JP2008288584A - イメージセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸化膜を利用したマイクロレンズを採用したイメージセンサの製造方法を提供する。
【解決手段】実施例によるイメージセンサの製造方法は、フォトダイオードを含む基板上に層間絶縁層を形成する段階と、前記層間絶縁層上にカラーフィルタ層を形成する段階と、前記カラーフィルタ層上に酸化膜を形成する段階と、前記酸化膜上に所定の間隔を有する複数のマイクロレンズパターンを形成する段階と、前記マイクロレンズパターンをマスクにして前記酸化膜を蝕刻して一定の曲率を有する酸化膜マイクロレンズを形成する段階と、及び前記マイクロレンズパターンをペルオキソ硫酸混合液で洗浄する段階と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】実施例によるイメージセンサの製造方法は、フォトダイオードを含む基板上に層間絶縁層を形成する段階と、前記層間絶縁層上にカラーフィルタ層を形成する段階と、前記カラーフィルタ層上に酸化膜を形成する段階と、前記酸化膜上に所定の間隔を有する複数のマイクロレンズパターンを形成する段階と、前記マイクロレンズパターンをマスクにして前記酸化膜を蝕刻して一定の曲率を有する酸化膜マイクロレンズを形成する段階と、及び前記マイクロレンズパターンをペルオキソ硫酸混合液で洗浄する段階と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
実施例は、イメージセンサの製造方法に関するものである。
一般に、イメージセンサ（Image sensor）は光学的映像（optical image）を電気的信号に変換させる半導体素子であり、大きく電荷結合素子（charge coupled device：ＣＣＤ）とシーモス（ＣＭＯＳ；Complementary Metal Oxide Silicon）イメージセンサ（Image Sensor）（ＣＩＳ）に区分される。
シーモスイメージセンサは、単位画素内にフォトダイオードとモストランジスタを形成させることで、スイッチング方式で各単位画素の電気的信号を順次に検出して映像を具現する。
一方、イメージセンサでは光感度を高めるためにイメージセンサの全体面積のうちでフォトダイオードの面積が占める割合（Fill Factor）を大きくするか、またはフォトダイオード以外の領域に入射される光の経路を変更して、前記フォトダイオードに集束させてくれる技術が使われる。
前記集束技術の代表的な例がマイクロレンズを形成するものである。
従来技術によると、イメージセンサの製造過程中でマイクロレンズを形成する方法は、一般的にマイクロレンズ用特殊感光膜（photo resist）を利用してマイクロフォト工程（micro photo）進行後にリフロー（reflowing）方式を利用して来た。
しかし、従来技術によると感光膜のリフローの時に消失する感光膜の量が多くなって、マイクロレンズの間にギャップ（Ｇ：gap）が存在するようになって、フォトダイオード（photo diode）に入射される光の量が減るようになって、イメージ（image）不良が発生する短所がある。
また、従来技術による場合有機（Organic）物質のマイクロレンズを適用する場合、パッケージ（Package）や半導体チップ実装工程のバンプ（Bump）などの後工程で基板切断（Wafer Sawing）時に誘発されるパーティクル（Particle）がマイクロレンズを損傷させるか、またはマイクロレンズに付着してイメージ欠陥を誘発するようになる。
また、従来技術による場合、既存のマイクロレンズはマイクロレンズ形成時に横軸と対角線軸への焦点距離（Focal Length）の差が発生するようになって、結局隣接ピクセル（Pixel）へのクロストーク（Crosstalk）現象などを誘発するようになる。
実施例は、酸化膜を利用したマイクロレンズを採用したイメージセンサの製造方法を提供しようとする。
また、実施例は酸化膜を利用したマイクロレンズを具現するにおいて、酸化膜マイクロレンズにアタック（attack）なしに感光膜を除去することができるイメージセンサの製造方法を提供しようとする。
また、実施例はマイクロレンズの間のギャップ（Gap）を最小化することができるイメージセンサの製造方法を提供しようとする。
実施例によるイメージセンサの製造方法は、フォトダイオードを含む基板上に層間絶縁層を形成する段階と；前記層間絶縁層上にカラーフィルタ層を形成する段階と；前記カラーフィルタ層上に酸化膜を形成する段階と；前記酸化膜上に所定の間隔を有する複数のマイクロレンズパターンを形成する段階と；前記マイクロレンズパターンをマスクにして前記酸化膜を蝕刻して一定の曲率を有する酸化膜マイクロレンズを形成する段階と；及び前記マイクロレンズパターンをペルオキソ硫酸混合液で洗浄する段階と；を含むことを特徴とする。
以下、実施例によるイメージセンサの製造方法を添付された図面を参照して説明する。
（第１実施例）
（第１実施例）
図１乃至図６は、第１実施例によるイメージセンサの製造工程図である。
第１実施例によるイメージセンサの製造方法は、まず、図１のようにフォトダイオード１２０を含む基板１１０上に層間絶縁層１３０を形成する。
前記層間絶縁層１３０は、多層に形成されることもできて、一つの層間絶縁層を形成した後にフォトダイオード１２０領域以外の部分で光が入射されることを阻むための遮光層（図示せず）を形成した後に再び層間絶縁層を形成することもできる。
以後、前記層間絶縁層１３０上に水分及びスクラッチから素子を保護するための保護膜（図示せず）をさらに形成することができる。
次に、前記層間絶縁層１３０上に可染性レジストを使って塗布した後、露光及び現象工程を進行して、それぞれの波長帯別に光をフィルタリングするＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層１４０などを形成する。
次に、前記カラーフィルタ層１４０上に焦点距離調節及びレンズ層を形成するための平坦度確保などのために平坦化層（１５０、ＰＬ：planarization layer）をさらに形成することができる。
次に、図２のように前記平坦化層１５０上に酸化膜１６０を形成する。
前記酸化膜１６０は、おおよそ２００℃以下で酸化膜（oxide film）を蒸着することができる。前記酸化膜１６０は、ＳＩＯ２であることがあるが、これに限定されるものではない。この時、前記酸化膜１６０はＣＶＤ、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤなどで形成されることができる。
次に、図３のように前記酸化膜１６０上に所定の間隔を有する複数の感光膜パターン１７０を形成する。
例えば、前記酸化膜１６０上にマイクロレンズ用感光膜（図示せず）を塗布して、マイクロレンズ用マスク（図示せず）を利用して露光及び現象工程で前記感光膜を選択的にパターニングして感光膜パターン１７０を形成する。
一方、本発明の実施例は前記感光膜パターン１７０を蝕刻マスクにして前記酸化膜１６０を蝕刻することもできて、図４のように前記感光膜パターン１７０をリフローしてマイクロレンズパターン１７０ａを形成して、前記マイクロレンズパターン１７０ａを蝕刻マスクにして前記酸化膜１６０を蝕刻することもできる。
例えば、図４のように、前記感光膜パターン１７０が形成された半導体基板１１０をホットプレート（hot plate）（図示せず）上部に載せた状態で１５０℃以上の熱処理で上部に存在する感光膜パターン１７０をリフローして半球型のマイクロレンズパターン１７０ａを形成することができる。
この時、前記感光膜パターン１７０は前記酸化膜１６０よりさらに厚く形成されることができる。これは、感光膜パターン１７０の蝕刻阻止性が前記酸化膜１６０よりは落ちるからである。同じく、前記マイクロレンズパターン１７０ａも前記酸化膜１６０よりさらに厚く形成されることができる。
次に、図５のように前記マイクロレンズパターン１７０ａをマスクにして前記酸化膜１６０を蝕刻して一定の曲率を有する酸化膜マイクロレンズ１６５を形成する。
次に、図６のように前記マイクロレンズパターン１７０ａをペルオキソ硫酸混合液に洗浄する段階を行う。
第１実施例は、酸化膜マイクロレンズ１６５をパターンした後に残るマイクロレンズパターン１７０ａの残余物（residue）がディフェクトソース（defect source）で作用する問題と、マイクロレンズパターン１７０ａの残余物（residue）を除去するために使うケミカル（chemical）によってオキサイドロス（oxide loss）が発生する問題と、酸化膜マイクロレンズ１６５の模様（shape）が変形される問題を解決しようとする。
第１実施例は、酸化膜マイクロレンズ１６５の膜質に変化がほとんどなく、ラフネス（roughness）が小さくて、マイクロレンズパターン１７０ａの残余物（residue）を容易に除去するためにマイクロレンズパターン１７０ａをペルオキソ硫酸混合液で洗浄する工程を行うことができる。
第１実施例は、Ｈ２Ｏ２：Ｈ２ＳＯ４の割合が０．５〜２：６であるペルオキソ硫酸混合液で前記マイクロレンズパターン１７０ａを洗浄することができる。例えば、第１実施例はＨ２Ｏ２：Ｈ２ＳＯ４の割合が１：６であるペルオキソ硫酸混合液で前記マイクロレンズパターン１７０ａを洗浄することができるが、これに限定されるものではない。
また、第１実施例は、ペルオキソ硫酸混合液で前記マイクロレンズパターン１７０ａを３分乃至２０分間洗浄工程を行うことができる。例えば、第１実施例はペルオキソ硫酸混合液で前記マイクロレンズパターン１７０ａを５分間洗浄工程を行うことができるが、これに限定されるものではない。
また、第１実施例はペルオキソ硫酸混合液で前記マイクロレンズパターン１７０ａを洗浄することで、前記酸化膜マイクロレンズ１６５が５０Å以下で蝕刻（loss）されることができる。
第１実施例によるイメージセンサの製造方法の効果は次のようである。
第１実施例によるイメージセンサの製造方法でオキサイドロス（Oxide loss）を確認するためにペルオキソ硫酸混合液で前記マイクロレンズパターン１７０ａを洗浄した後に厚さ（Thickness）を測定した結果である。
測定結果によると、元々酸化膜マイクロレンズ１６５がおおよそ５３０Åの半径でおおよそ３２Å厚さのオキサイドロス（Oxide loss）が発生して、おおよそ４９８Åの半径である酸化膜マイクロレンズ１６５を得ることができた。
第１実施例によるイメージセンサの製造方法によると酸化膜を利用したマイクロレンズを採用したイメージセンサの製造方法を提供することができる。
また、第１実施例によると酸化膜を利用したマイクロレンズを具現するにおいて酸化膜マイクロレンズにアタック（attack）なしに感光膜を除去して、イメージセンサ素子にアタックがなくて、マイクロレンズに模様変化を与えない新しい製造工程を開発して、素子特性を向上させることができる効果がある。
（第２実施例）
（第２実施例）
次に、第２実施例によるイメージセンサの製造方法を説明する。
図７は、第２実施例によるイメージセンサの製造工程図である。
第２実施例は、前記第１実施例の技術的な特徴を採用することができる。
例えば、第２実施例は前記感光膜パターン１７０をリフローしてマイクロレンズパターン１７０ａを形成して、前記マイクロレンズパターン１７０ａを蝕刻マスクにして前記酸化膜１６０を蝕刻することもできる。
但し、第２実施例が第１実施例と差別化される点は、図７のように前記マイクロレンズパターン１７０ａをマスクにして前記酸化膜１６０を蝕刻する時にプラズマ処理によって前記マイクロレンズパターン１７０ａを再びリフローする点にある。
例えば、図７のように前記マイクロレンズパターン１７０ａをマスクにして前記酸化膜１６０を１次蝕刻する。
以後、前記マイクロレンズパターン１７０ａにプラズマ処理をして、前記プラズマ処理されたマイクロレンズパターン１７０ｂをマスクで利用して、前記１次蝕刻された酸化膜１６０を２次蝕刻する段階を行うことができる。
この時、第２実施例は前記マイクロレンズパターン１７０ａにプラズマ処理する段階は、前記１次蝕刻でバイアスパワー（bias power）対ソースパワー（source power）の割合に比べてソースパワーを１．５倍以上増加させることで、プラズマ温度を高めて前記マイクロレンズパターン１７０ａを拡張させてプラズマ処理されたマイクロレンズパターン１７０ｂを形成することができる。
例えば、前記１次蝕刻でバイアスパワー（bias power）対ソースパワー（source power）の割合がおおよそ５：１である場合、１次蝕刻でソースパワーを１．５倍に増加させることで、プラズマ温度を高めて前記マイクロレンズパターン１７０ａを拡張させて、プラズマ処理されたマイクロレンズパターン１７０ｂを形成することができる。
また、例えば、前記マイクロレンズパターン１７０ａにプラズマ処理する段階は、前記バイアスパワーは２００乃至４００Ｗであり、前記ソースパワーは１２００乃至１４００Ｗであることがある。
また、第２実施例で前記酸化膜マイクロレンズ１６５を形成する段階で、前記感光膜パターン１７０またはマイクロレンズパターン１７０ａにプラズマ処理する段階を３回以上実施して各プラズマ処理された感光膜パターンを蝕刻マスクにして酸化膜１６０を蝕刻することができる。
第２実施例によって前記またはマイクロレンズパターン１７０ａの間の間隔を減らすことで、結局酸化膜マイクロレンズ１６５の間のギャップを効果的に減らすことができる効果がある。
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。
１１０ 半導体基板、 １２０ フォトダイオード、 １３０ 層間絶縁層、 １４０ カラーフィルタ層、 １５０ 平坦化層、 １６０ 酸化膜、 １６５ 酸化膜マイクロレンズ、 １７０ 感光膜パターン、 １７０ａ マイクロレンズパターン、 １７０ｂ マイクロレンズパターン。
Claims (10)
- フォトダイオードを含む基板上に層間絶縁層を形成する段階と、
前記層間絶縁層上にカラーフィルタ層を形成する段階と、
前記カラーフィルタ層上に酸化膜を形成する段階と、
前記酸化膜上に所定の間隔を有する複数のマイクロレンズパターンを形成する段階と、
前記マイクロレンズパターンをマスクにして前記酸化膜を蝕刻して一定の曲率を有する 酸化膜マイクロレンズを形成する段階と、及び
前記マイクロレンズパターンをペルオキソ硫酸混合液で洗浄する段階と、
を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。 - 前記マイクロレンズパターンをペルオキソ硫酸混合液で洗浄する段階は、Ｈ２Ｏ２：Ｈ２ＳＯ４の割合が０．５〜２：６であ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。
- 前記マイクロレンズパターンをペルオキソ硫酸混合液で洗浄する段階は、３分乃至２０分間洗浄工程を行う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。
- 前記マイクロレンズパターンをペルオキソ硫酸混合液で洗浄する段階は、前記ペルオキソ硫酸混合液によって前記酸化膜マイクロレンズが５０Å以下で蝕刻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。
- 前記マイクロレンズパターンは、前記酸化膜よりさらに厚く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。
- 前記カラーフィルタ層を形成段階後に、前記カラーフィルタ層上に平坦化層形成段階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。
- 前記酸化膜マイクロレンズを形成する段階は、
前記マイクロレンズパターンをマスクにして前記酸化膜を１次蝕刻する段階と、
前記マイクロレンズパターンにプラズマ処理する段階と、及び
前記プラズマ処理されたマイクロレンズパターンを利用して前記１次蝕刻された酸化膜を２次蝕刻する段階と、
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。 - 前記マイクロレンズパターンにプラズマ処理する段階は、
前記１次蝕刻でバイアスパワー（bias power）対ソースパワー（source power）の割合に比べてソースパワーを１．５倍以上増加させることで、プラズマ温度を高めて前記マイクロレンズパターンを拡張させ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。 - 前記マイクロレンズパターンにプラズマ処理する段階は、
前記バイアスパワーは２００乃至４００Ｗであり、前記ソースパワーは１２００乃至１４００Ｗであることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの製造方法。 - 前記酸化膜マイクロレンズを形成する段階で、
前記マイクロレンズパターンにプラズマ処理する段階を３回以上実施して、各プラズマ処理されたマイクロレンズパターンを蝕刻マスクにして酸化膜を蝕刻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製造方法。
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