JP2008047902A

JP2008047902A - イメージセンサ及びその製造方法

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Publication number: JP2008047902A
Application number: JP2007206636A
Authority: JP
Inventors: Won-Je Park; 元帝朴
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】ＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上部に第１絶縁膜を形成する段階と、前記基板の光活性領域の上部の前記第１絶縁膜の一部分を除去して前記第１絶縁膜に凹部を形成する段階と、を有する。内部レンズ及びエッチング阻止膜は前記基板上部に同時に形成される。前記内部レンズは前記第１絶縁膜の凹部を埋め込み、前記エッチング阻止膜は前記内部レンズを覆って前記第１絶縁膜上部に延長される。第２絶縁膜は前記内部レンズと前記エッチング阻止膜上部に形成することができる。前記第２絶縁膜は前記エッチング阻止膜と相違する物質で形成することができる。キャビティーは前記内部レンズ上部の前記第２絶縁膜に形成されることができる。
【選択図】図８

Description

本発明はイメージセンサ及びその製造方法に関し、詳しくは、ＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法に関するものである。

半導体イメージ感知装置は、デジタルカメラ、カムコーダ、プリンタ、スキャナなどの多様な応用分野でイメージをキャプチャするのに広く使用されている。この半導体イメージ感知装置は、光学情報をキャプチャしてその光学情報を電気信号に変換するイメージセンサを含む。電気信号は処理、保存、または操作されてディスプレイや媒体（例えば、印刷媒体）上にイメージ化する。

半導体イメージ装置は、現在、電荷結合素子（ＣＣＤ）及びＣＭＯＳイメージセンサの２種類で広く用いられている。ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤよりも少ない電力で動作し、特に携帯電子装置に応用可能である。ＣＭＯＳイメージセンサ、すなわち感知システムは、典型的にＣＩＳユニット及びイメージ信号処理（ＩＳＰ）ユニットを含む。ＣＩＳユニットは、光学情報を電気的情報に変換する機能を行い、ＩＳＰユニットは電気的情報を処理する機能を行う。さらに詳しくは、ＣＩＳユニットはフォトセルにより形成されたピクセルのアレイ及びそれに係るデジタルコーディング回路部を含む。各フォトセルは照明を感知し、光学情報をアナログ電圧レベルに変換する光ダイオードを含む。デジタルコーディング回路部は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）を介してアナログ電圧レベルを対応するデジタルコードに変換する。デジタルコードは、ＩＳＰユニットに伝達され、このユニットは受信したデジタルコードに対して信号処理機能を行う。ＣＩＳユニット及びＩＳＰユニットは、単一チップまたは個別のチップ上に存在することができる。

公知のように、このようなイメージセンサに対する応用分野においては、ピクセル数及び性能の改善だけでなく、その大きさ及び費用低減に対する要求がさらに増大している。しかしながら、大きさを減少させて、そして／またはピクセル数を増加させると、性能向上はさらに難しくなる。例えば、光学的クロストークが最も大きな問題となる。光学的クロストークは、ピクセル用の光が隣接するピクセルに受信される際に生じる。

最近、光ダイオードの感度を改善させるのに好適なイメージセンサ及びその製造方法が大韓民国特許公開公報２００２−４２０９８号の「イメージセンサ及びその製造方法」の名称でベンなど（Ｂｙｕｎｅｔａｌ．）により開示されている。ベンなどによれば、イメージセンサはダマシン技術の適用なしに、通常の金属配線工程を用いて製造されて、光ダイオード上の層間絶縁膜内に追加レンズが提供される。
大韓民国特許公開第２００２−４２０９８号明細書

本発明が解決しようとする技術的課題は、内部レンズにより光線を光ダイオードに集光させることで、光線が所望の光ダイオードの外のイメージセンサ領域上に存在する光学的クロストークを減少させるか、または防止することのできるイメージセンサ及びその製造方法を提供することにある。

本発明はイメージセンサを形成する方法に関する。

一実施形態において、この製造方法は、基板上部に第１絶縁膜を形成する段階と、前記基板の光活性領域上部に前記第１絶縁膜の一部を除去して前記第１絶縁膜に凹部を形成する段階とを含む。内部レンズ及びエッチング阻止膜は前記基板上部に同時に形成される。前記内部レンズは前記第１絶縁膜の凹部を埋め込み、前記エッチング阻止膜は前記内部レンズを覆って前記第１絶縁膜上部に延長される。第２絶縁膜が前記内部レンズと前記エッチング阻止膜上部に形成される。前記第２絶縁膜は前記エッチング阻止膜と相違する物質に形成される。キャビティーが前記内部レンズ上部の前記第２絶縁膜に形成されることができる。

一実施形態において、前記キャビティーは、前記第２絶縁膜と前記エッチング阻止膜との間にエッチング選択比を有するエッチング液を用いて形成する。

一実施形態において、前記方法は、前記基板上部にキャビティーを埋め込む平坦化膜を形成する段階と、前記平坦化膜と前記キャビティー上部にマイクロレンズを形成する段階とをさらに含む。

一実施形態において、前記内部レンズ及び前記エッチング阻止膜は窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成することができ、前記第２絶縁膜は二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）とすることができる。

一実施形態において、前記第１絶縁膜はダマシン工程の一部として形成されて金属配線を形成する。例えば、前記金属配線は銅を含むことができる。

一実施形態において、前記第２絶縁膜はダマシン工程の一部として形成されて金属配線を形成する。例えば、前記金属配線は銅を含むことができる。

一実施形態において、前記内部レンズは前記第１絶縁膜よりも高い屈折率を有する。

イメージセンサを形成する他の一実施形態は、層間絶縁膜が基板の光活性領域上部に形成されるように、前記基板上部に前記層間絶縁膜を形成する段階を含む。エッチングマスクは前記層間絶縁膜上部に形成され、前記光活性領域上部の前記層間絶縁膜の一部を露出する。前記層間絶縁膜は前記エッチングマスクを用いて等方性エッチングされる。前記エッチングマスクを除去した後、内部レンズ及びエッチング阻止膜が前記基板上部に同時に形成される。前記内部レンズは等方性エッチングにより形成された前記層間絶縁膜の凹部を埋め込み、前記エッチング阻止膜は前記内部レンズを覆って前記層間絶縁膜上部に延長される。第１ダマシン工程を行って前記基板上部に金属配線を形成する。第１ダマシン工程は前記内部レンズと前記エッチング阻止膜上部に金属間絶縁膜を形成する。ここで、前記金属間絶縁膜は前記エッチング阻止膜と相違する物質で形成される。キャビティーが、前記金属間絶縁膜と前記エッチング阻止膜との間にエッチング選択比を有するエッチング液を用いたエッチングにより前記内部レンズ上部の前記金属間絶縁膜に形成される。平坦化膜が前記基板上部に形成されて前記キャビティーを埋め込む。マイクロレンズは前記平坦化膜と前記キャビティー上部に形成される。

この製造方法のまた他の実施形態は、層間絶縁膜が基板の光活性領域上部に形成されるように基板上部に層間絶縁膜を形成する段階を含む。ダマシン工程を行って前記基板上部に第１金属配線を形成する。ダマシン工程は前記基板の前記光活性領域上部に第１金属間絶縁膜を形成する。エッチングマスクは前記第１金属間絶縁膜上部に形成されて前記光活性領域上部に前記第１金属間絶縁膜の一部を露出する。前記第１金属間絶縁膜は前記エッチングマスクを用いて等方性エッチングされる。前記エッチングマスクを除去した後、内部レンズ及びエッチング阻止膜が前記基板上部に同時に形成される。前記内部レンズは等方性エッチングにより形成された前記第１金属間絶縁膜の凹部を埋め込み、前記エッチング阻止膜は前記内部レンズを覆って前記第１金属間絶縁膜上部に延長される。ダマシン工程を行って前記基板上部に第２金属配線を形成する。ダマシン工程は前記内部レンズ及び前記エッチング阻止膜上部に第２金属間絶縁膜を形成する。前記第２金属間絶縁膜は前記エッチング阻止膜及び前記金属間絶縁膜と相違する物質で形成される。キャビティーは前記第２金属間絶縁膜と前記エッチング阻止膜との間にエッチング選択比を有するエッチング液を用いたエッチングによって前記内部レンズ上部の前記第２金属間絶縁膜に形成される。平坦化膜は前記基板上部に形成されて前記キャビティーを埋め込む。マイクロレンズは前記平坦化膜及び前記キャビティー上部に形成される。

また、本発明はイメージセンサに関するものである。

一実施形態において、イメージセンサは、内部に形成されている光活性領域と、基板上部に形成された絶縁膜を有する基板とを含む。前記絶縁膜は上面に凹部を有していて、この凹部は前記光活性領域上部に配置される。内部レンズは前記絶縁膜の凹部を埋め込み前記絶縁膜上部に延長される。少なくとも一つの配線構造が、前記絶縁膜上部に延長される前記内部レンズ膜の少なくとも一部上部に形成された複数の膜を含み、この複数の膜のうちの少なくとも一つの膜は前記内部レンズ膜上部にキャビティーを規定する。前記複数の膜のうちの少なくとも一つの膜は第１金属配線を形成する。前記イメージセンサは前記基板上部に形成されて前記キャビティーを埋め込む平坦化膜をさらに含む。マイクロレンズは前記平坦化膜及び前記光活性領域上部に形成される。

本発明によれば、内部レンズにより光線を光ダイオードに集光することによって、光線が所望の光ダイオードの外のイメージセンサ領域上に存在する光学的クロストークを低減させたり防止したりすることができる。

本発明は、本明細書における詳細な説明と多くの図面における類似参照番号が対応部分を示すとともに、単に、例示として提供された添付図面によって、さらに理解を深めることができる。

次に、添付図面を参照して例示的な実施形態を説明する。しかしながら、例示的な実施形態は多くの相違する形態で具体化されることができ、本明細書で提示した例示的な実施形態に制限されるものと解釈してはいけない。例示的な実施形態は、開示された発明が完成されていることを示すと共に、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供するものである。一部の例示的な実施形態において、公知の工程、公知の装置構造、公知の技術は例示的な実施形態の解釈が不明瞭となるため詳しい説明は省略する。明細書全体にわたって同じ参照番号は、同様の構成要素を示す。

素子または膜が、他の素子や膜の「上に」、「に接続」または「に結合」と記載された場合は、これらは直接的に他の素子や膜上に存在したり接続されたりするか、または結合することができ、または、他の素子や膜が介在される可能性もある。反面、素子が「真上に」「直接接続」、または「直接結合」と記載された場合は、他の素子や膜が存在しないこともある。本明細書に用いられる「及び／または」という用語は、かかる列挙項目の一つ以上の任意の組み合わせまたはすべての組み合わせを含むものである。

本明細書において、第１、第２、第３などの用語を用いて多様な素子、構成要素、領域、膜、及び／またはセクションを説明しているが、このような素子、構成要素、領域、膜、及び／またはセクションはこのような用語に制限されるものではない。このような用語は、ただ一つの要素、構成要素、領域、膜、またはセクションを他の領域、膜、またはセクションと区分するのに用いられる。よって、以下に説明する第１要素、構成要素、領域、膜、またはセクションは、例示的な実施形態の教示から脱せず、第２要素、構成要素、領域、膜、またはセクションと称することができる。

真下、下、下位、上、上位、などの空間的相対用語は、本明細書で説明の便宜上図面に示すように、他の要素または特徴に対する一つの要素または特徴の関係を説明するのに用いられる。空間的相対用語は、図面に示した方位だけでなく、使用や動作中の装置の相違なる方位を含むものである。例えば、図面において装置が引っ繰り返っていたら、他の要素や特徴の「下」または「真下」のように説明された要素は、その他の要素や特徴の上に位置する。よって、「下」という用語は、上と下の両方位を含むことができる。他の代案として、装置は配向されることができ（９０度回転または他の方向に）本明細書に用いられる空間的相対技術語も、これによって解釈される。

説明の便宜上、本明細書に用いる用語は、特定の例示的の実施形態を説明するためであり、制限的なものとして意図しない。本明細書に用いるように、「一つ」、「その」のような単数表記は文脈において明白に示さない限り複数の形態も含むものとする。また、「含み」、及び／または「含む」という用語は、本明細書で用いる場合、記載した特徴、整数、段階、動作、素子、及び／または構成要素の存在を特定しているが、一つ以上の他の特徴、整数、段階、動作、素子、構成要素、及び／またはこれらのグループの存在や追加を排除しないということが理解できる。

例示的な実施形態では、本明細書における理想的な実施形態の概略的な断面図（及び中間構造）を参照して説明することができる。このように、製造技術及び／または許容誤差の結果によって図示された形状の変動が予想される。よって、例示的な実施形態は、本明細書において例示した領域の特定形状で制限されず、例えば、製造によって発生しうる形状変更を含む。例えば、長方形に図示された注入領域は、注入領域から非注入領域への即刻な変更ではなく、そのエッジで丸かったり曲線型の特徴及び／または注入濃度勾配を有したりすることができる。同様に、注入により形成される埋め立て領域は、埋め立て領域とその注入される表面との間の領域において一部の注入が発生される。よって、図に示す領域は事実上概略的であり、装置領域の実際形状を示す意図ではなく、その例示的な実施形態を制限しようとする意図でもない。

特に定義しない限り本明細書で用いる（技術用語及び科学用語を含めた）すべての用語は、当業者が理解する意味と同一の意味を有する。また、辞書で定義している用語は関連技術の文脈からその意味と符合する意味を有するものと解釈され、本明細書で定義されない限り理想やあまり形式的な意味に解釈しないものとして理解される。

まずは、第１実施形態に係るイメージセンサを形成する方法を説明する。次に、本発明の他の実施形態についても同様に説明する。

図１ないし図８は、本発明の一実施形態に係る製造工程の多様な段階別のイメージセンサの断面図を概略的に示すものである。図１に示すように、浅いトレンチ素子分離領域３が基板１（例えば、シリコン（Ｓｉ）基板）に形成されて基板の活性領域を分離する。ゲート構造８は活性領域上部に形成されて（例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）に形成された）ゲート絶縁体５及び導電性ゲート７を含む。導電性ゲート７はポリシリコンで形成することができる。ゲート構造を形成するパターニング工程はよく知られているので詳しく説明しない。ドーピング動作を行ってゲート構造８の一側面上に半導体基板１に光ダイオードＰＤを形成する。光ダイオードＰＤはＮ型層９及びＰ型層１１を含む。光ダイオードＰＤはそれ自体に入射された光を電位に変換する。このように、光ダイオードＰＤは基板１の光活性領域である。ゲート構造８は光ダイオードＰＤの電位をドレイン１３に選択的に伝達するための機能をする。ドレイン１３は基板１のＮ型ドーピング領域とすることができる。ドレイン１３は、Ｎ型層９の形成する間にドーピングにより形成される。

また、図１に示すように、層間絶縁膜ＩＬＤ１５は基板１上部に形成される。ＩＬＤ１５は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で形成することができる。コンタクトホールは、ＩＬＤ１５に形成されてドレイン１３を露出し、導電性物質で埋め込まれて導電性プラグ１７を形成する。導電性物質は、例えばタングステンとすることができる。

次に、図２に示すように、フォトレジストパターン１９はＩＬＤ１５上部に形成されてパターニングされる。フォトレジスト１９は、図３に示す後続エッチング段階のエッチングマスクとしての機能をする。特に、フォトレジストパターン１９は光ダイオードＰＤ上部にＩＬＤ１５の一部分を露出した状態にしておく。

図３を参照すると、ＩＬＤ１５を等方性エッチングしてＩＬＤ１５の上面に凹部１５ｃを形成する。すなわち、ＩＬＤ１５の上面は光ダイオードＰＤ上部に凹部１５ｃを有する。例えば、等方性エッチングは、弗化水素（ＨＦ）系エッチング液を用いてＩＬＤ１５を湿式エッチングすることで行うことができる。この例において、エッチング液はフォトレジストパターン１９が除去されないように選択比を有する。エッチング液のエッチング時間及びエッチング率は、凹部の所望の曲率半径が得られるように制御することができ、したがって、これは設計選択事項である。エッチング後にフォトレジストパターン１９を除去する。

図４に示すように、絶縁物質が基板上部に形成されて内部レンズ２１ａ及びエッチング阻止膜２１ｂを形成する。内部レンズ２１ａは凹部１５ｃを埋め込む。エッチング阻止膜２１ｂは内部レンズ２１ａ及びＩＬＤ１５を覆う。すなわち、エッチング阻止膜２１ｂはＩＬＤ１５上部に延長される。一実施形態において、内部レンズ２１ａ及びエッチング阻止膜２１ｂを形成する絶縁物質は、窒化シリコン（ＳｉＮ）とすることができる。しかしながら、レンズ２１ａ及び／またはエッチング阻止膜２１ｂは、レンズ２１ａ及びエッチング阻止膜２１ｂの屈折率がＩＬＤ１５の屈折率よりも高くなるように任意の絶縁物質で形成することができる。また、選択事項として、平坦化工程を行ってエッチング阻止膜２１ｂを平坦化することができる。一実施形態において、エッチング阻止膜２１ｂは５００Åの厚さを有する。

次に、図５及び図６に示すように、デュアルダマシン工程を行うことができる。図５を参照すると、第１金属間絶縁膜ＩＭＤ２３はエッチング阻止膜２１ｂ上部に形成される。フォトレジストパターン（図示せず）は内部レンズ２１ａの任意の側面上の第１のＩＭＤ２３の一部分を露出して第１のＩＭＤ２３上部に形成される。露出された一部分のうちの一つは、導電性プラグ１７上部に配置される。フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いることで、第１のＩＭＤ２３及びエッチング阻止膜２１ｂをエッチングして内部レンズ２１ａの一側面上の導電性プラグ１７及び内部レンズ２１ａの他の一側面上のＩＬＤ１５を露出する。

第１金属配線２８ａ及び第２金属配線２８ｂは、第１のＩＭＤ２３及びエッチング阻止膜２１ｂのエッチングによって形成されたビアに形成される。第１金属配線２８ａ及び第２金属配線２８ｂは、バリア金属膜２５及び金属膜２７を含む。バリア金属膜２５はチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などを含むことができる。金属膜２７は銅（Ｃｕ）を含むことができる。平坦化（例えば、化学的機械的研磨）によって、第１金属配線２８ａ及び第２金属配線２８ｂは第１のＩＭＤ２３上部に延長しない。

図５を参照すると、第１バリア膜２９は、第１のＩＭＤ２３と第１金属配線２８ａ及び第２金属配線２８ｂを覆って基板１上部に形成される。第１バリア膜２９は、窒化シリコン（ＳｉＮ）とすることができる。以後、第２のＩＭＤ３１が第１バリア膜２９上部に形成される。第２のＩＭＤ３１は第１のＩＭＤ２３と同一物質で形成することができ、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、または他の物質で形成することができる。続いて、第２バリア膜３３及び第３のＩＭＤ３５が形成される。第２バリア膜３３は第１バリア膜２９と同一物質で形成することができ、例えば、窒化シリコンで形成することができ、または他の物質で形成することができる。第３のＩＭＤ３５は、第１のＩＭＤ２３及び／または第２のＩＭＤ３１と同一物質で形成することができて、例えば、二酸化シリコンで形成することができ、または他の物質で形成することができる。

図６を参照すると、デュアルダマシン工程の一部であって、膜３５、３３、３１、２９を介してビアを形成して第１金属配線２８ａを露出し、ビアに第３金属配線４０を形成する。例えば、ビアは上述した他のビアと同一方式で形成することができて、すなわち、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いるエッチングによって形成することができる。第３金属配線４０はバリア金属膜３７及び金属膜３９を含む。バリア金属膜３７はチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などを含むことができる。金属膜３９は銅（Ｃｕ）を含むことができる。平坦化（例えば、化学的機械的研磨）によって、第３金属配線４０は第３のＩＭＤ３５上部に延長しない。

図６を参照すると、パッシベーション膜４４は、第３のＩＭＤ３５及び第３金属配線４０を覆って基板１上部に形成される。パッシベーション膜４４は一つ以上の絶縁膜を含むことができる。図６の例において、パッシベーション膜４４は二酸化シリコンの絶縁膜４１及び窒化シリコンの絶縁膜４３を含む。フォトレジストパターン４５は、パッシベーション膜４４上部に形成されてフォトダイオードＰＤ上部にパッシベーション膜４４の一部分を露出する。

図７に示すように、フォトレジストパターン４５をエッチングマスクとして用いて、２つのステージのエッチング工程を行って内部レンズ２１ａ上部にキャビティー４７を形成する。第１ステージでは、膜４３、４１、３５、３３、３１、２９がエッチングされるように低選択比を有するエッチング液を用いたエッチングが必要とされる。第１バリア膜２９をエッチングした後に、第１のＩＭＤ２３の物質とエッチング阻止膜２１ｂの物質間の高選択比を有するエッチング液を用いたエッチングによって第２ステージを行う。これにより、第１のＩＭＤ２３はエッチングされることになるが、エッチング阻止膜２１ｂは実質的にエッチングされない。その結果、キャビティー４７はパッシベーション膜４４からエッチング阻止膜２１ｂに延長される。低選択比エッチング液を用いたエッチングのタイミングを制御することによって、膜４３、４１、３５、３３、３１、２９は第１のＩＭＤ２３を完全にエッチングしてなくてもエッチングすることができる。

図８に示すように、フォトレジストパターン４５の除去後に下部平坦化膜４９をキャビティー４７、及びパッシベーション膜４４上部に形成することができる。下部平坦化膜４９は樹脂で形成することができ、化学的機械的研磨を介して平坦化することができる。カラーフィルタ膜５１は、一般的に樹脂で形成されていて、下部平坦化膜４９上部に形成される。以後、カラーフィルタ膜５１上部に上部平坦化膜５３を形成する。上部平坦化膜５３は樹脂で形成することができ、化学的機械的研磨を介して平坦化することができる。一実施形態において、上部平坦化膜５３及び下部平坦化膜４９は同じ樹脂で形成される。

図８はマイクロレンズ５５が上部平坦化膜５３上に形成することもできることを示している。マイクロレンズ５５は、任意の公知技術により形成することができ、任意の公知物質で形成することができる。図示のように、マイクロレンズ５５は入射光線ＬＥを光ダイオードＰＤにフォーカシングさせる機能をする。しかしながら、光線ＬＥの焦点ＦＰは、マイクロレンズ５５によりフォーカシングの位置が光ダイオードＰＤからさらに上に存在する。そのため、内部レンズ２１ａがなければ、光線ＬＥは点線ＬＥ’として示すように、意図した光ダイオードＰＤ外のイメージセンサの領域上に存在することになる。そこで、内部レンズ２１ａが光線ＬＥを光ダイオードＰＤに向けられるようにすることで、光学的クロストークの低減及び／または防止する機能をする。

次に、図９ないし図１６を参照して第２実施形態を説明する。図９ないし図１６は本発明の他の一実施形態に係る製造工程の多様な段階におけるイメージセンサの断面を概略的に示している。図９は図１と同じ工程を示しており、これに対する説明は省略する。図１０に示すように、図９の工程の後に、第１バリア膜２２がＩＬＤ１５及び導電性プラグ１７を覆って基板１上部に形成される。第１バリア膜２２は窒化シリコンで形成することができる。

次に、図１１ないし図１５に示すように、デュアルダマシン工程を行うことができる。図１１を参照すると、第１内部金属絶縁膜ＩＭＤ２３がバリア膜２２上部に形成される。フォトレジストパターン（図示せず）は、光ダイオードＰＤの任意の側面上の第１のＩＭＤ２３の一部分を露出しながら第１のＩＭＤ２３上部に形成される。露出された一部分のうちの一つは導電性プラグ１７上部に配置される。フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、第１のＩＭＤ２３及び第１バリア膜２２をエッチングして光ダイオードＰＤの一側面上の導電性プラグ１７及び光ダイオードＰＤの残り一側面上のＩＬＤ１５を露出する。

第１金属配線２８ａ及び第２金属配線２８ｂは、第１のＩＭＤ２３及び第１バリア膜２２のエッチングによって形成されたビアに形成される。第１金属配線２８ａ及び第２金属配線２８ｂはバリア金属膜２５及び金属膜２７を含む。バリア金属膜２５はチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などを含むことができる。金属膜２７は銅（Ｃｕ）を含むことができる。平坦化（例えば、化学的機械的研磨）によって、第１金属配線２８ａ及び第２金属配線２８ｂが第１のＩＭＤ２３上部に延長しない。

次に、図１２に示すように、フォトレジストパターン２０は基板１上部に形成されてパターニングされる。フォトレジストパターン２０は図１３に示す後続エッチング段階のためのエッチングマスクとしての機能をする。特に、フォトレジストパターン２０は、光ダイオードＰＤ上部にＩＭＤ２３の一部を露出した状態とする。

図１３を参照すると、ＩＭＤ２３は等方性エッチングされてＩＭＤ２３の上面に凹部１８ｃを形成する。すなわち、ＩＭＤ２３の上面は光ダイオードＰＤ上部に凹部１８ｃを有する。例えば、等方性エッチングは弗化水素（ＨＦ）系エッチング液を用いてＩＭＤ２３を湿式エッチングすることによって実行することができる。この例において、エッチング液はフォトレジストパターン２０が除去されない選択比を有する。エッチング液のエッチング時間及びエッチング率は、凹部に対する所望の曲率半径を得ることができるように制御することができ、これは設計選択事項である。そして、エッチング後に、フォトレジストパターン２０は除去される。

図１４に示すように、絶縁物質が基板上部に形成されて内部レンズ２４ａ及びエッチング阻止膜２４ｂを形成することになる。内部レンズ２４ａは凹部１８ｃを埋め込む。エッチング阻止膜２４ｂは内部レンズ２４ａ、ＩＭＤ２３、第１金属配線２８ａ及び第２金属配線２８ｂを覆う。すなわち、エッチング阻止膜２４ｂはＩＭＤ２３上部に延長される。一実施形態において、内部レンズ２４ａ及びエッチング阻止膜２４ｂを形成する絶縁物質は窒化シリコン（ＳｉＮ）とすることができる。しかしながら、レンズ２４ａ及び／またはエッチング阻止膜２４ｂは、レンズ２４ａ及びエッチング阻止膜２４ｂの屈折率がＩＭＤ２３の屈折率よりも高くなるように任意の絶縁物質に形成することができる。また、選択事項として、平坦化工程を行ってエッチング阻止膜２４ｂを平坦化することができる。一実施形態において、エッチング阻止膜２４ｂは５００Åの厚さを有する。

図１５を参照すると、第２のＩＭＤ３１はエッチング阻止膜２４ｂ上部に形成される。第２のＩＭＤ３１は第１のＩＭＤ２３と同じ物質で形成することができ、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）または他の物質で形成することができる。続いて、第２バリア膜３３及び第３のＩＭＤ３５が形成される。第２バリア膜３３は第１バリア膜２２と同じ物質で形成することができて、例えば、窒化シリコンで形成することができるが、または他の物質で形成することもできる。第３のＩＭＤ３５は、第１のＩＭＤ２３及び／または第２のＩＭＤ３１と同じ物質で形成することができて、例えば、二酸化シリコンで形成することができるが、または他の物質で形成することもできる。

図１５を参照すると、デュアルダマシン工程の一部として、膜３５、３３、３１、２４ｂを介してビアを形成して第１金属配線２８ａを露出し、第３金属配線４０がこのビアを介して形成される。例えば、ビアは上述の他のビアと同じ方式で形成することができ、すなわち、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いるエッチングによって形成することができる。第３金属配線４０は、バリア金属膜３７及び金属膜３９を含む。バリア金属膜３７はチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などを含むことができる。金属膜３９は銅（Ｃｕ）を含むことができる。平坦化することによって（例えば、化学的機械的研磨）、第３金属配線４０は第３のＩＭＤ３５上部に延長されない。

図１５を参照すると、パッシベーション膜４４は、第３のＩＭＤ３５及び第３金属配線４０を覆って基板１上部に形成される。パッシベーション膜４４は一つ以上の絶縁膜を含むことができる。図１５の例として、パッシベーション膜４４は二酸化シリコンの絶縁膜４１及び窒化シリコンの絶縁膜４３を含む。フォトレジストパターン４５は、パッシベーション膜４４上部に形成されてフォトダイオードＰＤ上部にパッシベーション膜４４の一部を露出する。

図１６に示すように、フォトレジストパターン４５をエッチングマスクとして用いることによって、２つのステージのエッチング工程を行って内部レンズ２４ａ上部にキャビティー４７を形成する。第１ステージでは、膜４３、４１、３５、３３がエッチングされるように、低選択比を有するエッチング液を用いるエッチングが必要とされる。第２バリア膜３３をエッチングした後、第２のＩＭＤ３１の物質とエッチング阻止膜２４ｂの物質の間の高選択比を有するエッチング液を用いるエッチングによって第２ステージを行う。これにより、第２のＩＭＤ３１をエッチングするが、エッチング阻止膜２４ｂは実質的にエッチングされない。その結果、キャビティー４７がパッシベーション膜４４からエッチング阻止膜２４ｂに延長される。低選択比エッチング液を用いてエッチングタイミングを制御することによって、膜４３、４１、３５、３３は第２のＩＭＤ３１を完全にエッチングしてなくてもエッチングすることができる。

図１７に示すように、下部平坦化膜４９は、フォトレジストパターン４５を除去した後に平坦化膜４４上部、及びキャビティー４７に形成することができる。下部平坦化膜４９は樹脂で形成することができ、化学的機械的研磨を介して平坦化することができる。カラーフィルタ膜５１は、一般に樹脂で形成されて、下部平坦化膜４９上部に形成される。以後、上部平坦化膜５３がカラーフィルタ膜５１上部に形成される。上部平坦化膜５３は樹脂で形成され、化学的機械的研磨を介して平坦化することができる。一実施形態として、上部平坦化膜４９及び下部平坦化膜５３は同じ樹脂で形成される。

また、図１７は、マイクロレンズ５５が上部平坦化膜５３上に形成されることを示している。マイクロレンズ５５は、任意の公知技術により形成することができ、任意の公知物質で形成することができる。この実施形態も、第１実施形態と同様なメリットを有するものとして理解することができる。

この実施形態において、内部レンズがＩＬＤ１５または第１のＩＭＤ２３に形成されることに対して制限がないことが認識できる。その代わり、内部レンズは他の膜に形成することもできる。さらに他の例として、図１８は第２のＩＭＤ３１に形成された内部レンズ３２ａを示す。第２のＩＭＤ３１に内部レンズ３２ａ及びエッチング阻止膜３２ｂを形成するための工程段階は、第１及び第２実施形態の説明から明白であり、この工程段階の詳細な説明は便宜上省略する。

上述では、本発明の好ましい実施形態を参照しながら説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲で、本発明を多様に修正及び変更させることができる。そのような修正又は変更された発明も本発明に技術的範囲に属する。

本発明の一実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るイメージセンサ製造工程を概略的に示す断面図である。イメージセンサのさらに他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１基板
３浅いトレンチ素子分離領域
５ゲート絶縁体
７導電性ゲート
８ゲート構造
１３ドレイン
１５層間絶縁膜
１７導電性プラグ

Claims

イメージセンサを形成する方法であって、
基板上部に第１絶縁膜を形成する段階と、
前記基板の光活性領域上部の前記第１絶縁膜の一部を除去して前記第１絶縁膜に凹部を形成する段階と、
前記基板上部に内部レンズ及びエッチング阻止膜を同時に形成する段階であって、前記内部レンズが前記第１絶縁膜の凹部を埋め込み、前記エッチング阻止膜が前記内部レンズを覆って前記第１絶縁膜上部に延長される段階と、
前記内部レンズ及びエッチング阻止膜上部に第２絶縁膜を形成する段階であって、前記第２絶縁膜が前記エッチング阻止膜と相違する物質で形成される段階と、
前記内部レンズ上部の前記第２絶縁膜にキャビティーを形成する段階と、
を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
前記キャビティーを形成する段階は、前記第２絶縁膜と前記エッチング阻止膜との間にエッチング選択比を有するエッチング液を用いてエッチングする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
前記基板上部に前記キャビティーを埋め込む平坦化膜を形成する段階と、
前記平坦化膜と前記キャビティー上部にマイクロレンズを形成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
前記内部レンズ及び前記エッチング阻止膜は、同一物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
前記内部レンズ及び前記エッチング阻止膜は、窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成されることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第２絶縁膜は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）であることを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第１絶縁膜に凹部を形成する段階は、前記第１絶縁膜を等方性エッチングする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
前記等方性エッチング段階は、弗化水素（ＨＦ）系エッチング液を用い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製造方法。
前記第１絶縁膜に凹部を形成する段階は、前記等方性エッチング段階の前に、前記第１絶縁膜上部にエッチングマスクを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第１絶縁膜に凹部を形成する段階は、前記第１絶縁膜を湿式エッチングする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの製造方法。
前記湿式エッチング段階は、弗化水素（ＨＦ）系エッチング液を用いることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第１絶縁膜に凹部を形成する段階は、前記湿式エッチング段階の前に、前記第１絶縁膜上部にエッチングマスクを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第２絶縁膜を形成する段階は、ダマシン工程の一部として行われて金属配線を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の製造方法。
前記金属配線は、銅を含むことを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第１絶縁膜を形成する段階は、前記光活性領域上に前記第１絶縁膜を直接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の製造方法。
前記第１絶縁膜を形成する段階は、ダマシン工程の一部として行われて金属配線を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の製造方法。
前記金属配線は、銅を含むことを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサの製造方法。
前記内部レンズは、前記第１絶縁膜よりも高い屈折率を有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の製造方法。
イメージセンサを形成する方法であって、
層間絶縁膜が基板の光活性領域上部に形成されるように、前記基板上部に前記層間絶縁膜を形成する段階と、
前記光活性領域上部に前記層間絶縁膜の一部分を露出するエッチングマスクを前記層間絶縁膜上部に形成する段階と、
前記エッチングマスクを用いて前記層間絶縁膜を等方性エッチングする段階と、
前記エッチングマスクを除去する段階と、
前記基板上部に内部レンズ及びエッチング阻止膜を同時に形成する段階であって、前記内部レンズが前記等方性エッチングする段階により形成された前記層間絶縁膜の凹部を埋め込み、前記エッチング阻止膜が前記内部レンズを覆って前記層間絶縁膜上部に延長される段階と、
前記基板上部に第１ダマシン工程を行って金属配線を形成する段階であって、前記第１ダマシン工程が前記内部レンズ及び前記エッチング阻止膜上部に金属間絶縁膜を形成し、前記金属間絶縁膜が前記エッチング阻止膜と相違する物質で形成される段階と、
前記金属間絶縁膜と前記エッチング阻止膜との間にエッチング選択比を有するエッチング液を用いるエッチングによって前記内部レンズ上部の前記金属間絶縁膜にキャビティーを形成する段階と、
前記基板上部に前記キャビティーを埋め込む平坦化膜を形成する段階と、
前記平坦化膜及び前記キャビティー上部にマイクロレンズを形成する段階と、
を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
前記内部レンズ及び前記エッチング阻止膜は、同一物質で形成されることを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサの製造方法。
前記等方性エッチングする段階は、弗化水素（ＨＦ）系エッチング液を用いることを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサの製造方法。
前記層間絶縁膜を形成する段階は、第２ダマシン工程の一部として行われて金属配線を形成することを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第１及び第２ダマシン工程の金属配線は、銅を含むことを特徴とする請求項２２に記載のイメージセンサの製造方法。
前記内部レンズは、前記層間絶縁膜よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサの製造方法。
イメージセンサを形成する方法であって、
層間絶縁膜が基板の光活性領域上部に形成されるように、前記基板上部に前記層間絶縁膜を形成する段階と、
前記基板上部にダマシン工程を行って第１金属配線を形成する段階であって、前記ダマシン工程が前記基板の光活性領域上部に第１金属間絶縁膜を形成する段階と、
前記光活性領域上部に前記第１金属間絶縁膜の一部分を露出するエッチングマスクを前記第１金属間絶縁膜上部に形成する段階と、
前記エッチングマスクを用いて前記第１金属間絶縁膜を等方性エッチングする段階と、前記エッチングマスクを除去する段階と、
前記基板上部に内部レンズ及びエッチング阻止膜を同時に形成する段階であって、前記内部レンズが前記等方性エッチング段階により形成された第２金属間絶縁膜の凹部を埋め込み、前記エッチング阻止膜が前記内部レンズを覆って前記第１金属間絶縁膜上部に延長される段階と、
前記基板上部にダマシン工程を行って第２金属配線を形成する段階であって、前記ダマシン工程が前記内部レンズ及び前記エッチング阻止膜上部に第２金属間絶縁膜を形成し、前記第２金属間絶縁膜が前記エッチング阻止膜及び前記金属間絶縁膜と相違する物質で形成される段階と、
前記第２金属間絶縁膜と前記エッチング阻止膜との間にエッチング選択比を有するエッチング液を用いるエッチングにより前記内部レンズ上部に前記第２金属間絶縁膜にキャビティーを形成する段階と、
前記基板上部に前記キャビティーを埋め込む平坦化膜を形成する段階と、
前記平坦化膜及び前記キャビティー上部にマイクロレンズを形成する段階と、
を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
前記内部レンズ及び前記エッチング阻止膜は、同一物質で形成されることを特徴とする請求項２５に記載のイメージセンサの製造方法。
前記等方性エッチングする段階は、弗化水素（ＨＦ）系エッチング液を用いることを特徴とする請求項２５に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第１及び第２金属配線は、銅を含むことを特徴とする請求項２５に記載のイメージセンサの製造方法。
前記内部レンズは、前記第１金属間絶縁膜よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項２５に記載のイメージセンサの製造方法。
イメージセンサであって、
内部に光活性領域を有する基板と、
前記基板上部に形成されて上面に凹部を有する絶縁膜であって、前記凹部が前記光活性領域上部に配置される絶縁膜と、
前記絶縁膜の凹部を埋め込み、前記絶縁膜上部に延長される内部レンズ膜と、
前記絶縁膜上部に延長される前記内部レンズ膜の少なくとも一部分の上部に形成された複数の膜を含む少なくとも一つ配線構造であって、前記複数の膜のうち少なくとも一つが前記内部レンズ膜上部にキャビティーを規定し、前記複数の膜のうち少なくとも一つが第１金属配線を形成する、少なくとも一つの配線構造と、
前記基板上部に形成されて前記キャビティーを埋め込む平坦化膜と、
前記平坦化膜及び前記光活性領域上部に形成されるマイクロレンズと、
を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記内部レンズ膜は、窒化シリコン（ＳｉＮ）であることを特徴とする請求項３０に記載のイメージセンサ。
前記キャビティーを規定する前記配線構造での複数の膜のうち少なくとも一つの膜は二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）であることを特徴とする請求項３０に記載のイメージセンサ。
前記絶縁膜は、前記基板の前記光活性領域上に形成されていることを特徴とする請求項３０に記載のイメージセンサ。
前記絶縁膜は、第２金属配線を含むさらに他の配線構造の一部であることを特徴とする請求項３０に記載のイメージセンサ。
前記第２金属配線は、銅を含むことを特徴とする請求項３４に記載のイメージセンサ。
前記第１及び第２金属配線は、銅を含むことを特徴とする請求項３４に記載のイメージセンサ。
前記第１金属配線は、銅を含むことを特徴とする請求項３０に記載のイメージセンサ。
前記内部レンズは、前記絶縁膜よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項３０に記載のイメージセンサ。