(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサ用半導体素子を製造する方法であって、
基板上に下部絶縁膜を形成する工程と、
前記下部絶縁膜上にボンディングパッドを形成する工程と、
前記ボンディングパッドを覆うために、前記下部絶縁膜上に上部絶縁膜を形成する工程と、
前記ボンディングパッド上に位置する前記上部絶縁膜の厚さを減少させるために、前記上部絶縁膜を選択的に除去する工程と、
前記上部絶縁膜上に多数のカラーフィルタ素子を形成する工程と、
前記カラーフィルタ素子を覆うために平面層を形成する工程と、
ボンディングパッドを露出させるために、厚さが減少された上部絶縁膜を選択的に除去する工程と、
多数のマイクロレンズを前記平面層上に形成する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
厚さが減少された前記上部絶縁膜は前記多数のマイクロレンズの形成後、選択的に除去されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
イメージセンサ用半導体素子を製造する方法であって、
基板上に下部絶縁膜を形成する工程と、
前記下部絶縁膜上にボンディングパッドを形成する工程と、
前記ボンディングパッドを覆うために前記下部絶縁膜上に上部絶縁膜を形成する工程と、
前記ボンディングパッドの最上部を露出させるために前記上部絶縁膜を選択的に除去する工程と、
金属酸化層を形成するために前記ボンディングパッドの露出部位を酸化させる工程と、
前記上部絶縁膜上に多数のカラーフィルタ素子を形成する工程と、
前記カラーフィルタ素子を覆うために平面層を形成する工程と、
多数のマイクロレンズを前記平面層上に形成する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記金属酸化層は、２００〜４５０℃の温度及び１〜１０％の酸素含有量下で形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記金属酸化層は、約３０〜１２０Åの厚さを有することを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に、マイクロレンズを有するイメージセンサ用半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大部分の通信装備は音声信号だけではなく、画像信号まで処理するように要求されており、従って、全般的にカラーイメージセンサを採択している。
【０００３】
一般的に、カラーイメージセンサは各々金属パターンを有する多数のピクセル、多数のカラーフィルタ素子及び多数のマイクロレンズを含む。金属パターンはセル電極及びボンディングパッドを有する。カラーフィルタ素子はセル電極の上部に配置された誘電体層上に形成される。マイクロレンズはカラーフィルタ素子の上部に位置し、入射光をカラーフィルタ素子上に集光する役割をする。
【０００４】
イメージセンサ用半導体素子は単価が高いため、その生産歩留まりはある程度無視されてきた。しかし、最近の過剰供給はイメージセンサの付加価値性を弱化させ、現在は生産歩留まりの重要性が強調されている。マイクロレンズの曲率半径はイメージセンサの生産歩留まりを決定する主要要素の一つである。
【０００５】
図１〜図９は、イメージセンサ用半導体素子の従来の製作工程を順次に示す断面図である。
【０００６】
図１において、ＣＣＤ（charge coupled device）または光ダイオードのような光電変換素子（図示せず）及び論理回路（図示せず）が配列された基板２上に下部絶縁膜４が形成される。図２において、下部絶縁膜４上に金属物質を形成した後、金属物質にフォトリソグラフィを用いることによって、ボンディングパッド６を含む金属パターンが絶縁膜上に形成されるようにする。この時、下部絶縁膜４の一部は金属パターンによって選択的に露出される。
【０００７】
図３において、蒸着のような方法を用いてボンディングパッド６及び基板２上に平らな上部絶縁膜８を形成する。図４において、上部絶縁膜８上に第１感光性物質をコーティングして選択的に除去することによって、少なくとも一つのカラーフィルタ素子１０が絶縁膜上に形成されるようにする。多数のカラーフィルタ素子１０が、例えば三つ又は四つの互いに異なるタイプで前記絶縁膜上に形成されるまで、他の第１感光性物質のコーティング及び除去が繰返される。三つのタイプのカラーフィルタ素子が存在する場合は、三つのカラーフィルタ素子はそれぞれ赤色、緑色、青色であろう。
【０００８】
図５において、上部絶縁膜８上に第２感光性物質をコーティングして選択的に除去することにより、カラーフィルタ素子１０を覆う平面層１２が形成されるようにする。図６において、基板２上に第３感光性物質をコーティングして選択的に除去することにより、第３感光性物質が平面層１２上でカラーフィルタ素子１０の上方にのみ残るようにする。続いて、熱処理によって第３感光性物質はマイクロレンズ１４を形成し、それぞれのマイクロレンズ１４は同じ曲率半径を有する。それぞれのマイクロレンズ１４はカラーフィルタ素子１０の内の一つと対応する。
【０００９】
図７において、マイクロレンズ１４が形成された基板２上に薄い酸化膜１６を形成する。続いて、図８に示すように、酸化膜にフォトリソグラフィを用いることによって、ボンディングパッド６の該当部分に露出されるように酸化膜１６及び上部絶縁膜８の一部を除去する。フォトリソグラフィとは、幾何学的形状のパターンをフォトレジストと呼ぶ感光性物質の薄膜に移す工程である。一般的に、フォトリソグラフィはコーティング、露光、現像、ベーキング（ｂａｋｉｎｇ）及びエッチングステップを含む。
【００１０】
マイクロレンズ１４又はカラーフィルタ素子１０の製造工程中には上部絶縁膜８がボンディングパッド６を保護する。ボンディングパッド６が前記工程で露出されれば、その特性が悪化する恐れがある。ボンディングパッド６の特性悪化はワイヤボンディングの弱化による歩留まりの低下、またはワイヤボンディングの破壊によるイメージセンサの寿命短縮を招く。
【００１１】
フォトリソグラフィ工程において、上部絶縁膜８が選択的に除去されている時には、マイクロレンズ１４、平面層１２及びカラーフィルタ素子１０のような感光性物質は保護しなければならないので、酸化膜１６が採択される。しかし、酸化膜１６の形成工程はカラーフィルタ素子１０或いはマイクロレンズ１４の変形による歩留まりの低下を招く可能性がある。図９は、酸化膜１６の形成工程で変形されたマイクロレンズ１４を示す。
【００１２】
感光性物質で製作されるカラーフィルタ素子１０及びマイクロレンズ１４は、一般的に約２００℃より高い温度で変形される。従って、感光性物質の変形を防ぐためには、２００℃より低い温度で酸化膜１６を形成しなければならない。しかし、このような相対的に低い温度では、酸化膜１６の厚さが不均一である可能性が高く、酸化膜１６の形成工程で発生するパーティクルの量を最小化することは困難である。このような欠点がイメージセンサ用半導体素子の従来製作方法においての歩留まりの低下を招いていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、製作工程中のボンディングパッドの特性低下及びマイクロレンズの変形が防止できるイメージセンサ用半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によるイメージセンサ用半導体素子を製造する方法は、基板上に下部絶縁膜を形成する工程と、前記下部絶縁膜上にボンディングパッドを形成する工程と、前記ボンディングパッドを覆うために、前記下部絶縁膜上に上部絶縁膜を形成する工程と、前記ボンディングパッド上に位置する前記上部絶縁膜の厚さを減少させるために、前記上部絶縁膜を選択的に除去する工程と、前記上部絶縁膜上に多数のカラーフィルタ素子を形成する工程と、前記カラーフィルタ素子を覆うために平面層を形成する工程と、前記ボンディングパッドを露出させるために、厚さが減少された上部絶縁膜を選択的に除去する工程と、多数のマイクロレンズを前記平面層上に形成する工程とを含むことを特徴とする。前記多数のマイクロレンズの形成後、厚さが減少された前記上部絶縁膜を選択的に除去することもできる。
【００１６】
本発明によるイメージセンサ用半導体素子を製造する異なる方法は、基板上に下部絶縁膜を形成する工程と、前記下部絶縁膜上にボンディングパッドを形成する工程と、前記ボンディングパッドを覆うために前記下部絶縁膜上に上部絶縁膜を形成する工程と、前記ボンディングパッドの最上部を露出させるために前記上部絶縁膜を選択的に除去する工程と、金属酸化層を形成するために前記ボンディングパッドの露出部位を酸化させる工程と、前記上部絶縁膜上に多数のカラーフィルタ素子を形成する工程と、前記カラーフィルタ素子を覆うために平面層を形成する工程と、多数のマイクロレンズを前記平面層上に形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１０〜図１７を参照して、本発明の好適な実施例によるイメージセンサ用半導体素子の製造方法を詳細に説明する。図面において、同一部品には同一参照番号を付与し説明する。
【００１８】
本発明の好適な実施例では、ボンディングパッドを露出させた後、ボンディングパッドをシールドするための保護層が形成され、続いて保護層上にカラーフィルタ素子、平面層及びマイクロレンズが順次に形成される。結果的に、保護層の形成工程において、マイクロレンズ及びカラーフィルタ素子は影響を受けない。
【００１９】
図１０において、蒸着により基板１０２上に下部絶縁膜１０４が形成される。基板１０２は、ＣＣＤ（charge coupled device）又は光ダイオードのような光電変換素子（図示せず）及び論理回路（図示せず）を含む。図１１において、下部絶縁膜１０４上に金属物質を形成した後、金属物質にフォトリソグラフィを用いることによって、ボンディングパッド１０６を含む金属パターンが絶縁膜上に形成される。この時、下部絶縁膜１０４の一部は金属パターンを通じて選択的に露出される。
【００２０】
図１２において、ボンディングパッド１０６を覆うために、蒸着によって下部絶縁膜１０４上に上部絶縁膜１０８を形成した後、上部絶縁膜１０８を平坦化させる。図１３において、ボンディングパッド１０６の上部を露出させるために、上部絶縁膜１０８にフォトリソグラフィを適用した後、ボンディングパッド１０６の露出された部分をシールドするために、薄い保護層１１０が上部絶縁膜１０８上に形成される。保護層１１０は、好ましくは酸化物、窒化物、又は酸化窒化物で製作され、１００〜１０００Åの厚さを有するのが望ましい。
【００２１】
フォトリソグラフィとは、幾何学的形状のパターンをフォトレジストと呼ぶ感光性物質の薄膜に移す工程である。一般的に、フォトリソグラフィは、コーティング、露光、現像、ベーキング及びエッチングステップを含む。即ち、フォトリソグラフィは上部絶縁膜１０８に感光性物質をコーティングする工程、フォトマスクを用いて感光性物質を露光する工程、感光性物質を現像する工程、感光性物質をベーキングする工程及びベーキングされた感光性物質をエッチングマスクとして用いて上部絶縁膜１０８をエッチングする工程を含む。
【００２２】
図１４において、保護層１１０上に第１感光性物質をコーティングして選択的に除去することによって、少なくとも一つのカラーフィルタ素子１１２が保護層上に形成されるようにする。多数のカラーフィルタ素子１１２が、例えば三つ又は四つの互いに異なるタイプで前記保護層１１０上に形成されるまで、他の第１感光性物質のコーティング及び除去が繰返される。三つのタイプのカラーフィルタ素子が存在する場合、三つのカラーフィルタ素子は各々赤色、緑色及び青色であろう。ここで、第１感光性物質は、好ましくはネガ型フォトレジスト（negative photoresist）である。
【００２３】
図１５において、保護層１１０上に第２感光性物質をコーティングして選択的に除去することによって、カラーフィルタ素子１１２を覆う平面層１１４が形成される。第２感光性物質は、好ましくはポジ型フォトレジスト（positive photoresist）である。図１６において、保護層１１０にフォトリソグラフィを用いることによって、平面層１１４で覆われた部分以外の保護層１１０がボンディングパッド１０６及びその周りの上部から除去される。
【００２４】
図１７において、基板１０２上に第３感光性物質をコーティングして選択的に除去することによって、第３感光性物質が平面層１１４上でカラーフィルタ素子１１２の上にのみ残るようにする。続いて、熱処理によって第３感光性物質はマイクロレンズ１１６を形成し、それぞれのマイクロレンズ１１６は同じ曲率半径を有する。第３感光性物質は、好ましくはポジ型フォトレジストである。
【００２５】
カラーフィルタ素子１１２、平面層１１４及びマイクロレンズ１１６のような感光性物質より先に保護層１１０が形成されるため、感光性物質に影響を与えることなく、保護層１１０を十分に高い温度で形成することができる。また、カラーフィルタ素子１１２が完成された後で保護層１１０が除去されるので、カラーフィルタ素子１１２の製造工程中にボンディングパッド１０６は保護できる。従って、本実施例による方法の生産歩留まりは、従来方法の生産歩留まりと比べて効果的に向上する。
ボンディングパッド上の上部絶縁膜を完全に除去するのではなく、その厚さだけを減少させることによって、製造工程を簡素化することができる。ボンディングパッドを露出させるために、マイクロレンズの完成前または後に上部絶縁膜の厚さを減少させた部分を完全に除去することができ、逆に、除去しないでボンディングパッド上にそのまま残すこともできる。
【００２６】
本発明の好適な実施例の第１変形として、保護層はマイクロレンズが完成された後で選択的に除去されても良い。第１変形は実質的に本発明の好適な実施例と同じ効果を提供する。
【００２７】
第２変形として、保護層は除去されず、ボンディングパッド上に残っていても良い。この場合、プローブにかかる力（probing force）を増加すれば、プローブテストを半導体素子に適用することができ、ボンディング力及びボンディング温度を増加させれば、信頼性のあるワイヤボンディングも可能である。
【００２８】
第３変形として、ボンディングパッドを酸化させることによって、保護層の形成工程を省略することができる。ボンディングパッドを１〜１０％の酸素含有量及び２００〜４５０℃の温度で酸化させると、３０〜１２０Åの厚さを有する金属酸化層がボンディングパッド上に形成される。ボンディングパッド上に形成された金属酸化層は、保護層の代わりに十分に役割を果たすことができる。
【００３０】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００３１】
【発明の効果】
カラーフィルタ素子、平面層及びマイクロレンズのような感光性物質に先立って保護層が形成されるため、感光性物質に影響を与えることなく、保護層を十分に高い温度で形成することができる。また、後で保護層を除去する時にはカラーフィルタ素子が完成された後で保護層が除去されるので、カラーフィルタ素子の製造工程中にボンディングパッドを保護することができる。従って、本実施例による方法の生産歩留まりは従来方法の歩留まりと比べて効果的に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図２】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図３】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図４】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図５】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図６】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図７】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図８】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図９】イメージセンサ用半導体素子を製造する従来の一工程を示す断面図である
【図１０】本発明の好適な実施の形態によるイメージセンサ用半導体素子の一製造工程を示す断面図である
【図１１】本発明の好適な実施の形態によるイメージセンサ用半導体素子の一製造工程を示す断面図である
【図１２】本発明の好適な実施の形態によるイメージセンサ用半導体素子の一製造工程を示す断面図である
【図１３】本発明の好適な実施の形態によるイメージセンサ用半導体素子の一製造工程を示す断面図である
【図１４】本発明の好適な実施の形態によるイメージセンサ用半導体素子の一製造工程を示す断面図である
【図１５】本発明の好適な実施の形態によるイメージセンサ用半導体素子の一製造工程を示す断面図である
【図１６】本発明の好適な実施の形態によるイメージセンサ用半導体素子の一製造工程を示す断面図である
【図１７】本発明の好適な実施の形態によるイメージセンサ用半導体素子の製造工程を順次に示す断面図である
【符号の説明】
２、１０２：基板
４、１０４：下部絶縁膜
６、１０６：ボンディングパッド
８、１０８：上部絶縁膜
１０、１１２：カラーフィルタ素子
１２、１１４：平面層
１４、１１６：マイクロレンズ
１６：酸化膜
１１０：保護層
【図１】
0003825721.tif 000002
【図２】
0003825721.tif 000003
【図３】
0003825721.tif 000004
【図４】
0003825721.tif 000005
【図５】
0003825721.tif 000006
【図６】
0003825721.tif 000007
【図７】
0003825721.tif 000008
【図８】
0003825721.tif 000009
【図９】
0003825721.tif 000010
【図１０】
0003825721.tif 000011
【図１１】
0003825721.tif 000012
【図１２】
0003825721.tif 000013
【図１３】
0003825721.tif 000014
【図１４】
0003825721.tif 000015
【図１５】
0003825721.tif 000016
【図１６】
0003825721.tif 000017
【図１７】
0003825721.tif 000018