JP2008166779A - イメージセンサー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】入射される光をフォトダイオード領域に効率的に伝達して感度を向上させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供する。
【解決手段】イメージセンサーは、半導体基板の上に形成されたカラーフィルター層11と、カラーフィルター層11上に形成されて非感光性絶縁膜13で形成されたマイクロレンズを含む。
【選択図】図1
【解決手段】イメージセンサーは、半導体基板の上に形成されたカラーフィルター層11と、カラーフィルター層11上に形成されて非感光性絶縁膜13で形成されたマイクロレンズを含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、イメージセンサー及びその製造方法に関する。
イメージセンサーは、光学映像(optical image)を電気信号に変換させる半導体素子である。イメージセンサーを製造するとき、解決しなければならない課題中の一つは入射される光信号を電気信号に変えてくれる率(rate)、すなわち感度を増加させるものである。
集光のためのマイクロレンズを形成するとき、マイクロレンズを構成する隣合うレンズの間に間隔が発生されないゼロギャップ(zero gap)を具現する方案が多様に模索されている。
感光性膜を利用して集光のためのマイクロレンズを形成する場合において、ウェハーバックグラインディング(back grinding)工程とソーイング(sawing)工程などでマイクロレンズにポリマーなどのパーティクルが付着する現象が発生される。これはイメージセンサーの感度を低下させるだけでなく、クリーニング(cleaning)などの難しさによって製造収率を低下させる原因になる。
本発明は、入射される光をフォトダイオード領域に効率的に伝達して感度を向上させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供する。
本発明によるイメージセンサーは、半導体基板の上に形成されたカラーフィルター層と、該カラーフィルター層上に形成されて非感光性絶縁膜で形成されたマイクロレンズを含む。
本発明によるイメージセンサーの製造方法は、カラーフィルター層上に非感光性絶縁膜を形成する段階(ステップ)と、前記非感光性絶縁膜の上に感光性膜を形成する段階と、前記感光性膜をパターニングして犠牲マイクロレンズを形成する段階と、前記犠牲マイクロレンズ及び前記非感光性絶縁膜を蝕刻(エッチング)して、前記非感光性絶縁膜でなされたマイクロレンズを形成する段階と、を含む。
本発明によれば、入射される光をフォトダイオード領域に効率的に伝達して感度を向上させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供できる。
実施例の説明において、各層(膜)、領域、パターンまたは構造物らが基板、各層(膜)、領域、パッドまたはパターンらの“上(on/above)”にまたは“下の(below/under)”で形成されるものとして記載する場合において、その意味は各層(膜)、領域、パッド、パターンまたは構造物らが直接基板、各層(膜)、領域、パッドまたはパターンらに接触されて形成される場合に解釈されることもでき、他の層(膜)、他の領域、他のパッド、他のパターンまたは他の構造物らがその間に追加的に形成される場合に解釈されることもできる。よって、その意味は実施例の技術的思想によって判断されなければならない。
以下、添付された図面を参考して実施例を詳しく説明する。
図1乃至図4は、実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。
実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、図1に示すように、カラーフィルター層11上に非感光性絶縁膜13を形成する。
カラーフィルター層11は赤色カラーフィルター11R、緑カラーフィルター11G、青色カラーフィルター11Bで形成されることができる。カラーフィルター層11をなす赤色カラーフィルター11R、緑カラーフィルター11G、青色カラーフィルター11Bの配列は設計によって多様に変形されることができる。
非感光性絶縁膜13は感光性材質に比べて硬い材質で形成されることができるし、また透明な材質で形成されることができる。非感光性絶縁膜13は一つの例として透明な酸化膜で形成されることができる。
そして、非感光性絶縁膜13上に感光性膜15を形成する。
実施例よると、カラーフィルター層11を形成する段階以前に、半導体基板に受光部を形成する段階をさらに含むことができる。受光部は一つの例としてフォトダイオードで形成されることができる。
続いて、図2に示すように、感光性膜15に対する露光工程及び現象工程を通じて感光性膜15に対するパターニングを遂行して犠牲マイクロレンズ15R、15G、15Bを形成する。
犠牲マイクロレンズ15R、15G、15Bは赤色犠牲マイクロレンズ15R、緑犠牲マイクロレンズ15G、青色犠牲マイクロレンズ15Bを含むことができる。赤色犠牲マイクロレンズ15Rは赤色カラーフィルター11Rの位置に対応されて形成されるものであり、緑犠牲マイクロレンズ15Gは緑カラーフィルター11Gの位置に対応されて形成されるものであり、青色犠牲マイクロレンズ15Bは青色カラーフィルター11Bの位置に対応されて形成されるものである。赤色犠牲マイクロレンズ15R、緑犠牲マイクロレンズ15G、青色犠牲マイクロレンズ15Bはすべて等しい厚さを有するように形成されることができる。
以後、図3に示すように、犠牲マイクロレンズ15R、15G、15B及び非感光性絶縁膜13を蝕刻して、非感光性絶縁膜でなされたマイクロレンズ13R、13G、13Bを形成する。この時、犠牲マイクロレンズ15R、15G、15B及び非感光性絶縁膜13に対する蝕刻は、犠牲マイクロレンズ15R、15G、15Bと非感光性絶縁膜13に対して1:1の蝕刻比(エッチング比)で全面蝕刻されるようにできる。
マイクロレンズ13R、13G、13Bは、赤色マイクロレンズ13R、緑マイクロレンズ13G、青色マイクロレンズ13Bを含むことができる。赤色マイクロレンズ13Rは赤色カラーフィルター11Rの位置に対応されて形成されるものであり、緑マイクロレンズ13Gは緑カラーフィルター11Gの位置に対応されて形成されるものであり、青色マイクロレンズ13Bは青色カラーフィルター11Bの位置に対応されて形成されるものである。
このように、実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、感光性材質に比べて硬い材質でマイクロレンズ13R、13G、13Bを形成することができるようになる。これによって、ウェハーバックグラインディング(back grinding)工程とソーイング(sawing)工程などでマイクロレンズにポリマーなどのパーティクルが付着する現象を防止することができるようになる。結果的に、実施例よると素子の感度及び製造収率を向上させることができるようになる。
一方、図3に示すように、マイクロレンズ13R、13G、13Bは隣合うレンズの間に間隔があるように形成されることがある。実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、図4に示すように、マイクロレンズ13R、13G、13B上に保護層17を形成する段階をさらに含むことができる。
保護層17は、LTO(Low Temperature Oxide:低温酸化)層またはSOG(Spin On Glass)層のうちで少なくとも一つで形成されることができる。もちろん、保護層17を形成する物質はこれに限定されるものではなくて、設計及び必要によって多様な物質で形成されることができる。
保護層17は隣合うレンズの間に間隔がないように(gapless)形成することができる。保護層17はマイクロレンズ13R、13G、13Bが外部パーティクルなどによって損傷されることを防止する機能を遂行する。
以上の説明では、カラーフィルター層上にマイクロレンズが形成される場合を基準に説明した。しかし、実施例によるイメージセンサーの製造方法はこれに限定されるものではなくて、例としてカラーフィルター層上に平坦化層を形成して、その平坦化層上にマイクロレンズが形成されるようにすることもできる。
一方、図1乃至図4を参照して説明された実施例では非感光性絶縁膜の上に犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜が均一な厚さで同時に形成される場合を基準に説明した。
しかし、犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜は、同時に形成されるものではなく、2回または3回などの複数回にわたって分割されて形成されることもできる。また、犠牲マイクロレンズを形成するための感光性膜の厚さも領域によってお互いに違う厚さを有するように形成されることもできる。
それでは、図5乃至図7を参照して犠牲マイクロレンズが2回にわたって形成される場合の一例に対して説明する。図5乃至図7は他の実施例によるイメージセンサーの製造方法を概念的に示す図面である。
実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、図5に示すように、カラーフィルター層21上に非感光性絶縁膜23を形成する。
実施例よると、カラーフィルター層21を形成する段階以前に、半導体基板に受光部を形成する段階をさらに含むことができる。受光部は、一つの例としてフォトダイオードで形成されることができる。
カラーフィルター層21は赤色カラーフィルター21R、緑カラーフィルター21G、青色カラーフィルター21Bで形成されることができる。カラーフィルター層21をなす赤色カラーフィルター21R、緑カラーフィルター21G、青色カラーフィルター21Bの配列は設計によって多様に変形されることができる。
非感光性絶縁膜23は、感光性材質に比べて硬い材質で形成されることができるし、また透明な材質で形成されることができる。非感光性絶縁膜23は一つの例として透明な酸化膜で形成されることができる。
そして、非感光性絶縁膜23上に第1犠牲マイクロレンズ25R、25Bを形成する。図5では、第1犠牲マイクロレンズ25R、25Bとして赤色犠牲マイクロレンズ25Rと青色犠牲マイクロレンズ25Bが形成される場合を示す。しかし、第1犠牲マイクロレンズの構成は設計及び必要によって多様に変形されることができる。
続いて、図6に示すように、結果物の上に第2犠牲マイクロレンズ25Gを形成する。この時、第2犠牲マイクロレンズ25Gの厚さは第1犠牲マイクロレンズ25R、25Bに比べてさらに厚く形成されることができる。勿論、第2犠牲マイクロレンズの厚さは設計及び必要によって第1犠牲マイクロレンズの厚さに比べてさらに薄く形成されることもできる。
以後、図7に示すように、第1及び第2犠牲マイクロレンズ25R、25G、25Bと非感光性絶縁膜23を蝕刻して、非感光性絶縁膜でなされたマイクロレンズ23R、23G、23Bを形成する。この時、第1及び第2犠牲マイクロレンズ25R、25G、25Bと非感光性絶縁膜23に対する蝕刻は1:1の蝕刻比で全面蝕刻されるようにできる。
このように、実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、感光性材質に比べて硬い材質でマイクロレンズ23R、23G、23Bを形成することができるようになる。これによって、ウェハーバックグラインディング(back grinding)工程とソーイング(sawing)工程などでマイクロレンズにポリマーなどのパーティクルが付着する現象を防止することができるようになる。結果的に実施例よると素子の感度及び製造収率を向上させることができるようになる。
そして、図5乃至図7に示すように、犠牲マイクロレンズを分割して形成する場合には隣合うレンズの間に間隔がないギャップレス(gapless)マイクロレンズを形成することができるようになる。
実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、図7に示すマイクロレンズ23R、23G、23B上に保護層を形成する段階をさらに含むことができる。
また、実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、犠牲マイクロレンズを形成するにおいて、赤色犠牲マイクロレンズと緑犠牲マイクロレンズと青色犠牲マイクロレンズをそれぞれ分割して形成することもできる。この時、それぞれの犠牲マイクロレンズはすべて等しい厚さを有するように形成されることもでき、すべて他の厚さを有するように形成されることもできる。
実施例によるイメージセンサー及びその製造方法によると、素子の感度を向上させて製造収率を向上させることができる長所がある。
以上では本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例によって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
11 カラーフィルター層、 13 非感光性絶縁膜、 11R 赤色カラーフィルター、 11G 緑カラーフィルター、 11B 青色カラーフィルター、 15 感光性膜。
Claims (16)
- 半導体基板の上に形成されたカラーフィルター層と、
前記カラーフィルター層上に形成されて非感光性絶縁膜で形成されたマイクロレンズと、
を含むイメージセンサー。 - 前記カラーフィルター層と前記マイクロレンズとの間で形成された平坦化層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ー。
- 前記マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第1マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす赤色/青色カラーフィルターの上に形成された第2マイクロレンズを含んで、前記第1マイクロレンズと前記第2マイクロレンズがお互いに違う厚さを有するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサー。
- 前記マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす赤色カラーフィルターの上に形成された第1マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第2マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす青色カラーフィルターの上に形成された第3マイクロレンズを含んで、前記第1、第2、第3マイクロレンズはすべて等しい厚さを有するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサー。
- 前記マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす赤色カラーフィルターの上に形成された第1マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第2マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす青色カラーフィルターの上に形成された第3マイクロレンズを含んで、前記第1、第2、第3マイクロレンズはお互いに違う厚さを有するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサー。
- 前記マイクロレンズの上に形成された保護層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ー。
- 前記保護層は、LTO層またはSOG層のうちで少なくとも一つで形成されたことを特徴とする請求項6に記載のイメージセンサー。
- カラーフィルター層上に非感光性絶縁膜を形成する段階と、
前記非感光性絶縁膜の上に感光性膜を形成する段階と、
前記感光性膜をパターニングして犠牲マイクロレンズを形成する段階と、
前記犠牲マイクロレンズ及び前記非感光性絶縁膜を蝕刻して、前記非感光性絶縁膜でなされた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ーの製造方法。 - 前記カラーフィルター層と前記非感光性絶縁膜との間に平坦化層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。
- 前記マイクロレンズは、隣合うレンズの間に間隔がないように形成されることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。
- 前記犠牲マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第1犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす赤色/青色カラーフィルターの上に形成された第2犠牲マイクロレンズを含んで、前記第1犠牲マイクロレンズと前記第2犠牲マイクロレンズがお互いに違う厚さを有するように形成されることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。
- 前記犠牲マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす赤色カラーフィルターの上に形成された第1犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第2犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす青色カラーフィルターの上に形成された第3犠牲マイクロレンズを含んで、前記第1、第2、第3犠牲マイクロレンズはすべて等しい厚さを有するように形成されることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。
- 前記犠牲マイクロレンズは、前記カラーフィルター層をなす赤色カラーフィルターの上に形成された第1犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす緑カラーフィルターの上に形成された第2犠牲マイクロレンズと前記カラーフィルター層をなす青色カラーフィルターの上に形成された第3犠牲マイクロレンズを含んで、前記第1、第2、第3犠牲マイクロレンズはお互いに違う厚さを有するように形成されることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。
- 前記マイクロレンズの上に保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。
- 前記保護層は、LTO層またはSOG層のうちで少なくとも一つで形成されることを特徴とする請求項14に記載のイメージセンサーの製造方法。
- 前記犠牲マイクロレンズ及び前記非感光性絶縁膜に対する蝕刻は、前記犠牲マイクロレンズと前記非感光性絶縁膜に対して1:1の蝕刻比で全面蝕刻されることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。
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JP2005175422A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Hynix Semiconductor Inc | イメージセンサの無機物マイクロレンズの形成方法 |
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