KR100504199B1 - CMOS Image Sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서에서 각각의 칼라 필터들을 순차적으로 형성하고 칼라 필터층들 사이에 산화막(LTO)을 형성하여 패턴 불량 발생시에 재작업이 효율적으로 이루어질 수 있도록한 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 복수개의 포토다이오드 영역들 상에 형성되는 패시베이션층들;상기 패시베이션층상의 LTO상에 포토다이오드 영역들에 대응하고, 각층들 사이에 형성되는 LTO층에 의해 서로 격리되어 형성되는 R,G,B의 칼라 필터층들;상기 칼라 필터층상에 형성되는 탑 코팅층상에 포토다이오드 영역들에 대응하고 형성되는 마이크로 렌즈들을 포함한다.The present invention relates to a CMOS image sensor in which each color filter is sequentially formed in an image sensor and an oxide film (LTO) is formed between the color filter layers so that rework can be efficiently performed when a pattern defect occurs. Passivation layers formed on the photodiode regions; R, G, B color filter layers corresponding to the photodiode regions on the LTO on the passivation layer, and separated from each other by the LTO layer formed between each layer And micro lenses corresponding to and formed on photodiode regions on the top coating layer formed on the color filter layer.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 구체적으로 각각의 칼라 필터들을 순차적으로 형성하고 칼라 필터층들 사이에 산화막(LTO)을 형성하여 패턴 불량 발생시에 재작업이 효율적으로 이루어질 수 있도록한 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a CMOS image sensor in which respective color filters are sequentially formed and an oxide layer (LTO) is formed between color filter layers so that rework can be efficiently performed when a pattern defect occurs. It is about.
CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적신호로 변환시키는 소자로서, 픽셀수 만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다.CMOS image sensor is a device that converts an optical image into an electrical signal using CMOS fabrication technology, and employs a switching method that makes MOS transistors as many as the number of pixels and uses them to sequentially detect the output.
CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 CMOS 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있다.The CMOS image sensor can be easily driven and implemented in various scanning methods, and the signal processing circuit can be integrated on a single chip, thereby miniaturizing the product, and using a compatible CMOS technology, thereby lowering the manufacturing cost. In addition, the power consumption is also very low.
종래 기술에서는 칼라 이미지센서 제조 공정은 소자 및 소자 보호막(passivation layer)의 형성이 완료된 기판 상에 칼라 필터 어레이(Color Filter Array)를 형성하고 있다.In the prior art, a color image sensor manufacturing process forms a color filter array on a substrate on which a device and a passivation layer have been formed.
칼라 필터 어레이는 통상 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 3가지 칼라 필터로 이루어져 있고, 특정 파장의 빛이 투과되도록 하는 방법으로 피사체에 대한 칼라 이미지를 구현할 수 있도록 한다.The color filter array is generally composed of three color filters of red, green, and blue, and allows color images of a subject to be implemented in such a manner that light of a specific wavelength is transmitted.
이하에서 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 칼라 필터 형성 공정에 관하여 설명한다.Hereinafter, a color filter forming process of a CMOS image sensor according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 칼라 필터를 형성하기 위한 단면 구성도이고, 도 2는 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 칼라 필터의 평면 구성도이다.1 is a cross-sectional configuration diagram for forming a color filter of a conventional CMOS image sensor, and FIG. 2 is a plan configuration diagram of a color filter of a CMOS image sensor of the prior art.
종래 기술에서는 도 1에서와 같이, 포토다이오드 영역(12)이 형성된 반도체 기판(11)상에 IMD층(13), 패시베이션(passivation) 산화막층(14), 패시베이션 나이트라이드층(15), RGB의 칼라 필터층(16) 그리고 탑 코팅층(17)이 차례로 형성되고 탑 코팅층(17)상에 포토다이오드 영역(12)에 대응하는 위치에 빛을 집광하기 위한 마이크로 렌즈층(18)이 구성된다.In the prior art, as shown in FIG. 1, the IMD layer 13, the passivation oxide layer 14, the passivation nitride layer 15, and the RGB on the semiconductor substrate 11 on which the photodiode region 12 is formed. The color filter layer 16 and the top coating layer 17 are sequentially formed, and a micro lens layer 18 for condensing light at a position corresponding to the photodiode region 12 on the top coating layer 17 is formed.
이와 같은 종래 기술의 CMOS 이미지 센서는 도 2에서와 같이, 패시베이션막(passivation)으로 사용되는 나이트라이드층상에 바로 칼라 필터를 형성한다.Such a prior art CMOS image sensor forms a color filter directly on a nitride layer used as a passivation film, as shown in FIG.
그리고 칼라 필터를 분리하지 않고 단일층으로 형성하여 칼라 필터(R,G,B) 패턴이 정확하게 형성되지 않은 경우에는 재작업이 어렵다. In addition, when the color filter (R, G, B) pattern is not formed accurately by forming a single layer without separating the color filter, rework is difficult.
그러나 이와 같은 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 칼라 필터 형성 공정은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the color filter forming process of the conventional CMOS image sensor has the following problems.
종래 기술에서는 패시베이션막(passivation)으로 사용되는 나이트라이드층상에 바로 칼라 필터를 형성하기 때문에 빛의 신호를 감쇠시키는 단점이 있다.In the prior art, since a color filter is directly formed on a nitride layer used as a passivation film, there is a disadvantage of attenuating a signal of light.
또한, 칼라 필터를 분리하지 않고 단일층으로 형성하여 칼라 필터(R,G,B) 패턴이 정확하게 형성되지 않은 경우에는 재작업을 진행하여야 하는데, 불량 패턴만을 다시 형성하는 것이 어려워 칼라 필터 전부를 제거하고 새로 다시 패턴을 형성하여야 한다.In addition, if the color filter (R, G, B) pattern is not formed correctly by forming a single layer without separating the color filter, rework should be performed. And form a new pattern again.
이는 공정의 복잡성을 증가시키고 제조 비용 측면에서도 불리하다.This increases the complexity of the process and is disadvantageous in terms of manufacturing costs.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 칼라 필터 형성 공정의 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 각각의 칼라 필터들을 순차적으로 형성하고 칼라 필터층들 사이에 산화막(LTO)을 형성하여 패턴 불량 발생시에 재작업이 효율적으로 이루어질 수 있도록한 씨모스 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the problem of the color filter forming process of the CMOS image sensor of the prior art, when each color filter is formed sequentially and an oxide film (LTO) between the color filter layers to form a pattern failure The aim is to provide a CMOS image sensor that allows for efficient rework.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 있어서, 복수개의 포토다이오드 영역들 상에 형성되는 패시베이션층들;상기 패시베이션층상의 LTO상에 포토다이오드 영역들에 대응하고, 각층들 사이에 형성되는 LTO층에 의해 서로 격리되어 형성되는 R,G,B의 칼라 필터층들;상기 칼라 필터층상에 형성되는 탑 코팅층상에 포토다이오드 영역들에 대응하고 형성되는 마이크로 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 한다.The CMOS image sensor according to the present invention for achieving the above object includes a passivation layer formed on a plurality of photodiode regions in the CMOS image sensor; corresponding to the photodiode regions on the LTO on the passivation layer A color filter layer of R, G, and B formed to be separated from each other by an LTO layer formed between each layer; microlenses corresponding to and formed on photodiode regions on a top coating layer formed on the color filter layer; Characterized in that.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그의 형성 방법의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the CMOS image sensor and a method of forming the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면 구성도이고, 도 4a내지 도 4c는 본 발명에 따른 칼라 필터의 형성 순서에 따른 평면도이다. 3 is a cross-sectional view of a CMOS image sensor according to the present invention, Figures 4a to 4c is a plan view according to the formation order of the color filter according to the present invention.
본 발명은 패시베이션 나이트라이드층에 산화막을 증착한 후에 칼라 필터 3개의 패턴중 하나를 먼저 패턴 진행한 후에 LTO를 증착한다.In the present invention, after depositing an oxide film on the passivation nitride layer, one of three patterns of color filters is first patterned, and then LTO is deposited.
그리고 다시 나머지 2개의 칼라 필터중에서 하나를 형성한 다음에 LTO를 증착한 후에 나머지 한 개의 필터도 형성시키는 방식으로 한다.Then, one of the two remaining color filters is formed, and then the LTO is deposited, followed by the other one.
이와 같은 공정에 의해 공정상 재작업(칼라 필터의 re-work)이 간단해져 이전의 재작업 방식인 R,G,B를 전부 제거한 다음에 하는 것이 아닌 하나의 컬러 피터를 단독으로 재작업이 가능해지게 된다.This process simplifies the process rework (color filter re-work), and it is possible to rework a single color peter independently instead of removing all the previous rework methods R, G, and B. You lose.
또한, 패시베이션 나이트라이드막에 직접적으로 컬러 필터를 형성하는 것이 아니기 때문에 빛 신호의 감쇠 현상이 줄어든다.In addition, since the color filter is not directly formed on the passivation nitride film, the attenuation phenomenon of the light signal is reduced.
그 구성은 도 3에서와 같이, 복수개의 포토다이오드 영역(32)이 형성된 반도체 기판(31)상에 IMD층(33), 패시베이션 산화막층(34), 패시베이션 나이트라이드층(35), LTO(Low Temperature Oxide) 또는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 등의 제 1 산화막(37a)가 형성되고, 제 1 산화막(37a)상에 포토다이오드 영역에 대응하여 블루 칼라 필터층(36a),제 2 산화막층(37b),레드 칼라 필터층(36b),제 3 산화막층(37c),그린 칼라 필터층(36c),제 4 산화막층(37d)이 형성되는 구조이다.3, the IMD layer 33, the passivation oxide layer 34, the passivation nitride layer 35 and the LTO (Low) are formed on the semiconductor substrate 31 on which the plurality of photodiode regions 32 are formed. A first oxide film 37a, such as Temperature Oxide) or TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate), is formed, and a blue color filter layer 36a and a second oxide film 37b corresponding to the photodiode region on the first oxide film 37a. ), The red color filter layer 36b, the third oxide film layer 37c, the green color filter layer 36c, and the fourth oxide film layer 37d are formed.
그리고 제 4 산화막층(37d)상에는 탑 코팅층(38),마이크로 렌즈층(39)이 형성된다.The top coating layer 38 and the micro lens layer 39 are formed on the fourth oxide film layer 37d.
이와 같이, 블루,레드,그린 칼라 필터(36a)(36b)(36c)층의 각각에 대해서 LTO가 덮고 있기 때문에 재작업을 진행해도 독립적으로 할 수 있어 재작업이 쉬워진다. As described above, since the LTO covers each of the layers of the blue, red, and green color filters 36a, 36b, and 36c, even if the rework is carried out, the rework can be performed independently, thereby making the rework easier.
그리고 도 4a에서와 같이, 칼라 필터의 형성 순서를 블루(B) 칼라 필터층(36a)을 먼저 형성한 다음에 도 4b와 같이 레드 컬러 필터층(36b)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, the blue (B) color filter layer 36a is first formed, and then the red color filter layer 36b is formed as shown in FIG. 4B.
그리고 도 4c에서와 같이, 그린 칼라 필턴층(36c)을 형성한다.As shown in FIG. 4C, the green color filter layer 36c is formed.
여기서, 먼저 형성된 칼라 필터층보다 나중에 형성되는 칼라 필터층이 약간 두껍게 형성된다.Here, the color filter layer formed later than the color filter layer formed earlier is formed slightly thicker.
그 이유는 먼저 형성된 칼라 필터층에 의한 단차 때문에 더 두껍게 진행이 되는 것으로, 칼라 필터가 감광 물질의 일종이므로 코팅 방식으로 진행시 단차가 있는 경우에는 단차 차이에 의해서 약간 두껍게 코팅이 된다.The reason is that the progression is made thicker because of the step by the first color filter layer formed, and because the color filter is a kind of photosensitive material, when there is a step in the coating method, the thickness is slightly thickened due to the step difference.
이와 같은 이유로 칼라 필터층의 두께는 블루,레드,그린 칼라 필터층의 순서로 나중에 형성되는 것이 더 두껍게 형성된다.For this reason, the thickness of the color filter layer is thicker to be formed later in the order of the blue, red, and green color filter layers.
이는 빛의 신호가 그린 > 레드 > 블루의 순서로 되어 상대적으로 블루의 신호가 낮은 것을 해결하기 위한 것으로, 블루 칼라 필터의 두께를 다른 칼라 필터보다 얇게 하여 보상하기 위한 것이다.This is to solve the relatively low signal of the blue signal in the order of green> red> blue, to compensate for the thickness of the blue color filter thinner than other color filters.
본 발명에서 사용한 LTO(Low Temp Oxide) 증착 방식은 CIS(CMOS Image Sensor) 디바이스에서 사용하고 있는 통상의 공정을 적용한 것으로, CIS에서는 컬러 필터(R,G,B)를 진행 형성한 다음에 LTO를 증착하여 R,G,B 패턴을 보호한다.The Low Temp Oxide (LTO) deposition method used in the present invention applies a conventional process used in a CMOS image sensor (CIS) device. In the CIS, LTO is formed after the formation of color filters (R, G, B). Deposition protects R, G and B patterns.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 다음과 같은 효과가 있다.CMOS image sensor according to the present invention described above has the following advantages.
첫째, RGB의 칼라 필터 각각에 LTO(Low TEMP Oxide)층이 감싸는 형태로 구성되기 때문에 패턴 불량 발생시에 각각의 RGB 칼라 필터층을 독립적으로 선택하여 재작업을 진행할 수 있다.First, since the LTO (Low TEMP Oxide) layer is wrapped around each of the RGB color filters, each RGB color filter layer may be independently selected and reworked when a pattern defect occurs.
이는 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감하는 효과를 가져온다.This simplifies the manufacturing process and reduces the manufacturing cost.
둘째, 블루 파장의 신호를 향상시키기 위하여 블루 칼라 필터층을 먼저 형성하고 나중에 레드와 그린 칼라 필터를 형성하여 두께 차이를 두었기 때문에 블루의 빛의 신호 효율이 향상된다.Second, since the blue color filter layer is formed first and the red and green color filters are later formed to improve the blue wavelength signal, the signal efficiency of blue light is improved.
셋째, 나이트라이드막에 바로 칼라 필터를 형성시의 빛 신호를 감쇠시키는 문제를 LTO후에 칼라 필터를 형성하여 진행하기 때문에 빛의 신호를 감쇠시키지 않는다.Third, the problem of attenuating the light signal when the color filter is formed directly on the nitride film proceeds by forming the color filter after LTO, so that the light signal is not attenuated.
도 1은 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 칼라 필터를 형성하기 위한 단면 구성도1 is a cross-sectional configuration diagram for forming a color filter of a conventional CMOS image sensor
도 2는 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 칼라 필터의 평면 구성도2 is a planar configuration diagram of a color filter of a conventional CMOS image sensor
도 3은 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 단면 구성도3 is a cross-sectional view of a CMOS image sensor according to the present invention
도 4a내지 도 4c는 본 발명에 따른 칼라 필터의 형성 순서에 따른 평면도4a to 4c is a plan view according to the formation order of the color filter according to the present invention
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawing-
31. 반도체 기판 32. 포토 다이오드31. Semiconductor substrate 32. Photodiode
33. IMD층 34. 패시베이션 산화막층33. IMD layer 34. Passivation oxide layer
35. 패시베이션 나이트라이드층 36a. 블루 칼라 필터35. Passivation nitride layer 36a. Blue color filter
36b. 레드 칼라 필터 36c. 그린 칼라 필터36b. Red color filter 36c. Green color filter
37a.37b.37c.37d. 제 1,2,3,4 LTO층 38. 탑 코팅층37a.37b.37c.37d. First, second, third and fourth LTO layer 38. Top coating layer
39. 마이크로 렌즈39. Micro Lens
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