(57)【要約】【課題】イメージセンサの画素間の光クロストークを防止し、光の効率を向上させるためのカラーフィルタ形成方法およびこれを用いて製造されたイメージセンサの提供する。【解決手段】イメージセンサのカラーフィルタ形成方法は、イメージセンサの画素の最上メタル層を形成した後、所定の領域にトレンチ領域を形成する工程と、前記トレンチ領域にカラーフィルタを形成する工程とを含む。【選択図】図３
2007005765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサの画素の最上メタル層を形成した後、所定の領域にトレンチ領域を形成する工程と、
前記トレンチ領域にカラーフィルタを形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラーフィルタ形成方法。
【請求項２】
イメージセンサの画素の最上メタル層を形成した後、所定の領域にトレンチ領域を形成する工程と、
前記トレンチ領域にカラーフィルタを形成する工程と、
熱処理によって前記カラーフィルタの一部を凸状に形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラーフィルタ形成方法。
【請求項３】
前記トレンチ領域は、エッチング方法によって形成することを特徴とする請求項１または２に記載のイメージセンサのカラーフィルタ形成方法。
【請求項４】
前記トレンチ領域をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程の後、窒化層を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のイメージセンサのカラーフィルタ形成方法。
【請求項５】
前記トレンチ領域の側壁に、第１媒質より屈折率の大きい第２媒質を形成することを特徴とする請求項４記載のイメージセンサのカラーフィルタ形成方法。
【請求項６】
イメージセンサの画素の最上メタル層を凹状に形成する工程と、
前記最上メタル層の凹領域にカラーフィルタを形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラーフィルタ形成方法。
【請求項７】
イメージセンサの画素の最上メタル層を形成した後、所定の領域にトレンチ領域を形成する工程と、
前記トレンチ領域にカラーフィルタを形成する工程と、
前記カラーフィルタを絶縁する工程と、
前記絶縁したカラーフィルタの上に保護層を形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラーフィルタ形成方法。
【請求項８】
前記カラーフィルタを絶縁する工程は、前記形成されたカラーフィルタを光に露出させて絶縁す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カラーフィルタ形成方法。
【請求項９】
前記カラーフィルタを絶縁する工程は、化学機械的研磨プロセスによって前記カラーフィルタの上部を研磨して絶縁す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カラーフィルタ形成方法。
【請求項１０】
前記カラーフィルタを絶縁する工程は、化学機械的研磨プロセスの後、カラーフィルタの所定の厚さをエッチングして絶縁す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カラーフィルタ形成方法。
【請求項１１】
前記保護層は、ポリイミドまたはＬＴＯで形成す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カラーフィルタ形成方法。
【請求項１２】
光クロストークを防止し、且つ光の効率を向上させるイメージセンサにおいて、
イメージセンサの画素の最上メタル層と、
前記最上メタル層の所定の領域がエッチングされて形成されたトレンチ領域と、
前記トレンチ領域に形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上に形成された保護層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項１３】
前記トレンチ領域の側壁に、第１媒質より屈折率の大きい第２媒質が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
【請求項１４】
前記カラーフィルタは、中央の所定の領域が凸領域に形成されてマイクロレンズの代用として使用されることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
【請求項１５】
光クロストークを防止し、且つ光の効率を向上させるイメージセンサにおいて、
一部が凹状に形成されたイメージセンサの画素の最上メタル層と、
前記最上メタル層の凹領域に形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に形成された保護層と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに関し、より詳しくは、イメージセンサのカラーフィルタ形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のイメージセンサの構造を示す図である。シリコン基板にイオンを注入してＰウェル層を形成し、選択的酸化工程であるＬＯＣＯＳ(Local Oxidation of Silicon)またはトレンチ素子分離工程などを用いてフィールド酸化膜を形成する。
次いで、選択的エッチング工程によって素子のゲート電極を形成し、選択的イオン注入によってシリコン基板にＮイオン注入領域とＰイオン注入領域を形成してフォトダイオード(photo diode)を作製し、残りの画素領域を通常の半導体工程によって形成する。
【０００３】
その後、光遮断膜を形成し、不必要な酸化膜を画素アレイ部分の光感知領域から除去することができる。第２ＩＭＤ(Inter Metal Dielectric)層にＳＯＧ(Spin on Glass)酸化膜を使用していないため、ＳＯＧ酸化膜が露出しない。
【０００４】
次に、素子保護膜として酸化膜を蒸着し、周辺領域で第２金属配線が露出するパッドオープン部を形成するために、酸化膜とその下の光遮断膜である窒化チタン膜、酸化膜、ＴＥＯＳ(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 酸化膜および非反射層としての窒化チタン膜を選択的にエッチングする。
【０００５】
次に、画素領域にカラーフィルタ(color filter)を形成し、平坦化目的のフォトレジスト層を形成した後、マイクロレンズをそれぞれ通常の方法で形成する。
従来のイメージセンサは、隣り合う画素間で光クロストーク(optical cross talk)が多く発生し、カラー品質が低下するという傾向があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、イメージセンサの画素間の光クロストークを防止し、且つ光の効率を向上させるためのカラーフィルタ形成方法およびこれを用いて製造されたイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、イメージセンサの画素の最上メタル層を形成した後、所定の領域にトレンチ領域を形成する工程と、前記トレンチ領域にカラーフィルタを形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラーフィルタ形成方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の態様によれば、イメージセンサの画素の最上メタル層を形成した後、所定の領域にトレンチ領域を形成する工程と、前記トレンチ領域にカラーフィルタを形成する工程と、熱処理によって前記カラーフィルタの一部を凸状に形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラーフィルタ形成方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の別の態様によれば、イメージセンサの画素の最上メタル層を凹状に形成する工程と、前記最上メタル層の凹領域にカラーフィルタを形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラーフィルタ形成方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の別の態様によれば、イメージセンサの画素の最上メタル層を形成した後、所定の領域にトレンチ領域を形成する工程と、前記トレンチ領域にカラーフィルタを形成する工程と、前記カラーフィルタを絶縁する工程と、前記絶縁したカラーフィルタの上に保護層を形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラーフィルタ形成方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の別の態様によれば、光クロストークを防止し、且つ光の効率を向上させるイメージセンサにおいて、イメージセンサの画素の最上メタル層と、前記最上メタル層の所定の領域がエッチングされて形成されたトレンチ領域と、前記トレンチ領域に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの上に形成された保護層と、を含むことを特徴とするイメージセンサが提供される。
【００１２】
また、本発明の別の観点によれば、光クロストークを防止し、且つ光の効率を向上させるイメージセンサにおいて、一部が凹状に形成されたイメージセンサの画素の最上メタル層と、前記最上メタル層の凹領域に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの上に形成された保護層と、を含むことを特徴とするイメージセンサが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、カラーフィルタがトレンチ領域内に形成されることにより、光クロストークを防止し、且つ光の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【００１５】
図２Ａ〜図２Ｄは、本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の一実施形態を示す図である。
【００１６】
まず、基板にフォトダイオードを形成するプロセスについて説明する。
【００１７】
シリコン基板２０１にイオンを注入してＰウェル層２０２を形成し、選択的酸化工程であるＬＯＣＯＳまたはトレンチ素子分離工程などを用いてフィールド酸化膜を形成する。
【００１８】
その後、選択的エッチング工程によって素子のゲート電極を形成し、ゲート電極の上部表面が保護酸化膜で覆われるようにし、ゲート電極の両側壁に酸化膜スペーサを形成する。
【００１９】
前記ゲート電極を形成した後、選択的イオン注入によってシリコン基板にＮイオン注入領域とＰイオン注入領域を形成してフォトダイオードを作製し、残りの画素領域を通常の半導体工程によって形成する。
【００２０】
次に、カラーフィルタが形成される前の最上メタル層２３０および、最上メタル層２３０の下側にある第１メタル層２１０および第２メタル層２２０を形成する。
【００２１】
次に、図２Ａに示すように、前記最上メタル層２３０および、その下側にある第１メタル層２１０及び第２メタル層２２０の中央の所定の領域をエッチングする。
【００２２】
図２Ｂに示すように、前記エッチングされた領域にスペーサ窒化層(nitride layer)を形成してトレンチ領域を形成する。その後、前記トレンチ領域にカラーフィルタ２４０を形成する。
【００２３】
図２Ｃは、前記カラーフィルタ２４０が絶縁されている状態を示す。図２Ｃに示すように、前記形成されたカラーフィルタ２４０を光に露出させる方法、化学機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスによってカラーフィルタ２４０の上部を研磨する方法、および前記化学機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスの後、カラーフィルタの所定の厚さをエッチングする方法のうちいずれか一つを用いて前記カラーフィルタ２４０を絶縁する。
【００２４】
図２Ｄは、前記絶縁したカラーフィルタ２４０上に保護層２５０を形成した状態を示す。前記保護層は、ＬＴＯ(low temperature oxide)またはポリイミド(polyimide)で形成する。
【００２５】
図３は、本発明に係るイメージセンサの全体構造を示す図で、図２Ａ〜図２Ｄの工程を経て製造されたイメージセンサを示す。
【００２６】
図４Ａ〜図４Ｄは、本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の他の実施形態を示す。
【００２７】
まず、前記図２Ａの説明部分で述べたように、基板４０１にフォトダイオード４０３を形成した後、カラーフィルタが形成される前の最上メタル層４３０および、最上メタル層４３０の下側にある第１メタル層４１０および第２メタル層４２０を形成する。
【００２８】
その後、図４Ａに示すように、前記最上メタル層４３０および、その下側にある第２メタル層４２０の中央の所定の領域をエッチングする。
【００２９】
図４Ｂに示すように、前記エッチングされた領域にスペーサ窒化層を形成してトレンチ領域を形成する。その後、前記トレンチ領域にカラーフィルタ４４０を形成する。
【００３０】
図４Ｃは、前記カラーフィルタ４４０が絶縁されている状態を示す。図４Ｃに示すように、前記形成されたカラーフィルタ４４０を光に露出させる方法、化学機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスによってカラーフィルタ４４０の上部を研磨する方法、および前記化学機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスの後、カラーフィルタ４４０の所定の厚さをエッチングする方法のうちいずれか一つを用いて前記カラーフィルタ４４０を絶縁する。
【００３１】
図４Ｄは、前記絶縁したカラーフィルタ４４０上に保護層４５０とマイクロレンズ４６０が形成された状態を示す。前記保護層４５０は、ＬＴＯ(low temperature oxide)またはポリイミドで形成する。
【００３２】
また、本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタを形成する他の方法としては、前記イメージセンサの画素の最上メタル層を形成した後、所定の領域にトレンチ領域を形成し、前記トレンチ領域にカラーフィルタを形成し、熱処理によって前記カラーフィルタの一部を凸状に形成する方法が挙げられる。このような方法は、前記一部の凸領域をマイクロレンズの代用として使用することができるという利点がある。
【００３３】
また、本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタを形成する別の方法としては、前記イメージセンサの画素の最上メタル層を凹状に形成し、前記最上メタル層の凹領域にカラーフィルタを形成する方法が挙げられる。このような方法は、前記メタル層をエッチングしてトレンチ領域を作る必要がないという利点がある。
【００３４】
図５は、トレンチ領域の側壁の媒質による全反射を示す図である。
【００３５】
トレンチのエッチング後、その側壁に、媒質１より屈折率の大きい媒質２を形成し、光が媒質２を介して媒質１に入射するときに全反射が起こるようにする。これにより、画素間の光クロストークが最小化して、感度が増加し、カラーの再現性が向上する。
【００３６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、これら実施例は例示的なものに過ぎないことは言うまでもない。当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであるものと了解される。したがって、本発明の真正な技術的な保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来のイメージセンサの構造を示す図である。
【図２Ａ】本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の一実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の一実施形態を示す図である。
【図２Ｃ】本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の一実施形態を示す図である。
【図２Ｄ】本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の一実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係るイメージセンサの構造の一実施形態を示す図である。
【図４Ａ】本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の他の実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の他の実施形態を示す図である。
【図４Ｃ】本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の他の実施形態を示す図である。
【図４Ｄ】本発明に係るイメージセンサのカラーフィルタ形成方法の他の実施形態を示す図である。
【図５】トレンチ領域の側壁の媒質による全反射を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
２０１    シリコン基板
２０２    Ｐウェル層
２１０    第１メタル層
２２０    第２メタル層
２３０    最上メタル層
２４０    カラーフィルタ
２５０    保護層
４０１    基板
４０３    フォトダイオード
４１０    第１メタル層
４２０    第２メタル層
４３０    最上メタル層
４４０    カラーフィルタ
４５０    保護層
４６０    マイクロレンズ
【図１】
2007005765.tif 000003
【図２Ａ】
2007005765.tif 000004
【図２Ｂ】
2007005765.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2007005765.tif 000007
【図３】
2007005765.tif 000008
【図４Ａ】
2007005765.tif 000009
【図４Ｂ】
2007005765.tif 000010
【図４Ｃ】
2007005765.tif 000011
【図４Ｄ】
2007005765.tif 000012
【図５】
2007005765.tif 000013