(57)【要約】【課題】イメージセンサーの製造方法の提供。【解決手段】本発明はイメージセンサーのマイクロレンズ上にレンズ保護膜を形成させることにより、後面練磨工程遂行時の機械的衝撃を緩和させることができ、かつ、後面練磨工程完了後にレンズ保護膜を除去することにより、マイクロレンズの特性を極大化させることのできるイメージセンサー製造方法に関わり、本発明のイメージセンサー製造方法はカラーフィルター層が形成されている半導体基板前面上にオーバーコート層を形成する段階；前記オーバーコート層上の所定位置にマイクロレンズを形成する段階；前記マイクロレンズを十分覆うようレンズ保護膜を形成する段階；前記半導体基板の後面に対して練磨工程を遂行する段階；および前記レンズ保護膜を除去する段階を含むことを特徴とする。【選択図】 図５
2004214613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサーの製造方法であって、
カラーフィルター層が形成されている半導体基板前面上にオーバーコート層を形成する段階；
オーバーコート層上の所定位置にマイクロレンズを形成する段階；
マイクロレンズを十分覆うようレンズ保護膜を形成する段階；
半導体基板の後面に対して練磨工程を遂行する段階；
およびレンズ保護膜を除去する段階を含む、前記イメージセンサーの製造方法。
【請求項２】
レンズ保護膜をＳＯＧ(Spin On Glass)で形成することを特徴とする、請求項1に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項３】
ＳＯＧを形成した後、150〜300℃の温度範囲で約30分間硬化する段階をさらに含む、請求項2に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項４】
レンズ保護膜をＢＨＦ(Buffered HF)またはＤＨＦ(Dilute HF)を用いて除去することを特徴とする、請求項１に記載の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】
本発明はイメージセンサーの製造方法に関し、さらに詳細にはイメージセンサーのマイクロレンズ上にレンズ保護膜を形成させることにより、後面練磨工程遂行時の機械的衝撃を緩和させることができ、後面練磨工程完了後にレンズ保護膜を除去することによりマイクロレンズの特性を極大化させることのできるイメージセンサーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シモス（ＣＭＯＳ）イメージセンサーは、大きく光を受光して該受光量を電気的信号に変換する受光素子であるフォトダイオードと、前記フォトダイオードの電気的信号を変換してデータ化するロジック回路部からなる。フォトダイオードの受光量が多いほどイメージセンサーの光感度(Photo Sensitivity) 特性が良くなる。そこで、光感度を高めるためにイメージセンサーの全体面積の中でフォトダイオードの面積が占める比率 (Fill Factor)を高めようとする努力が進められてきた。しかしながら、ロジック回路部を除去することが根本的に不可能であるので、イメージセンサーの制限された面積で前記比率を高める努力には限界があった。従って、光感度を高めるためにフォトダイオード以外の領域に入射される光の経路を変更してフォトダイオードに集光させる集光技術が提案された。このような集光技術の代表的な例がマイクロレンズ形成技術である。
【０００３】
従来のマイクロレンズ形成技術を適用したイメージセンサーの例を図示すると次の通りである。
図1は、従来技術によるイメージセンサーの構成断面図である。図1において説明の便宜上半導体基板上に一つの画素だけが存在するように図示するが、実際には半導体基板上に極めて多い画素が存在することは自明なことである。
【０００４】
図1において、イメージセンサーの単位画素間の電気的絶縁のため、単結晶シリコーン基板のような半導体基板(101)のフィールド領域にフィールド絶縁膜(102)、例えば、フィールド酸化膜が形成され、前記半導体基板(101)のアクティブ領域に受光素子であるフォトダイオード(103)が形成される。また、前記フィールド絶縁膜(102)上に多結晶シリコーン材質の第1配線(104)が形成され、第1配線(104)とフォトダイオード(103)上に層間絶縁膜用第1誘電膜(105)が平坦化され形成される。第1誘電膜(105)上にアルミニウム材質の第２配線(106)が形成され、第1誘電膜(105)と第２配線(106)上に層間絶縁膜用第２誘電膜(107)が平坦化され形成される。第２誘電膜(107)上にアルミニウム材質の第３配線(108)が形成され、第２誘電膜(107)と第３配線(108)上に層間絶縁膜用第3誘電膜(109)が平坦化され形成される。第3誘電膜(109)上にアルミニウム材質の光遮断層(110)が形成される。光遮断層(110)の中央部に中央開口部(図示せず)が円形、四角形等の形相に形成されるが、これはフォトダイオード(103)のための領域の外側から入射される光を遮断し、フォトダイオード(103)のための領域から入射される光だけを通過させて送るためである。
【０００５】
また、第3誘電膜(109)と光遮断層(110)上に保護膜用第4誘電膜(111)が平坦化され形成される。ここで、保護膜用第4誘電膜(111)は外部の水分やスクラッチ(Scratch)から素子を保護するためのものとして、酸化膜または窒化膜の単一層で構成されるか、或いは酸化膜と窒化膜の積層膜とで構成されてもよい。
そして、第4誘電膜(111)上にカラー物質のカラーフィルター(112)が形成され、カラーフィルター(112)上に焦点距離を調節するための感光膜材質のオーバーコーティング物質層(Over Coating Material; OCM) (113)が形成され、オーバーコーティング物質層(113)上にマイクロレンズ(114)が形成される。
【０００６】
一方、説明の便宜上素子の多層配線が第1配線(104)、第２配線(106)、第３配線(108)の３個層だけで構成されたように図示されているが、素子の特性により3個層よりさらに多い層からなることができる。
このような構成からなる従来のイメージセンサーの動作原理を簡略に説明すると、外部の光が矢印で表示されたように、マイクロレンズ(114)を経て入射された後、カラーフィルター(112)を経ながら特定な波長、例えば、赤色、緑色、青色の波長を有する光でフィルターリングされる。次に、フィルターリングされた光が第４，３，２，１誘電膜 (111)、(109)、 (107)、(105)を順次に経てフォトダイオード(103)に受光される。フォトダイオード(103)に受光された光はマイクロレンズ(114)、オーバーコーティング物質層(113)、カラーフィルター(112)及び第４，３，２，１誘電膜 (111)、(109)、(107)、(105)のそれぞれによる反射、屈折、吸収のような多様な受光形態と、受光の深さ及び受光量によりイメージセンサーの特性を左右する。
【０００７】
一方、イメージセンサーに形成されるマイクロレンズ(114)の材質はポリマーとして機械的剛度に脆弱した特性を有している。これにより、半導体基板の後面錬磨工程を行う時の機械的衝撃からマイクロレンズを保護するために所定の保護膜が要求される。
マイクロレンズ(114)を保護するために従来の技術においては、マイクロレンズ(114)上にＰＥＣＶＤ(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)工程を用いて低温酸化膜(Low Temperature Oxide, LTO) (115)例えば、SiH4酸化物を積層させてマイクロレンズを保護する方式が選択されている。
しかし、前記のようなマイクロレンズの保護膜として低温酸化膜(LTO) (115)をマイクロレンズ(114)上に積層させることによりマイクロレンズの固有特性を劣化させる問題が誘発された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の課題は前記のような問題点を解決する、マイクロレンズの特性を極大化させるとともに、イメージセンサーが形成された半導体基板の後面錬磨(Back Grinding)時イメージセンサーに機械的衝撃を最小化できるイメージセンサー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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明のイメージセンサーの製造方法は、カラーフィルター層が形成されている半導体基板前面上にオーバーコート層を形成する段階；オーバーコート層上の所定位置にマイクロレンズを形成する段階；マイクロレンズを十分覆うようレンズ保護膜を形成する段階；半導体基板の後面に対して練磨工程を遂行する段階；およびレンズ保護膜を除去する段階を含むことを特徴とする。
好ましくは、レンズ保護膜はＳＯＧ(Spin On Glass)で形成することができる。
好ましくは、ＳＯＧを形成した後、150〜300℃の温度範囲で約30分間硬化(Curing)する段階をさらに含むことができる。
好ましくは、レンズ保護膜をＢＨＦ(Buffered HF)またはＤＨＦ(Dilute HF)を用いて除去することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の特徴によると、イメージセンサーのマイクロレンズ上にレンズ保護膜を形成させることにより、後面練磨工程遂行時の機械的衝撃を緩和させることができ、かつ、後面練磨工程完了後にレンズ保護膜を除去することにより、マイクロレンズの特性を極大化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明のイメージセンサー製造方法を詳細に説明することにする。図2乃至図5は本発明によるイメージセンサー製造方法を説明するための工程断面図である。
まず、図2に示したように単結晶シリコーン基板のような半導体基板(201)のフィールド領域にイメージセンサーの単位画素間の電気的絶縁のためのフィールド酸化膜のようなフィールド絶縁膜(202)を例えばSTI(Shallow Trench Isolation)工程により形成する。次に、半導体基板(201)のアクティブ領域に受光素子であるフォトダイオード(203)を含んだ単位画素を形成する。
【００１２】
次に、前記結果物上に多層配線構造を形成する。これをさらに詳細に言及すると、通常の工程を用いてフィールド絶縁膜(202)上に多結晶シリコーン材質の第1配線(204)を形成し、第1配線(204)とフォトダイオード(203)上に層間絶縁膜用第1誘電膜(205)を積層し平坦化する。これと類似に、第1配線(204)の上側に位置し、第1誘電膜(205)上にアルミニウム材質の第２配線(206)が形成され、第1誘電膜(205)と第２配線(206)上に層間絶縁膜用第２誘電膜(207)を積層し平坦化する。これと類似に、第1配線(204)の上側に位置し、第２誘電膜(207)上にアルミニウム材質の第３配線(208)が形成され、第２誘電膜(207)と第３配線(208)上に層間絶縁膜用第３誘電膜(209)を積層し平坦化する。その後、第３誘電膜(209)上にアルミニウム材質の光遮断層(210)が4000Å程度の厚さで形成される。
【００１３】
一方、説明の便宜上素子の多層配線が第1配線(204)、第２配線(206)、第３配線(208)の３個層だけで構成されたように図示されているが、素子の特性により３個層よりさらに多い層で構成されることができる。
【００１４】
図3を参照すると、第３誘電膜(209)と光遮断層(210)上に保護膜用第4誘電膜(211)を積層する。ここで、保護膜用第4誘電膜(211)は外部の水分やスクラッチから素子を保護するためのもので酸化膜または窒化膜の単一層で構成されるか、酸化膜と窒化膜の積層膜とで構成されることができる。
【００１５】
次に、第4誘電膜(211)が積層されてからは通常の写真工程を用いて第4誘電膜(211)上にカラー物質のカラーフィルター(212)のパターンを形成する。勿論、一つの画素に対して一つの色相に対するカラーフィルター(212)が形成されているが、実際にはそれぞれの画素に該色相のカラーフィルターが形成されることは自明な事実である。
次に、カラーフィルター(212)及び第4誘電膜(211)上に焦点距離を調節するための感光膜材質のオーバーコーティング物質層(213)を形成し、前記オーバーコーティング物質層(213)上にマイクロレンズ(214)を形成する。
【００１６】
図4を参照すると、マイクロレンズ(214)上にマイクロレンズを保護する役割をするレンズ保護膜(215)を形成させる。この際に、レンズ保護膜はマイクロレンズを十分覆うよう積層させる。レンズ保護膜(215)では、例えばＳＯＧ(Spin On Glass)を用いることができる。ここで、ＳＯＧをレンズ保護膜(215)で使用する場合、マイクロレンズ上にＳＯＧを積層させた後、150〜300℃の温度範囲で約30分間硬化する。
【００１７】
次に、図面に図示しなかったが、イメージセンサーの組立工程の一つとしてイメージセンサーが形成されている半導体基板の後面を練磨する後面練磨(Back Grinding)工程を実施する。この際、後面練磨工程はマイクロレンズが形成されている上部を支持台に固定して半導体基板の後面を練磨する方式として、マイクロレンズに機械的衝撃が加えられる。
本発明のマイクロレンズ上に形成されているレンズ保護膜(215)は前記のような後面練磨工程時マイクロレンズが加えられる機械的衝撃を緩和させる役割をする。
【００１８】
図5を参照すると、後面練磨工程を行った後、マイクロレンズ上に形成されているレンズ保護膜(215)を除去する。レンズ保護膜(215)としてＳＯＧが用いられる場合、ＢＨＦ(Buffered HF)またはＤＨＦ(Dilute HF)のうち、いずれか一つを用いてレンズ保護膜(215)を除去すれば本発明によるイメージセンサー製造工程が完了する。
【００１９】
前述したような本発明のイメージセンサー製造方法は次のような効果がある。
イメージセンサーのマイクロレンズ上にレンズ保護膜(215)を形成させることにより、後面練磨工程遂行時の機械的衝撃を緩和させることができ、かつ、後面練磨工程完了後にレンズ保護膜(215)を除去することによりマイクロレンズの特性を極大化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来技術によるイメージセンサーの単位画素の構造断面図である。
【図２】本発明によるイメージセンサー製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３】本発明によるイメージセンサー製造方法を説明するための工程断面図である。
【図４】本発明によるイメージセンサー製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明によるイメージセンサー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】
【００２１】
201：半導体基板          202：フィールド酸化膜
203：フォトダイオード    204：第1配線
205：第1誘電膜           206：第２配線
207：第2誘電膜           208：第3配線
209：第3誘電膜           210：光遮断層
211：第4誘電膜           212：カラーフィルター
213：オーバーコート層    214：マイクロレンズ
215：レンズ保護膜
【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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