(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】実施例に係るイメージセンサの製造方法は、カラーフィルタ層の上に、ＬＴＯ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）層形成するステップと、ＬＴＯ層の上に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に熱処理を行って、犠牲マイクロレンズを形成するステップと、犠牲マイクロレンズ及びＬＴＯ層に１次エッチングを行って、ＬＴＯ層からなる予備マイクロレンズを形成するステップと、予備マイクロレンズに２次エッチングを行って、予備マイクロレンズに比べて曲率半径が減少したマイクロレンズを形成するステップと、を含む。【選択図】図４
2008166762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルタ層の上に、ＬＴＯ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）層を形成するステップと、
前記ＬＴＯ層の上に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に熱処理を行って、犠牲マイクロレンズを形成するステップと、
前記犠牲マイクロレンズ及び前記ＬＴＯ層に１次エッチングを行って、前記ＬＴＯ層からなる予備マイクロレンズを形成するステップと、
前記予備マイクロレンズに２次エッチングを行って、前記予備マイクロレンズに比べて曲率半径が減少した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】
前記カラーフィルタ層と前記ＬＴＯ層との間に、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３】
前記マイクロレンズの上に、ギャップレス（ｇａｐｌｅｓｓ）形成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４】
前記ギャップレス形成層は、ＬＴＯ層で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】
前記犠牲マイクロレンズ及び前記ＬＴＯ層に対する１次エッチングは、前記犠牲マイクロレンズと前記ＬＴＯ層に対して１：１のエッチング比で全面エッチング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】
前記犠牲マイクロレンズ及び前記ＬＴＯ層に対する１次エッチングは、前記犠牲マイクロレンズが全部エッチングされるまで行わ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】
前記犠牲マイクロレンズ及び前記ＬＴＯ層に対する１次エッチングは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスを含むエッチングガスにより行わ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】
前記エッチングガスを構成するＣＦ４ガスとＯ２ガスは、３：１乃至１５：１の比率で形成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】
前記エッチングガスを構成するＣＦ４ガスは１０〜３００ｓｃｃｍで供給され、Ｏ２ガスは５〜２０ｓｃｃｍで供給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１０】
前記予備マイクロレンズに対する２次エッチングは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスを含むエッチングガスにより行わ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１１】
前記予備マイクロレンズに対する２次エッチングは、前記予備マイクロレンズをなす側壁（ｓｉｄｅ  ｗａｌｌ）に対するエッチング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１２】
前記１次エッチングと前記２次エッチングは、同一なチェンバーで連続的に行わ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１３】
前記１次エッチングと前記２次エッチングは、デュアル周波数（ｄｕａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のパワー（ｐｏｗｅｒ）を使用するチェンバーで行わ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１４】
前記ＬＴＯ層は、ＳｉＯ２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、イメージセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、光学映像（ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｍａｇｅ）を電気信号に変換する半導体素子である。イメージセンサの製造において、解決すべき課題の一つは、入射する光信号を電気信号に変える率（ｒａｔｅ）、すなわち、感度を増加させることである。
【０００３】
集光のためのマイクロレンズを形成する場合において、マイクロレンズを構成する隣接レンズ間に間隔が発生しないゼロギャップ（ｚｅｒｏ  ｇａｐ）を具現する方案が様々に模索されている。
【０００４】
感光性膜を用いて集光のためのマイクロレンズを形成する場合、ウェハーバックグラインディング（ｗａｆｅｒ  ｂａｃｋ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）工程とソーイング（ｓａｗｉｎｇ）工程などで、マイクロレンズにポリマーなどのパーティクルが付着される現象が発生する。これは、イメージセンサの感度を低下させるだけでなく、クリーニング（ｃｌｅａｎｉｎｇ）などの困難さにより製造歩留りを低下させる原因となる。よって、ＬＴＯ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）層を用いてマイクロレンズを形成する方案が様々に模索されている。
【０００５】
また、マイクロレンズのプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）は、光が集光される距離に直接的な影響を与える。したがって、マイクロレンズの曲率を適切に調節して、光が集光される距離を短くすることで、素子のサイズを小さくする方案が模索されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施例は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、素子の感度を向上させ、光が集光される距離を短くして素子のサイズを小さくすることが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】
【０００７】
実施例に係るイメージセンサの製造方法は、カラーフィルタ層の上に、ＬＴＯ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）層を形成するステップと、前記ＬＴＯ層の上に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に熱処理を行って、犠牲マイクロレンズを形成するステップと、前記犠牲マイクロレンズ及び前記ＬＴＯ層に１次エッチングを行って、前記ＬＴＯ層からなる予備マイクロレンズを形成するステップと、前記予備マイクロレンズに２次エッチングを行って、前記予備マイクロレンズに比べて曲率半径が減少したマイクロレンズを形成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
実施例に係るイメージセンサの製造方法によれば、素子の感度を向上させ、光が集光される距離を短くすることで、素子のサイズを小さくすることができるという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施例の説明において、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（ｏｎ／ａｂｏｖｅ／ｏｖｅｒ／ｕｐｐｅｒ）」に、または「下（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可能で、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的に形成されるとも解釈され得る。したがって、その意味は実施例の技術的思想により判断すべきである。
【００１０】
以下、添付図面に基づき実施例を詳細に説明する。
【００１１】
図１乃至図３は、実施例に係るイメージセンサの製造方法を概略的に示す図面である。
【００１２】
実施例に係るイメージセンサの製造方法によると、図１に示すように、下部構造物１１の上にＬＴＯ層１３を形成し、前記ＬＴＯ層１３の上に犠牲マイクロレンズ１５を形成する。
【００１３】
前記下部構造物１１は、フォトダイオードを含んで形成され得る。また、前記下部構造物１１は、カラーフィルタ層を含むことができ、前記カラーフィルタ層の上に形成された平坦化層をさらに含むことができる。
【００１４】
前記犠牲マイクロレンズ１５は、フォトレジスト膜で形成され得る。例えば、フォトレジストパターンを前記ＬＴＯ層１３の上に形成し、サーマルリフロー（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｆｌｏｗ）のような熱処理を行って、前記犠牲マイクロレンズ１５を形成することができる。
【００１５】
前記ＬＴＯ層１３は、約２００℃以下の温度で形成される様々な酸化膜を含み、例えば、ＳｉＯ２で形成され得る。
【００１６】
続いて、実施例に係るイメージセンサの製造方法によると、図２に示すように、前記犠牲マイクロレンズ１５及び前記ＬＴＯ層１３に１次エッチングを行って、前記ＬＴＯ層からなる予備マイクロレンズ１３ａを形成する。
【００１７】
前記犠牲マイクロレンズ１５及び前記ＬＴＯ層１３に対する１次エッチングは、前記犠牲マイクロレンズ１５をなすフォトレジスト膜と前記ＬＴＯ層１３をなす酸化膜に対して、１：１のエッチング比で全面エッチングが行われることができる。
【００１８】
前記犠牲マイクロレンズ１５及び前記ＬＴＯ層１３に対する１次エッチングは、前記犠牲マイクロレンズ１５をなすフォトレジスト膜が全てエッチングされるまで行われることができる。
【００１９】
前記犠牲マイクロレンズ１５及び前記ＬＴＯ層１３に対する１次エッチングは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスを含むエッチングガスにより行われることができる。このとき、前記エッチングガスを構成するＣＦ４ガスとＯ２ガスは、３：１乃至１５：１の比率で形成されることができる。また、前記エッチングガスを構成するＣＦ４ガスは、１０〜３００ｓｃｃｍで供給され、Ｏ２ガスは５〜２０ｓｃｃｍで供給されることができる。
【００２０】
以降、実施例に係るイメージセンサの製造方法によると、図３に示すように、前記予備マイクロレンズ１３ａに２次エッチングを行って、前記予備マイクロレンズ１３ａに比べて曲率半径が減少したマイクロレンズ１３ｂを形成する。
【００２１】
前記予備マイクロレンズ１３ａに対する２次エッチングは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスを含むエッチングガスにより行われることができる。
【００２２】
前記予備マイクロレンズ１３ａに対する２次エッチングは、前記予備マイクロレンズ１３ａをなす側壁（ｓｉｄｅ  ｗａｌｌ）に対するエッチングを含んで行われ、前記予備マイクロレンズ１３ａの上部面に対するエッチングも含んで行われる。よって、前記２次エッチングを通じて、前記予備マイクロレンズ１３ａに比べて曲率半径が減少したマイクロレンズ１３ｂを形成することができる。
【００２３】
したがって、曲率が向上したマイクロレンズ２５を用いて、入射する光を集光して、下部構造物２３に形成されたフォトダイオード２１に到達させる焦点距離を減少させることができ、より薄型で小型のイメージセンサを形成することができるようになる。これを図４に簡略に図示している。図４は、実施例に係るイメージセンサを概念的に示す図面である。
【００２４】
前述した１次エッチングと２次エッチングは、同一なチェンバーで連続的に行われることができる。また、前記１次エッチングと２次エッチングは、デュアル周波数（ｄｕａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のパワー（ｐｏｗｅｒ）を使用するチェンバーで行われることができる。
【００２５】
例えば、１次エッチングと２次エッチングは、次のようなエッチング条件で行われることができる。パワーは２７ＭＨｚの１４００Ｗで行い、ガスはＣＦ４を９０ｓｃｃｍ、Ｏ２を１０ｓｃｃｍ、Ａｒを４５０ｓｃｃｍで供給することができる。
【００２６】
一方、本発明の実施例に係るイメージセンサの製造方法により製造されたイメージセンサには、マイクロレンズを構成する隣接レンズ間に間隔が発生するおそれがある。
【００２７】
これを解消するための一つの方案として、前記結果物にギャップレス（ｇａｐｌｅｓｓ）形成層をさらに形成することができる。これを図５に示している。図５は、実施例に係るイメージセンサの他の例を示す図面である。
【００２８】
実施例に係るイメージセンサの製造方法によると、図５に示すように、前記マイクロレンズ１３ｂの上にギャップレス形成層１７を形成するステップをさらに含むことができる。
【００２９】
前記ギャップレス形成層１７は、例えば、ＬＴＯ層で形成され得る。
【００３０】
このように、マイクロレンズを構成する隣接レンズ間に間隔（ｇａｐ）が発生しないようにすることで、素子の感度をより向上させることができる。
【００３１】
一方、前述した１次エッチング及び２次エッチングを行うためには、エッチング工程条件が確立される必要がある。以下、エッチング工程条件について敷延して説明する。
【００３２】
実施例に係るイメージセンサの製造方法によると、フォトレジスト膜と酸化膜をエッチングするので、フッ素（ｆｌｕｏｒｉｎｅ）系列ガスとＯ２ガスを用いてエッチングを行う。フッ素系列ガスの例としてＣＦ４を使用することができ、Ｏ２ガスとの比率を調節して、フォトレジスト膜と酸化膜間の選択比を調節する。また、Ａｒガスを用いて、プラズマイグニッション（ｐｌａｓｍａ  ｉｇｎｉｔｉｏｎ）及びそのポテンシャルフォース（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒｃｅ）を制御する。
【００３３】
マイクロレンズ形状を具現するために、デュアル周波数（ｄｕａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のパワーを使用した。例えば、２７ＭＨｚを用いてフッ素の解離を促し、２ＭＨｚを用いてプラズマポテンシャルエネルギーを増加させる。エッチング工程で発生する「ＷＩＷ  Ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ」を改善するために、チャック（ｃｈｕｃｋ）の上端にバックサイドクーリング（ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ  ｃｏｏｌｉｎｇ）のためにＨｅガスを流す。
【００３４】
実施例に係るイメージセンサの製造方法によると、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの比率を調節して、フォトレジスト膜と酸化膜間の選択比を調節し、Ｏ２ガスの比率変化による選択比の傾向を図６に示している。図６は、実施例に係るイメージセンサの製造方法において、工程条件を説明するための図面である。
【００３５】
図６に示すように、フォトレジスト膜と酸化膜間のエッチング選択比は、酸素の変化量と密接な関係があることが確認できる。実施例では、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの比率を調節して、フォトレジスト膜と酸化膜間の選択比が１：１になるように制御する。
【００３６】
例えば、次のようなエッチング条件でエッチングを行うことができる。パワーは２７ＭＨｚの１４０Ｗで行い、ガスはＣＦ４を５０ｓｃｃｍ、Ｏ２を１０ｓｃｃｍ、Ａｒを４９０ｓｃｃｍで供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例に係るイメージセンサの製造方法を概略的に示す図面である。
【図２】実施例に係るイメージセンサの製造方法を概略的に示す図面である。
【図３】実施例に係るイメージセンサの製造方法を概略的に示す図面である。
【図４】実施例に係るイメージセンサを概念的に示す図面である。
【図５】実施例に係るイメージセンサの他の例を示す図面である。
【図６】実施例に係るイメージセンサの製造方法において、工程条件を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００３８】
１１  下部構造物、  １３  ＬＴＯ層、  １３ａ  予備マイクロレンズ、  １３ｂ  マイクロレンズ、  １５  犠牲マイクロレンズ、  １７  ギャップレス形成層、  ２１  フォトダイオード、  ２３  下部構造物、  ２５  マイクロレンズ。
【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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