KR100698067B1 - 씨모스 이미지센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직(vertical) 씨모스 이미지 센서에서 하부가 상부보다 넓은 광차폐막 사이에 마이크로 렌즈를 형성하여 반사 특성을 개선하고 패키지 시에 마이크로 렌즈를 보호하는 마이크로 렌즈사이에 광차폐막을 형성하는 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 형성되는 한 개 이상의 광감지 소자와, 상기 광감지 소자를 포함하는 상기 기판 상에 형성되는 제 1 절연막과, 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 금속배선과, 상기 금속배선을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 제 2 절연막과, 상기 제 2 절연막 상의 하부가 상부보다 넓게 형성되는 광차폐막과, 상기 광차폐막 사이의 상기 제 2 절연막 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
씨모스 이미지 센서, 광차폐막, 마이크로 렌즈

Description

씨모스 이미지센서 및 그의 제조방법{CMOS image sensor and method of manufacturing the same}
도 1은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도
도 2 내지는 도 7은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법의 공정 단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30 : 반도체 기판 31 : 광감지 소자
32 : 제 1 절연막 34 : 픽셀영역
35 : 주변영역 36 : 금속배선
37 : 패드 38 : 제 2 절연막
39 : 제 4 절연막 41 : 제 1 광차폐막
45 : 제 2 광차폐막 48 :마이크로 렌즈
본 발명은 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 수직(vertical) 씨모스 이미지 센서에서 하부가 상부보다 넓은 광차폐막 사이에 마이크 로 렌즈를 형성하여 반사 특성을 개선하고 패키지 시에 마이크로 렌즈를 보호하는 마이크로 렌즈사이에 광차폐막을 형성하는 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 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 전하캐리어가 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.
종래의 수직(vertical) 씨모스 이미지 센서 공정에서 반사를 방지하기 위하여 광차폐막을 사용하는 방법 경우, 추가로 삽입되는 공정이 많이 비효율적이고, 마이크로 렌즈 위에 패키지를 진행하여, 마이크로 렌즈를 보호하기 어려운 문제가 있었다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도이다.
반도체 기판(10)에 다수의 광감지 소자(photo diode)(11)를 형성하고, 광감지 소자(11)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에 제 1 절연막(12)을 형성하고, 제 1 절연막(12)을 선택적으로 식각하여 비아홀(via hole)(13)을 형성한다. 비아홀(13)을 포함하는 제 1 절연막(12) 상에 금속막을 적층하고 패터닝하여 픽셀(pixel)영역(14)에는 금속배선(16)을 형성하고, 주변영역(15)에는 금속배선(16)과 패드(pad)(17)를 형성한다. 금속배선(16)과 패드(17)를 포함하는 제 1 절연막(12) 상에 층간 절연시키는 산화막과 같은 물질로 제 2 절연막(18)을 적층하고 평탄화한다. 그리고 제 2 절연막(18) 상의 필요한 영역에 광차폐막(도시하지 않음)을 형성한다.
광차폐막을 보호하기 위해 산화막 또는 질화막과 같은 물질로 제 3 절연막(19)을 형성하고 시엠피(CMP:chemical mechanical polishing)공정을 이용하여 평탄화한다. 마이크로 렌즈(20)를 형성한다.
이와 같은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법은 다음과 같은 문제가 있다.
광차폐막을 사용하는 경우, 광차폐막을 보호하기 위한 절연막을 형성하는 등 추가로 삽입되는 공정이 많아 비효율적이고, 마이크로 렌즈 상에서 패키지를 진행하는 경우 마이크로 렌즈를 보호하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법에 대한 문제를 해결하기 위한 것으로 마이크로 렌즈 사이에 하부가 넓고 상부가 좁은 광차폐막을 형성하여 반사(reflection) 특성을 개선하고 광차폐막을 이용하여 패키지화하여 마이크로 렌즈를 보호할 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 형성되는 한 개 이상의 광감지 소자와, 상기 광감지 소자를 포함하는 상기 기판 상에 형성되는 제 1 절연막과, 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 금속배선과, 상기 금속배선을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성되는 제 2 절연막과, 상기 제 2 절연막 상의 하부가 상부보다 넓게 형성되는 광차폐막과, 상기 광차폐막 사이의 상기 제 2 절연막 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 상기 광차폐막의 하부는 상기 마이크로 렌즈는 서로 중첩되지 것을 특징으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 한 개 이상의 광감지 소자를 형성하는 단계; 상기 광감지 소자을 포함하는 상기 기판 상에 제 1 절연막과 상기 제 1 절연연막 상에 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선을 포함하는 상기 제 1 절연막 상에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연막 상에 하부가 상부보다 넓은 광차폐막을 형성하는 단계; 상기 광차폐막의 상부사이의 상기 제 2 절연막 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조방법의 상기 광차폐막을 형성하는 단계는 상기 제 2 절연막 상에 제 3 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 3 절연막을 선택식각하여 개구영역을 형성하는 단계; 상기 개구영역에 제 1 광차폐 물 질막을 충진하여 제 1 광차폐막을 형성하는 단계; 상기 제 1 광차폐막을 포함하는 상기 제 3 절연막상에 제 2 광차폐 물질막을 형성하는 단계; 상기 제 1 광차폐막상의 상기 제 2 광차폐 물질막을 상기 제 1 광차폐막의 너비보다 좁게 패터닝하여 제 2 광차폐막을 형성하는 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 7은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 공정 단면도이다.
도 2와 같이, 반도체 기판(30)에 다수의 광감지 소자(photo diode)(31)를 형성하고, 광감지 소자(31)를 포함하는 반도체 기판(30) 상에 제 1 절연막(32)을 적층하고 선택적으로 식각하여 비아홀(via hole)(33)을 형성한다. 비아홀(33)을 포함하는 제 1 절연막(32) 상에 금속막을 형성하고 패터닝하여 픽셀(pixel)영역(34)에는 금속배선(36)과 주변영역(35)에는 금속배선(36)과 패드(pad)(37)를 형성하여 광감지 소자(31)를 회로에 연결시킨다. 금속배선(36)과 패드(37)를 포함하는 제 1 절연막(32) 상에 산화막으로 층간 절연시키는 제 2 절연막(38)과 제 2 절연막(38) 상에 질화막으로 제 3 절연막(39)을 형성하고 시엠피(CMP) 공정을 적용하여 평탄화시킨다. 제 3 절연막(39) 상에 제 1 감광막 패턴(49)을 형성하고 마이크로 렌즈가 형성되는 부분을 제외한 부분의 제 3 절연막(39)을 제거하여 제 1 개구(open)영역(40)을 형성한다.
도 3과 같이, 개구영역(40)을 포함하는 제 3 절연막(39) 상에 제 1 광차폐 물질막을 적층하고 평탄화공정을 진행하여 개구영역(40)에 제 1 광차폐 물질막을 충진시켜 제 1 광차폐막(41)을 형성한다. 이때 공정 바이어스(bias)를 이용하여 제 1 광차폐 물질막의 크기를 자유롭게 조절할 수 있다.
도 4와 같이, 감광막을 도포하고, 패드 마스크(도시하지 않음)를 적용하여 제 2 감광막 패턴(42)을 형성하고, 제 2 감광막 패턴(42)을 마스크로 패드(37)와 대응되는 제 2 절연막(38)을 금속막으로 이루어진 패드(37)의 표면이 노출될 때까지 식각하여 제 2 개구영역(43)을 형성한다.
도 5와 같이, 제 2 절연막(38)과 제 1 광차폐막(41) 상에 제 2 광차폐 물질막을 적층하고, 제 2 광차폐 물질막 상에 제 3 감광막 패턴(45)을 형성한다. 제 3 감광막 패턴(45)은 제 1 광차폐막(41)의 중앙부분과 대응되는 제 2 광차폐 물질막상에 위치하며, 제 1 광차폐막(41) 보다 작은 너비를 가진다. 제 3 감광막 패턴(45)을 마스크로 제 2 광차폐 물질막을 식각하여 제 2 광차폐막(45)을 형성한다. 따라서 제 1 광차폐막(41)과 제 2 광차폐막(45)으로 이루어진 광차폐막은 하부가 넓고 상부가 좁은 역 "T"이 된다.
도 6과 같이, 제 3 감광막 패턴(45)을 제거하고, 마이크로 렌즈 물질층을 적층하고 평탄화시킨 후에 픽셀영역(34)의 마이크로 렌즈 물질층 상에 제 4 감광막 패턴(47)을 형성한다. 제 4 감광막 패턴(47)을 마스크로 주변영역(15) 상의 마이크로 렌즈 물질층을 제거하여, 제 2 광차폐막(45) 사이의 마이크로 렌즈 물질층 패턴(46)을 형성한다.
도 7과 같이, 제 4 감광막 패턴(47)을 제거하고, 마이크로 렌즈 물질층 패턴(46)이 적정온도에서 리플로우(reflow)되는 것을 이용하여 구면형태의 마이크로 렌 즈(48)을 형성한다.
제 1 광차폐막(41)과 제 2 광차폐막(45)으로 구성되는 "T"형의 광차폐막으로 인해 마이크로 렌즈(48)의 광반사 특성을 개선하고 패키지 공정에서 마이크로 렌즈(48)를 보호하여 수율향상에 기여한다.
이와 같은 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
광차폐막사이에 자기정렬 방식으로 마이크로 렌즈를 형성하여 정확하게 배열시킬수 있고, 광반사 특성을 개선한다. 또한 마이크로 렌즈 공정 후에 패키지시에 광차폐막을 이용하여 마이크로 렌즈를 보호하므로 광반응 특성을 개선하고 수율 및 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 반도체 기판에 한 개 이상의 광감지 소자를 형성하는 단계;
    상기 광감지 소자를 포함하는 상기 기판 상에 제 1 절연막과 상기 제 1 절연연막 상에 금속배선을 형성하는 단계;
    상기 금속배선을 포함하는 상기 제 1 절연막 상에 제 2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 2 절연막 상에 하부가 상부보다 넓은 광차폐막을 형성하는 단계;
    상기 광차폐막의 상부사이의 상기 제 2 절연막 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 광차폐막을 형성하는 단계는
    상기 제 2 절연막 상에 제 3 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 3 절연막을 선택식각하여 개구영역을 형성하는 단계;
    상기 개구영역에 제 1 광차폐 물질막을 충진하여 제 1 광차폐막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 광차폐막을 포함하는 상기 제 3 절연막상에 제 2 광차폐 물질막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 광차폐막상의 상기 제 2 광차폐 물질막을 상기 제 1 광차폐막의 너비보다 좁게 패터닝하여 제 2 광차폐막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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