JP2000196053A - イメ―ジセンサ及びその製造方法 - Google Patents

イメ―ジセンサ及びその製造方法

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JP2000196053A JP11364287A JP36428799A JP2000196053A JP 2000196053 A JP2000196053 A JP 2000196053A JP 11364287 A JP11364287 A JP 11364287A JP 36428799 A JP36428799 A JP 36428799A JP 2000196053 A JP2000196053 A JP 2000196053A
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柱 日 李
Chuko Ko
忠 鎬 黄
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造上の信頼性を向上させたイメージセンサ
製造方法を提供する 【解決手段】 受光素子が形成された基板上に保護膜を
形成する第１ステップ、上記保護膜上に平坦化第１フォ
トレジストを塗布して、パッドオープン地域の上記保護
膜が露出されるように上記第１フォトレジストを露光及
び現像する第２ステップ、上記第１フォトレジスト上に
カラーフィルタアレイを形成する第３ステップ、上記第
３ステップが完了した基板上に平坦化第２フォトレジス
トを塗布して、パッドオープン地域の上記保護膜が露出
されるように上記第２フォトレジストを露光及び現像す
る第４ステップ、露出された上記保護膜を蝕刻してパッ
ドオープン部を形成する第５ステップ、上記第２フォト
レジスト上にマイクロレンズを形成する第６ステップと
を含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明はイメージセンサ（Im
age sensor）及びその製造方法に関し、特にイメージセ
ンサのカラーフィルタ及びマイクロレンズ製造技術に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、カラーイメージを実現す
るためのイメージセンサは、外部からの光を受けて光電
荷を生成及び蓄積する光感知部分上部にカラーフィルタ
がアレイされている。カラーフィルタアレイ（CFA :Col
or Filter Array）は、レッド（Red）、グリーン（Gree
n）及びブルー（Blue）の３種類のカラーで構成される
か、イエロー（Yellow）、マゼンタ（Magenta）及びシ
アン（Cyan）の３種類のカラーでなされる。
【０００３】また、イメージセンサは、光を感知する光
感知部分と、感知された光を電気的信号に処理してデー
タ化するロジック回路部分で構成されているが、光感度
を高めるために単位ピクセルにおける光感知部分の面積
が占める比率（Fill Factor）を大きくしようとする努
力が進められている。しかしながら、根本的にロジック
回路部分を除去出来ないため、制限された面積下ではこ
のような努力には限界がある。したがって、光感度を高
めるために光感知部分以外の領域に入射する光の経路を
変えて光感知部分に集める集光技術が登場した。このよ
うな集光のためのイメージセンサは、カラーフィルタ上
にマイクロレンズ（microlens）を形成する方法を使用
している。
【０００４】図１は従来の技術によって製造されたイメ
ージセンサを概略的に表した断面図として、カラーフィ
ルタ及びマイクロレンズを具体的に示している。
【０００５】図１を参照して従来の技術にかかるイメー
ジセンサの製造方法を簡単に説明すると、シリコン基板
１上に素子間の電気的な絶縁のためにフィールド絶縁膜
２を形成して受光素子の光感知領域を含む単位ピクセル
３を形成した後、金属層間絶縁膜４を塗布して金属配線
５を形成する。次いで、水分やスクラッチから素子を保
護するために酸化膜６及び窒化膜７を連続的に塗布して
素子保護膜を形成し、ワイヤボンディング（Wire Bondi
ng）の際、素子との電気的な接触のために保護膜を蝕刻
することによって金属配線５の一部が露出するパッドオ
ープン部５ａを形成する。以後、イメージセンサのカラ
ーイメージの実現のためにカラーフィルタアレイ８を形
成する。カラーフィルタ物質は、通常染色されたフォト
レジストを使用する。カラーフィルタアレイの形成後に
マイクロレンズ９をカラーフィルタアレイ上に形成す
る。このマイクロレンズ９は光感知部分以外の領域に入
射する光を集めるためのものである。
【０００６】ところが、この際、保護膜６、７の段差に
より単位ピクセル３上でカラーフィルタアレイの厚さが
厚くなり、これを通過する光の光透過度（Light Transm
ittance）が低下して、やはりパッドオープン部５ａの
金属配線５にはカラーフィルタ物質の残留物８ａが残る
現象が発生し、以後、パッケージの際、ワイヤボンディ
ング不良の原因となる。また、光感知領域以外の地域に
入射する光を集めるためにマイクロレンズ９を形成する
ことになるが、このような工程でも、下に位置している
カラーフィルタアレイ８の平坦度が不良であるため、そ
の上に形成されるマイクロレンズ９が単位ピクセルごと
にその模様が異なり、その特性の均一性（Uniformity）
が低下する。
【０００７】一方、図から分かるように単位ピクセル３
上の金属層間絶縁膜４、保護膜６、７、カラーフィルタ
アレイ８等の厚さでは、その厚さが充分ではないため、
入射する光が、単位ピクセル３の受光素子に正確に集光
しない問題が発生する。すなわち、マイクロレンズと受
光素子との間の距離がマイクロレンズの焦点距離（Foca
l Length）より短いため、光感度（Light Sensitivit
y）が低下する現象が発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述したよう
な保護膜段差によりカラーフィルタが厚くなる現象、カ
ラーフィルタアレイ形成工程後パッド上にカラーフィル
タ物質の残留物が残る現象、カラーフィルタパターン段
差によるマイクロレンズのゆがみ現象、及びマイクロレ
ンズと受光素子との間の距離がマイクロレンズの焦点距
離より短いことによる光感度低下等の問題を解決し、そ
の信頼性が改善されたイメージセンサの製造方法を提供
することにその目的がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のイメージセンサの製造方法は、受光素子が形
成された基板上に保護膜を形成する第１ステップと、上
記保護膜上に平坦化第１フォトレジストを塗布し、パッ
ドオープン地域の上記保護膜が露出するように上記第１
フォトレジストを露光及び現像する第２ステップと、上
記第１フォトレジスト上にカラーフィルタアレイを形成
する第３ステップと、上記第３ステップが完了した基板
上に平坦化第２フォトレジストを塗布して、パッドオー
プン地域の上記保護膜が露出するように上記第２フォト
レジストを露光及び現像する第４ステップと、露出され
た上記保護膜を蝕刻してパッドオープン部を形成する第
５ステップと、上記第２フォトレジスト上にマイクロレ
ンズを形成する第６ステップとを含んでなる。
【００１０】また、本発明の目的を達成するための本発
明のイメージセンサは、複数の受光素子を含む基板と、
上記基板上部に形成された層間絶縁膜と、上記層間絶縁
膜上に形成された金属配線と、上記層間絶縁膜上に形成
されて上記金属配線を覆っている保護膜と、上記保護膜
上に形成された平坦化用第１フォトレジストと、上記第
１フォトレジスト上に形成されて上記受光素子に対応す
るカラーフィルタアレイと、上記カラーフィルタアレイ
上に形成される平坦化用第２フォトレジストと、上記第
２フォトレジスト上に形成される複数のマイクロレンズ
とを含んで、上記金属配線中のある領域はパッドとして
使われて、このパッドは上記保護膜と、第１フォトレジ
ストと、カラーフィルタ及び第２フォトレジストとで構
成される膜をパッドオープン領域で蝕刻することにより
形成されてワイヤボンディングを介して上記受光素子を
外部と電気的に接触させるものである。
【００１１】好ましくは、上記第１フォトレジスト及び
第２フォトレジストの厚さは、マイクロレンズを介して
入射する入射光が受光素子に集められるように設定さ
れ、好ましくは、真空または空気のような周知の媒体
で、マイクロレンズの焦点距離及びマイクロレンズと受
光素子との間に存在する膜の屈折率をもとに設定され
る。また、上記第１及び第２フォトレジストは透明物質
で形成するほうが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】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の技術的思想を容易に実
施できる程度に詳細に説明するために、本発明の最も好
ましい実施例を、添付した図面を参照し説明する。従来
の技術と同一の構成要素に対しては同一の図面符号を附
した。
【００１３】図２ないし図６は本発明の一実施例にかか
るイメージセンサ製造工程を示す断面図であり、カラー
フィルタ及びマイクロレンズにその重点をおいてイメー
ジセンサが図示されている。
【００１４】まず、図２を参照すると、シリコン基板１
上に素子間の電気的な絶縁のためのフィールド絶縁膜２
を形成して受光素子を含む単位ピクセル３を形成した
後、その上部に層間絶縁膜４及び金属配線５を形成す
る。以後、水分やスクラッチから素子を保護するために
酸化膜６及び窒化膜７を連続的に塗布して保護膜６、７
を形成する。次いで、平坦化兼パッドオープン用第１フ
ォトレジスト１０を塗布した後、パッドオープン用マス
ク１１を使用してパッド部位のフォトレジスト（図面の
１０ａ）を露光及び現像する。ここで使われる平坦化兼
パッドオープン用第１フォトレジスト１０は、下部に位
置した受光素子の光感度低下を防止するために可能な限
り光透過度に優れた透明なフォトレジストを使用する。
【００１５】次いで、図３を参照すると、以後、パッド
地域の保護膜６、７が露出した状態で平坦化されたフォ
トレジスト１０上に、イメージセンサのカラーイメージ
実現のために３原色のカラーフィルタアレイ８を形成す
る。カラーフィルタアレイ工程は通常の方法と同様であ
るが、保護膜６、７の段差は第１フォトレジストにより
相殺されて平坦化されるため、単位ピクセル３上でカラ
ーフィルタパターンの厚さは一定であり、これを通過し
た光の光透過度が向上することになる。一方、フォトレ
ジスト１０の段差によりパッド部位の保護膜６、７上に
はカラーフィルタ物質の残留物８ａが残存する現象が発
生する。
【００１６】次いで、図４を参照すると、平坦化兼パッ
ドオープン用第２フォトレジスト１２を塗布し、パッド
オープン用マスク１１を再度使用して、パッド部位の第
２フォトレジスト（図面の１２ａ）を露光及び現像す
る。この際、このフォトレジスト１２は下部に位置した
受光素子の光感度の低下防止のために可能な限り光透過
度に優れた透明なフォトレジストを使用することがよ
い。
【００１７】次いで、図５を参照すると、ワイヤボンデ
ィング素子との電気的な接触のためのパッドオープン部
を形成するために第１フォトレジスト１０及び第２フォ
トレジスト１２がオープンされた地域で露出されている
保護膜６、７を蝕刻する。この際、パッド部位の保護膜
６、７上に存在するカラーフィルタ物質の残留物８ａは
共に蝕刻されて除去され、これによってパッド金属層表
面に異質物のないきれいなパッドを形成することができ
る。
【００１８】次いで、図６は光感知領域以外の地域に入
射する光を集めるためにマイクロレンズ９を形成するこ
とによりイメージセンサの製造を完了した状態である。
この際、下に位置しているカラーフィルタパターンは平
坦化用第１フォトレジスト１０及び第２フォトレジスト
１２によって平坦化され、その上に形成されるマイクロ
レンズは単位ピクセルごとにその模様が均一になる。
【００１９】一方、図６に示したように単位ピクセル３
上の層間絶縁膜４、保護膜６、７、第１フォトレジスト
１０、カラーフィルタパターン８、第２フォトレジスト
１２等の厚さは十分に厚く形成され、また、第１及び第
２フォトレジストの厚さを適切に調節してマイクロレン
ズと受光素子との間の距離を調節できるために、光感度
を向上させることができる。この際、マイクロレンズと
受光素子との間の距離は、第１及び第２フォトレジスト
の厚さの調節によってマイクロレンズに入射する光が受
光素子に正確に集まるように調節できる。これは、真空
または空気のようなよく知らされた媒体でのマイクロレ
ンズの焦点距離及びマイクロレンズと受光素子との間の
膜の屈折率をもとに設定することができる。
【００２０】以上、本発明の技術思想を上記好ましい実
施例によって具体的に記述したが、上記実施例はその説
明のためのものであってその制限のためのものではない
ことを注意すべきである。また、本発明の技術分野の通
常の専門家であるならば本発明の技術思想の範囲内で種
々の実施例が可能であることが理解できる。
【００２１】
【発明の効果】本発明におけるカラーフィルタ及びマイ
クロレンズ製造方法を適用することにより、カラーフィ
ルタパターンの光透過度を向上させることができ、焦点
距離増加による光感度を向上させることができることか
ら、製品の競争力を確保することができるようになる。
また、異質物のないパッド表面を形成することができる
ことから、パッケージ収率を向上させることができ、さ
らに、ゆがみのないマイクロレンズとすることができる
ために製品の信頼性が向上する等の優れた効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術によって製造されたイメージセンサ
を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の一実施例にかかるイメージセンサ製造
工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例にかかるイメージセンサ製造
工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例にかかるイメージセンサ製造
工程を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例にかかるイメージセンサ製造
工程を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例にかかるイメージセンサ製造
工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ フィールド絶縁膜 ３ 単位ピクセル ４ 層間絶縁膜 ５ 金属配線 ６、７ 保護膜 ８ カラーフィルタアレイ ８ａ カラーフィルタ物質の残留物 ９ マイクロレンズ １０ 平坦化第１フォトレジスト １１ パッドオープン用マスク １２ 平坦化第２フォトレジスト

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 イメージセンサ製造方法において、 受光素子が形成された基板上に保護膜を形成する第１ス
    テップと、 上記保護膜上に平坦化第１フォトレジストを塗布し、パ
    ッドオープン地域の上記保護膜が露出するように上記第
    １フォトレジストを露光及び現像する第２ステップと、 上記第１フォトレジスト上にカラーフィルタアレイを形
    成する第３ステップと、 上記第３ステップが完了した基板上に平坦化第２フォト
    レジストを塗布し、パッドオープン地域の上記保護膜が
    露出するように上記第２フォトレジストを露光及び現像
    する第４ステップと、 露出した上記保護膜を蝕刻してパッドオープン部を形成
    する第５ステップと、 上記第２フォトレジスト上にマイクロレンズを形成する
    第６ステップと、 を含んでなることを特徴とするイメージセンサの製造方
    法。
  2. 【請求項２】 上記保護膜を形成する前に、層間絶縁膜
    を上記基板上部に形成するステップ及び上記層間絶縁膜
    上に金属配線を形成するステップとをさらに含むことを
    特徴とする請求項１記載のイメージセンサの製造方法。
  3. 【請求項３】 上記第１フォトレジスト及び第２フォト
    レジストの厚さは上記マイクロレンズを介して入射する
    入射光が上記受光素子に集められるように設定されるこ
    とを特徴とする請求項２記載のイメージセンサの製造方
    法。
  4. 【請求項４】 上記第１フォトレジスト及び第２フォト
    レジストの厚さは真空または空気の媒体での上記マイク
    ロレンズの焦点距離及び上記マイクロレンズと上記受光
    素子との間の膜の屈折率をもとに設定されることを特徴
    とする請求項３記載のイメージセンサの製造方法。
  5. 【請求項５】 上記第１及び第２フォトレジストは透明
    物質で形成されることを特徴とする請求項２または請求
    項３記載のイメージセンサの製造方法。
  6. 【請求項６】 複数の受光素子を含む基板と、 上記基板上部に形成された層間絶縁膜と、 上記層間絶縁膜上に形成された金属配線と、 上記層間絶縁膜上に形成されて上記金属配線を覆ってい
    る保護膜と、 上記保護膜上に形成された平坦化用第１フォトレジスト
    と、 上記第１フォトレジスト上に形成されて上記受光素子に
    対応するカラーフィルタアレイと、 上記カラーフィルタアレイ上に形成される平坦化用第２
    フォトレジストと、 上記第２フォトレジスト上に形成される複数のマイクロ
    レンズと、 を含んで、 上記金属配線中のある領域はパッドとして使用され、こ
    のパッドは上記保護膜、第１フォトレジスト、カラーフ
    ィルタ及び第２フォトレジストで構成される膜をパッド
    オープン領域で蝕刻することにより形成され、ワイヤボ
    ンディングを介して上記受光素子を外部と電気的に接触
    させることを特徴とするイメージセンサ。
  7. 【請求項７】 上記第１及び第２フォトレジストの厚さ
    は上記マイクロレンズを介して入射する入射光が上記受
    光素子に集められるように設定されることを特徴とする
    請求項６記載のイメージセンサ。
  8. 【請求項８】 上記第１及び第２フォトレジストの厚さ
    は、真空または空気の媒体での上記マイクロレンズの焦
    点距離及び上記マイクロレンズと上記受光素子との間に
    存在する膜の屈折率をもとに設定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。
  9. 【請求項９】 上記第１及び第２フォトレジストは透明
    物質で形成されることを特徴とする請求項６又は請求項
    ７記載のイメージセンサ。
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