズマ工程で発生することができる半導体基板１０の界面で発生されるトラップレベルによるダークカレントが発生されることを防止することができる。
【００２９】
前記工程を通じて図２に示すように前記カラーフィルタ３０上にドーム形態のシードマイクロレンズ５１が単位画素別に形成されることができる。前記シードマイクロレンズ５１は隣合うシードマイクロレンズ５１と離隔された状態で形成されることができる。
【００３０】
図３を参照して、前記シードマイクロレンズ５１上に第２絶縁膜５３が蒸着されてマイクロレンズ５５が形成される。前記マイクロレンズ５５は前記シードマイクロレンズ５１及び第２絶縁膜５３によって隣合うマイクロレンズの縁と接するように形成されることができる。すなわち、前記マイクロレンズ５５はギャップレス（ｇａｐｌｅｓｓ）形態で形成されることができる。
【００３１】
前記第２絶縁膜５３は前記第１絶縁膜５０と同一な物質で形成されることができる。例えば、前記第２絶縁膜５３は酸化膜を５０〜２５０℃の温度で５００〜２０，０００Åの厚さで蒸着して形成されることができる。前記第２絶縁膜５３は前記シードマイクロレンズ５１の端部が隣合うシードマイクロレンズ５１と接するまで蒸着されることができる。そうすると、前記マイクロレンズ５５の間のギャップはゼロギャップ（ｚｅｒｏ  ｇａｐ）水準に減少されてイメージセンサのイメージ品質を高めることができる効果がある。
【００３２】
図４を参照して、マイクロレンズ５５を含む第２絶縁膜５３上にパッドマスク８０が形成される。前記パッドマスク８０は前記パッド６０に対応する前記第２絶縁膜５３の表面を選択的に露出させることができる。前記パッドマスク８０はフォトレジスト膜を塗布した後パターニングして形成されることができる。
【００３３】
図５を参照して、前記パッドマスク８０を蝕刻マスクで使用して前記パッド６０上部の第２絶縁膜５３、第１絶縁膜５０及びパッシベーション層２０を除去してパッドオープンホール６１を形成することで前記パッド６０を露出させることができる。前記パッドオープンホール６１は前記シードマイクロレンズ５１を形成する時に遂行した蝕刻工程と同一な工程を使用して形成されることができる。
【００３４】
すなわち、前記パッドオープンホール６１形成はチャンバ内にソースパワーは２７ＭＨｚの６００〜１４００Ｗで印加して、バイアスパワーは２ＭＨｚの０〜５００Ｗで印加して遂行して、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは０、または自然数）種類の蝕刻ガスとＡｒ、Ｈｅ、Ｏ２及びＮ２のような不活性気体を利用して遂行されるようにすることができる。
【００３５】
前記パッドオープンホール６１形成によって前記パッド６０が露出すると前記パッドマスク８０を除去する。前記パッドマスク８０の除去はアッシング工程を利用して０〜５０℃の温度で除去することができる。例えば、前記パッドマスク８０の除去は０℃の温度、すなわち温度を全然提供しない状態でＯ２ガスを利用して除去することができる。特に、前記パッドマスク８０の除去時に提供される温度は前記半導体基板１０が安着されるチャンバ内の下部電極の温度を低めることで遂行することができる。一般的にフォトレジスト膜を除去する時２００℃以上で遂行されるものの、実施例では前記パッドマスク８０を除去する時に温度を提供しなくても工程が進行されることで周辺温度によって前記マイクロレンズ５５の表面が損傷されることを防止することもできる。
【００３６】
実施例によるイメージセンサの製造方法は、無機物でマイクロレンズを形成することで後続のパッケージ及びバンプ工程などによってマイクロレンズが損傷されることを防止することができる。
【００３７】
また、マイクロレンズを形成する時プラズマ蝕刻工程によるマイクロレンズの蝕刻損傷を防止してプラズマ工程によってダークカレントの発生を防止することができる。
【００３８】
以上では本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例によって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであると、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例によるイメージセンサの製造工程を示す図面である。
【図２】実施例によるイメージセンサの製造工程を示す図面である。
【図３】実施例によるイメージセンサの製造工程を示す図面である。
【図４】実施例によるイメージセンサの製造工程を示す図面である。
【図５】実施例によるイメージセンサの製造工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  半導体基板、  １１  層間絶縁膜、  ２０  パッシベーション層、  ２１  ＴＥＯＳ膜、  ２２  窒化膜、  ３０  カラーフィルタ、  ４０  平坦化層、  ５０  第１絶縁膜、  ５１  シードマイクロレンズ、  ５３  第２絶縁膜、  ５５  マイクロレンズ、  ６０  パッド、  ６１  パッドオープンホール、  ７０  マイクロレンズマスク、  ８０  パッドマスク。  
【図１】
2008227503.tif 000003
【図２】
2008227503.tif 000004
【図３】
2008227503.tif 000005
【図４】
2008227503.tif 000006
【図５】
2008227503.tif 000007