KR100672698B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 렌즈의 들림(lifting) 현상을 방지할 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 반도체 기판에 형성된 다수의 광감지 소자, 상기 다수의 광감지 소자를 포함한 상기 반도체 기판 상의 층간절연막, 상기 층간절연막 상의 금속배선, 상기 금속배선을 포함한 상기 층간 절연막 상의 산화막, 상기 산화막 상의 보호막, 상기 보호막과 상기 산화막을 개구하여 형성된 다수의 개구영역, 상기 다수의 개구영역 내에 각각 형성된 다수의 마이크로 렌즈를 포함한다.
씨모스 이미지 센서, 들림(lifting), 보호막, 열처리
Description
도 1은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서 제조 방법의 공정 단면도
도 2 내지는 도 6은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법의 공정 단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30 : 반도체 기판 31 : 적색 광감지 소자
32 : 제 2 에피층 33 : 녹색 광감지 소자
34 : 제 3 에피층 35 : 청색 광감지 소자
36 : STI 39 : 제 1 절연막
40 : 제 2 절연막 46 : 마이크로 렌즈
본 발명은 반도체 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 렌즈의 들림(lifting) 현상을 방지할 수 있는 반도체 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metal-oxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 씨모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 씨모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
그리고 피사체의 정보를 전기적인 신호로 변환하는 씨모스 이미지 센서는 포토다이오드가 들어있는 시그날 처리칩들로 구성되어 있으며, 칩 하나에 증폭기(Amplifier), 아날로그/디지탈 변환기(A/D converter), 내부 전압 발생기(Internal voltage generator), 타이밍 제너레이터(Timing generator) 그리고 디지털 로직(Digital logic) 등이 결합되기도 하는데, 이는 공간과 전력 그리고 비용절감에 큰 장점을 갖고 있다. 이중결합소자(CCD)는 전문공정을 통하여 제조하지만, 씨모스 이미지 센서는 이중결합소자보다 가격이 저렴한 실리콘 웨이퍼(Wafer)의 식각 공정을 통하여 대량생산이 가능하며, 집적도에서도 장점이 있다.
이러한 결과, 씨모스 이미지 센서는 디지털 카메라, 스마트 폰, 피디에이(PDA), 노트북, 보안카메라, 바코드 탐지기, 완구 용품 등으로 응용분야가 확장되고 있다.
그런데 씨모스 이미지 센서의 광감도(Light sensitivity)를 향상시키기 위해 이미지 센서에서 광감지 부분이 차지하는 필 팩터(Fill Factor)를 크게 하려고 시도하고 있지만, 신호 처리를 위한 로직 회로 부분으로 인해 면적이 제한되어 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 입사광의 감도를 높여주기 위하여 광감지 소자(Photo Diode) 이외의 영역으로 입사하는 광의 경로를 변경하여 광감지 소자 부분으로 집광하는 마이크로 렌즈 형성 기술이다.
마이크로 렌즈는 일반적으로 소자 보호막으로 사용되는 질화막 상에 형성되며, 질화막은 마이크로 렌즈의 주성분인 감광막과 접착력이 불량하여 마이크로 렌즈의 들림(Lifting) 현상이 일어나는 문제가 있었다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 제조방법의 공정단면도이다.
제 1 에피층(epitaxial layer)(도시하지 않음)이 성장된 반도체 기판(10)에 적색 광감지 소자(red photo diode)(11)를 형성하고, 적색 광감지 소자(11)를 포함하는 제 1 에피층 상에 제 2 에피층(12)을 성장시키고, 제 2 에피층(12)에 녹색 광감지 소자(13)를 형성한다. 그리고 녹색 광감지 소자(13)를 포함하는 제 2 에피층(12) 상에 제 3 에피층(14)을 성장시키고, 제 3 에피층(14)에 청색 광감지 소자(15)와 필드간의 절연을 위하여 트렌치를 형성하고 절연물질을 충진시킨 STI(shallow trench isolation)(16)를 형성한다.
그리고 제 3 에피층(14) 상에 층간절연막(17)을 적층하고 선택식각하여 비아홀(18)을 형성한 후, 층간절연막(17) 상에 금속층(도시하지 않음)을 형성하고 패 터닝하여 금속배선(도시하지 않음)과 패드(21)를 형성한다. 그리고 금속배선과 패드(21)를 포함하는 층간절연막(17) 상에 수분이나 물리적인 충격으로부터 소자를 보호하기 위해, 산화막으로 제 1 절연막(19)과 제 1 절연막(19) 상에 질화막으로 제 2 절연막(20)을 형성하고, 제 1 절연막(19)과 제 2 절연막(20)을 선택적으로 식각하여 패드(21)를 개구하고 열처리를 실시한다. 그리고 제 2 절연막(20) 상에 마이크로 렌즈(22)를 형성한다.
소자 보호막으로 사용되는 제 2 절연막(20)은 질화막으로 형성되며, 마이크로 렌즈(22)는 주성분이 감광막으로 서로의 접착력이 불량하여 들림현상이 일어나기 쉽다.
이와 같은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 다음과 같은 문제가 있다.
소자 보호막으로 사용되는 질화막 위에 주로 감광막으로 구성되는 마이크로 렌즈가 형성되는데, 서로의 접착력이 불량하여 들림현상이 일어나고, 마이크로 렌즈는 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있기 때문에 질화막으로부터 이탈되기 쉽다.
이러한 마이크로 렌즈의 들림현상으로 인해 이동 파티클(Moving Particle)이 되어 불량화소를 발생시키고 수율의 하락을 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 대한 문제를 해결하기 위한 것으로, 보호막으로 사용하는 질화막을 선택적으로 식각하여 질화막 하부의 산화막 상에 마이크로 렌즈를 형성하여 들림현상을 방지함으로써 불량화소의 발생을 억제하고 수율을 개선하는 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판에 형성된 다수의 광감지 소자; 상기 다수의 광감지 소자를 포함한 상기 반도체 기판 상의 층간절연막; 상기 층간절연막 상의 금속배선; 상기 금속배선을 포함한 상기 층간 절연막 상의 산화막; 상기 산화막 상의 보호막; 상기 보호막과 상기 산화막을 개구하여 형성된 다수의 개구영역; 상기 다수의 개구영역 내에 각각 형성된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 상기 개구 영역의 상기 마이크로 렌즈의 하면은 상기 산화막과 접착되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 상기 다수의 광감지 소자는 상기 반도체 기판의 제 1 에피층에 형성된 적색 광감지 소자; 상기 제 1 에피층 상의 제 2 에피층에 형성된 녹색 광감지 소자; 상기 제 2 에피층 상의 제 3 에피층 상에 형성된 청색 광감지 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 다수의 광감지 소자를 형성하는 단계; 상기 다수의 광감지 소자를 포함한 상기 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 상에 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선을 포함한 상기 층간 절연막 상에 산화막과 상기 산화막 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막과 상기 산화막을 개구하여 다수의 개구영역을 형성하는 단계; 상기 다수의 개구영역 내에 각각 다수의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법의 상기 다수의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계는, 상기 다수의 개구영역을 감광막 패턴을 형성하는 단계; 포밍공정 및 최종 신터링 공정을 동시에 실시하여 상기 감광막 패턴을 마이크로 렌즈로 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지는 도 6은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법의 공정 단면도이다.
도 2와 같이, 제 1 에피층(epitaxial layer)(도시하지 않음)이 성장된 반도체 기판(30)에 적색 광감지 소자(red photo diode)(31)를 형성하고, 적색 광감지 소자(31)를 포함하는 반도체 기판(30) 상에 제 2 에피층(32)을 성장시키고, 제 2 에피층(32)에 녹색 광감지 소자(33)를 형성한다. 그리고 녹색 광감지 소자(33)를 포함하는 제 2 에피층(32) 상에 제 3 에피층(34)을 성장시키고, 제 3 에피층(34)에 청색 광감지 소자(35)와 필드간의 절연을 위하여 트렌치를 형성하고 절연물질을 충진시킨 STI(shallow trench isolation)(36)를 형성한다.
도 3과 같이, 제 3 에피층(34) 상에 층간절연막(37)을 적층하고 선택식각하여 비아홀(38)을 형성한 후, 층간절연막(37) 상에 금속층(도시하지 않음)을 형성하고 패터닝하여 금속배선(도시하지 않음)과 측정을 위한 패드(41)를 형성한다. 그리 고 금속배선과 패드(41)를 포함하는 층간절연막(37) 상에 수분이나 물리적인 충격으로부터 소자를 보호하기 위해, 산화막으로 제 1 절연막(39)과 제 1 절연막(39) 상에 질화막으로 제 2 절연막(40)을 형성하고, 제 2 절연막(40) 상에 감광막(도시하지 않음)을 도포하고, 노광 및 현상공정을 거쳐 마이크로 렌즈의 형성 영역과 패드(41) 영역을 개구하는 감광막 패턴(42)을 형성한다.
도 4와 같이, 감광막 패턴(42)을 마스크로 제 1 절연막(39)과 제 2 절연막(40)을 선택적으로 식각하여 마이크로 렌즈 형성 영역에 제 1 개구(44)와 패드(41) 영역에 제 2 개구(43)가 형성된다. 제 1 개구(44)의 하면은 제 1 절연막(39)으로 구성되고, 제 2 개구(43)의 하면에는 패드(41) 표면이 노출된다.
도 5와 같이, 제 1 개구(44) 및 제 2 개구(43)를 포함하는 제 2 절연막(40) 상에 감광막(도시하지 않음)을 도포하고, 선택적으로 노광 및 현상하여 제 1 개구(44)에 감광막이 잔류되는 마이크로 렌즈 패턴(45)을 형성한다.
도 6과 같이, 마이크로 렌즈 패턴(45)을 포밍(forming) 열처리와 최종 신터링(sintering)을 동시에 실시하여 마이크로 렌즈(46)를 형성한다. 그리고 각 마이크로 렌즈(46)사이는 패드(41)의 오픈을 위한 패턴을 형성할 때 격벽으로 남겨둠으로써 스페이스를 확보할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
보호막으로 사용하는 질화막과 산화막을 선택적으로 식각하여 질화막 하부의 산화막 상에 마이크로 렌즈를 형성함으로써 들림현상을 방지하여 불량화소의 발생을 억제하고 수율을 개선하고, 마이크로 렌즈를 포밍(Forming)하는 열처리와 최종 신터링(sintering)을 동시에 실시하여 공정을 단순화하는 효과가 있다.
Claims (5)
- 반도체 기판에 형성된 다수의 광감지 소자;상기 다수의 광감지 소자를 포함한 상기 반도체 기판 상의 층간절연막;상기 층간절연막 상의 금속배선;상기 금속배선을 포함한 상기 층간 절연막 상의 산화막;상기 산화막 상의 보호막;상기 보호막과 상기 산화막을 개구하여 형성된 다수의 개구영역;상기 다수의 개구영역 내에 각각 상기 산화막과 접착되어 형성된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 광감지 소자는상기 반도체 기판의 제 1 에피층에 형성된 적색 광감지 소자;상기 제 1 에피층 상의 제 2 에피층에 형성된 녹색 광감지 소자;상기 제 2 에피층 상의 제 3 에피층 상에 형성된 청색 광감지 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 반도체 기판에 다수의 광감지 소자를 형성하는 단계;상기 다수의 광감지 소자를 포함한 상기 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계;상기 층간절연막 상에 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선을 포함한 상기 층간 절연막 상에 산화막과 상기 산화막 상에 보호막을 형성하는 단계;상기 보호막과 상기 산화막을 선택적으로 패터닝하여 다수의 개구영역을 형성하는 단계;상기 개구영역 내에 감광막 패턴을 형성하는 단계;포밍 열처리 공정 및 최종 신터링 공정을 동시에 실시하여 상기 감광막 패턴을 마이크로 렌즈로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 삭제
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