KR100658924B1 - Image sensor using copper for metal line - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리를 메탈라인으로 이용할 경우 사용되는 절연성 배리어막으로 인한 빛의 반사 성분을 감소시켜 광 효율을 증가시킬 수 있는 이미지센서를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 포토다이오드를 포함하는 수광영역과 상기 수광영역과 오버랩되는 상부에서 빛을 집속하기 위한 마이크로렌즈 및 상기 마이크로렌즈와 상기 수광영역 사이에 배치된 구리를 이용한 다층 구조의 메탈라인을 포함하며, 상기 다층 구조의 메탈라인은 산화막에 둘러 쌓여 있으며, 타층에 위치하는 산화막과 메탈라인 사이의 상호 확산을 방지하기 위해 상기 메탈라인과의 사이에 게재된 절연성 배리어막을 더 포함하며, 상기 절연성 배리어막은 상기 수광영역과 상기 마이크로렌즈가 오버랩되는 부분에서는 제거된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.The present invention is to provide an image sensor that can increase the light efficiency by reducing the reflection component of the light due to the insulating barrier film used when copper is used as a metal line, to which the present invention comprises a photodiode And a microlens for focusing light at an upper portion overlapping the light receiving region and the light receiving region, and a metal line of a multilayer structure using copper disposed between the microlens and the light receiving region, wherein the metal line of the multilayer structure is an oxide film. And an insulating barrier film interposed between the metal film and the metal line to prevent mutual diffusion between the oxide film and the metal line positioned in another layer, wherein the insulating barrier film overlaps the light receiving region and the microlens. The image sensor is characterized in that the removed part .
또한, 본 발명은, 포토다이오드를 포함하는 수광영역과 상기 수광영역과 오버랩되는 상부에서 빛을 집속하기 위한 마이크로렌즈 및 상기 마이크로렌즈와 상기 수광영역 사이에 배치된 구리를 이용한 다층 구조의 메탈라인을 포함하며, 상기 다층 구조의 메탈라인은 산화막에 둘러 쌓여 있으며, 타층에 위치하는 산화막과 메탈라인 사이의 상호 확산을 방지하기 위해 상기 메탈라인과의 사이에 게재된 전도성 제1배리어막을 더 포함하며, 상기 전도성 제1배리어막은 상기 수광영역과 상기 마이크로렌즈가 오버랩되는 부분에서는 제거된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.The present invention also provides a metal line having a multilayer structure using a light receiving area including a photodiode and a microlens for focusing light at an upper portion overlapping the light receiving area, and copper disposed between the microlens and the light receiving area. The metal line of the multilayer structure is surrounded by an oxide film, and further comprises a conductive first barrier film disposed between the metal line and the metal line to prevent mutual diffusion between the oxide film and the metal line located in another layer, The conductive first barrier film provides an image sensor, wherein the light receiving area and the microlens are overlapped with each other.
구리, 메탈라인, 이미지센서, 절연성 배리어막, 전도성 배리어막, 굴절율, 이미지센서.Copper, metal line, image sensor, insulating barrier film, conductive barrier film, refractive index, image sensor.
Description
도 1은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing an image sensor according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따라 Cu를 이용한 이미지센서의 메탈라인 구조를 도시한 도면.2 is a view showing a metal line structure of an image sensor using Cu according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도.4 is a sectional view showing an image sensor according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
300, 309 : 메탈라인 301, 306, 308 : 전도성 배리어막300, 309:
302, 304 : 절연성 배리어막 303, 305 : 산화막 302, 304:
307 : 비아 PD : 포토다이오드307: Via PD: Photodiode
ML : 마이크로렌즈ML: Micro Lens
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 구리배선을 갖는 CMOS 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly to a CMOS image sensor having a copper wiring.
이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이 중에서 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서, 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.The image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Among them, a charge coupled device (CCD) is a device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while individual MOS capacitors are located in close proximity to each other.
반면, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 화소의 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.On the other hand, CMOS (Complementary MOS) image sensors use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits to make MOS transistors as many as the number of pixels, and to use them. It is an element employing a switching method that detects the output of a pixel in turn.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있으며, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직 회로 부분으로 구성되어 있으며, 이미지센서의 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 포토다이오드 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 포토다이오드로 모아주는 집광기 술이 등장하였는데, 이러한 기술이 마이크로 렌즈 형성 기술이다.In manufacturing such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, and one of them is a light collecting technology. For example, the CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit that processes and converts the detected light into an electrical signal.In order to increase the light sensitivity of the image sensor, the area of the photodiode in the overall image sensor area is increased. Efforts have been made to increase the ratio (commonly referred to as "fill factor"), but there is a limit to such efforts under a limited area since the logic circuit part cannot be removed essentially. Therefore, in order to increase the light sensitivity, other than photodiode A condensing technique that changes the path of light incident to the region of light and collects it into a photodiode has emerged. This technique is a microlens forming technique.
도 1은 종래기술에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an image sensor according to the prior art.
도 1을 참조하면, 포토다이오드(11, PD)가 형성된 기판(10) 상부에 단위 화소(Pixel)를 이루는 청색(Blue), 적색(Red), 녹색(Green) 등의 칼라필터 어레이(CFA; Color Filter Array, 14)가 배치되어 있으며, 그 상부에 오버코팅 레이어(OCL; Over-Coating Layer, 15)가 형성되어 있고, 칼라필터 어레이(14)와 오버랩되는 영역의 상부에 볼록 형상의 마이크로렌즈(Microlens, 16)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, color filter arrays CFA such as blue, red, and green, which form unit pixels on the
절연막(12) 사이에는 복수의 메탈라인(13)이 형성되어 있으며, 메탈라인(13)은 광차단막의 역할을 하도록 포토다이오드(11)와 오버랩되지 않는 영역에 배치된다.A plurality of
또한, 포토다이오드(11)에 인접한 기판(10) 상에는 복수의 트랜지스터(18)가 형성되어 있는 바, 이는 4Tr 구조의 단위 화소의 경우 트랜스퍼 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터를 포함한다.In addition, a plurality of
마이크로렌즈(16) 상에는 스크래치(Scratch) 등으로부터 마이크로렌즈(16)를 보호하기 위해 보호막(17)이 형성되어 있다.A
도 1에 도시된 CMOS 이미지센서의 단위화소는 전술한 바와 같이 다양한 용도의 트랜지스터(18)와 1개의 포토다이오드(11)로 이루어져 있다. 1차적으로 빛이 포토다이오드(11)에 투과되어 2차로 포토다이오드(11)에 형성된 정공(Hole)을 여기시켜 전기적인 신호로 변화되며, 3차로 이러한 신호를 이미지로 전달시키는 과정을 거치다.The unit pixel of the CMOS image sensor illustrated in FIG. 1 includes a
이러한 3가지의 과정 중에서 1차로 입사된 빛이 포토다이오드(11) 까지 100% 도달하는 것이 가장 이상적이다. 고화질이 요구됨에 따라 단위 화소의 사이즈는 점점 줄어들어 단위 화소당 포토다이오드(11)가 차지하는 면적 비율이 30% 이하로 줄어들게 된다. 즉, 실제 들어오는 및의 30% 이하의 빛 만이 포토다이오드(11)로 들어오기 때문에 각 단위 화소 위에 마이크로렌즈(16)를 배치시킴으로써 90% 이상의 빛을 포토다이오드로 집속시키는 방법을 이용하고 있다.Of these three processes, it is most ideal that the first incident light reaches 100% to the photodiode 11. As the image quality is required, the size of the unit pixel is gradually reduced, so that the area ratio occupied by the photodiode 11 per unit pixel is reduced to 30% or less. That is, since only 30% or less of light actually entering the photodiode 11 is used, a method of focusing 90% or more of light onto the photodiode by disposing the
한편, 포토다이오드(11)와 트랜지스터(18) 위에는 여러 층의 메탈라인(13)이 형성되어 있으므로 마이크로렌즈(16)를 통해 들어오는 빛으 여러 층으로 이루어진 절연막(12)을 통과하여 포토다이오드(11)로 들어오게 된다. 이 대, 상부의 메탈라인(13)은 테크놀러지 노드(Technology node)에 따라 다르겠지만, 3층 이상으로 형성되기 때문에 빛이 입사되는 마이크로렌즈(16)로부터 포토다이오드(11) 까지의 거리가 증가함으로 인해 도 1에서 점선으로 표시된 것과 같이 초점이 흐트러지게 되어 빛의 손실이 발생한다.On the other hand, since the
이러한 손실을 막는 방법으로 기존의 메탈라인(13)으로 사용되던 Al 대신 Cu를 사용하게 된다.As a method of preventing such a loss, Cu is used instead of Al, which is used as a
Cu를 메탈라인으로 사용하면 메탈라인의 저항을 줄일 수 있기 때문에 메탈라인의 두께를 낮추게 되며, 이로 인해 절연막(12)의 두께를 낮춘다. 또한, 마이크로렌즈(16)로부터 포토다이오드(11) 까지의 거리가 줄어 들게 되어 입사된 빛의 효율을 향상시킬 수 있다.When Cu is used as the metal line, the thickness of the metal line can be reduced because the resistance of the metal line can be reduced, thereby lowering the thickness of the
도 2는 종래기술에 따라 Cu를 이용한 이미지센서의 메탈라인 구조를 도시한 도면이다.2 is a view showing a metal line structure of an image sensor using Cu according to the prior art.
도 2를 참조하면, M1과 M2의 메탈라인(200, 209)이 비아(207)를 통해 콘택되어 있다. 각 메탈라인(200, 209)은 층간을 분리하는 산화막 계열의 절연막(203, 205)에 분리되어 있으며, 메탈라인(200, 209)과 비아(207)는 Cu를 이용하여 형성되어 있다. Cu의 경우 주지된 바와 같이 낮은 저항과 우수한 전자이동(Electromigration) 저항 특성을 가지고 있기 때문에 고밀도의 전류를 감당할 수 있는 장점이 있으나, 산화막 계열과 접촉될 경우 상호 확산에 의해 산화되는 특징이 있으므로 메탈라인(200, 209)과 비아(207)는 그 주변에 전도성 배리어막(201, 206, 208)을 갖는다. 이러한 전도성 배리어막(201, 206, 208)은 동일층 간에 존재하는 산화막과의 분리를 위한 것인 반면, 비아(207)와 메탈라인(200, 209) 간의 서로 다른 폭으로 인해 메탈라인(200)과 절연막(203) 간 또는 메탈라인(209)과 절연막(203) 간의 접촉을 방지하기 의해 절연성 배리어막(202, 204)이 이용된다. 이러한 절연성 배리어막(202, 204)으로는 SiN과 SiC가 사용된다.Referring to FIG. 2,
한편, 이러한 절연성 배리어막은 절연막(203, 205) 사이에 전면을 따라 형성되어 있으며, 산화막 계열의 절연막(203, 205)이 갖는 굴절율(n=1.5) 보다 큰 굴절율(n>2)을 갖는다.On the other hand, the insulating barrier film is formed along the entire surface between the
빛이 서로 다른 굴절율을 갖는 물질을 통과할 경우 일부 반사가 일어나며, 굴절율 차이가 클수록 반사되는 양은 더욱 커진다.Some reflection occurs when light passes through materials with different refractive indices, and the larger the difference in refractive index, the greater the amount of reflection.
SiN의 경우 약 2.1의 굴절율을 가지며, SiC의 경우 약 2.4의 굴절율을 가지므로 약 1.5의 굴절율을 갖는 산화막 계열을 사용하는 절연막(203, 205) 사이 사이 에 이러한 굴절율을 절연성 배리어막(204)이 존재할 경우 메탈라인 수에 비례하여 반사로 인해 손실되는 빛의 양은 더욱 증가하게 된다.Since SiN has a refractive index of about 2.1 and SiC has a refractive index of about 2.4, the
한편, 두개의 서로 다른 굴절율을 갖는 물질을 통과할 때 발생하는 반사율(Reflectance)은 (ni-ni+1)/(ni+ni+1)을 이용하여 계산된다. Meanwhile, the reflectance generated when passing through two different refractive index materials is calculated using (n i -n i + 1 ) / (n i + n i + 1 ).
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 구리를 메탈라인으로 이용할 경우 사용되는 절연성 배리어막으로 인한 빛의 반사 성분을 감소시켜 광 효율을 증가시킬 수 있는 이미지센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides an image sensor that can increase the light efficiency by reducing the reflection component of the light due to the insulating barrier film used when copper is used as the metal line. For that purpose.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 포토다이오드를 포함하는 수광영역과 상기 수광영역과 오버랩되는 상부에서 빛을 집속하기 위한 마이크로렌즈 및 상기 마이크로렌즈와 상기 수광영역 사이에 배치된 다층의 메탈라인을 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 다층의 메탈라인 각각은 산화막 내에 다마신 구조로 형성되며 상부 및 하부의 타층에 위치하는 산화막들과 사이에 개재되어 상호 확산을 방지하는 절연성 배리어막을 더 포함하되, 상기 절연성 배리어막은 상기 수광영역과 상기 마이크로렌즈가 오버랩되는 부분에서는 제거된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a light-receiving area including a photodiode and a microlens for focusing light at an upper portion overlapping the light-receiving area, and a multilayer metal line disposed between the microlens and the light-receiving area. In the image sensor comprising a, each of the multi-layered metal line is formed of a damascene structure in the oxide film and further includes an insulating barrier film interposed between the oxide film located in the other layers of the upper and lower, to prevent mutual diffusion, The insulating barrier layer provides an image sensor, wherein a portion of the insulating barrier layer overlaps the light receiving region and the microlens is removed.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 포토다이오드를 포함하는 수광영역과 상기 수광영역과 오버랩되는 상부에서 빛을 집속하기 위한 마이크로렌즈 및 상기 마이크로렌즈와 상기 수광영역 사이에 배치된 다층의 메탈라인을 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 다층의 메탈라인 각각은 산화막 내에 다마신 구조로 형성되며 상부 및 하부의 타층에 위치하는 산화막들과 사이에 개재되어 상호 확산을 방지하는 전도성 제1배리어막을 더 포함하되, 상기 전도성 제1배리어막은 상기 수광영역과 상기 마이크로렌즈가 오버랩되는 부분에서는 제거된 것을 특징으로 하는 이미지센서를 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides a microlens for focusing light in a light receiving area including a photodiode and an upper portion overlapping with the light receiving area, and a multi-layer disposed between the microlens and the light receiving area. In the image sensor including a metal line, each of the multi-layered metal line is formed of a damascene structure in the oxide film and interposed between the oxide film located in the other layer of the upper and lower, the conductive first barrier film to prevent mutual diffusion In addition, the conductive first barrier film provides an image sensor, characterized in that removed in the portion where the light receiving region and the microlens overlap.
Cu를 사용하여 메탈라인 및 절연막의 두께를 낮출 수 있지만 SiN 또는 SiC와 같은 절연성 배리어막 사용한다면 이로 인한 빛의 손실로 인하여 이미지센서에 Cu 메탈라인을 사용하는 장점이 없어지게 된다.The thickness of the metal line and the insulating layer can be reduced by using Cu, but if an insulating barrier layer such as SiN or SiC is used, the advantage of using Cu metal line in the image sensor is lost due to the loss of light.
따라서, 본 발명은 비아와 메탈라인 간의 서로 다른 폭으로 인해 Cu와 산화막이 서로 접촉되는 부분등에만 선택적으로 절연성 배리어막을 남기고 포토다이오그 위치하는 수광영역 상부에서는 절연성 배리어막을 제거함으로써, 절연성 배리어막과 산화막 간의 굴절율 차이로 인한 빛의 반사와 이로 인한 광 효율 감소를 억제한다.Accordingly, the present invention selectively leaves an insulating barrier film only in a portion where the Cu and the oxide film are in contact with each other due to the different widths of the vias and the metal lines, and removes the insulating barrier film over the light receiving region where the photodiode is located. It suppresses the reflection of light due to the difference in refractive index between the oxide films and the decrease in light efficiency.
또한, 배리어막 자체를 전도성으로 사용하여 메탈라인 간의 접착력을 증대시킬 수 있는 바, 전도성 배리어막은 무전해 도금법 등으로 간단히 원하는 부위에는 선택적으로 형성할 수 있는 장점이 있다.In addition, the barrier film itself may be used as a conductive material to increase adhesion between metal lines. The conductive barrier film may be selectively formed at a desired portion simply by an electroless plating method.
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 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서는, 포토다이오드(PD)를 포함하는 수광영역과, 수광영역과 오버랩되는 상부에서 빛을 집속하기 위한 마이크로렌즈(ML)와, 마이크로렌즈(ML)와 수광영역 사이에 배치된 구리를 이용한 다층 구조의 메탈라인(300, 309)을 포함하며, 다층 구조의 메탈라인(300, 309)은 산화막(303, 305)에 둘러 쌓여 있다. 메탈라인(300)과 산화막(303) 같이 서로 타층에 위치하는 산화막(303, 305)과 메탈라인(300, 309) 사이의 상호 확산을 방지하기 위해 메탈라인(300, 309)과의 사이에 절연성 배리어막(302, 304)이 게재되어 있으며, 절연성 배리어막(302, 304)은 수광영역과 마이크로렌즈(ML)가 오버랩되는 부분에서는 제거되어 있다.Referring to FIG. 3, an image sensor according to an embodiment of the present invention may include a light receiving area including a photodiode PD, a microlens ML for focusing light at an upper portion overlapping the light receiving area, and a micro The
따라서, 빛이 입사하는 수광영역 상부에서는 굴절율이 1.5로 동일한 산화막막(303, 305)으로만 이루어진다. 이렇듯, 산화막(303, 305) 사이에 굴절율이 다른 절연성 배리어막(302, 304)이 존재하지 않으므로 반사에 의한 빛의 손실을 방지할 수 있다.Therefore, only the
여기서, 다층 구조를 이루는 메탈라인(300, 309)은 Cu로 채워진 비아(307)를 통해 서로 콘택되어 있으며, 비아(307)와 메탈라인(300, 309) 사이에서 둘 사이의 폭 차이에 해당하는 부분에서만 절연성 배리어막(302, 304)이 게재되어 있다.Here, the
절연성 배리어막(302, 304)은 SiC 또는 SiN으로 이루어진다. 또한, 다층 구조의 메탈라인(300, 309)은 동일층의 산화막(303, 305)과의 산호 확산을 방지하기 위해 메탈라인(300, 309) 및 비아(307)와 산화막(303, 305) 사이에 전도성 배리어막(301, 306, 308)이 게재되어 있다.The insulating
도 3에 도시된 본 발명의 이미지센서에서 각 메탈라인(300, 309)은 주지된 바와 같은 싱글 또는 듀얼 구조의 다마신(Single, Dual Damascene) 공정을 통해 형성된다.In the image sensor of the present invention illustrated in FIG. 3, the
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 이미지센서는, 포토다이오드(PD)를 포함하는 수광영역과, 수광영역과 오버랩되는 상부에서 빛을 집속하기 위한 마이크로렌즈(ML)와, 마이크로렌즈(ML)와 수광영역 사이에 배치된 구리를 이용한 다층 구조의 메탈라인(400, 409)을 포함하며, 다층 구조의 메탈라인(400, 409)은 산화막(403, 405)에 둘러 쌓여 있다. Referring to FIG. 4, an image sensor of the present invention includes a light receiving area including a photodiode PD, a microlens ML for focusing light at an upper portion overlapping the light receiving area, a microlens ML, The
메탈라인(400)과 산화막(403) 같이 서로 타층에 위치하는 산화막(403, 405)과 메탈라인(400, 409) 사이의 상호 확산을 방지하기 위해 메탈라인(400, 409)과의 사이에 전도성 제1배리어막(402, 404)이 게재되어 있으며, 전도성 제1배리어막(402, 404)은 수광영역과 마이크로렌즈(ML)가 오버랩되는 부분에서는 제거되어 있다.Conductive between the
따라서, 빛이 입사하는 수광영역 상부에서는 굴절율이 1.5로 동일한 산화막막(403, 405)으로만 이루어진다. 이렇듯, 산화막(403, 405) 사이에 굴절율이 다른 종래의 절연성 배리어막이 존재하지 않으므로 반사에 의한 빛의 손실을 방지할 수 있다.Therefore, only the
여기서, 다층 구조를 이루는 메탈라인(400, 409)은 Cu로 채워진 비아(407)를 통해 서로 콘택되어 있으며, 비아(407)와 메탈라인(400, 409) 사이에서 둘 사이의 폭 차이에 해당하는 부분 및/또는 비아(407)와 메탈라인(400, 409) 사이의 접속되는 부분까지 확장되어 전도성 제1배리어막(402, 404)이 게재되어 있다.Here, the
전도성 배리어막(402, 404)은 SiC 또는 SiN로 이루어진 절연성 배리어막에 비해 메탈라인(400, 409) 간 및 메탈라인(400, 409)과 다층 간의 접착 특성을 증대시키는 부수적인 효과도 거둘 수 있다.The
다층 구조의 메탈라인(400, 409)은 동일층의 산화막(403, 405)과의 산호 확산을 방지하기 위해 메탈라인(400, 409) 및 비아(407)와 산화막(403, 405) 사이에 전도성 제2배리어막(401, 406, 408)이 게재되어 있다.The
도 4에 도시된 본 발명의 이미지센서에서 각 메탈라인(400, 409)은 주지된 바와 같은 싱글 또는 듀얼 구조의 다마신 공정을 통해 형성된다.In the image sensor of the present invention shown in Figure 4, each metal line (400, 409) is formed through a single or dual structure damascene process as is well known.
여기서, 전도성 제1배리어막(402, 404)은 NiMoP, CoMoP, CoWP, Ta, TaN, TaC, WN, TiN, TiW, TiSiN, WBN 및 WC로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다.Here, the conductive
여기서, 전도성 제1배리어막(402, 404)은 10Å ∼ 500Å의 두께로 제한되는 것이 바람직하다.Here, the conductive
Ta, TaN, TaC, WN, TiN, TiW, TiSiN, WBN, WC 등을 이용하여 전도성 제1배리어막(402, 404)을 형성할 경우에는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 CVD라 함) 방식, 물리기상증착(Physical Vapor Deposition; 이하 PVD라 함) 또는 원자층증착(Atomic Layer Deposition; 이하 ALD라 함) 방식을 이용한다.When the conductive
전도성 제1배리어막(402, 404)을 NiMoP, CoMoP, CoWP 등으로 사용할 경우는 이들이 Cu에 선택적으로 도금되는 특성을 이용하는 바, 무전해도금 방식을 이용하여 형성한다.In the case where the conductive
이 때, Co(Mo,P)에서 Mo와 P의 농도는 각각 0.1 ∼ 5%로 제한하며, Co(W,P)에서 W와 P의 농도는 각각 0.1 ∼ 5%로 제한하며. Ni(Mo,P)에서 Mo와 P의 농도는 각각 0.1 ∼ 5%로 제한하는 것이 바람직하다.At this time, the concentration of Mo and P in Co (Mo, P) is limited to 0.1 to 5%, respectively, and the concentration of W and P in Co (W, P) is limited to 0.1 to 5%, respectively. The concentration of Mo and P in Ni (Mo, P) is preferably limited to 0.1 to 5%, respectively.
Cu의 증착은 PVD 또는 CVD 방식으로 50Å ∼ 1500Å 저도의 두께로 씨드레이어(Seed layer)를 형성한 후, 시드 레이어 상에 무전해도금 방식, 전해도금 방식, PVD 또는 CVD 방식 등을 이용하며, 이러한 방식을 통해 다마신 구조를 매립한 후, 열처리 공정을 거친 다음, CMP 공정을 통해 평탄화 시켜 메탈라인(400, 409)을 형성한다.Cu is deposited by using a PVD or CVD method to form a seed layer having a low thickness of 50 to 1500 mW, and then using an electroless plating method, an electroplating method, a PVD or CVD method on the seed layer, and the like. After filling the damascene structure through the method, the heat treatment process, and then planarized through the CMP process to form the metal lines (400, 409).
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 이미지센서의 메탈라인을 구리를 이용하여 구현함으로써, 메탈라인 및 절연막의 두께를 낮출 수 있어 광 효율을 증가시킴과 동시에, 구리와 산화막 간의 상호 확산 방지를 위해 사용하던 절연성 배 리어막을 수광영역 상부에서 제거하여 수광영역에는 굴절율이 실질적으로 동일한 산화막만 존재하도록 함으로써, 절연성 배리어막과 산화막 간의 굴절율 차이로 인한 빛의 반사를 줄여 광효율을 증대시킬 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.The present invention made as described above, by implementing the metal line of the image sensor using copper, it is possible to lower the thickness of the metal line and the insulating film to increase the light efficiency and at the same time used to prevent the interdiffusion between copper and oxide film. By removing the insulating barrier film from the upper part of the light receiving area, only an oxide film having substantially the same refractive index exists in the light receiving area, thereby reducing light reflection due to the difference in refractive index between the insulating barrier film and the oxide film. I found out.
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 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같은 본 발명은, 메탈라인을 구리를 이용하여 구현하면서도 굴절율 차이로 인한 반사를 줄여 광효율을 증대시킬 수 있어, 이미지센서의 성능을 향상시키는 효과가 있다.The present invention as described above, while implementing the metal line using copper can increase the light efficiency by reducing the reflection due to the difference in refractive index, there is an effect of improving the performance of the image sensor.
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