KR100690175B1 - 시모스 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 픽셀이외의 영역에 입사되는 빛이 픽셀영역으로 침투하지 못하도록 효과적인 광차단이 될 수 있는 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 픽셀어레이 영역과 상기 픽셀어레이 영역과 이웃한 주변회로영역;픽셀어레이 영역상에 배치된 제1 배선; 상기 제1 금속배선상단영역에 배치된 제2 배선; 상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 배치된 광차단(상기 픽셀어레이 영역이외의 영역으로 입사된 광이 픽셀어레이영역으로 침투하는 것을 차단)용 금속으로 된 제3 배선; 상기 제2 배선상에 배치된 배치된 칼라필터 어레이; 및 상기 칼라필터 어레이와 같은 층에, 같은 물질로 구비되며, 상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 배치된 광차단막을 구비하는 시모스 이미지센서를 제공한다.

시모스 이미지센서, 금속배선, 칼라필터, 픽셀.

Description

시모스 이미지센서 및 그 제조방법{CMOS IMAGE SENSOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

도1은 종래기술에 의한 시모스 이미지센서를 나타내는 단면도.

도2a 내지 도2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.

도3a 및 도3b는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도.

도4는 도3a 및 도3b에 의해 제조된 시모스 이미지센서의 배선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

M1,M2,M3,M4 : 금속배선

PA : 페시베이션막

PR Shield : 광 차단막

CFA : 칼라필터 어레이

본 발명은 시모스 이미지센서에 관한 것으로, 특히 시모스 이미지센서의 픽셀영역의 광차단막에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치중 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 대표적인 이미지센서 소자로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)와 시모스 이미지센서를 들 수 있다.

그 중에서 전하결합소자는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 시모스 기술을 이용하여 각 화소(pixel)수에 대응하는 모스 트랜지스터(통상적으로 4개의 모스트랜지스터)를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력하는 소자이다.

시모스 이미지센서의 한 픽셀은 입사된 빛에 대응하는 광전하를 발생시켜 전달하기 위한 포토다이오드(PD)와, 포토다이오드(PD)에 의해 제공되는 전하를 플로팅노드(FD)에 전달하기 위한 전달트랜지스터(Tx)와, 플로팅노드(FD)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx)와, 플로팅노드(FD)에 인가된 전압에 응답하여 소스단을 드라이빙 하기 위한 드라이빙 트랜지스터(Dx)와, 드라이빙 트랜지스터(Dx)의 소스단에 접속되어 드라이빙 트랜지스터(Dx)의 의해 소스단을 출력단(Out)과 선택적으로 연결하기 위한 선택트랜지스터(Sx)를 구비한다.

도1은 종래기술에 의한 시모스 이미지센서를 나타내는 단면도이다.

도1에 도시된 바와 같이 종래기술에 의한 시모스 이미지센서는 기판을 주변회로영역(Peri)과 픽셀어레이(Pixel array)으로 구분한 상태에서 픽셀 어레이영역에는 제1 금속배선과 제2 금속배선(M1,M2)이 배치되고, 주변회로영역 상에는 제3 금속배선과 제4 금속배선이 형성된다.

여기서 도시하지는 않았지만 픽셀 어레이영역에는 마이크로 렌즈, 포토다이오드등이 각각 구비되어 빛을 입사받는 다수의 픽셀이 배치된다.

주변회로영역은 픽셀영역에서 입사된 빛에 대응하는 신호를 출력하면 이를 처리하기 위한 회로가 배치된다.

따라서 픽셀영역에 입사된 빛을 보다 정확하게 처리하려면, 픽셀이외의 영역 즉 주변회로 영역등에 입사되는 빛이 픽셀영역에 입사되지 못하도록 차단하는 차단막이 필요하다.

종래에는 도시한 바와 같이, 주로 제4 금속배선(M4)을 픽셀어레이 영역의 주변영역에 배치시켜 광차단막 역할을 하고 있다.

그러나, 시모스 이미지센서가 고집적화될수록 칼라필터 마이크로 렌즈와 포토다이오드의 간격이 멀어지게 되며, 제4 금속배선과 포토다이오드 간의 상대적인 거리도 점점더 멀어지게되어 광을 효과적으로 차단하고 있지 못하게 된다.

픽셀이외의 영역으로 입사되는 광을 제대로 차단하지 못하게 되면, 부수적으로 픽셀영역에 크로스 토크(crosstalk) 및 스미어(smear)를 야기시켜 노이즈 발생을 가져오게 된다.

또한, 제4 금속배선으로 광차단역을 하게되면, 픽셀어레이의 상부에는 제2 금속배서이 배치되고, 주변영역에는 제4 금속배선이 배치되기 때문에 이로 인해 두 영여간 단차가 크게 발생하여 후속공정에서 평탄화되지 못해 여러 문제를 야기시키기도 한다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 픽셀이외의 영역에 입사되는 빛이 픽셀영역으로 침투하지 못하도록 효과적인 광차단이 될 수 있는 시모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 픽셀어레이 영역과 상기 픽셀어레이 영역과 이웃한 주변회로영역;픽셀어레이 영역상에 배치된 제1 배선; 상기 제1 배선의 상단영역에 배치된 제2 배선; 상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 배치된 광차단(상기 픽셀어레이 영역이외의 영역으로 입사된 광이 픽셀어레이영역으로 침투하는 것을 차단)용 금속으로 된 제3 배선; 상기 제2 배선상에 배치된 배치된 칼라필터 어레이; 및 상기 칼라필터 어레이와 같은 층에, 같은 물질로 구비되며, 상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 배치된 광차단막을 구비하는 시모스 이미지센서를 제공한다.

또한, 본 발명은 픽셀어레이 영역과 상기 픽셀어레이 영역과 이웃한 주변회로영역을 구분된 기판상에 상기 픽셀어레이 영역상에 배치된 제1 배선을 형성하는 단계; 상기 제1 배선의 상단영역에 배치된 제2 배선을 형성하는 단계; 상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 배치된 광차단(상기 픽셀어레이 영역이외의 영역으로 입사된 광이 픽셀어레이영역으로 침투하는 것을 차단)용 금속으로 된 제3 배선을 형성하는 단계; 상기 제2 배선상에 배치된 배치된 칼라필터 어레이를 형성하는 단계; 및 상기 칼라필터 어레이와 같은 층에, 같은 물질을 이용하여 상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 광차단막을 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 이미지센서에서 픽셀영역 이외의 영역을 통해 입사되는 광을 차단하기 위해, 픽셀과 주변회로부의 경계를 구분하여 주변회로부 쪽 광입사를 차단함으로써 광감도의 저하를 막는 역할을 하고 부수적으로 크로스 토크 및 스미어(smear) 현상을 방지하기 위한 발명이다. 본 발명의 제1 실시예에서는 3번째 금속배선 및 CFA 감광막을 이용하여 광차단을 하게 되며, 그로 인해 광감도 개선과 함께 4번째 금속배선을 사용하지 않음으로서 공정단순화를 구현할 수 있다.

삭제

삭제

삭제

또한 본 발명의 제2 실시예에서는 3번째 금속배선을 픽셀영역 주변에 배치하여 광차단 역할을 하게 하고, 비아와 4번째 금속배선을 계단형으로 형성하여 픽셀영역과 주변회로영역의 구조적 단차로 인한 문제를 해결하였다.

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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

(제1 실시예)

도2a 내지 도2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.

도2a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법은 기판(10)에 픽셀어레이영역(Pixel array)과 주변회로영역(Peri)을 구분한 뒤에 제1 금속배선(M1)과 제2 금속배선(M2)은 픽셀어레이영역상에 배치시키고, 제3 금속배선(M3)은 주변영역상에 배치시킨다.

이어서 도2b에 도시된 바와 같이, 페시베이션막(PA)를 형성하고, 그 상부에 OCL(Over coating layer)막이라고 하는 제1 평탄화막(OCL1)을 형성하고, 그 상부에 칼라필터 어레이(CFA)를 형성한다. 이때 칼라필터 어레이를 형성하기 위한 감광막을 주변회로영역상부에도 형성되게 하여 광차단막(PR Shield)을 형성한다. 여기서 광차단막과 칼라필터 어레이의 사이영역에는 더미 패턴(Dummy)이 배치된다.

광차단막(PR Shield)은 칼라필터 어레이중에서 블루, 그린 및 레드 필터링을 위한 칼라필터에 사용되는 감광막중 하나를 선택하거나, 이들 물질을 조합하여 사용할 수 있다. 또한 블랙 물질을 사용할 수 있다.

이어서 도2c에 도시된 바와 같이, 칼라필터 어레이(CFA)와 광차단막(PR shield) 상에 제2 평탄화막(OCL2)을 형성하고, 그 상부에 마이크로 렌즈를 칼라필터에 대응하여 형성하고, 그 상부에 마이크로 렌즈 보호막(11)을 형성한다.

이렇게 픽셀이외의 영역에 입사되는 광을 차단하기 위해 일차적으로 제3 금속배선을 사용하고, 이차적으로 칼라필터 어레이를 위한 감광막을 사용함으로서, 종래에 사용하던 제4 금속배선을 사용할 필요가 없게 되어, 광차단효과를 기대하면서도 공정이 단순화시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한 픽셀 때문에 부득히하게 발생되는 제3 금속배선의 패턴 덴스티 (density)의 불균일성을 픽셀 주위의 광차단막으로 사용함으로서 제3 금속배선의 패터닝공정시 로딩 효과(loading effect)를 줄일 수 있다.

(제2 실시예)

도3a 및 도3b는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.

도3a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법은 기판(10)에 픽셀어레이영역(Pixel array)과 주변회로영역(Peri)을 구분한 뒤에 제1 금속배선(M1)과 제2 금속배선(M2)은 픽셀어레이영역상에 배치시키고, 제3 금속배선(M3)은 주변영역상에 배치시킨다. 이 때 바람직하게는 제3 금속배선의 폭은 20um 정도로 하여 배치시킨다.

이어서 도3b에 도시된 바와 같이, 제3 금속배선과 접하는 비아(VIA3)을 형성하고, 비아(VIA3)과 접하는 금속배선(M4)을 형성한다. 즉, 제3 금속배선과 제4 금속배선은 비아(VIA3)를 통해 계단형태로 형성시킨다. 이렇게 주로 광차단막 역할을 하던 제4 금속배선 대신 제3 금속배선을 픽셀주변에 배치시켜 광차단막 역할을 하게 하는 것이다.

또한 비아(VIA3)의 형성은 생략할 수도 있다.

이어서 그 상부에 페시베이션막(PA)를 형성하고, 그 상부에 OCL(Over coating layer)막이라고 하는 평탄화막(OCL)을 형성한다. 이어서 도시하지는 않았지만 칼라필터 어레이 공정과 마이크로 렌즈를 형성시키는 공정을 후속으로 진행한 다.

도4는 도3a 및 도3b에 의해 제조된 시모스 이미지센서의 배선 단면도이다.

제4 금속배선(M4)을 도4의 윗쪽 도면처럼 배치하다가 하단의 개선된 계단형태로 형성시킴으로서, 픽셀어레이 이외의 영역에서 픽셀어레이 영역으로 입사되는 광을 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 픽셀어레이 영역과 주변회로 영역간에 단차가 크게 줄어들어서 칼라필터 어레이를 형성하기 위한 공정이 보다 용이하게 진행될 수 있다.

즉, 제2 실시예에 따른 시모스 이미지센서는 픽셀어레이 영역의 가장자리에 제3 금속배선 패턴으로 일차적으로 광을 차단하게 함으로서, 제3 금속배선의 패터닝때 패턴덴스티의 불균형에 의한 로딩효과를 감소시키고, 이로 인해 잔류물이 감소되는 효과를 기대할 수도 있다.

또한 제4 금속배선으로 이차적으로 광을 차단하게 함으로서, 픽셀어레이영역과 주변영역간에 단차를 줄여 칼라필터 어레이를 형성하기 위한 공정을 쉽게 진행할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명에 의한 시모스이미지센서는 제3 금속배선을 이용하여 픽셀어레이 영역이외의 영역에 입사되는 빛을 차단함으로서, 보다 효과적으로 광을 차단할 수 있게 되었다.

광차단을 제3 금속배선과 칼라필터를 형성하기 위한 감광막으로 수행하게 되면 제4 금속배선을 사용할 필요가 없어 공정이 매우 간단해 지는 효가를 기대할 수 있다.

광차단을 위해 제3 금속배선과 제4 금속배선을 모두 이용하게 되면, 픽셀어레이 영역과 주변회로영역간에 단차를 줄여 칼라필터 어레이등의 공정에서 보다 안정적으로 공정을 진행할 수 있다.

Claims (8)

1. 픽셀어레이 영역과 상기 픽셀어레이 영역과 이웃한 주변회로영역;

   픽셀어레이 영역상에 배치된 제1 배선;

   상기 제1 배선의 상단 영역에 배치된 제2 배선;

   상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 배치된 광차단(상기 픽셀어레이 영역이외의 영역으로 입사된 광이 픽셀어레이영역으로 침투하는 것을 차단)용 금속으로 된 제3 배선;

   상기 제2 배선상에 배치된 배치된 칼라필터 어레이; 및

   상기 칼라필터 어레이와 같은 층에, 같은 물질로 구비되며, 상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 배치된 광차단막

   을 구비하는 시모스 이미지센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광차단막은

   칼라필터 어레이중에서 블루, 그린 및 레드 필터링을 위한 칼라필터에 사용되는 감광막중 하나를 선택하거나, 이들 물질을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서.
3. 픽셀어레이 영역과 상기 픽셀어레이 영역과 이웃한 주변회로영역을 구분된 기판상에 상기 픽셀어레이 영역상에 배치된 제1 배선을 형성하는 단계;

   상기 제1 배선의 상단영역에 배치된 제2 배선을 형성하는 단계;

   상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 배치된 광차단(상기 픽셀어레이 영역이외의 영역으로 입사된 광이 픽셀어레이영역으로 침투하는 것을 차단)용 금속으로 된 제3 배선을 형성하는 단계;

   상기 제2 배선상에 배치된 배치된 칼라필터 어레이를 형성하는 단계; 및

   상기 칼라필터 어레이와 같은 층에, 같은 물질을 이용하여 상기 픽셀어레이 영역의 경계면 바깥쪽 영역의 상기 주변회로영역상에 광차단막을 형성하는 단계

   을 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 광차단막은

   칼라필터 어레이중에서 블루, 그린 및 레드 필터링을 위한 칼라필터에 사용되는 감광막중 하나를 선택하거나, 이들 물질을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images