KR20010061343A - Method for fabricating image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 컬러필터 표면의 오염물질을 방지하는데 적합한 이미지센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an image sensor, and to a method for manufacturing an image sensor suitable for preventing contaminants on the surface of a color filter.
일반적으로 이미지센서(Image Sensor)로는 CCD(Charge coupled device) 이미지센서와 CMOS 이미지센서가 있는데, 최근에는 주로 CMOS 이미지센서기술이 완성 단계에 이르러 상용화에 이르고 있다.In general, image sensors include charge coupled device (CCD) image sensors and CMOS image sensors. Recently, CMOS image sensor technology has been completed and commercialized.
CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이타화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도(Sensitivity)를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill factor)을 크게하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다. 또한, 컬러이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 컬러필터(Color filter)가 순차적으로 배열되어 있다. 상기의 칼라필터배열(Color Filter Array; CFA)은 적색(Red; R), 녹색(Green; G) 및 청색(Blue; B)의 3가지 컬러로 이루어지거나, 황색(Yellow), 자황색(Magenta) 및 청록색(Cyan)의 3가지칼라로 이루어질 수 있다. 또한 상기 컬러필터배열 상부에 이미지센서의 광감도를 높이기 위하여 마이크로렌즈(Microlens)를 이용한다.CMOS image sensor is composed of light sensing part that senses light and logic circuit part that processes sensed light into electrical signal and makes data. Efforts have been made to increase the fill factor of the area of the photo-sensing part of the overall image sensor device to increase the sensitivity, but since the logic circuit part cannot be essentially removed, such efforts are limited in the limited area. There is a limit. Therefore, in order to increase the light sensitivity, a light condensing technology that changes the path of light incident to a region other than the light sensing portion and collects the light sensing portion has emerged. Such a technique is a microlens forming technique. In addition, the image sensor for implementing a color image is sequentially arranged a color filter on the upper portion of the light sensing portion for generating and accumulating photocharges by receiving light from the outside. The color filter array (CFA) is composed of three colors of red (R), green (G), and blue (B), or yellow (yellow) and purple (Magenta). And three colors of cyan. In addition, a microlens is used to increase the light sensitivity of the image sensor on the color filter array.
현재 적용되고 있는 이미지센서는 하나의 내부연결용폴리실리콘과 3층 금속배선구조를 사용하고 있으나, 단위화소내에는 세 번째 금속배선을 완전히 제거하고 그 상부에 보호막을 증착하고 컬러필터배열을 형성한다.Currently applied image sensor uses one internal connection polysilicon and 3-layer metal wiring structure, but completely removes the third metal wiring in the unit pixel, deposits a protective film on top of it, and forms a color filter array. .
따라서 종래의 이미지센서 제조 방법은 단위화소의 포토다이오드와 컬러필터배열(CFA)간의 두께가 두터워 광신호(Light signal)의 손실이 발생하고, 컬러필터배열(CFA) 형성 공정시 현상불량으로 남는 오염물질(Scum) 때문에 단위화소의 특성이 저하된다.Therefore, in the conventional image sensor manufacturing method, the thickness between the photodiode of the unit pixel and the color filter array (CFA) is so thick that a loss of the light signal occurs and the contamination remains as a phenomenon during the color filter array (CFA) forming process. The substance (Scum) degrades the characteristics of the unit pixel.
첨부도면 도 1 에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 이미지센서의 제조 방법은, 실리콘기판(11) 상부에 이미지센서의 단위화소간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(12)을 형성하고 불순물 이온주입이나 불순물확산에 의해 포토다이오드 (13)를 형성한다.As shown in FIG. 1, in the method of manufacturing an image sensor according to the related art, a field insulating film 12 is formed on the silicon substrate 11 for electrical insulation between unit pixels of an image sensor, and impurity ion implantation is performed. Or photodiode 13 is formed by diffusion of impurities.
이어 상기 결과물 상에 광투과를 위한 PMD(Pre-Metal Dielectric)(14)를 형성한 후, 상기 PMD(14) 상에 제1금속배선(15)을 형성한 다음, 상부에 금속배선들간의 전기적인 절연을 위한 제1층간절연막(16)을 형성하고 그 상부에 상기 제1금속배선(15)에 대향하는 제2금속배선(17)을 형성한다.Subsequently, after forming a PMD (Pre-Metal Dielectric) 14 for light transmission on the resultant, a first metal wiring 15 is formed on the PMD 14, and then electric A first interlayer insulating film 16 is formed for the purpose of insulating, and a second metal wiring 17 is formed on the upper portion of the second interlayer insulating film 16 opposite to the first metal wiring 15.
이어 상기 제2금속배선(17) 상에 금속배선간 절연을 위한 제2층간절연막(18)을 형성한다.Subsequently, a second interlayer insulating film 18 is formed on the second metal wiring 17 to insulate the metal wiring.
이어 상기 제2층간절연막(18) 상에 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 소자보호막(19)를 형성하고 상기 소자보호막(19) 상부에 이미지센서의 컬러이미지구현을 위하여 컬러감광막을 도포하고 순차적으로 현상공정을 실시하여 청색컬러필터(20), 적색컬러필터(21) 및 녹색컬러필터(22)의 배열 즉, 컬러필터배열 (CFA)을 형성한다. 이 때 상기 청색컬러필터(20)는 상기 녹색컬러필터(22)에 비해 일정두께 높고, 상기 적색컬러필터(21)는 상기 청색컬러필터(20)에 비해 일정두께 높게 형성되어 상기 컬러필터배열(CFA)에는 단차가 발생하고 오염물질(A,B,C)이 발생한다. 이 때, 상기 오염물질의 발생경로를 설명하면, 주로 산화막성분인 소자보호막(21) 상부보다는 동질의 감광막성분인 컬러필터배열(CFA)의 상부에서 집중적으로 발생한다. 예를 들어, 청색컬러필터(20), 적색컬러필터(21), 녹색컬러필터(22) 순으로 진행되는 컬러필터배열(CFA) 공정에서는 청색컬러필터(20)의 상부에 적색컬러필터와 녹색컬러필터 오염물질(A,B)이 발생할 수 있다. 또한 상기 적색컬러필터 (21)의 하부에는 청색컬러필터의 오염물질이 상부에는 녹색컬러필터의 오염물질(C)이 올 수 있으나, 하부의 청색컬러필터의 오염물질이 발생하는 부분은 소자보호막 (19)의 상부이기 때문에 오염물질과 이질적인 성분으로 오염물질의 발생빈도가 매우 낮다. 따라서 적색컬러필터(21)에 남는 대다수의 오염물질은 적색컬러필터 상부에 발생하는 녹색컬러필터의 오염물질(C)이기 때문에, 상기 오염물질의 다발지역은 컬러필터배열(CFA)의 상부이다. 또한 세 번의 컬러필터배열(CFA) 공정으로 인해 컬러필터별 단차가 발생한다.Subsequently, an element protection film 19 is formed on the second interlayer insulating film 18 to protect the device from moisture or scratches, and a color photoresist film is coated on the device protection film 19 to realize a color image of the image sensor. The developing process is performed to form an arrangement of the blue color filter 20, the red color filter 21 and the green color filter 22, that is, the color filter array (CFA). In this case, the blue color filter 20 has a predetermined thickness higher than that of the green color filter 22, and the red color filter 21 is formed to have a predetermined thickness higher than that of the blue color filter 20. CFA) generates steps and contaminants (A, B, C). In this case, the generation path of the contaminants will be intensively generated in the upper portion of the color filter array (CFA), which is a homogeneous photoresist layer, rather than the upper portion of the element protective film 21, which is an oxide film. For example, in the color filter array (CFA) process in which the blue color filter 20, the red color filter 21, and the green color filter 22 are sequentially performed, the red color filter and the green color are disposed on the blue color filter 20. Color filter contaminants A and B may occur. In addition, although the contaminant of the blue color filter may come under the red color filter 21 and the contaminant (C) of the green color filter above, the part of which the contaminants of the blue color filter at the bottom may be formed is an element protective layer Since it is the upper part of 19), the incidence of pollutants is very low due to the contaminants and heterogeneous components. Therefore, since the majority of the contaminants remaining in the red color filter 21 are the contaminants C of the green color filter occurring above the red color filter, the bundle area of the contaminants is the top of the color filter array CFA. In addition, three color filter array (CFA) processes cause color filter step differences.
이어 상기 단차가 발생된 컬러필터배열(CFA)을 평탄화할 경우, 나중에 진행하는 컬러필터배열일수록 두께가 두터워져 청색컬러필터, 적색컬러필터, 녹색컬러필터 순으로 두께가 두터워진다.Subsequently, in the case of flattening the color filter array CFA in which the step is generated, the thickness of the color filter array which proceeds later becomes thicker, so that the thickness becomes thicker in the order of the blue color filter, the red color filter, and the green color filter.
이어 상기 컬러필터배열(CFA) 상부에 평탄화를 위한 OCM(Over CoatingMaterial)(23)을 형성하는데, 상기 OCM(23)은 상기 단차가 발생된 컬러필터배열 (CFA)의 평탄화를 위해 형성된다. 이어 상기 OCM층(23) 상부에 상기 컬러필터배열 (CFA)에 대향하는 마이크로렌즈(24)를 형성한다.Subsequently, an over coating material (OCM) 23 is formed on the color filter array CFA, and the OCM 23 is formed to planarize the color filter array CFA in which the step is generated. Subsequently, a microlens 24 is formed on the OCM layer 23 facing the color filter array CFA.
상기와 같이 종래기술에서는 컬러필터배열(CFA) 공정에서 각 컬러필터 상부에 감광막성분의 오염물질이 발생한다.As described above, in the conventional color filter array (CFA) process, contaminants of photoresist components are generated on each color filter.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 컬러필터 표면의 오염물질을 제거하여 소자의 수율을 개선시키고 광감도를 증대시키는데 적합한 이미지센서 제조 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and to provide an image sensor manufacturing method suitable for removing contaminants on the surface of the color filter to improve the yield of the device and increase the light sensitivity.
도 1 은 종래기술에 따른 이미지센서 제조 방법을 개략적으로 나타낸 도면,1 is a view schematically showing a method of manufacturing an image sensor according to the prior art;
도 2a 내지 도 2d 는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서 제조 방법을 나타낸 도면.2A to 2D are views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
31 : 실리콘기판 32 : 필드절연막31 silicon substrate 32 field insulating film
33 : 포토다이오드영역 34 : PMD33: photodiode area 34: PMD
35 : 제1금속배선 36 : 제1층간절연막35: first metal wiring 36: first interlayer insulating film
37 : 제2금속배선 38 : 제2층간절연막37: second metal wiring 38: second interlayer insulating film
39 : 소자보호막 40 : 청색컬러필터39 element protection film 40 blue color filter
41 : 적색컬러필터 42 : 녹색컬러필터41: red color filter 42: green color filter
43 : 마이크로렌즈43 microlens
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판 상에 포토다이오드, 광투과절연막 및 제1금속배선을 형성하는 제 1 단계, 상기 제1금속배선 상에 제1층간절연막 및 제2금속배선을 형성하는 제 2 단계, 상기 제2금속배선 상에 제2층간절연막 및 소자보호막을 형성하는 제 3 단계, 상기 소자보호막 상에 컬러감광막을 형성하고 상기 컬러감광막을 순차적으로 현상하여 컬러필터배열을 형성하는 제 4 단계, 화학적기계적연마를 실시하여 상기 컬러필터배열을 평탄화하는 제 5 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a first step of forming a photodiode, a light transmitting insulating film and a first metal wiring on a substrate, forming a first interlayer insulating film and a second metal wiring on the first metal wiring A second step, a third step of forming a second interlayer insulating film and a device protection film on the second metal wiring, a second step of forming a color photosensitive film on the device protection film, and developing the color photosensitive film sequentially to form a color filter array And a fifth step of planarizing the color filter array by performing chemical mechanical polishing.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .
도 2a 내지 도 2g 는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 하나의 내부연결용 폴리실리콘과 삼층 금속배선구조를 이용하는 통상의 이미지센서의 제조 공정을 이용한다.2A to 2G illustrate an image sensor manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention, which uses a conventional image sensor manufacturing process using one internal connection polysilicon and a three-layer metal wiring structure.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(31)에 단위화소간 분리를 위한 필드절연막(32)을 형성한 다음, 불순물확산이나 이온주입에 의해 포토다이오드영역(33)을 형성한다.As shown in FIG. 2A, a field insulating film 32 for separating unit pixels is formed on the silicon substrate 31, and then a photodiode region 33 is formed by diffusion of impurities or ion implantation.
이어 결과물 상부에 광투과를 위한 절연막 예를 들면, PMD(Pre-Metal Dielectric)막(34)을 형성하고 평탄화한 다음, 상기 PMD막(34)상에 금속층을 증착한 후 선택적으로 패터닝하여 상기 포토다이오드영역(33)을 제외한 PMD막(34) 상에 제1금속배선(35)을 형성한다. 이어 상기 제1금속배선(35) 상에 금속배선들간의 절연을 위한 제1층간절연막(36)을 형성하고 평탄화한 후, 상기 제1층간절연막(36) 상에 금속층을 증착한 후 선택적으로 패터닝하여 상기 제1금속배선과 대향하는 제2금속배선(37)을 형성한다. 이어 상기 제2금속배선(37) 상부에 금속배선들간의 절연을 위한 제2층간절연막(38)을 형성하고 평탄화한다. 그리고 상기 제2층간절연막(38) 상에 소자보호막(39)을 형성할 수 있다.Next, an insulating film for light transmission, for example, a PMD (Pre-Metal Dielectric) film 34 is formed and planarized, and a metal layer is deposited on the PMD film 34 and then selectively patterned to form the photo. The first metal wiring 35 is formed on the PMD film 34 except for the diode region 33. Subsequently, after forming and planarizing a first interlayer dielectric layer 36 for insulation between metal lines on the first metal interconnection 35, a metal layer is deposited on the first interlayer dielectric layer 36 and then selectively patterned. As a result, a second metal wire 37 is formed to face the first metal wire. Subsequently, a second interlayer insulating film 38 is formed on the second metal wiring 37 to insulate the metal wirings and planarized. In addition, an element protection layer 39 may be formed on the second interlayer insulating layer 38.
도 2b 에 도시된 바와 같이, 상기 소자보호막(39) 상에 컬러감광막을 도포하고 현상공정으로 순차적으로 청색컬러필터(40), 적색컬러필터(41), 녹색컬러필터 (42) 순으로 컬러필터배열(CFA)을 형성한다. 이러한 컬러필터배열(CFA)은 각각의컬러필터들의 형성 두께가 서로 다르기 때문에 단차가 발생하며, 상기 컬러필터들의 표면에는 오염물질(F,G)이 존재한다.As shown in FIG. 2B, a color photosensitive film is coated on the device protection layer 39 and the color filters are sequentially performed in the order of the blue color filter 40, the red color filter 41, and the green color filter 42 in the developing process. Form an array (CFA). This color filter array (CFA) has a step difference because the formation thickness of each color filter is different, and contaminants (F, G) are present on the surface of the color filters.
도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 오염물질(F,G)을 제거하기 위해 상기 컬러필터배열(CFA)을 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)을 이용하여 연마한다. 이 때, 상기 컬러필터배열(CFA)의 상부에 발생된 오염물질(F,G)은 완전히 제거되며, 컬러필터배열(CFA)의 두께도 동일하게 형성된다.As shown in Figure 2c, the color filter array (CFA) is polished using chemical mechanical polishing (CMP) to remove the contaminants (F, G). At this time, the contaminants (F, G) generated on the upper portion of the color filter array (CFA) is completely removed, the thickness of the color filter array (CFA) is formed the same.
또한 상기 단차가 발생한 컬러필터배열상에 감광막을 도포하고 에치백 (Etchback)공정을 실시하여 균일한 두께를 갖는 컬러필터배열을 형성할 수 있다.In addition, a color filter array having a uniform thickness may be formed by coating a photoresist film on the color filter array in which the step occurs and performing an etchback process.
도 2d에 도시된 바와 같이, 평탄화된 상기 컬러필터배열(CFA) 상에 상기 컬러필터배열(CFA)에 대향하는 마이크로렌즈(43)를 형성한다. 이 때 상기 컬러필터배열(CFA)이 평탄화되어 있는 상태이므로 통상의 기술에서 사용하는 평탄층인 OCM (Over coating material)을 생략할 수 있다.As shown in FIG. 2D, a microlens 43 is formed on the flattened color filter array CFA opposite to the color filter array CFA. At this time, since the color filter array (CFA) is flattened, OCM (Over coating material), which is a flat layer used in a conventional technology, may be omitted.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 컬러감광막 도포 및 현상으로 형성되는 컬러필터들의 단차 및 오염물질을 제거하기 위해 화학적기계적연마(CMP)를 실시하여 평탄화하므로써, 컬러필터배열(CFA)을 위한 세 번의 현상공정으로부터 컬러필터배열(CFA)의 손상을 줄일 수 있으며 컬러필터들(40,41,42)의 두께를 동일하게 형성할 수 있으므로 단위화소간의 균일도(Uniformity)를 확보할 수 있다. 또한 컬러필터들 (40,41,42)의 두께를 얇게 형성할 수 있으므로, 광투과도를 증대시켜 광감도를 향상시킬 수 있다.As described above, in the present invention, three developments for the color filter array (CFA) are performed by flattening by chemical mechanical polishing (CMP) to remove the step and the contaminants of the color filters formed by applying and developing the color photosensitive film. Damage of the color filter array (CFA) can be reduced from the process, and the thicknesses of the color filters 40, 41, and 42 can be formed to be the same, thereby ensuring uniformity between unit pixels. In addition, since the thicknesses of the color filters 40, 41, and 42 may be thin, the light transmittance may be increased to improve the light sensitivity.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 화학적기계적연마를 이용하여 컬러필터배열을 평탄화하므로써, 컬러감광막의 세 번의 현상공정으로 형성된 컬러필터배열의 단차 및 오염물질을 제거할 수 있는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of removing the step and the contaminants of the color filter array formed by three development processes of the color photosensitive film by planarizing the color filter array using chemical mechanical polishing.
그리고 컬러필터배열의 평탄화를 추가적인 평탄층이 불필요하므로 공정을 단순화할 수 있고, 컬러필터배열의 두께를 얇게 형성할 수 있으므로 광투과도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the planarization of the color filter array does not require an additional flat layer, the process may be simplified, and the thickness of the color filter array may be thinned, thereby increasing the light transmittance.
Claims (2)
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| KR1019990063836A KR20010061343A (en) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | Method for fabricating image sensor |
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1999
- 1999-12-28 KR KR1019990063836A patent/KR20010061343A/en not_active Application Discontinuation
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