KR100660318B1

KR100660318B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조방법

Info

Publication number: KR100660318B1
Application number: KR1020040117034A
Authority: KR
Inventors: 현우석
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-12-22
Also published as: KR20060079275A

Abstract

본 발명은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 질화막과 평탄화층의 두께를 감소시켜 포토다이오드의 특성을 향상시키기 위한 CMOS 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법은 기판 상에 형성된 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막상에 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막의 전면에 신터 공정을 통해 데미지 큐어링을 실시하는 단계; 상기 질화막의 전면에 화학 기계적 연마 공정을 통해 상기 질화막을 선택적으로 연마하여 상기 질화막의 두께를 줄이는 단계; 상기 두께가 줄어든 질화막 위에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 어레이 위에 평탄화층을 형성하는 단계; 상기 평탄화층의 전면에 화학 기계적 연마 공정을 통해 상기 평탄화층의 두께를 줄이는 단계; 그리고 상기 평탄화층위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

포토다이오드, 두께, CMOS 이미지 센서

Description

씨모스 이미지 센서의 제조방법{method for manufacturing of CMOS image sensor}

도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서를 나타내는 도면.

도 2는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제조공정을 단계적으로 나타내는 순서도.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조공정을 단계적으로 나타내는 순서도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 층간절연막 200 : 질화막

300 : 컬러필터 어레이 400 : 평탄화층

500 : 마이크로 렌즈

CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 광 감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직(logic)회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 광 감지부분의 면적이 차지하는 비율을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서는 이러한 노력에 있어 한계가 있다. 따라서, 광감도를 높여주기 위하여 광 감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꾸어 광 감지부분으로 모으는 집광기술이 등장하였다. 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성기술이다. 또한, 컬러 이미지를 구현하기 위한 이미지 센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광 감지부분 상부에 컬러필터가 배열되어 있다. 컬러필터 어레이(CFA, Color Filter Array)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3가지의 컬러로 이루어지거나, 옐로우(yellow), 마젠타(magenta) 및 시안(cyan) 의 3가지의 컬러로 이루어진다.

도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 CMOS 이미지 센서는 픽셀 영역과 트랜지스터 영역을 갖는 반도체 기판 상에 USG(Undoped Silicon Glass) 등으로 이루어진 층간 절연막(10)이 형성되어 있고, 상기 층간 절연막(10) 위에 질화막(20)이 증착되어 있다. 이때 상기 질화막(20)은 데미지 큐어링되어 원래의 증착두께보다 그 두께가 줄어든다.

그리고, 상기 데미지 큐어링에 의해 두께가 줄어든 질화막(20) 위의 픽셀 영역에 R,G,B의 컬러필터가 순차적으로 배열된 컬러필터 어레이(30)가 형성되어 있 다.

또한, 상기 컬러필터 어레이(30) 위에는 평탄화층(40)이 형성되어 있고, 평탄화층(40) 위에는 마이크로 렌즈(50)가 형성되어 있다.

도 2는 종래의 CMOS 이미지 센서의 제조공정을 흐름도로 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 CMOS 이미지 센서의 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 픽셀 영역과 트랜지스터 영역으로 정의된 반도체 기판의 전면에 USG막 등으로 이루어진 층간 절연막(10)을 형성하고, 상기 층간 절연막(10) 위에 SiN(실리콘 질화막, 20)을 2900~3100Å의 두께로 증착한다(S100).

이어, 상기 SiN(20)의 전면에 신터(sinter) 공정을 진행한다. 이때 상기 SiN(20)에 포함되어 있는 수소(H)가 아웃 디퓨젼(out diffusion)되어 반도체 기판 표면까지 확산되면서 댕글링 본드(dangling bond)와 결합됨으로써 데미지 큐어링(Damage Curing)된다.(S20).

여기서, 상기 SiN(200)의 증착 두께는 초기에 2900 ~ 3100Å으로 증착하였으나, 바람직하게는 3000Å으로 한다. 즉, 상기 신터 공정을 통해 상기 SiN(200)의 전체적인 두께는 줄어드게 된다.

그리고 상기 신터 공정이 진행된 SiN(20) 위에 컬러필터 어레이(30)를 형성한다(S30).

여기서, 상기 컬러필터 어레이(30)는 컬러 이미지를 구현하기 위하여 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광 감지부분 상부에 배열되어 있다.

또한, 상기 컬러필터 어레이(30)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3가지로 하거나, 옐로우(yellow), 마젠타(magenta) 및 시안(cyan)의 3가지로 할 수 있다.

다음, 상기 컬러필터 어레이(30)위에 평탄화층(40)을 형성한다.(S40)

마지막으로, 상기 평탄화층(40) 위에 마이크로 렌즈(50)를 형성함으로써(S500) CMOS 이미지 센서의 제조가 완료된다.

그러나, CMOS 이미지 센서의 특성상 마이크로 렌즈에서 포토다이오드 표면까지의 길이가 짧을수록 유리하지만 질화막을 3000Å로 증착 후, 신터를 진행하여 데미지 큐어링(Damage Curing)하는 종래의 방법은 포토다이오드의 특성에 영향을 미치는 빛의 투과율을 저하시키고, 초점길이가 길어지게 하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 질화막과 평탄화층의 두께를 감소시킴으로써 빛의 투과율을 향상시키고, 초첨길이를 줄여 포토다이오드의 특성을 향상시키기 위한 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서를 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 픽셀 영역과 트랜지스터 영역을 갖는 반도체 기판(101)상에 USG(Undoped Silicon Glass) 등으로 이루어진 층간 절연막(100)이 형성되어 있고, 상기 층간 절연막(100) 위에 질화막(200)이 증착되어 있다. 이때 상기 질화막(200)은 데미지 큐어링되어 원래의 증착두께보다 그 두께가 줄어든다.

그리고, 상기 데미지 큐어링에 의해 두께가 줄어든 질화막(200) 위의 픽셀 영역에 R,G,B의 컬러필터가 순차적으로 배열된 컬러필터 어레이(300)가 형성되어 있다.

또한, 상기 컬러필터 어레이(300) 위에는 평탄화층(400)이 형성되어 있고, 평탄화층(400) 위에는 마이크로 렌즈(500)가 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조공정을 흐름도로 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 픽셀 영역과 트랜지스터 영역으로 정의된 반도체 기판(101)의 전면에 USG막 등으로 이루어진 층간 절연막(100)을 형성하고, 상기 층간 절연막(100) 위에 SiN(실리콘 질화막, 200)을 2900~3100Å의 두께로 증착한다(S100).

이어, 상기 SiN(200)의 전면에 신터(sinter) 공정을 진행한다. 이때 상기 SiN(200)에 포함되어 있는 수소(H)가 아웃 디퓨젼(out diffusion)되어 반도체 기판(101) 표면까지 확산되면서 댕글링 본드(dangling bond)와 결합됨으로써 데미지 큐어링(Damage Curing)된다.(S200).

다음, 상기 신터 공정이 진행된 SiN(200)의 전면에 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 상기 SiN(200)을 표면으로부터 소정두께만큼 선택적으로 연마하여 상기 신터 공정이 진행된 SiN(200)의 두께보다 더 두께를 줄인다(S300).

그리고 상기 평탄화 공정이 진행된 SiN(200) 위에 컬러필터 어레이(300)를 형성한다(S400).

여기서, 상기 컬러필터 어레이(300)는 컬러 이미지를 구현하기 위하여 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광 감지부분 상부에 배열되어 있다.

또한, 상기 컬러필터 어레이(300)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3가지로 하거나, 옐로우(yellow), 마젠타(magenta) 및 시안(cyan)의 3가지로 할 수 있다.

다음, 상기 컬러필터 어레이(300)위에 평탄화층(400)을 형성하고(S500), 상기 평탄화층(400)의 전면에 CMP 등의 평탄화 공정을 진행하여 상기 평탄화층(400)의 두께를 줄인다(S600).

그리고 상기 두께가 줄어든 평탄화층(400) 위에 마이크로 렌즈(500)를 형성함으로써(S700) 마이크로 렌즈(500)에서 포토다이오드의 표면까지의 길이를 줄일 수 있다.

도 2와 도 4를 비교해 보면, 종래의 데미지 큐어링(Damage Curing)하는 공정(S20)과 컬러필터 어레이를 형성하는 공정(S30) 사이에 본 발명의 질화막의 두께를 줄이는 공정(S300)이 추가되었고, 종래의 평탄화층을 형성하는 공정(S40)과 마이크로 렌즈를 형성하는 공정(S50) 사이에 본 발명의 평탄화층의 두께를 줄이는 공정(S600)이 추가되었다. 즉, 본 발명에서는 상기와 같은 2번의 두께를 줄이는 공정을 추가하였다.

따라서, 본 발명은 종래의 데미지 큐어링(Damage Curing) 문제를 해결함과 동시에 SiN 두께의 감소에 따른 빛의 투과율 향상 및 초점길이를 줄임으로써, 포토 다이오드의 특성을 향상시킬 수 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 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 제조방법은 질화막과 평탄화층의 두께를 감소시킴으로써 빛의 투과율을 향상시키고, 초첨길이를 줄여 포토다이오드의 특성을 향상시킨다.

Claims

기판 상에 형성된 층간 절연막을 형성하는 단계;

상기 층간 절연막상에 질화막을 형성하는 단계;

상기 질화막의 전면에 신터 공정을 통해 데미지 큐어링을 실시하는 단계;

상기 질화막의 전면에 화학 기계적 연마 공정을 통해 상기 질화막을 선택적으로 연마하여 상기 질화막의 두께를 줄이는 단계;

상기 두께가 줄어든 질화막 위에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계;

상기 컬러필터 어레이 위에 평탄화층을 형성하는 단계;

상기 평탄화층의 전면에 화학 기계적 연마 공정을 통해 상기 평탄화층의 두께를 줄이는 단계; 그리고

상기 평탄화층위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
상기 제 1 항에 있어서,

상기 질화막은 2900 ~ 3100Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.