KR100644524B1 - 이미지 센서 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SOG층 이용하지 않고 평탄화를 이룰 수 있어 결함 발생을 방지할 수 있는 이미지 센서 제조 방법에 관한 것으로, 소정의 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판 상부에 연결배선 패턴을 형성하는 단계; 상기 연결배선 패턴 형성이 완료된 전체 구조 상에 소수성 물질로 이루어지는 제1 평탄화층을 도포하는 단계; 상기 연결배선 패턴 상부가 노출될 때까지 상기 제1 평탄화층을 에치백하여 평탄화시키는 단계; 상기 평탄화층 및 상기 연결배선 패턴 상에 적어도 1색의 칼라필터 패턴을 형성하는 단계; 상기 칼라필터 패턴을 덮는 제2 평탄화층을 도포하는 단계; 및 상기 제2 평탄화층 상에 집광수단을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.

이미지 센서, 칼라필터, 평탄화, 결함, SOG, 친수성, 폴리이미드, OCM

Description

이미지 센서 제조 방법{Method for forming image sensor}

도 1은 종래 기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 단위화소 구조를 개략적으로 보이는 회로도,

도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 이미지 센서 제조 공정 단면도,

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 제조 공정 단면도,

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 제조 공정 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*

32, 42: 금속배선 33, 43: IMO

R, G, B: 칼라필터 33: 평탄화층

34, 43: OCM층 35, 44: 마이크로 렌즈

본 발명은 이미지 센서 제조 분야에 관한 것으로, 특히 칼라필터 형성 이전에 친수성 물질인 SOG를 이용한 평탄화 공정을 생략할 수 있는 이미지 센서 제조 방법에 관한 것이다.

이미지 센서(image sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기신호로 변환하는 장치이다. 이미지 센서의 종류는 크게 나누어 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류된다. 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사한 계측, 제어, 인식 등에서 널리 상용되며 응용 기술이 발전되었다. 시판되는 고체 이미지 센서는 MOS(metal-oxide-semiconductor)형과 CCD(charge coupled device)형의 2종류가 있다.

CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적신호로 변환시키는 소자로서, 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.

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 확산영역(FD)으로 전송하는 신호를 전달하고, 리셋 트랜지스터(Rx)는 플로팅 확산영역(FD)을 공급전압(V_DD) 레벨로 리셋시키는 신호를 전달하고, 드라이브 트랜지스터(Dx)는 소스팔로워(Source Follower)로서 역할하며, 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 픽셀 데이터 인에이블(pixel data enable) 신호를 인가받아 픽셀 데이터 신호를 출력으로 전송하는 역할을 한다.

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 전하축적(carrier charging)이 발생하고, 플로팅 확산영역은 공급전압( VDD)까지 전하축전된다. 그리고 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 오프시키고 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 온시킨 다음 리셋트랜지스터(Rx)를 오프시킨다. 이와 같은 동작 상태에서 단위화소 출력단(SO)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.

도 2a 내지 도 2c를 참조하여 종래 이미지 센서 제조 공정의 문제점을 설명한다.

도 2a는 포토다이오드 등을 포함한 소정의 하부구조(21) 형성이 완료된 반도체 기판(20) 상에 금속배선(22)을 형성하고, 제1 IMO(inter metal oxide, 23)를 증착하고, 제1 IMO(23) 상에 SOG(spin on glass, 24)를 코팅(coating)하고 큐어링(curing)한 상태를 보이고 있다.

도 2b는 금속배선(22) 상부를 덮고 있는 제1 IMO(22)가 노출될 때까지 SOG(24)를 에치백하여 평탄화시킨 다음, 제2 IMO(25)를 증착한 것을 도시하고 있다.

도 2c는 제2 IMO(25) 상에 블루 칼라필터(B), 레드 칼라필터(R) 및 그린 칼라필터(G) 각각을 칼라필터 어레이 마스크(color filter array mask)를 이용하여 형성하고, 칼라필터(R, G, B) 상에 OCM(over coating material, 26)층을 형성하고, 각각의 칼라필터와 중첩되는 마이크로 렌즈(microlens, 27)를 형성한 것을 도시하고 있다.

CMOS 이미지 센서 제조 공정은, 포토다이오드 등을 형성하는 기본 공정 후 칼라필터 어레이 형성 공정을 진행하고 광을 모으기 위해 마이크로 렌즈를 형성하는 과정으로 이루어지는데, 칼라필터 형성 이전에 평탄화 공정을 반드시 진행하여야 한다. 전술한 바와 같이 평탄화를 위해 가장 범용으로 사용되는 방법은 제1 IMO 증착, SOG 코팅, SOG 큐어링, SOG 에치백, 제2 IMO 증착을 포함하는 일련의 공정을 포함한다.

한편, 평탄화를 위해 사용되는 SOG는 친수성을 갖기 때문에 이후 순수(deionized water)를 이용한 세정 공정 등을 거치면서 수분을 흡수하는데, 이 러한 SOG는 상대적으로 단차가 낮은 하부층 즉, 금속배선 사이, 스크라이브 레인(scribe lane), 주변영역(peripheral area) 등에 잔류하게 되어 결함으로 작용하고, 그에 따라 제조 수율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, SOG층 이용하지 않고 평탄화를 이룰 수 있어 결함 발생을 방지할 수 있는 이미지 센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정의 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판 상부에 연결배선 패턴을 형성하는 단계; 상기 연결배선 패턴 형성이 완료된 전체 구조 상에 소수성 물질로 이루어지는 제1 평탄화층을 도포하는 단계; 상기 연결배선 패턴 상부가 노출될 때까지 상기 제1 평탄화층을 에치백하여 평탄화시키는 단계; 상기 평탄화층 및 상기 연결배선 패턴 상에 적어도 1색의 칼라필터 패턴을 형성하는 단계; 상기 칼라필터 패턴을 덮는 제2 평탄화층을 도포하는 단계; 및 상기 제2 평탄화층 상에 집광수단을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정의 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판 상부에 연결배선 패턴을 형성하는 단계; 상기 연결배선 패턴 형성이 완료된 전체 구조 상에 소수성 물질로 이루어지는 제1 평탄화층을 형성하는 단계; 상기 제1 평탄화층 상에 적어도 1색의 칼라필터 패턴을 형성하는 단계; 전체 구조 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 칼라필터 패턴을 덮는 제2 평탄화층을 도포하는 단계; 및 상기 제2 평탄화층 상에 집광수단을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.

이하, 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 설명한다.

먼저 도 3a에 도시한 바와 같이, 포토다이오드 등을 포함한 소정의 하부구조(31) 형성이 완료된 반도체 기판(30) 상에 금속배선(32)을 형성하고, 전체 구조 상에 평탄화층(33)을 형성한다. 상기 평탄화층(33)은 폴리이미드(polyimide) 또는 또 다른 OCM(over coating material) 등과 같은 소수성 물질로 형성한다.

다음으로 도 3b에 보이는 바와 같이, 금속배선(32) 상부 표면이 노출될 때까지 상기 평탄화층(33)을 에치백하여 평탄화시킨다.

이어서 도 3c에 도시한 바와 같이, 블루 칼라필터(B), 레드 칼라필터(R) 및 그린 칼라필터(G) 각각을 칼라필터 어레이 마스크(color filter array mask)를 이용하여 차례로 형성한다.

다음으로 도 3d에 보이는 바와 같이, 전체 구조 상에 OCM(34)을 도포하고 각각의 칼라필터(R, G, B)와 중첩되는 마이크로 렌즈(35)를 감광막으로 형성한다.

이하, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법을 설명한다.

먼저 도 4a에 도시한 바와 같이, 포토다이오드 등을 포함한 소정의 하부구조(41) 형성이 완료된 반도체 기판(40) 상에 금속배선(42)을 형성하고, 전체 구조 상에 평탄화층(43)을 형성한다. 상기 평탄화층(43)은 폴리이미드(polyimide) 또는 또 다른 OCM(over coating material) 등과 같은 소수성 물질로 형성한다.

다음으로 도 4b에 보이는 바와 같이, 상기 평탄화층(43) 상에 블루 칼라필터(B), 레드 칼라필터(R) 및 그린 칼라필터(G) 각각을 칼라필터 어레이 마스크(color filter array mask)를 이용하여 차례로 형성한다.

이어서 도 4c에 도시한 바와 같이, 전체 구조 상에 OCM(43)을 도포하고 각각의 칼라필터(R, G, B)와 중첩되는 마이크로 렌즈(44)를 감광막으로 형성한다.

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.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 친수성이 강한 SOG를 사용하지 않고, 또 칼라필터 어레이 형성 전에 평탄화 공정을 실시하지 않을 수 있어, 칼라필터 어레이 형성 공정, 마이크로 렌즈 형성 공정 및 조립 공정 중에 수반되는 순수를 이용 한 세정에 대한 안정성을 확보할 수 있으며, 결함의 감소로 인한 제조수율 향상 및 소자의 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (4)

1. 이미지 센서 제조 방법에 있어서,

   소정의 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판 상부에 연결배선 패턴을 형성하는 단계;

   상기 연결배선 패턴 형성이 완료된 전체 구조 상에 소수성 물질로 이루어지는 제1 평탄화층을 도포하는 단계;

   상기 연결배선 패턴 상부가 노출될 때까지 상기 제1 평탄화층을 에치백하여 평탄화시키는 단계;

   상기 평탄화층 및 상기 연결배선 패턴 상에 적어도 1색의 칼라필터 패턴을 형성하는 단계;

   상기 칼라필터 패턴을 덮는 제2 평탄화층을 도포하는 단계; 및

   상기 제2 평탄화층 상에 집광수단을 형성하는 단계

   를 포함하는 이미지 센서 제조 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 평탄화층을 폴리이미드로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 집광수단을 감광막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조 방법.

Images