KR100606922B1 - 보호막을 이용한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보호막을 이용한 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 보호막용 질화막을 마이크로 렌즈로 형성하여 단차(topology)를 감소시킨 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 보호막을 이용한 CMOS 이미지 센서는 절연층 상에 소정 패턴으로 형성된 상부 금속층; 상기 소정 패턴의 상부 금속층 상에 형성된 제1질화막; 상기 금속층 및 제1질화막이 형성되지 않은 상기 절연층 상의 영역에 형성된 CFA(Color Filter Array); 상기 제1질화막과 CFA 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지고, 상기 마이크로 렌즈는 보호막용 질화막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
보호막, 질화물, 마이크로 렌즈, 단차
Description
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서의 제1공정을 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제2공정을 나타낸 것이다.
도 3은 종래의 CMOS 이미지 센서의 제3공정을 나타낸 것이다.
도 4는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제4공정을 나타낸 것이다.
도 5는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제5공정을 나타낸 것이다.
도 6은 종래의 CMOS 이미지 센서의 제6공정을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제1공정을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제2공정을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제3공정을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제4공정을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제5공정을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제6공정을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제7공정을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제8공정을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제9공정을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제10공정을 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 CMOS 이미지 센서 및 제11공정을 나타낸 것이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
200 : 포토다이오드 210 : 제1금속층
230 : 제2금속층 240 : 제2금속간 절연층
250 : 상부 금속층
본 발명은 보호막을 이용한 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 보호막용 질화막을 마이크로 렌즈로 형성하여 단차(topology)를 감소시킨 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서의 제1공정을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단위 화소영역과 패드부위의 주변영역을 동시에 나타내고 있다. 실리콘 기판에 선택적으로 붕소(boron)이온을 주입하여 p-well(50) 및 n-well을 형성하고, 트렌치 (60)소자 분리공정을 사용하여 필드 산화막을 형성한다. 이 후, 원하는 문턱전압을 형성하기 위한 소정두께의 게이트 산화막을 형성하고, 그 위에 게이트 전극으로 사용할 폴리 실리콘막(40)과 텅스텐 실리사이드막(80)을 형성하며, 선택적 식각공정으로 소자의 게이트 전극을 형성한다. 이어서, 선택적 이온주입에 의해서 실리콘 기판에 n-이온주입영역(20)과 p-이온주입영역(10)을 형성하여 포토다이오드를 형성한다. 이어서, well 지역 내 트랜지스터의 소스 드레인을 LDD(Lightly Doped Drain) 구조로 만들기 위하여 저농도 소스/드레인 이온주입을 실시하고, 저압 화학증착(LPCVD) 방법을 이용하여 TEOS 산화막 또는 SiN을 증착한 후, 전면 식각하면 게이트 전극 측벽에 스페이서(70)를 형성한 다음, 고농도 소스/드레인 이온주입을 실시하여 N형(30) 및 P형 접합영역을 형성한다.
도 2는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제2공정을 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 금속배선 절연막(pre-metal dielectric: 이하 PMD)으로 LPCVD 방법으로 TEOS 산화막을 1000A 정도로 증착하고, 그 위에 상압 화학증착방법으로 PBSG를 증착한다. 이후, BPSG 막의 플로우 목적으로 열처리를 한다. 이후, PMD층(90)을 선택적으로 식각하여 소정의 접합영역과 게이트 전극이 노출되는 콘택홀(100)을 형성한 다음, 글루층인 티타늄(Ti, 110), 배선용 알루미늄(Al, 120) 비반사 티타늄타이트라이드(TiN, 130)을 각각 증착한 다음, 선택적 식각에 의해 제1금속배선을 형성한다. 여기서, 상기 콘택홀(100) 형성은 플라즈마 식각 공정으로 진행하여 형성한다.
도 3은 종래의 CMOS 이미지 센서의 제3공정을 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 화학증착(plasma enhanced chemical vapor deposition ; PECVD) 방법을 이용하여 TEOS 산화막(150) 및 SOG(Spin On Glass) 산화막(140)을 코팅한 후에 열처리를 하고 평탄화 공정을 거친다. 이어서, 그 위에 PECVD 방법으로 산화막(160)을 증착하여 제1금속간 절연층(inter-metal dielectric: 이하 PMD, 90)을 형성한다.
도 4는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제4공정을 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 선택적으로 제1IMD층을 식각하여 비아홀(VIA hole)을 형성하고, 글루층인 티타늄(Ti), 배선용 알루미늄(Al) 비반사 티타늄 나이트라이드(TiN)을 적층한 후 플라즈마 식각 공정을 통하여 제2금속배선을 형성한다. 이어서, 제1IMD층 형성방법과 동일하게 TEOS 산화막(150), SOG 산화막(140) 및 산화막(160)을 형성하여 제2IMD층을 형성한다. 상기 설명한 과정과 같은 프로세스(process)를 반복하여 필요한 금속배선층의 적층 수를 만들게 된다.
도 5는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제5공정을 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 최상층의 금속배선을 형성한 후에는 소자보호막으로서 PECVD 방법으로, 8000A의 산화막을 증착하고 주변영역의 패드부위 금속을 드러내어 전극단자로 사용하기 위한 패드오픈공정을 실시한다. 즉, 소자보호막용 산화막 및 TiN 막을 식각하여 패드오픈부를 형성한다.
도 6은 종래의 CMOS 이미지 센서의 제6공정을 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 컬러필터(170) 어레이(color filter array)를 형성하고, 평탄화 층인 PL층(180)을 형성한다. 그 위에 마이크로 렌즈(micro lens, 190)를 형성한다.
그러나, 종래에는 상기 보호막용 질화막을 형성한 후, CFA와 마이크로 렌즈를 형성하여 전체적으로 단차가 매우 높아 이미지 구현에 어려움이 많은 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 보호막용 질화막을 마이크로 렌즈로 형성하여 단차(topology)를 감소시킨 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 보호막을 이용한 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 보호막용 질화막을 마이크로 렌즈로 형성하여 단차(topology)를 감소시킨 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 보호막을 이용한 CMOS 이미지 센서는 절연층 상에 소정 패턴으로 형성된 상부 금속층; 상기 소정 패턴의 상부 금속층 상에 형성된 제1질화막; 상기 금속층 및 제1질화막이 형성되지 않은 상기 절연층 상의 영역에 형성된 CFA(Color Filter Array); 상기 제1질화막과 CFA 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지고, 상기 마이크로 렌즈는 보호막용 질화막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 보호막을 이용한 CMOS 이미지 센서 제조방법은 절연층 위 부분에 상부 금속층을 부분적으로 증착하는 제1공정; 상기 증착된 상부 금속층 위에 제1질화막을 증착하는 제2공정; 상기 상부 금속층을 디파인(define)하고 제1질화막 위에 USG막을 증착하는 제3공정; 상기 디파인되고 증착된 2개의 USG막 사이에 CFA를 증착하고 노광하는 제4공정; CMP를 통하여 상기 USG막과 제1질화막 위 부분의 CFA를 제거하는 제5공정; 상기 CMP 후에 제2질화막을 증착하는 제6공정; 상기 제2질화막 위에 희생 마이크로 렌즈를 형성하는 제7공정; 및 전면식각하여 상기 제2질화막을 희생 마이크로 렌즈와 동일한 형태로 형성하고 제1질화막의 일부분을 노출시키는 제8공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제1공정을 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하부에 포토다이오드(200)가 형성되어 있고, 포토다이오드(200) 상부에는 층간 절연막이 형성되어 있다. 층간 절연막 상부에는 제1금속층(210), 제2금속층(230)이 순차적으로 증착되어 있다. 제1금속층(210)과 제2금속층(230) 사이에는 제1금속간 절연층(220)이 형성되어 있고, 제2금속층(230) 상부에는 제2금속간 절연층(240)이 형성되어 있다. 제2금속간 절연층(240) 상부에 상부 금속층(250)을 부분적으로 증착한다. 도 7에는 2개의 상부 금속층(250)이 증착되어 있다.
도 8은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제2공정을 나타낸 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 증착된 상부 금속층(250) 위에 제1질화막(260)을 증착한다. 도 7에서 증착된 2개의 상부 금속층(250)에 각각 제1질화막(260)이 증착되어 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제3공정을 나타낸 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상부 금속층(250)을 디파인(270)하고 제1질화막(260) 위에 USG막 (280)을 증착한다. 이 때에도 도 8에서 각각의 상부 금속층(250) 위에 증착된 제1질화막(260)에 대하여 본 공정을 진행한다.
도 10은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제4공정을 나타낸 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 2개의 USG막(280) 사이에 제1CFA(Color Filter Array, 290)를 증착하고 노광한다. 제1CFA(290)는 도 9에서 증착된 USG막(280) 중에서 2개의 USG막(280) 사이에만 형성한다.
도 11은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제5공정을 나타낸 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제1CFA(290)가 증착되지 않은 2개의 USG막(280) 사이에 제2CFA(300)를 증착하고 노광한다. 마찬가지로, 제3CFA를 증착한다면 제3CFA도 제1CFA(290)와 제2CFA(300)가 증착되지 않은 2개의 USG막(280) 사이에 제3CFA를 증착하고 노광한다.
도 12는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제6공정을 나타낸 것이다. 도 12에 도시된 바와 같이, CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 통하여 제1질화막(260) 위에 증착된 USG막(280)과 제1질화막(260)보다 위 부분의 제1CFA(290), 제2CFA(300) 및 제3CFA를 제거함으로써 상부 금속층(250) 위의 제1질화막(260)이 노출된다.
도 13은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제7공정을 나타낸 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, CMP 후에 제2질화막(310)을 증착한다.
도 14는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제8공정을 나타낸 것이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 제2질화막(310) 위에 희생 마이크로 렌즈막(320)을 형성한다.
도 15는 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제9공정을 나타낸 것이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 제2질화막(310) 위에 증착된 희생 마이크로 렌즈막(320)으로부터 제1질화막(260) 위 부분의 희생 마이크로 렌즈막(320)을 제거한다.
도 16은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 제10공정을 나타낸 것이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 제1질화막(260) 위 부분에 남은 희생 마이크로 렌즈막(320)으로부터 희생 마이크로 렌즈(330)를 형성한다.
도 17은 본 발명의 CMOS 이미지 센서 및 제11공정을 나타낸 것이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 전면식각으로 제2질화막(310)을 희생 마이크로 렌즈(330)와 동일한 형태로 형성하고 제1질화막(260)의 일부분을 노출시켜 화소 어레이 전체를 질화막으로 감싼다. 전면식각시에는 희생 마이크로 렌즈(330)와 제2질화막(310)의 식각비율은 1:1로 한다.
상기 공정을 통하여 제조된 본 발명의 보호막을 이용한 CMOS 이미지 센서는 다음을 포함하여 구성된다.
절연층 위 부분에 부분적으로 상부 금속층(250)이 증착되어 있고, 상기 증착된 상부 금속층(250) 위에 제1질화막(260)이 증착되어 있다. 그리고 상기 제1질화막(260) 위에 증착되고, CFA(Color Filter Array) 증착 및 노광 후 CMP되는 USG막(280)이 있다. 또한, 상기 USG막(280) 위에 증착 및 노광되며 CMP되는 CFA가 있고, 상기 제1질화막(260)과 CFA 위에 증착되고 희생 마이크로 렌즈(310)가 형성된 후 전면식각되는 제2질화막(310)이 있다. 마지막으로, 상기 제2질화막(310) 위에 형성되고, 전면식각되는 희생 마이크로 렌즈(330)가 있다.
이상에서 설명한 내용을 통해 본 업에 종사하는 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용만으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 보호막을 이용한 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 및 그 제조방법은 보호막용 질화막을 마이크로 렌즈로 형성하여 단차(topology)를 감소시킨 CMOS 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Claims (5)
- 절연층 상에 소정 패턴으로 형성된 상부 금속층;상기 소정 패턴의 상부 금속층 상에 형성된 제1질화막;상기 금속층 및 제1질화막이 형성되지 않은 상기 절연층 상의 영역에 형성된 CFA(Color Filter Array);상기 제1질화막과 CFA 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지고,상기 마이크로 렌즈는 보호막용 질화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
- 절연층 위 부분에 상부 금속층을 부분적으로 증착하는 제1공정;상기 증착된 상부 금속층 위에 제1질화막을 증착하는 제2공정;상기 상부 금속층을 디파인(define)하고 제1질화막 위에 USG막을 증착하는 제3공정;상기 디파인되고 증착된 2개의 USG막 사이에 CFA를 증착하고 노광하는 제4공정;CMP를 통하여 상기 USG막과 제1질화막 위 부분의 CFA를 제거하는 제5공정;상기 CMP 후에 제2질화막을 증착하는 제6공정;상기 제2질화막 위에 희생 마이크로 렌즈를 형성하는 제7공정; 및전면식각하여 상기 제2질화막을 희생 마이크로 렌즈와 동일한 형태로 형성하고 제1질화막의 일부분을 노출시키는 제8공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호막을 이용한 CMOS 이미지 센서 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 제4공정은상기 2개의 USG막 사이에 제1CFA를 증착하고 노광하는 제1단계;상기 제1CFA가 증착되지 않은 2개의 USG막 사이에 제2CFA를 증착하고 노광하는 제2단계; 및상기 제1CFA와 제2CFA가 증착되지 않은 2개의 USG막 사이에 제3CFA를 증착하고 노광하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호막을 이용한 CMOS 이미지 센서 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 제7공정은상기 제2질화막 위에 희생 마이크로 렌즈막을 형성하는 제1단계;상기 제2질화막 위에 증착된 희생 마이크로 렌즈막으로부터 제1질화막 위 부분의 희생 마이크로 렌즈막을 제거하는 제2단계; 및상기 제1질화막 위 부분에 남은 희생 마이크로 렌즈막으로부터 희생 마이크 로 렌즈를 형성하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호막을 이용한 CMOS 이미지 센서 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 제8공정에서 전면식각시에는 희생 마이크로 렌즈와 제2질화막의 식각비율을 1:1로 하는 것을 특징으로 하는 보호막을 이용한 CMOS 이미지 센서 제조방법.
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