(57)【要約】【課題】 本発明はCMOSイメージセンサーの製造方法に関するものであって、より詳しくは基板の全体にわたって均一な形状のマイクロレンズ等を形成することのできるCMOSイメージセンサーの製造方法に関するものである。【解決手段】 本発明は半導体の基板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と前記半導体の基板上に平坦化層形成用のフォトレジストを塗布する段階と、前記平坦化層形成用のフォトレジストを選択的に露光するための選択的露光工程を進行する段階と、前記平坦化層形成用のフォトレジスト上にマイクロレンズ形成用のフォトレジストを塗布する段階と、前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストを選択的に露光し複数の単位マイクロレンズの形体を定義する段階と、前記複数の単位マイクロレンズの形体に対してベーキング工程を適用し複数のマイクロレンズを形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする。【選択図】 図３ｄ
2004214672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の基板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と前記半導体の基板上に平坦化層形成用のフォトレジストを塗布する段階と、
前記平坦化層形成用のフォトレジストを選択的に露光するための選択的露光工程を進行する段階と、
前記平坦化層形成用のフォトレジスト上にマイクロレンズ形成用のフォトレジストを塗布する段階と、
前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストを選択的に露光し複数の単位マイクロレンズの形体を定義する段階と、
前記複数の単位マイクロレンズの形体に対してベーキング工程を適用し複数のマイクロレンズを形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする、CMOSイメージセンサーの製造方法。
【請求項２】
前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストの選択的露光工程の後で, 前記平坦化層形成用のフォトレジストの露光しない部分は除去することを特徴とする、請求項１記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
【請求項３】
前記平坦化層形成用のフォトレジストは1.3〜3μmの厚さで形成することを特徴とする、請求項１記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
【請求項４】
前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストを1.1〜1.3μmの厚さで形成することを特徴とする、請求項１記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
【請求項５】
前記平坦化層形成用のフォトレジストはネガティブタイプ（negative type）のフォトレジストであることを特徴とする、請求項１, 請求項 2または請求項3記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
【請求項６】
前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストはポジティブタイプ（positive type）のフォトレジストであることを特徴とする、請求項１, 請求項2 または請求項３記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
【請求項７】
前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストに対する露光工程の遂行時、露光エネルギーを３００〜５００ｍJにすることを特徴とする、請求項１記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はCMOSイメージセンサーの製造方法に関するものであって、より詳しくは基板の全体にわたって均一な形状のマイクロレンズ等を形成することのできるCMOSイメージセンサーの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イメージセンサーとは、電荷結合素子（Charge Coupled Device, CCD）、CMOSイメージセンサー等のように光学映像信号を電気信号に変換させる半導体素子のことを言うものであって、前記電荷結合素子は個々のMOSキャパシタが互いに非常に近接した位置にありながら電荷キャリアーがキャパシタに貯蔵され移送される素子であり、前記CMOSイメージセンサーは制御回路及び信号処理回路を周辺回路として使用するCMOS技術を用いて画素数ほどのMOSトランジスタを作り、これを用いて順次に出力を検出するスイッチング方式を採用した素子である。一方、このようなイメージセンサーを製造するにおいてイメージセンサーの光の感度を増加させるための努力が進行されてきている。
【０００３】
一般に、CMOSイメージセンサーは光を感知する光感知手段と、感知した光を電気信号に処理してデータ化するCMOSロジック回路で構成されているが、光の感度を高めるためには全体のイメージセンサーの面積の中で光感知手段が占める面積の割合であるフィルファクター（Fill factor）が高くなければならない。
しかし、前記CMOSイメージセンサーの場合、根本的にCMOSロジック回路を除くことができないため、全体的に限られた面積下で光感知手段の面積を大きくするための努力には限界がある。
【０００４】
このような問題点を克服するための代案として、光の感度を高めるために光感知手段以外の領域に入射する光の経路を変えて光感知手段に集める集光技術が多く研究されている。例えば、光感知手段の上部に光透過率の良い物質を使って膨らんでいるような形状のマイクロレンズを作ることによって入射光の経路を屈折させ光感知手段へもっと多量の光が伝えられるようにする集光技術が使用されている。
【０００５】
従来技術によるマイクロレンズを用いたCMOSイメージセンサーの構造は、図１に示したようにフォトゲートまたはフォトダイオード等で構成されており、光を感知して電気信号を出力する光感知センサー１と、光感知センサー１の光感知センシング以外の領域に光が入射されるのを防ぐための金属層で形成されている光遮蔽層２と、前記光遮蔽層２上に形成されている層間絶縁膜３と、染色されたフォトレジストで形成され前記光感知センサーで特定した波長の光を透過させて伝達されるようにするためのカラーフィルタ層４と、前記カラーフィルタ層４の段差を克服するために前記カラーフィルタ層４上に形成される平坦化層５と、ポリマー系列の樹脂からなり、前記平坦化層５上に形成されて光を集光する役割を担うマイクロレンズ６とを含んで構成される。
【０００６】
上記のような構造を有するマイクロレンズを用いたCMOSイメージセンサーは、マイクロレンズの光軸と水平の光がマイクロレンズによって屈折され光軸上の一定位置でその焦点が形成される構造から成るが、一つのイメージセンサーには数万個のマイクロレンズが形成されているので、各々のマイクロレンズの特性が等しい効果を出すことができてこそ、鮮やかなイメージを確保することができるようになる。
これによって、CMOSイメージセンサーの品質を左右するほど、マイクロレンズの性能の重要性が大きくなりつつある。
【０００７】
従来のCMOSイメージセンサーの構造において、マイクロレンズを製造する過程を図２ａ乃至２ｆを参照しながら説明すると次のようになる。
【０００８】
まず、図２ａに示したように、フォトダイオードのようなイメージセンサーの光感知素子（図示しない）等が形成されている基板１１上にカラーフィルタ層１２を形成する。続いて、前記カラーフィルタ層１２上に平坦化層形成用のフォトレジスト１３を形成する。この時、前記平坦化層はフォトリソグラフィー工程の露光工程で使われる光源に対して低感度、高透過率の特性を有するフォトレジストが使用され、細部的にネガティブ（negative type）フォトレジストが使用される。
【０００９】
その次に、図２ｂに示したように、所定のレチクル１５を用いて前記平坦化層形成用のレジスト１３の所定領域を露光する。この時、露光される領域は後続の工程を通じてマイクロレンズが形成される領域（セル領域）に相応し、露光されない領域は後続の工程を通じてパッドが形成される領域（周辺領域）に相応する。続いて、図２ｃに示したように、露光されない領域のフォトレジストを現像、除去し平坦化層１４を完成する。
【００１０】
その次に、図２ｄ及び図２ｅに示したように、前記平坦化層１４を含む基板の全面上にマイクロレンズ形成用のフォトレジスト１６を塗布した後、所定のレチクル１８を用いて前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストを選択的に露光する。この時のマイクロレンズ形成用のフォトレジストはポジティブ（positive type）フォトレジストを使い、ここで露光されない領域がマイクロレンズの形成される部位に該当する。
【００１１】
このような状態で、図２ｆに示したように、前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストの露光されている部分を現像して除去する。以後、図面に図示しないが１５０℃程度の温度でベーキング（baking：焼成）を進行すると、直六面体形状のフォトレジスト１７が溶け落ちて膨らんでいるような形状のマイクロレンズが形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のCMOSイメージセンサーの製造方法において、カラーフィルタ層上に形成される平坦化層を、周辺領域を除くセル領域にのみ形成することによって周辺領域とセル領域との間に段差が生ずることになり、このため、平坦化層上に形成されるマイクロレンズ形成用のフォトレジストが基板の全面にわたって均一な厚さで積層されず周辺領域とセル領域との間の境界部分で段差が誘発される。
【００１３】
その結果、最終的に形成されるマイクロレンズ等が等しい形状を有することができなくなる。即ち、マイクロレンズ等の均一な特性を担保することが難しくなる。このような不規則的な形状のマイクロレンズが形成される部位は、前述したようにセル領域と周辺領域との境界部分である。
本発明は上記の問題点を解決するために案出したものであって、基板の全体にわたって均一な形状のマイクロレンズ等を形成することのできるCMOSイメージセンサーの製造方法を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明のCMOSイメージセンサーの製造方法は、半導体の基板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と前記半導体の基板上に平坦化層形成用のフォトレジストを塗布する段階と、前記平坦化層形成用のフォトレジストを選択的に露光するための選択的露光工程を進行する段階と、前記平坦化層形成用のフォトレジスト上にマイクロレンズ形成用のフォトレジストを塗布する段階と、前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストを選択的に露光し複数の単位マイクロレンズの形体を定義する段階と、前記複数の単位マイクロレンズの形体に対してベーキング工程を適用し複数のマイクロレンズを形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、 前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストの選択的露光工程の後で, 前記平坦化層形成用のフォトレジストの露光しない部分は除去する。
好ましくは、前記平坦化層形成用のフォトレジストは1.3〜3μmの厚さで形成することができる。
好ましくは、前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストを1.1〜1.3μmの厚さで形成することができる。
【００１６】
好ましくは、 前記平坦化層形成用のフォトレジストはネガティブタイプのフォトレジストであることができる。
好ましくは、前記マイクロレンズ形成用のフォトレジストはネガティブタイプのフォトレジストであることができる。
【００１７】
本発明の特徴によると、カラーフィルタ層上に順次に形成される平坦化層及びマイクロレンズの形成において、前記平坦化層形成用のフォトレジストが周辺領域及びセル領域の全体に存在するようにした状態で、マイクロレンズ形成用のフォトレジストをパターニングした後、平坦化層形成用のフォトレジストをパターニングして平坦化層を形成することによって、周辺領域とセル領域との間の境界部分に不規則的な段差が生ずることを未然に防止し後続の工程で形成されるマイクロレンズ等が均一な形状を持つようにすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるCMOSイメージセンサーの製造方法は次のような効果がある。
カラーフィルタ層上に順次に形成される平坦化層及びマイクロレンズの形成において、前記平坦化層形成用のフォトレジストが周辺領域及びセル領域の全体に存在するようにした状態で、マイクロレンズ形成用のフォトレジストをパターニングした後、平坦化層形成用のフォトレジストをパターニングして平坦化層を形成することによって、周辺領域とセル領域との間の境界部分に不規則的な段差が生ずることを未然に防止し、後続の工程で形成されるマイクロレンズ等が均一な形状を有するようにすることができる。これによって、CMOSイメージセンサーの信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる程度に詳しく説明するために、本発明のもっとも好ましい実施例を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。図３ａ乃至３ｆは本発明によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２０】
参考として、ここで開示する実施例は、色々と実施可能な例中で当業者の理解を助けるためにもっとも好ましい実施例を選び出して提示しただけであって、本発明の技術的思想が必ずしもこの実施例のみに限られず、本発明の技術的思想を脱しない範囲内で多様な変化と付加及び変更が可能であることは勿論、均等な他の実施例が可能であることを明らかにして置く。
【００２１】
まず、図３ａに示したように、フォトダイオオードのようなイメージセンサーの光感知素子（図示しない）等が形成されている基板２１上にカラーフィルタ層２２を形成する。続いて、前記カラーフィルタ層２２上に平坦化層形成用のフォトレジスト２３を形成する。この時、前記フォトレジスト２３はフォトリソグラフィー工程の露光工程で使われる光源に対して低感度、高透過率の特性を有するフォトレジストが使用され、好ましくはネガティブ（negative type）フォトレジスト使用される。そして、前記平坦化層形成用のフォトレジスト２３は1.3〜3μm の厚さで積層することが好ましい。
【００２２】
このような状態で、図３ｂに示したように、所定のレチクル２５を用いて前記平坦化層形成用のレジストの所定領域を露光する。この時、露光される領域は後続の工程を通じてマイクロレンズが形成される領域、即ちセル領域に相応し、露光されない領域は後続の工程を通じてパッドが形成される領域、即ち周辺領域に相応する。
【００２３】
その次に、図３ｃに示したように、前記平坦化層形成用のフォトレジスト２３上にマイクロレンズ形成用のフォトレジスト２６を1.1〜1.3μm の厚さで塗布する。この時、前記マイクロレンズ形成用のフォトレジスト２６は高感度のポジティブタイプ（positive type）のフォトレジストを使うのが好ましい。
【００２４】
続いて、図３ｄに示したように、所定のレチクル２８を用いて前記マイクロレンズ形成用のフォトレジスト２６を選択的に露光する。ここで、露光されない領域はマイクロレンズが形成される部位に相応する。この時、前記マイクロレンズ形成用のフォトレジスト下部に形成されている平坦化層用のフォトレジストは露光されないように露光エネルギーを適切に使用しなければならない。この時の好ましい露光エネルギーは３００〜５００ｍJである。
【００２５】
その次に、図３ｅに示したように、前記平坦化層形成用のフォトレジスト２３の露光されていない部分とマイクロレンズ形成用のフォトレジスト２６の露光されている部分を現像して除去する。これによって、前記平坦化層が形成され、平坦化層上にはマイクロレンズの形体に該当する直六面体、即ち単位マイクロレンズの形体２７が存在するようになる。ここで、前記平坦化層はマイクロレンズ等が形成される領域、即ちセル領域を定義する。
続いて、図３ｆに示したように、１５０℃程度の温度でベーキング（baking）を進行すると、前記複数の直六面体形状のフォトレジスト、即ち単位マイクロレンズの形体が溶け落ちて膨らんでいるような形状のマイクロレンズ２９が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術によるCMOSイメージセンサーの断面構造図である。
【図２ａ】従来技術によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｂ】従来技術によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｃ】従来技術によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｄ】従来技術によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｅ】従来技術によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｆ】従来技術によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２７】
【図３ａ】本発明によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３ｂ】本発明によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３ｃ】本発明によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３ｄ】本発明によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３ｅ】本発明によるCMOSイメージセンサーの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３ｆ】本発明によるCMOSイメージセンサー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】
【００２８】
２１ 半導体の基板、  ２２  カラーフィルタ層、  ２３  平坦化層形成用のフォトレジスト、  ２６  マイクロレンズ形成用のフォトレジスト、  ２８  レチクル
【図１】
2004214672.tif 000003
【図２ａ】
2004214672.tif 000004
【図２ｂ】
2004214672.tif 000005
【図２ｃ】
2004214672.tif 000006
【図２ｄ】
2004214672.tif 000007
【図２ｅ】
2004214672.tif 000008
【図２ｆ】
2004214672.tif 000009
【図３ａ】
2004214672.tif 000010
【図３ｂ】
2004214672.tif 000011
【図３ｃ】
2004214672.tif 000012
【図３ｄ】
2004214672.tif 000013
【図３ｅ】
2004214672.tif 000014
【図３ｆ】
2004214672.tif 000015