KR100498595B1 - 액티브층에 근접된 광차단막을 갖는 이미지센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보다 적은 두께로 광감지영역 상에 절연막(주로 산화막)이 형성되어 금속층간절연막 캐패시턴스를 줄이고 광투과율을 증대시키므로써 적용 제품의 동작속도 및 화질을 개선하며, 액티브층에 보다 근접되게 광차단막이 형성되어 낮은 입사각을 갖는 광에 대해서도 광차단율을 높일 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 이미지센서는, 액티브층에 형성된 광감지소자와 다수의 모스트랜지스터; 상기 다수의 모스트랜지스터를 상호연결하기 위한 금속배선; 및 상기 금속배선 하부에 형성되며 상기 광감지소자와 오버랩된 영역이 오픈된 광차단막을 포함하여, 액티브층에 근접된 광차단막을 갖는다.
Description
본 발명은 이미지센서(image sensor) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 액티브층(Active layer)에 근접한 광차단막(light shield layer)을 갖는 이미지센서에 관한 것이다.
통상적으로, CCD 또는 CMOS 이미지센서는 수광소자의 광감지영역를 포함하는 단위화소 어레이 영역과 상기 단위화소 어레이로부터 데이터를 출력하기 위한 주변회로 영역으로 이루어지며, 광감지영역 이외의 지역으로 입사되어 생기는 광전하의 발생을 막아 이미지센서의 화질 저하를 방지하기 위해서, 광감지 이외의 영역은 광차단막으로 덮히게 된다.
도1에는 광차단막으로서 금속층을 사용하는 종래기술에 따른 이미지센서의 구조가 도시되어 있다. 도1을 참조하면, 소자분리를 위한 필드산화막(FOX)이 형성된 기판(substrate) 상에서 단위화소어레이영역에는 단위화소(Unit pixel)들이 형성되어 있고, 주변회로영역에는 회로를 구성하는 트랜지스터들이 형성되어 있다. 그리고, 이 상부에는 TEOS막과 BPSG막이 적층된(도면에서는 구분하지 않았음) 금속배선전절연막(PMD : Pre Metal Dielectric layer), 제1금속배선(M1), 제1금속층간절연막(IMD1) 및 제2금속배선(M2)이 차례로 적층 형성되어 있다.
제2금속배선(M2) 상부에는 광차단막으로서의 금속층을 형성하기 위하여 제2금속층간절연막(IMD2)을 형성되어 있고 그 상부에 광차단막인 금속층(M3)이 형성된다. 금속층(M3)은 소자의 어떠한 배선을 구성하는 것이 아니고 광감지영역 이외의 다른 액티브층으로 광이 입사되는 것을 막는 광차단을 위한 것이다. 폴리사이드 게이트전극, 제1금속배선(M1), 제2금속배선(M2)등은 단위화소 내의 광감지영역 위에는 위치하지 않고 그 이외의 지역에만 위치하게 된다.
한편, 도1에 도시된 종래의 이미지센서는 단위화소어레이영역에는 제2금속층간절연막(IMD2) 상에 바로 보호층(passivation)만이 형성되어 있고, 주변회로영역에는 제2금속층간절연막(IMD2) 상에 광차단막으로서의 금속층(M3)이 형성되고 그 위로 보호층(passivation)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 보호층상에는 단위화소어레이영역에 칼라필더(RED, GREEN, BLUE)가 어레이되어 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 종래에는 회로설계에 사용되지 않는 별도의 금속층(M3)을 사용하여 광차단막을 형성하고 있는데, 금속층(M3)을 형성하기 위해서는 제2금속배선(M2)상에 제2금속층간절연막(IMD2)를 별도로 형성하여야 하기 때문에 원치 않는 금속층간절연막 캐패시턴스가 발생하게 되어 제품의 동작속도 저하를 가져오며 단위화소 위의 절연막 두께 증가로 입사되는 광의 양이 감소하여 제품의 화질이 저하되게 된다.
또한, 도2에 도시된 바와 같이, 종래에는 액티브층 위에서 광차단막(20)이 멀리 떨어져 있음으로 인하여, 광입사각 α1 이하의 낮은 입사각 광에 대해서는 광감지영역외의 액티브 지역이 노출되어 광차단 효과가 떨어질 수 있다.
본 발명의 목적은 보다 적은 두께로 광감지영역 상에 절연막(주로 산화막)이 형성되어 금속층간절연막 캐패시턴스를 줄이고 광투과율을 증대시키므로써 적용 제품의 동작속도 및 화질을 개선하는 이미지센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른목적은 액티브층에 보다 근접되게 광차단막이 형성되어 낮은 입사각을 갖는 광에 대해서도 광차단율을 높일 수 있는 이미지센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 적은 두께로 광감지영역 상에 절연막(주로 산화막)이 형성되어 광투과율을 증대시키므로써 적용 제품의 화질 저하를 개선하며, 액티브층에 보다 근접되게 광차단막이 형성되어 낮은 입사각을 갖는 광에 대해서도 광차단율을 높일 수 있는 이미지센서 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서는, 액티브층에 형성된 광감지소자와 다수의 모스트랜지스터; 상기 다수의 모스트랜지스터를 상호연결하기 위한 금속배선; 및 상기 금속배선 하부에 형성되며 상기 광감지소자와 오버랩된 영역이 오픈된 광차단막을 포함하여, 액티브층에 근접된 광차단막을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 이미지센서에서, 상기 모스트랜지스터의 게이트와 상기 금속배선을 사이를 절연하기 위한 금속배선전절연막을 더 포함하며, 상기 광차단막은 상기 금속배선전절연막 내에 개재되어 형성될 수 있으며, 상기 금속배선전절연막은 산화막과 평탄화된 도핑산화막이 적층되어 실시 구성할 수 있고, 이때 상기 광차단막은 상기 산화막과 상기 도핑산화막 사이에 형성시킬 수 있다.
그리고, 상기 광차단막은 금속실리사이드막과 같은 전도체로 구성할 수 있는데, 이때 상기 금속배선의 콘택 지역에서 전도체인 광차단막은 금속막과 절연되어야 하기 때문에, 이를 위해 금속배선 콘택과 오버랩되는 영역에서 광차단막을 오픈시킬 수 있다. 그리고, 상기 광차단막은 금속배선전절연막으로 BPSG와 같은 도핑산화막이 적용될 경우 도핑산화막의 플로우 온도에 견디는 고온내열성을 가지며, 광투과를 차단하는 재질의 박막이어야 한다.
또한, 상기 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 광감지소자와 다수의 모스트랜지스터가 형성된 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판 전면에 제1절연막을 형성하는 제2단계; 상기 제1절연막 상에 상기 괌감지소자와 오버랩된 영역이 오픈된 광차단막을 형성하는 제3단계; 상기 제2단계가 완료된 기판 전면에 제2절연막을 형성하는 제4단계; 및 금속배선을 형성하는 제5단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광차단막을 형성하는 제3단계는, 상기 제1절연막 상에 폴리실리콘막을 형성하고, 상기 광감지소자와 오버랩되는 부분의 폴리실리콘막을 선택적으로 식각하는 단계; 전면에 전이금속을 적층하고 급속열처리하여 상기 폴리실리콘막과 상기 전이금속간의 반응에 의해 금속실리사이드막을 형성하는 단계; 및 미반응 전이금속을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 상기 제2절연막을 형성하는 제4단계는, 도핑산화막을 증착하는 단계; 및 상기 도핑산화막을 플로시켜 평탄화시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 상기 금속배선을 형성하는 제5단계는, 상기 제2절연막과, 상기 광차단막 및 상기 제1절연막을 식각하여 상기 모스트랜지스터의 접합이 노출되는 금속 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀 측벽에 절연막스페이서를 형성하는 단계; 상기 콘택홀에 매립되도록 전면에 금속막을 형성하고 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 도2는에 도시된 바와 같이, 종래에는 액티브층 위에서 광차단막(20)이 멀리 떨어져 있음으로 인하여, 광입사각 α1 이하의 낮은 입사각 광에 대해서는 광감지영역외의 액티브 지역이 노출되어 광차단 효과가 떨어질 수 있지만, 본 발명은 액티브층 위에 근접하게 광차단막(25)이 형성되어 있으므로, α2 이상 α1이하의 작은 입사각을 갖는 광까지도 차단할 수 있어 거의 모든 광이 광감지영역 이외의 액티브영역에 입사되는 것을 방지할 수 있다.
다음, 도3a 내지 도3c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 나타내는 공정 단면도로서, 바람직한 제조공정을 설명한다.
도3a를 참조하면, 필드산화막(FOX)이 형성된 반도체기판(1) 상에 광감지소자(2)와 다수의 모스트랜지스터(3)를 형성하고, TEOS 산화막(4)과 폴리실리콘막(5)을 적층한 상태에서, 광감지소자와 오버랩되는 부분이 오픈된 마스크패턴(6)을 형성하고, 상기 폴리실리콘막(5)을 식각한다.
이어서, 도3b와 같이, 마스크패턴(6)을 제거하고 타이타늄막을 스퍼터링 증착하고 N2 분위기에서 600～800℃로 급속열처리(RTP)하거나, 400 ～500℃에서 열처리하여 폴리실리콘막과 타이타늄막을 반응시켜 타이타늄실리사이드막(TiSi2)(7)을 형성하고, 미반응 타이타늄막은 제거한다.
이어서, 도3c와 같이, BPSG막(8)을 도포하고 플로우시킨 다음, BPSG막(8), 타이타늄실리사이드막(7) 및 TEOS산화막(4)을 습식 및 건식식각하여 금속콘택홀(9)을 형성시키고 콘택홀 측벽에 절연막스페이서(10)를 형성한다. 이절연막스페이서는 타이타늄실리사이드막(7)과 이후증착되는 금속막 간을 절연시켜주는 것에 주목하여야 한다.
이후, 통상의 방법으로 배선용 금속막을 형성한다. 물론 금속배선시 베리어메탈을 적용할 수도 있다.
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 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 종래에 사용하였던 최상부 금속층 공정이 생략가능하거나 생략하지 않고 레이아웃을 달리하여 회로설계에 이용할 수 있으며, 또한 최상부 금속층 형성공정을 생략하는 경우 광감지 영역위의 절연막 두께를 감소시켜 입사광량을 증가시킬수 있다. 이에 의해 이미지센서의 화질을 개선한다. 그리고, 광차단막이 금속배선 아래에서 액티브층에 근접하여 형성되므로, 적은 입사각의 광도 충분히 차단할 수 있다.
도1은 종래의 이미지센서 구조를 나타내는 단면도.
도2는 종래와 본 발명의 대비되는 작용을 설명하기 위한 개략적인 도면.
도3a 내지 도3c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 나타내는 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체기판 2 : 광감지소자
3 : 트랜지스터 4 : TEOS 산화막
7 : 타이타늄실리사이드막 8 : BPSG막
9 : 금속 콘택홀
Claims (12)
- 이미지센서에 있어서,액티브층에 형성된 광감지소자와 다수의 모스트랜지스터;상기 다수의 모스트랜지스터를 상호연결하기 위한 금속배선; 및상기 금속배선 하부에 형성되며 상기 광감지소자와 오버랩된 영역이 오픈된 광차단막을 포함하여 이루어진 이미지센서.
- 제1항에 있어서,상기 광차단막은 상기 금속배선의 콘택과 오버랩되는 영역에서 오픈된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 금속배선과 상기 모스트랜지스터의 게이트를 절연하기 위한 금속배선전절연막을 더 포함하며,상기 광차단막은 상기 금속배선전절연막 내에 개재되어 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제3항에 있어서,상기 금속배선전절연막은 산화막과 평탄화된 도핑산화막이 적층되어 구성되며, 상기 광차단막은 상기 산화막과 상기 도핑산화막 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제4항에 있어서,상기 도핑산화막은 BPSG, PSG, 및 BSG중 어느하나인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제4항에 있어서,상기 광차단막은 상기 도핑산화막의 플로우 온도에 견디는 고온내열성을 가지며, 광투과를 차단하는 재질의 박막인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제4항에 있어서,상기 광차단막은 금속실리사이드막인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 제7항에 있어서,상기 금속실리사이드막은 타이타늄실리사이드막, 텅스텐실리사이드막, 몰리브데늄실리사이드막, 탄탈늄실리사이드막중 어느하나 또는 이들이 조합된 박막인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
- 이미지센서 제조방법에 있어서,광감지소자와 다수의 모스트랜지스터가 형성된 기판을 준비하는 제1단계;상기 기판 전면에 제1절연막을 형성하는 제2단계;상기 제1절연막 상에 상기 괌감지소자와 오버랩된 영역이 오픈된 광차단막을 형성하는 제3단계;상기 제2단계가 완료된 기판 전면에 제2절연막을 형성하는 제4단계; 및금속배선을 형성하는 제5단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 광차단막을 형성하는 제3단계는,상기 제1절연막 상에 폴리실리콘막을 형성하고, 상기 광감지소자와 오버랩되는 부분의 폴리실리콘막을 선택적으로 식각하는 단계;전면에 전이금속을 적층하고 급속열처리하여 상기 폴리실리콘막과 상기 전이금속간의 반응에 의해 금속실리사이드막을 형성하는 단계; 및미반응 전이금속을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 제2절연막을 형성하는 제4단계는,도핑산화막을 증착하는 단계; 및상기 도핑산화막을 플로시켜 평탄화시키는 단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제9항 내지 제11항중 어느한 항에 있어서,상기 금속배선을 형성하는 제5단계는,상기 제2절연막과, 상기 광차단막 및 상기 제1절연막을 식각하여 상기 모스트랜지스터의 접합이 노출되는 금속 콘택홀을 형성하는 단계;상기 콘택홀 측벽에 절연막스페이서를 형성하는 단계;상기 콘택홀에 매립되도록 전면에 금속막을 형성하고 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
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| KR20000003491A (ko) | 2000-01-15 |
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