(57)【要約】【課題】本発明は、素子の感度を向上させ、製造歩留まり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ためのものである。【解決手段】本発明によるイメージセンサは、半導体基板の上に形成されたカラーフィルタ層と、カラーフィルタ層の上に形成されて酸化物半導体層で形成されたマイクロレンズとを含む。カラーフィルタ層とマイクロレンズとの間に平坦化層が形成されていてもよい。また、マイクロレンズは、ＩＴＯ層で形成されていてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に形成されたカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ層の上に形成され、酸化物半導体層で形成されたマイクロレンズと、
を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記カラーフィルタ層と前記マイクロレンズとの間に形成された平坦化層を更に含むことを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記マイクロレンズは、ＩＴＯ層で形成されたことを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記ＩＴＯ層は、１０００〜６０００Åの厚みで形成されたことを特徴とする請求項３記載のイメージセンサ。
【請求項５】
フォトダイオードと配線が備えられた下部構造物の上に保護膜を形成する段階と、
前記保護膜の上にカラーフィルタ層を形成する段階と、
前記カラーフィルタ層の上に酸化物半導体層を形成する段階と、
前記酸化物半導体層の上に感光性膜を形成する段階と、
前記感光性膜をパターニングして犠牲マイクロレンズを形成する段階と、
前記犠牲マイクロレンズ及び前記酸化物半導体層をエッチングして、前記酸化物半導体層からなるマイクロレンズを形成する段階と、
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６】
前記犠牲マイクロレンズ及び前記酸化物半導体層に対するエッチングは、前記犠牲マイクロレンズと前記酸化物半導体層に対して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５記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項７】
前記マイクロレンズは、ＩＴＯ層で形成されることを特徴とする請求項５記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
前記ＩＴＯ層は、１０００〜６０００Åの厚みで形成されることを特徴とする請求項７記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記ＩＴＯ層は、インジウム塩とスズ塩を含む混合溶液を用いてＣＶＤ方法により形成されることを特徴とする請求項７記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記ＩＴＯ層は、Ｓｎ濃度が０．６〜２．８ａｔ．％で形成されることを特徴とする請求項７記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記酸化物半導体層は、ＣＶＤ方法により形成されることを特徴とする請求項５記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
フォトダイオードと配線が備えられた下部構造物の上に保護膜を形成する段階と、
前記保護膜の上にカラーフィルタ層を形成する段階と、
前記カラーフィルタ層の上に平坦化層を形成する段階と、
前記平坦化層の上に酸化物半導体層を形成する段階と、
前記酸化物半導体層の上に感光性膜を形成する段階と、
前記感光性膜をパターニングして犠牲マイクロレンズを形成する段階と、
前記犠牲マイクロレンズ及び前記酸化物半導体層をエッチングして、前記酸化物半導体層からなるマイクロレンズを形成する段階と、
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１３】
前記犠牲マイクロレンズ及び前記酸化物半導体層に対するエッチングは、前記犠牲マイクロレンズと前記酸化物半導体層に対して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１２記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１４】
前記マイクロレンズは、ＩＴＯ層で形成されることを特徴とする請求項１２記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記ＩＴＯ層は、１０００〜６０００Åの厚みで形成されることを特徴とする請求項１４記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記ＩＴＯ層は、インジウム塩とスズ塩を含む混合溶液を用いてＣＶＤ方法により形成されることを特徴とする請求項１４記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１７】
前記ＩＴＯ層は、Ｓｎ濃度が０．６〜２．８ａｔ．％で形成されることを特徴とする請求項１４記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１８】
前記酸化物半導体層は、ＣＶＤ方法により形成されることを特徴とする請求項１２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その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、光学映像（optical image）を電気信号に変換させる半導体素子である。イメージセンサを製造するにあって、解決すべき課題の１つは、入射される光信号を電気信号に変えてくれる率（rate）、即ち感度を増加させるものである。
【０００３】
集光のためのマイクロレンズを形成するにあって、マイクロレンズを構成する隣り合うレンズの間に間隔が生じないゼロギャップ（zero gap）を具現する方案が多様に摸索されている。
【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において、ウエハバックグラインディング（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する現象が発生される。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）などの困難性により製造歩留まりを低下させる原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、素子の感度を向上させ、製造歩留まり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をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるイメージセンサは、半導体基板の上に形成されたカラーフィルタ層と、カラーフィルタ層の上に形成され、酸化物半導体層で形成されたマイクロレンズとを含む。
【０００７】
本発明によるイメージセンサの製造方法は、フォトダイオードと配線が備えられた下部構造物の上に保護膜を形成する段階と、保護膜の上にカラーフィルタ層を形成する段階と、カラーフィルタ層の上に酸化物半導体層を形成する段階と、酸化物半導体層の上に感光性膜を形成する段階と、感光性膜をパターニングして犠牲マイクロレンズを形成する段階と、犠牲マイクロレンズ及び前記酸化物半導体層をエッチングして、酸化物半導体層からなるマイクロレンズを形成する段階と、を含む。
【０００８】
本発明によるイメージセンサの製造方法は、フォトダイオードと配線が備えられた下部構造物の上に保護膜を形成する段階と、保護膜の上にカラーフィルタ層を形成する段階と、カラーフィルタ層の上に平坦化層を形成する段階と、平坦化層の上に酸化物半導体層を形成する段階と、酸化物半導体層の上に感光性膜を形成する段階と、感光性膜をパターニングして犠牲マイクロレンズを形成する段階と、犠牲マイクロレンズ及び前記酸化物半導体層をエッチングして、酸化物半導体層からなるマイクロレンズを形成する段階と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るイメージセンサによると、感光性材質に比べて硬い材質でマイクロレンズ１７ａを形成できることになる。これによって、ウエハバックグラインディング（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する現象を防止できることになる。結果的に、本発明によると、素子の感度及び製造歩留まりを向上させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の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（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おいて、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場合であると解されることができ、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に形成される場合であると解されることもできる。したがって、その意味は本発明の技術的思想により判断されるべきである。
【００１１】
以下、添付図面を参考しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１乃至図３は、本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を概念的に示す図である。
【００１３】
本発明の実施形態によるイメージセンサ製造方法は、図１に示すように、下部構造物１１の上に保護膜１３を形成し、保護膜１３の上にカラーフィルタ層１５を形成する。
【００１４】
下部構造物１１はフォトダイオードのような受光部と配線を含む。カラーフィルタ層１５は、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタを含むことができる。
【００１５】
本発明の実施形態に係るイメージセンサの製造方法によると、カラーフィルタ層１５の上に酸化物半導体層１７を形成し、酸化物半導体層１７の上に感光性膜１９を形成する。
【００１６】
酸化物半導体層１７は、一例としてＩＴＯ層で形成されることができる。上記ＩＴＯ層は、１０００〜６０００Åの厚みで形成されるようにすることができる。上記ＩＴＯ層は、インジウム塩とスズ塩を含む混合溶液を用いてＣＶＤ方法により形成されるようにすることができる。
【００１７】
上記ＩＴＯ層は、従来の一般的に進行するスパッタリング方式でない、ＣＶＤ方式により形成されるようにする。スパッタリング方式を用いる場合には、通常、基板の温度が４００℃以上に維持されなければならない。したがって、カラーフィルタ層１５が形成された状態では、このような工程条件を維持するに困難があるので、本実施形態ではＣＶＤ方法によりＩＴＯ層を形成するようにした。
【００１８】
一例として、次のような方式によりＩＴＯ層を形成することができる。
【００１９】
まず、ＩＴＯ層の原料となる塩化物（Ｃｌ３、ＳｎＣｌ２、ＳｎＣｌ４等）をアルコールなどの溶媒で溶解した希釈溶液を用意する。そして、上記混合溶液を噴霧器で蒸着対象に噴霧する方法によりＩＴＯ層を形成できることになる。
【００２０】
より詳しくは、上記ＩＴＯ層は基板の上に形成されたＩＴＯ薄膜であって、Ｓｎ濃度が０．６〜２．８ａｔ．％であり、単色光波長８００ｎｍにおける吸収係数（α）が２．０×１０３ｃｍ−１以下になるように形成されることができる。
【００２１】
本発明によるＩＴＯ層の製造方法によると、大気中に開放された基板を加熱し、インジウム塩とスズ塩の混合溶液をこの基板に噴霧する工程を含むことによってＩＴＯ層を形成できるようになる。
【００２２】
酸化物半導体層１７は、感光性膜に比べて硬度の高い物質で形成されるようにすることができ、また透明な材質で形成されるようにすることができる。
【００２３】
そして、図２に示すように、感光性膜１９に対する露光工程及び現象工程により感光性膜１９に対するパターニングを遂行し、犠牲マイクロレンズ１９ａを形成する。
【００２４】
次に、図３に示すように、犠牲マイクロレンズ１９ａ及び酸化物半導体層１７をエッチングして、酸化物半導体層１７からなるマイクロレンズ１７ａを形成する。
【００２５】
本発明に係るイメージセンサ製造方法によると、犠牲マイクロレンズ１９ａ及び酸化物半導体層１７に対するエッチングは、犠牲マイクロレンズ１９ａと酸化物半導体層１７に対して１：１のエッチング比で全面エッチングされるようにすることができる。
【００２６】
このように、本発明の実施形態に係るイメージセンサ製造方法によると、感光性材質に比べて硬い材質でマイクロレンズ１７ａを形成できるようになる。これによって、ウエハバックグラインディング（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する現象を防止できるようになる。結果的に、本発明によると、素子の感度及び製造歩留まりを向上させることができるようになる。
【００２７】
本発明に係るイメージセンサ製造方法によると、マイクロレンズ１７ａが形成された以後に、保護膜１３をエッチングして下部構造物１１の上に形成されたパッド部を露出させる段階が遂行されるようにすることができる。
【００２８】
このような工程は、一例として、マイクロレンズ１７ａの上に感光性膜パターンを形成し、エッチングを遂行することで、パッド部を露出させることができることになる。
【００２９】
このように、本発明に係るイメージセンサ製造方法によると、上記パッド部を露出させるにあって、１回のパッドオープン工程により上記パッド部を容易に露出させることができることになる。また、本発明の実施形態では、パッドオープン工程を最後に進行するようにすることで、パッドが最終工程前に露出される場合にパッド腐食が発生する問題点を克服できることになる。
【００３０】
以上の説明では、カラーフィルタ層の上にマイクロレンズが形成される場合を基準として説明した。しかしながら、本発明によるイメージセンサ製造方法は、これに限定されるのではなく、例としてカラーフィルタ層の上に平坦化層を形成し、その平坦化層の上にマイクロレンズが形成されるようにすることができる。
【００３１】
一方、図１乃至図３を参照して説明された実施形態では、酸化物半導体層の上に犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜が均一な厚みで同時に形成される場合を基準として説明した。
【００３２】
しかしながら、犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜は同時に形成されるのでなく、２回または３回等の複数回に亘って分割して形成されることもできる。また、犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜の厚みも領域によって互いに異なる厚みを有するように形成されることができる。
【００３３】
以上、説明したように、本発明によ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は、フォトダイオードと配線が備えられた下部構造物１１と、下部構造物１１の上に形成された保護膜１３とを含む。下部構造物１１の上にパッド部が形成されており、パッド部は外部との信号を連結する機能を遂行する。
【００３４】
また、本発明によるイメージセンサは、保護膜１３の上に形成されたカラーフィルタ層１５と、カラーフィルタ層１５の上に酸化物半導体層で形成されたマイクロレンズ１７ａとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を概念的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を概念的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１    下部構造物
１３    保護膜
１５    カラーフィルタ層
１７    酸化物半導体層
１９    感光性膜  
【図１】
2008166761.tif 000003
【図２】
2008166761.tif 000004
【図３】
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