(57)【要約】【課題】マイクロレンズを均一に形成し、素子の感度を向上させることができるイメージセンサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、ピクセル部と周辺部とが画定され、ピクセル部に形成されているピクセルアレイを備えた半導体基板と、半導体基板の上に形成されているＰＭＤ層と、ＰＭＤ層上に少なくとも１つの層で形成され、ピクセルアレイの上部に位置する領域が所定の深さにエッチングされた少なくとも１つのＩＭＤ層と、エッチングされたＩＭＤ層上に形成されているカラーフィルタアレイと、カラーフィルタアレイ上に形成されているマイクロレンズアレイとを含み、マイクロレンズアレイは隣接するレンズの間にギャップが存在することなく互いに連続的な屈曲を有するように形成される。【選択図】図５
2008060571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピクセル部と周辺部とが画定され、前記ピクセル部に形成されているピクセルアレイを備えた半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成されているＰＭＤ層と、
前記ＰＭＤ層上に少なくとも１つの層で形成され、前記ピクセルアレイの上部に位置する領域が所定の深さにエッチングされた少なくとも１つのＩＭＤ層と、
前記エッチングされたＩＭＤ層上に形成されているカラーフィルタアレイと、
前記カラーフィルタアレイ上に形成されているマイクロレンズアレイとを含み、
前記マイクロレンズアレイは隣接するレンズの間にギャップが存在することなく互いに連続的な屈曲を有するように形成されることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記マイクロレンズアレイは、前記カラーフィルタアレイの表面に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。
【請求項３】
ピクセル部と周辺部とが画定されている半導体基板を提供する段階と、
前記ピクセル部にピクセルアレイを形成する段階と、
前記ピクセルアレイが形成された基板の上にＰＭＤ層を形成する段階と、
前記ＰＭＤ層上に少なくとも１つのＩＭＤ層を形成する段階と、
前記ピクセルアレイの上部に位置する前記ＩＭＤ層を所定の深さにエッチングする段階と、
前記エッチングされたＩＭＤ層にカラーフィルタアレイを形成する段階と、
前記カラーフィルタアレイ上にフォトレジストを塗布して表面が平坦なフォトレジスト層を形成して硬化させる段階と、
前記フォトレジスト層の上にダミーマイクロレンズアレイを形成するためのフォトレジストを塗布し露光してダミーマイクロレンズアレイを形成する段階と、
前記ダミーマイクロレンズアレイ及び前記フォトレジスト層をエッチングし、前記カラーフィルタアレイ上にマイクロレンズアレイを形成する段階と、
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４】
前記マイクロレンズアレイは、前記カラーフィルタアレイの表面に形成されることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項５】
前記ＩＭＤ層をエッチングする段階は、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)法によって行われることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
前記ダミーマイクロレンズアレイ及び前記フォトレジスト層をエッチングする段階は、等方性ドライエッチング法によって行われることを特徴とする請求項３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層の硬化は、熱処理により行われることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
半導体基板上にカラーフィルタアレイが形成されたイメージセンサにマイクロレンズアレイを製造する方法において、
前記カラーフィルタアレイ上にフォトレジストを塗布して硬化させ表面が平坦なフォトレジスト層を形成する段階と、
前記フォトレジスト層の上にダミーマイクロレンズアレイを形成するためのフォトレジストを塗布し露光してダミーマイクロレンズアレイを形成する段階と、
前記ダミーマイクロレンズアレイ及び前記フォトレジスト層をエッチングし、前記カラーフィルタアレイ上にマイクロレンズアレイを形成する段階と、
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９】
前記ダミーマイクロレンズアレイをパターンする段階の後に、前記ダミーマイクロレンズは隣接するレンズの間にギャップが存在することなく互いに連続的な屈曲を有するように前記ダミーマイクロレンズをリフローする段階を更に含むことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記ダミーマイクロレンズアレイ及び前記フォトレジスト層をエッチングする段階は、等方性ドライエッチング法によって行われることを特徴とする請求項８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層の硬化は、熱処理により行われることを特徴とする請求項８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、イメージセンサ及びイメージセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、イメージセンサの小型化、多画素化の傾向に伴い、単位面積当たりにより多くの画素が形成されている。画素のサイズが小さくなるにつれて、上部にオンチップで形成するカラーフィルタ及びマイクロレンズ層のサイズも小さくなる。
【０００３】
単位画素のサイズが小型化するにつれて、光を受け入れるフォトダイオードの領域が縮小し、これにより感度が低下してしまう。従って、低下する感度を補償するために、より多くの光を受け入れなければならない。その解決策として、開口部を広げる方法と、上部に集光マイクロレンズを形成する方法などが挙げられる。
【０００４】
開口部はだいたいメタル層で形成される。このメタル層は配線及びオプティカルシールドとしての役割を果たす。単位画素に入射した後、シールド層の上部に入射する入射光を集光レンズを介して開口部に屈折させて集束する場合において、集光レンズのサイズを大きくするほど、レンズが互いにくっついたり、分離される程度が互いに異なったりする。従って、画像の均一度が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
また、下部の色分離層が影響を受け、隣接する色分離層の情報が混合して入力されることもある。その結果、色再現性及びコントラストが低下する。更に、色分離層の形成時に顔料の混合によるフォトレゾリューションの低下により整列露光時に微細パターンが形成され難くなる。また、色分離層の間の重畳やそれらの間に形成される空間により、上部の平坦層が必ず必要になり、更なる工程が求められる。
【０００６】
図１は、従来のイメージセンサの構造を概略的に示す図である。
【０００７】
従来のイメージセンサは、図１に示すように、ピクセル部と周辺部とを含む。ピクセル部には、ピクセルアレイ１０とカラーフィルタアレイ６０が形成される。ピクセルアレイ１０上にはＰＭＤ層２０が形成される。ＰＭＤ層２０上には第１、第２、第３のＩＭＤ層３０、４０、５０が形成される。
【０００８】
従来のイメージセンサの製造方法では保護膜８０が形成された後、アレイエッチングを行い、カラーフィルタアレイ６０を形成する。そして、カラーフィルタアレイ６０上にマイクロレンズ７０を形成する。それにより、焦点長さを短縮できるイメージセンサを提供する。
【０００９】
しかしながら、従来のイメージセンサの製造方法によれば、マイクロレンズ７０を形成するために、フォトレジストをスピンコーティング法によって塗布して露光を行う。この場合、ピクセル部と周辺部との間に段差が生じるので、露光に起因する焦点長さの差によってデフォーカスが発生するという問題がある。また、ピクセル部と周辺部との境界面に一定のダミーパターンを設計して挿入しなければならないなどの困難が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、マイクロレンズを均一に形成し、素子の感度を向上させることができるイメージセンサ及びそ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】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明に係るイメージセンサは、ピクセル部と周辺部とが画定され、前記ピクセル部に形成されているピクセルアレイを備えた半導体基板と、前記半導体基板の上に形成されているＰＭＤ層と、前記ＰＭＤ層上に少なくとも１つの層で形成され、前記ピクセルアレイの上部に位置する領域が所定の深さにエッチングされた少なくとも１つのＩＭＤ層と、前記エッチングされたＩＭＤ層上に形成されているカラーフィルタアレイと、前記カラーフィルタアレイ上に形成されているマイクロレンズアレイとを含み、前記マイクロレンズアレイは隣接するレンズの間にギャップが存在することなく互いに連続的な屈曲を有するように形成される。
【００１２】
また、本発明によれば、前記マイクロレンズアレイは前記カラーフィルタアレイの表面に形成される。
【００１３】
更に、前記目的を達成するために、本発明に係るイメージセンサの製造方法は、ピクセル部と周辺部とが画定されている半導体基板を提供する段階と、前記ピクセル部にピクセルアレイを形成する段階と、前記ピクセルアレイが形成された基板の上にＰＭＤ層を形成する段階と、前記ＰＭＤ層の上に少なくとも１つのＩＭＤ層を形成する段階と、前記ピクセルアレイの上部に位置する前記ＩＭＤ層を所定の深さにエッチングする段階と、前記エッチングされたＩＭＤ層にカラーフィルタアレイを形成する段階と、前記カラーフィルタアレイ上にフォトレジストを塗布して表面が平坦なフォトレジスト層を形成して硬化させる段階と、前記フォトレジスト層の上にダミーマイクロレンズアレイを形成するためのフォトレジストを塗布し露光してダミーマイクロレンズアレイを形成する段階と、前記ダミーマイクロレンズアレイ及び前記フォトレジスト層に対してエッチングを行い、前記カラーフィルタアレイ上にマイクロレンズアレイを形成する段階とを含む。
【００１４】
そして、本発明によれば、前記マイクロレンズアレイは前記カラーフィルタアレイの表面に形成される。
【００１５】
また、本発明によれば、前記ＩＭＤ層のエッチングは、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)法によって行われる。
【００１６】
更に、本発明によれば、前記ダミーマイクロレンズアレイ及び前記フォトレジスト層のエッチングは、等方性ドライエッチング法によって行われる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記フォトレジスト層の硬化は、熱処理により行われる。
【００１８】
このような本発明によれば、均一なマイクロレンズを形成し、イメージセンサの感度を向上させることができるという長所がある。
【００１９】
本発明に係る実施形態の説明において、各層(膜)、領域、パターンまたは構造物が基板、各層(膜)、領域、パッドまたはパターンの「上／上方／真上／上部(ｏｎ／ａｂｏｖｅ／ｏｖｅｒ／ｕｐｐｅｒ)」にまたは「下／下方／真下／下部(ｄｏｗｎ／ｂｅｌｏｗ／ｕｎｄｅｒ／ｌｏｗｅｒ)」に形成されると記載される場合に、その意味は各層(膜)、領域、パッド、パターンまたは構造物が直接基板、各層(膜)、領域、パッドまたはパターンに接触して形成されると解釈されることもでき、他の層(膜)、他の領域、他のパッド、他のパターンまたは他の構造物がその間に追加で形成されると解釈されることもできる。従って、その意味は発明の技術的思想によって判断されなければならない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、従来技術において問題として指摘されたピクセル部と周辺部との境界面の段差に起因するデフォーカスを解決できるという効果を奏する。また、従来技術のようなダミーパターンを設計する必要がなくなり、セルのサイズを更に小さく形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図２〜図５は、本実施の形態に係るイメージセンサの製造方法による製造工程を順に示す図である。
【００２３】
本実施の形態に係るイメージセンサの製造方法は、図２に示すように、ピクセル部と周辺部とが画定されている半導体基板を提供する。そして、ピクセル部にピクセルアレイ１１０を形成する。
【００２４】
ピクセルアレイ１１０は、マイクロピクセルを形成する多数のフォトダイオードを含む。フォトダイオードの数が映像の解像度を決定するため、高画素化及び小型化による単位ピクセルの微細化が行われる。
【００２５】
前記結果物の上にＰＭＤ層１２０を形成し、そのＰＭＤ層１２０上に少なくとも１つのＩＭＤ層を形成する。図２には、第１、第２、第３のＩＭＤ層１３０、１４０、１５０が形成される場合を例示している。しかし、ＩＭＤ層の数は、設計仕様に応じて更に増やしても、また減らしてもよい。
【００２６】
第３のＩＭＤ層１５０上には、保護膜２００が更に形成され得る。
【００２７】
次に、ピクセルアレイ１１０の上部に位置する第３のＩＭＤ層１５０を所定の深さにエッチングする段階が行われる。この場合、第３のＩＭＤ層１５０上に形成されている保護膜２００も共にエッチングされる。
【００２８】
本実施の形態によれば、第３のＩＭＤ層１５０は、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)法によりエッチングされることができる。
【００２９】
所定の深さにエッチングされた第３のＩＭＤ層１５０にカラーフィルタアレイ１６０を形成する。
【００３０】
カラーフィルタアレイ１６０は、色の分離のために形成される。カラーフィルタアレイ１６０は原色型または補色型に形成されることができる。原色型として形成されるカラーフィルタアレイ１６０は、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅカラーを有する。また、補色型として形成されるカラーフィルタアレイ１６０は、Ｃｙａｎ、Ｙｅｌｌｏｗ、Ｍａｇｅｎｔａカラーを有する。このようなカラーフィルタアレイ１６０は有機材で形成され得る。
【００３１】
その後、図３に示すように、カラーフィルタアレイ１６０上にフォトレジストを塗布して表面が平坦なフォトレジスト層１７０を形成する。カラーフィルタアレイ１６０上には塗布方式によってフォトレジスト層１７０が形成される。従って、フォトレジスト層１７０はその位置による段差なしに平坦な表面を有する。
【００３２】
このように平坦化されたフォトレジスト層１７０を硬化させる。例えば、熱処理によってフォトレジスト層１７０が硬化し得る。
【００３３】
次に、図４に示すように、フォトレジスト層１７０上にダミーマイクロレンズアレイの形成のためのフォトレジストを塗布し、これを露光してダミーマイクロレンズアレイ１８０を形成する。
【００３４】
このとき、ダミーマイクロレンズアレイ１８０の形成において、露光工程を通じてパターンが形成された後、結果物にリフロー工程が更に行われ得る。
【００３５】
そして、図５に示すように、ダミーマイクロレンズアレイ１８０及びフォトレジスト層１７０をエッチングする。そして、カラーフィルタアレイ１６０上にマイクロレンズアレイ１９０を形成する。
【００３６】
ダミーマイクロレンズアレイ１８０及びフォトレジスト層１７０に対して行なわれたエッチングは、等方性ドライエッチング法によって行われ得る。
【００３７】
このような等方性ドライエッチングによって、ダミーマイクロレンズアレイ１８０の形状に応じてその下部に位置するフォトレジスト層１７０に対するエッチング工程が行われ得る。
【００３８】
従って、このようなエッチング工程を通じてマイクロレンズアレイ１９０が形成されることができる。マイクロレンズアレイ１９０は、硬化したフォトレジスト層１７０のエッチングによって形成されるため、所定の硬度を確保できる。
【００３９】
あるいは、また、マイクロレンズアレイ１９０は、カラーフィルタアレイ１６０の表面に形成されるようにすることもできる。このようにマイクロレンズアレイ１９０がピクセルアレイ１１０領域の近くに形成され得るので、焦点長さを短縮できる。
【００４０】
前述したように、本実施の形態に係るイメージセンサは、ピクセル部と周辺部とが画定され、そのピクセル部にピクセルアレイ１１０が形成されている半導体基板と、ピクセルアレイ１１０上に形成されているカラーフィルタアレイ１６０と、カラーフィルタアレイ１６０上に形成されているマイクロレンズアレイ１９０とを含む。
【００４１】
また、本実施の形態に係るイメージセンサは、半導体基板上に形成されているＰＭＤ層１２０と、前記ＰＭＤ層１２０上に形成されている第１、第２、第３のＩＭＤ層１３０、１４０、１５０とを含む。第３のＩＭＤ層１５０は、ピクセルアレイ１１０の上部に位置する領域が所定の深さにエッチングされて形成される。
【００４２】
更に、本実施の形態に係るイメージセンサは、硬度が強化されたマイクロレンズアレイ１９０を含む。前記マイクロレンズアレイ１９０は隣接するレンズの間にギャップが存在することなく互いに連続した屈曲を有するように形成される。従って、前記マイクロレンズアレイ１９０において隣接するレンズの間をギャップなしに実現できる。
【００４３】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来のイメージセンサの構造を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態に係るイメージセンサの製造工程を順に示す図である。
【図３】本実施の形態に係るイメージセンサの製造工程を順に示す図である。
【図４】本実施の形態に係るイメージセンサの製造工程を順に示す図である。
【図５】本実施の形態に係るイメージセンサの製造工程を順に示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ピクセルアレイ、  ２０  ＰＭＤ層、  ３０  第１のＩＭＤ層、  ４０  第２のＩＭＤ層、  ５０  第３のＩＭＤ層、  ６０  カラーフィルタアレイ、  ７０  マイクロレンズ、  ８０  保護膜、  １１０  ピクセルアレイ、  １２０  ＰＭＤ層、  １３０  第１のＩＭＤ層、  １４０  第２のＩＭＤ層、  １５０  第３のＩＭＤ層、  １６０  カラーフィルタアレイ、  １７０  フォトレジスト層、  １８０  ダミーマイクロレンズアレイ、  １９０  マイクロレンズアレイ、  ２００  保護膜。
【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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