KR100602368B1 - Planarization method of image sensor by using light blocking layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 렌즈 형성이전에 별도의 평탄화층 형성 공정을 생략할 수 있으며 칼라필터 상에 잔류하는 포토레지스트 잔여물을 제거할 수 있는 이미지 센서 제조 방법에 관한 것으로, 칼라필터 형성이 완료된 전체 구조 상에 광차단막을 형성하고, 칼라필터가 노출될 때까지 광차단막을 전면식각(etch back)함으로써 각 칼라필터 패턴 위에 잔류하던 포토레지스트 잔여물을 제거함과 동시에 평탄화를 이루는데 그 특징이 있다.
The present invention relates to an image sensor manufacturing method capable of eliminating a separate planarization layer forming process prior to microlens formation and to remove photoresist residues remaining on a color filter. The light shielding film is formed on the film, and the photoblocking film is etched back until the color filter is exposed, thereby removing the photoresist residue remaining on each color filter pattern and achieving planarization.
이미지 센서, 광차단막, 평탄화, 포토레지스트 잔여물, 칼라필터Image sensor, light shield, planarization, photoresist residue, color filter
Description
도 1은 종래 기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 단위화소 구조를 개략적으로 보이는 단면도,1 is a cross-sectional view schematically showing a unit pixel structure of a conventional CMOS image sensor;
도 2는 종래 이미지 센서의 칼라필터 형성 공정 단면도,2 is a cross-sectional view of a color filter forming process of a conventional image sensor;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제조 공정 단면도'
3A and 3B are cross-sectional views of an image sensor manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명** Description of reference numerals for the main parts of the drawings *
R, G, B: 칼라필터 35: 광차단막R, G, B: Color filter 35: Light shielding film
36: 마이크로 렌즈
36: microlens
본 발명은 이미지 센서 제조 분야에 관한 것으로, 특히 칼라필터 형성 후의 평탄화층 형성 공정을 생략할 수 있으며 칼라필터 상의 포토레지스트 잔여물을 효 과적으로 제거할 수 있는 이미지 센서 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of image sensor manufacturing, and more particularly, to a method of manufacturing an image sensor that can omit the planarization layer forming process after color filter formation and can effectively remove the photoresist residue on the color filter.
CMOS 이미지 센서(image sensor)는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적신호로 변환시키는 소자로서, 빛에 반응하여 생성된 신호전자를 전압으로 변환하고 신호처리 과정을 거쳐 화상정보를 재현한다. CMOS 이미지 센서는 각종 카메라, 의료장비, 감시용 카메라, 위치확인 및 감지를 위한 각종 산업 장비, 장난감 등 화상신호를 재현하는 모든 분야에 이용 가능하며, 저전압 구동과 단일 칩화가 가능하여 점점 활용범위가 확대되고 있는 추세이다.A CMOS image sensor converts an optical image into an electrical signal using a CMOS manufacturing technology. The CMOS image sensor converts signal electrons generated in response to light into voltage and reproduces image information through a signal processing process. CMOS image sensor can be used in all fields of image signal reproduction such as various cameras, medical equipment, surveillance cameras, various industrial equipments for positioning and detection, toys, etc. The trend is expanding.
CMOS 이미지 센서는 화소수 만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. CMOS 이미지 센서는, 종래 이미지센서로 널리 사용되고 있는 CCD 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 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 adopts a switching method in which MOS transistors are made by the number of pixels and the outputs are sequentially detected using the MOS transistors. The CMOS image sensor is simpler to drive than the CCD image sensor, which is widely used as a conventional image sensor, and can realize various scanning methods, and can integrate a signal processing circuit into a single chip, thereby miniaturizing the product. The use of compatible CMOS technology reduces manufacturing costs and significantly lowers power consumption.
도 1은 4개의 트랜지스터와 2개의 캐패시턴스 구조로 이루어지는 CMOS 이미지센서의 단위화소를 보이는 회로도로서, 광감지 수단인 포토다이오드(PD)와 4개의 NMOS트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지센서의 단위화소를 보이고 있다. 4개의 NMOS트랜지스터 중 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 포토다이오드(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산영역으로 운송하는 역할을 하고, 리셋 트랜지스터(Rx)는 신호검출을 위해 상기 플로팅 확산영역에 저장되어 있는 전하를 배출하는 역할을 하고, 드라이브 트랜지스터(Dx)는 소스팔로워(Source Follower)로서 역할하며, 셀렉트 트랜 지스터(Sx)는 스위칭(Switching) 및 어드레싱(Addressing)을 위한 것이다. 도면에서 "Cf"는 플로팅 확산영역이 갖는 캐패시턴스를, "Cp"는 포토다이오드가 갖는 캐패시턴스를 각각 나타낸다.1 is a circuit diagram showing a unit pixel of a CMOS image sensor composed of four transistors and two capacitance structures, and a unit pixel of a CMOS image sensor composed of a photodiode (PD) as an optical sensing means and four NMOS transistors. . Of the four NMOS transistors, the transfer transistor Tx serves to transport the photocharges generated by the photodiode PD to the floating diffusion region, and the reset transistor Rx is stored in the floating diffusion region for signal detection. It serves to discharge charge, the drive transistor (Dx) serves as a source follower (Source Follower), the select transistor (Sx) is for switching (Switching) and addressing (Addressing). In the drawing, "Cf" represents capacitance of the floating diffusion region, and "Cp" represents capacitance of the photodiode, respectively.
이와 같이 구성된 이미지센서 단위화소에 대한 동작은 다음과 같이 이루어진다. 처음에는 리셋 트랜지스터(Rx), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 온(on)시켜 단위화소를 리셋시킨다. 이때 포토다이오드(PD)는 공핍되기 시작하여 캐패시턴스 Cp는 전하축적(carrier changing)이 발생하고, 플로팅 확산영역의 캐패시턴스 Cf는 공급전압 VDD 전압까지 전하축전된다. 그리고 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 오프시키고 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 온시킨 다음 리셋트랜지스터(Rx)를 오프시킨다. 이와 같은 동작 상태에서 단위화소 출력단(Out)으로부터 출력전압 V1을 읽어 버퍼에 저장시키고 난 후, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 온시켜 빛의 세기에 따라 변화된 캐패시턴스 Cp의 캐리어들을 캐패시턴스 Cf로 이동시킨 다음, 다시 출력단(Out)에서 출력전압 V2를 읽어들여 V1 - V2에 대한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변경시키므로 단위화소에 대한 한 동작주기가 완료된다. Operation of the image sensor unit pixel configured as described above is performed as follows. Initially, the unit pixel is reset by turning on the reset transistor Rx, the transfer transistor Tx, and the select transistor Sx. At this time, the photodiode PD starts to deplete, and the capacitance Cp generates a carrier change, and the capacitance Cf of the floating diffusion region is charged up to the supply voltage VDD. The transfer transistor Tx is turned off, the select transistor Sx is turned on, and the reset transistor Rx is turned off. In such an operating state, the output voltage V1 is read from the unit pixel output terminal Out and stored in the buffer, and then the carrier transistor Tx is turned on to move the carriers of the capacitance Cp changed according to the light intensity to the capacitance Cf. The output voltage (V2) is read from the output terminal (Out) again and the analog data for V1-V2 is converted into digital data, so one operation cycle for the unit pixel is completed.
도 2는 종래 이미지 센서의 칼라필터 형성 공정 단면도로서, 실리콘 기판(20)에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막(21)을 형성하고, 수광소자의 광감지 영역을 포함하는 단위화소(unit pixel)들의 어레이(A)를 형성한 후 이후 금속층간 절연막(24) 형성과 같은 중간 공정들을 진행한 후 이미지 센서의 칼라 이미지를 구현하기 위하여 칼라필터를 형성한 상태를 보이고 있다. 도 2에서 미설 명 도면부호 '22'는 트랜지스터의 게이트 전극, '23'은 소오스 드레인을 각각 나타낸다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a color filter forming process of a conventional image sensor, in which a
칼라필터 형성과정은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 블루(blue) 포토레지스트를 도포한 후 블루 포토레지스트 패터닝용 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시함으로써 블루 칼라필터(B) 패턴을 형성하고, 이후 레드(red) 포토레지스트를 도포한 후 레드 포토레지스트 패터닝용 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시함으로써 레드 칼라필터(R) 패턴을 형성하고, 다음으로 그린(green) 포토레지스트를 도포한 후 그린 포토레지스트 패터닝용 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시함으로써 그린 칼라필터(G) 패턴을 형성한다. 이때, 각 칼라필터 형성 과정에서 서로 다른 층 칼라필터 패턴의 토포로지(topology)와 상호 반응에 의해 다른 칼라 필터 패턴 위에 포토레지스트가 잔류하게 된다. 이러한 포토레지스트 잔여물(residue)은 이미지 센서 내로 들어오는 빛을 색깔별로 필터링하는 칼라필터의 효율을 저하시킨다.The color filter forming process is performed as follows. First, a blue photoresist is applied, followed by exposure and development using a blue photoresist patterning mask to form a blue color filter (B) pattern. Then, a red photoresist is applied and then a red photoresist. A red color filter (R) pattern is formed by performing exposure and development using a patterning mask, and then a green photoresist is applied, followed by exposure and development using a green photoresist patterning mask to produce a green color. The filter G pattern is formed. At this time, the photoresist remains on the other color filter patterns by interaction with the topology of the different layer color filter patterns during the formation of each color filter. This photoresist residue degrades the efficiency of the color filter, which filters light entering the image sensor by color.
칼라필터 패터닝이 끝난 이후에는 광감지 영역 픽셀 어레이(A) 부분 이외의 지역으로 들어오는 빛을 차단하기 위한 광차단막(25)을 형성하고, 칼라필터 패턴 형성에 따른 토포로지를 평탄화시키기 위한 평탄화층(26)을 형성하고, 마이크로 렌즈 형성을 위한 포토레지스트를 도포하고, 마이크로 렌즈 형성용 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시하여 마이크로 렌즈(27)를 형성한다.After the color filter patterning is finished, a
전술한 바와 같은 종래 이미지 센서 제조 방법은 마이크로 렌즈 하부층이 평탄하지 않을 경우 마이크로 렌즈의 크기와 형태가 균일하지 않기 때문에 마이크로 렌즈 형성 이전에 반드시 평탄화층을 형성해야 한다. 이에 따라 공정이 추가되어야 하는 문제점이 있다.
In the conventional image sensor manufacturing method as described above, when the microlens underlayer is not flat, the size and shape of the microlens are not uniform. Therefore, the planarization layer must be formed before forming the microlens. Accordingly, there is a problem that a process must be added.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 마이크로 렌즈 형성이전에 별도의 평탄화층 형성 공정을 생략할 수 있으며 칼라필터 상에 잔류하는 포토레지스트 잔여물을 제거할 수 있는 이미지 센서 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for manufacturing an image sensor that can omit a separate planarization layer forming process before the formation of the micro lens and can remove the photoresist residue remaining on the color filter. There is this.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 픽셀 어레이 상부에 칼라필터를 형성하는 제1 단계; 상기 제1 단계 형성이 완료된 전체 구조 상에 광차단막을 형성하는 제2 단계; 상기 칼라필터가 노출될 때까지 상기 광차단막을 제거하여 광차단막 패턴을 형성하는 제3 단계; 및 상기 칼라필터와 직접 접하는 마이크로 렌즈를 형성하는 제4 단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.
The present invention for achieving the above object is a first step of forming a color filter on the pixel array; A second step of forming a light blocking film on the entire structure in which the first step is formed; A third step of removing the light blocking film to form a light blocking film pattern until the color filter is exposed; And a fourth step of forming a micro lens in direct contact with the color filter.
본 발명은 칼라필터 형성이 완료된 전체 구조 상에 광차단막을 형성하고, 칼라필터가 노출될 때까지 광차단막을 전면식각(etch back)함으로써 각 칼라필터 패턴 위에 잔류하던 포토레지스트 잔여물을 제거함과 동시에 평탄화를 이루는데 그 특징이 있다.
The present invention forms a light blocking film on the entire structure of the color filter formation, and removes the photoresist residue remaining on each color filter pattern by etching back the light blocking film until the color filter is exposed. It is characterized by achieving flattening.
이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제 조 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3A and 3B.
먼저 도 3a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(30)에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막(31)을 형성하고, 수광소자의 광감지 영역을 포함하는 단위화소들의 어레이(A), 트랜지스터의 게이트 전극(32) 및 소오스 드레인을 형성하고, 이후 금속층간 절연막(24) 형성과 같은 중간 공정들을 진행한 후 이미지 센서의 칼라 이미지를 구현하기 위하여 칼라필터를 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a
칼라필터 형성과정은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 블루(blue) 포토레지스트를 도포한 후 블루 포토레지스트 패터닝용 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시함으로써 블루 칼라필터(B) 패턴을 형성하고, 이후 레드(red) 포토레지스트를 도포한 후 레드 포토레지스트 패터닝용 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시함으로써 레드 칼라필터(R) 패턴을 형성하고, 다음으로 그린(green) 포토레지스트를 도포한 후 그린 포토레지스트 패터닝용 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시함으로써 그린 칼라필터(G) 패턴을 형성한다.The color filter forming process is performed as follows. First, a blue photoresist is applied, followed by exposure and development using a blue photoresist patterning mask to form a blue color filter (B) pattern. Then, a red photoresist is applied and then a red photoresist. A red color filter (R) pattern is formed by performing exposure and development using a patterning mask, and then a green photoresist is applied, followed by exposure and development using a green photoresist patterning mask to produce a green color. The filter G pattern is formed.
이어서, 전체 구조 상에 광차단막층(black material photoresist, 35)을 전면도포하고, 패드(PAD) 영역만 열리도록 광차단막 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시하여 패터닝한다.Subsequently, a
다음으로 도 3b에 보이는 바와 같이, 칼라필터(R, G, B)가 노출될 때까지 광차단막층(35)을 전면식각 또는 화학적 기계연마(chemical mechanical polishing)하여 평탄화를 이룸과 동시에 칼라필터 형성 공정과정에서 각 칼라필터(R, G, B) 상에 잔류하였던 포토레지스트를 제거한다. 이후, 마이크로 렌즈 형성을 위한 포토레 지스트를 도포하고, 마이크로 렌즈 형성용 마스크를 사용한 노광 및 현상을 실시하여 칼라필터(R, G, B) 상에 마이크로 렌즈(36)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 3B, the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 칼라필터와 광차단막을 형성한 후 포토레지스트 에치백 공정을 통화여 평탄화를 이룸으로써 종래와 같이 별도의 평탄화층을 형성할 필요가 없어 공정의 단순화시킬 수 있으며, 또한 칼라필터 형성 과정에서 각 칼라필터 상에 잔류하였던 포토레지스트를 제거함으로써 수율 향상을 기대할 수 있다.According to the present invention as described above, by forming a color filter and a light shielding film and performing a flattening process by performing a photoresist etchback process, it is not necessary to form a separate planarization layer as in the prior art, and the color can be simplified. Yield improvement can be expected by removing the photoresist remaining on each color filter during the filter formation process.
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Legal Events
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120628 Year of fee payment: 7 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |