KR100731118B1 - Cmos image sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도1 is an equivalent circuit diagram of a typical 3T CMOS image sensor
도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 레이아웃도2 is a layout diagram showing unit pixels of a general 3T CMOS image sensor;
도 3은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도3 is a cross-sectional view showing a CMOS image sensor according to the prior art
도 4는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도4 is a cross-sectional view showing a CMOS image sensor according to the present invention
도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도5A to 5I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
200 : 반도체 기판 201 : 에피층200
202 : 소자 격리막 203 : 게이트 절연막202
204 : 게이트 전극 205 : n-형 확산 영역204: gate electrode 205: n - type diffusion region
206 : 절연막 측벽 207 : 고농도 n+형 확산 영역206: sidewall of insulating film 207: high concentration n + type diffusion region
208 : 확산 저지용 질화막 209 : 제 1 층간 절연막208: nitride film for blocking diffusion 209: first interlayer insulating film
210 : 금속배선 211 : 제 2 층간 절연막210: metal wiring 211: second interlayer insulating film
212 : 실리콘 질화막 213 : 볼록렌즈212
214 : 오목렌즈 215 : 제 1 평탄화층214: concave lens 215: first planarization layer
216 : 칼라 필터층 217 : 제 2 평탄화층216: color filter layer 217: second planarization layer
215 : 마이크로렌즈215: Micro Lens
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서의 감도를 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same to improve the sensitivity of the image sensor.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)라 함은 광학 영상(optic image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중에서 전하 결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Metal) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며 씨모스(Complementary MOS) 이미지 센서는 제어 회로(control circuit) 및 신호처리 회로(Signal Processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Among them, a charge coupled device (CCD) is an individual metal-oxide-metal (MOS). ) Capacitors are in close proximity to each other and charge carriers are stored and transported in the capacitors. Complementary MOS image sensors use control circuits and signal processing circuits as peripheral circuits. It is a device that employs a switching method of making as many MOS transistors as the number of pixels using CMOS technology and sequentially detecting the output using the same.
CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소모가 많으며, 마스크 공정 스텝 수가 많아서 공정이 복잡하고, 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩 내에 구현할 수 없어 원-칩(One chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는 바, 최근에 그러한 단점을 극복하기 위하여 서브-마이크론(sub-micron) CMOS 제조기술을 이용한 CMOS 이미지 센 서의 개발이 많이 연구되고 있다. CCD has many disadvantages such as complicated driving method, high power consumption, complicated process due to the large number of mask process steps, and difficulty in making one chip because signal processing circuit cannot be implemented in CCD chip. Recently, in order to overcome such drawbacks, the development of CMOS image sensors using sub-micron CMOS manufacturing techniques has been studied.
CMOS 이미지 센서는 단위 화소(Pixel)내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 되는데, CMOS 제조기술을 이용하므로 전력 소모도 적고 마스크 수도 20개 정도로 30~40개의 마스크가 필요한 CCD 공정에 비해 공정이 매우 단순하며 여러 신호 처리 회로와 원-칩화가 가능하여 차세대 이미지 센서로 각광을 받고 있다.The CMOS image sensor forms an image by forming a photodiode and a MOS transistor in a unit pixel, and sequentially detects signals by switching method, and realizes images by using CMOS manufacturing technology. Compared to CCD process which requires two masks, the process is very simple, and it is possible to make various signal processing circuits and one-chip, which is attracting attention as the next generation image sensor.
한편, CMOS 이미지 센서는 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등으로 구분된다. 3T형은 1개의 포토다이오드와 3개의 트랜지스터로 구성되며, 4T형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 상기 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소에 대한 레이아웃(lay-out)을 살펴보면 다음과 같다. On the other hand, CMOS image sensors are classified into 3T type, 4T type, and 5T type according to the number of transistors. The 3T type consists of one photodiode and three transistors, and the 4T type consists of one photodiode and four transistors. The layout of the unit pixels of the 3T type CMOS image sensor is as follows.
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도이고, 도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 레이아웃도이다.FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a general 3T CMOS image sensor, and FIG. 2 is a layout diagram illustrating unit pixels of a general 3T CMOS image sensor.
일반적인 3T형 씨모스 이미지 센서의 단위 화소는, 도 1에 도시된 바와 같이, 1개의 포토다이오드(PD; Photo Diode)와 3개의 nMOS 트랜지스터(T1, T2, T3)로 구성된다. 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드는 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 드레인 및 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)의 게이트에 접속되어 있다. As shown in FIG. 1, a unit pixel of a general 3T CMOS image sensor includes one photodiode (PD) and three nMOS transistors T1, T2, and T3. The cathode of the photodiode PD is connected to the drain of the first nMOS transistor T1 and the gate of the second nMOS transistor T2.
그리고, 상기 제 1, 제 2 nMOS 트랜지스터(T1, T2)의 소오스는 모두 기준 전압(VR)이 공급되는 전원선에 접속되어 있고, 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 게이트는 리셋신호(RST)가 공급되는 리셋선에 접속되어 있다. The sources of the first and second nMOS transistors T1 and T2 are all connected to a power supply line supplied with a reference voltage VR, and the gate of the first nMOS transistor T1 has a reset signal RST. It is connected to the reset line supplied.
또한, 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 소오스는 상기 제 2 nMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 드레인은 신호선을 통하여 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 게이트는 선택 신호(SLCT)가 공급되는 열 선택선에 접속되어 있다. In addition, the source of the third nMOS transistor T3 is connected to the drain of the second nMOS transistor, and the drain of the third nMOS transistor T3 is connected to a read circuit (not shown in the figure) via a signal line, The gate of the third nMOS transistor T3 is connected to a column select line to which the selection signal SLCT is supplied.
따라서, 상기 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)는 리셋 트랜지스터(Rx)로 칭하고, 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)는 드라이브 트랜지스터(Dx), 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)는 선택 트랜지스터(Sx)로 칭한다.Accordingly, the first nMOS transistor T1 is referred to as a reset transistor Rx, the second nMOS transistor T2 is referred to as a drive transistor Dx, and the third nMOS transistor T3 is referred to as a selection transistor Sx.
일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위 화소는, 도 2에 도시한 바와 같이, 액티브 영역(10)이 정의되어 액티브 영역(10) 중 폭이 넓은 부분에 1개의 포토다이오드(20)가 형성되고, 상기 나머지 부분의 액티브 영역(10)에 각각 오버랩되는 3개의 트랜지스터의 게이트 전극(120, 130, 140)이 형성된다. As shown in FIG. 2, in the unit pixel of a general 3T CMOS image sensor, an
즉, 상기 게이트 전극(120)에 의해 리셋 트랜지스터(Rx)가 형성되고, 상기 게이트 전극(130)에 의해 드라이브 트랜지스터(Dx)가 형성되며, 상기 게이트 전극(140)에 의해 선택 트랜지스터(Sx)가 형성된다. That is, the reset transistor Rx is formed by the
여기서, 상기 각 트랜지스터의 액티브 영역(10)에는 각 게이트 전극(120, 130, 140) 하측부를 제외한 부분에 불순물 이온이 주입되어 각 트랜지스터의 소오스/드레인 영역이 형성된다. Here, impurity ions are implanted into the
따라서, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)와 상기 드라이브 트랜지스터(Dx) 사이의 소오스/드레인 영역에는 전원전압(Vdd)이 인가되고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 일측의 소오스/드레인 영역은 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속된다.Therefore, a power supply voltage Vdd is applied to a source / drain region between the reset transistor Rx and the drive transistor Dx, and a source / drain region on one side of the select transistor Sx is shown in a read circuit (not shown). Not used).
상기에서 설명한 각 게이트 전극(120, 130, 140)들은, 도면에는 도시되지 않 았지만, 각 신호 라인에 연결되고, 상기 각 신호 라인들은 일측 끝단에 패드를 구비하여 외부의 구동회로에 연결된다.Although not illustrated in the drawings, the
도 3은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a CMOS image sensor according to the prior art.
도 3에 도시한 바와 같이, 소자 격리영역과 액티브 영역(포토다이오드 영역 및 트랜지스터 영역)으로 정의된 p++형 반도체 기판(100)상에 p-형 에피층(101)이 성장되고, 상기 반도체 기판(100)의 소자 격리영역에 녹색광, 적색광, 청색광의 입력영역간 분리를 위한 필드 산화막(102)이 형성되며, 상기 반도체 기판(100)의 포토 다이오드 영역에 n-형 확산 영역(103)이 형성된다.As shown in FIG. 3, a p − type
이어, 상기 반도체 기판(100)의 트랜지스터 영역에는 게이트 절연막(104)을 개재하여 게이트 전극(105)들이 형성되고, 상기 게이트 전극(105)의 양측면에 절연막 측벽(106)이 형성되며, 상기 게이트 전극(105)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 확산 저지막(107)이 형성된다.Subsequently,
그리고 상기 확산 저지막(107)상에 제 1 층간 절연막(108)이 형성되고, 상기 제 1 층간 절연막(108)상에는 일정한 간격을 갖고 각종 금속배선(109)들이 형성되어 있다.A first
또한, 상기 금속배선(109)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 제 2 층간 절연막(110)이 약 4000Å의 두께로 형성되고, 상기 제 2 층간 절연막(110)상에 실리콘 질화막(111)이 약 3000Å의 두께로 형성되며, 상기 실리콘 질화막(111)상에 상기 각 n-형 확산 영역(103)과 대응되게 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 칼라 필터층 (112)이 형성된다.In addition, a second interlayer
또한, 상기 각 칼라필터층(112)을 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 평탄화층(113)이 형성되고, 상기 평탄화층(113)상에 상기 각 칼라필터층(112)과 대응되게 마이크로렌즈(114)가 형성된다.In addition, a
여기서, 미설명한 도면부호 115는 트랜지스터의 소오스 및 드레인 불순물 영역이다.Herein,
그러나 상기와 같은 종래의 씨모스 이미지 센서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the conventional CMOS image sensor has the following problems.
즉, 이미지 센서의 컬러 필터는 녹색, 청색, 적색 필터의 파장에 따라 초점이 다르게 맺히기 때문에 마이크로렌즈를 통해 포토다이오드로 입사되는 빛의 투과율이 저하되고 초점 길이(focal length)가 길어져 이미지 센서의 해상도를 저하시킨다.That is, since the color filter of the image sensor has different focal points depending on the wavelengths of the green, blue, and red filters, the transmittance of light incident through the microlenses to the photodiode decreases and the focal length is increased, thereby increasing the resolution of the image sensor. Decreases.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 컬러 필터를 거치면서 발생하는 색수차를 보정하여 이미지 센서의 감도를 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same to improve the sensitivity of the image sensor by correcting the chromatic aberration generated through the color filter to solve the above problems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서는 다수의 포토다이오드와 각종 트랜지스터들이 형성된 반도체 기판의 전면에 형성된 층간 절연막과, 상기 층간 절연막상에 상기 각 포토다이오드와 대응되게 형성되는 색 지움 이중렌즈와, 상기 색지움 이중렌즈를 포함한 반도체 기판의 전면에 형성되는 평탄화층과, 상기 평탄화층상에 상기 각 포토다이오드와 대응되게 일정한 간격을 갖고 형성되는 칼라 필터층과, 상기 각 칼라 필터층상에 형성되는 마이크로렌즈를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.CMOS image sensor according to the present invention for achieving the above object is an interlayer insulating film formed on the front surface of a semiconductor substrate formed with a plurality of photodiodes and various transistors, and formed on the interlayer insulating film corresponding to each of the photodiodes A color erasing bi-lens, a planarization layer formed on the front surface of the semiconductor substrate including the chrominance bilens, a color filter layer formed on the planarization layer at regular intervals corresponding to the photodiodes, and on the color filter layers. Characterized in that it comprises a microlens formed.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판에 일정한 간격을 갖는 다수개의 포토다이오드 및 각종 트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판의 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막상에 상기 각 포토다이오드와 대응되게 색지움 이중렌즈를 형성하는 단계와, 상기 색지움 이중렌즈를 포함한 반도체 기판의 전면에 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화층상에 상기 각 포토다이오드와 각각 대응되도록 다수개의 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터층상에 상기 각 칼라 필터층과 대응되게 다수개의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.In addition, the method for manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a plurality of photodiodes and various transistors having a predetermined interval on the semiconductor substrate, and an interlayer insulating film on the front surface of the semiconductor substrate Forming a planarization double lens on the interlayer insulating layer to correspond to each photodiode, forming a planarization layer on an entire surface of the semiconductor substrate including the chrominance bilens, and forming a planarization layer on the planarization layer. And forming a plurality of color filter layers corresponding to each of the photodiodes, and forming a plurality of microlenses on the color filter layer corresponding to each of the color filter layers.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a CMOS image sensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the CMOS image sensor according to the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 소자 격리영역과 액티브 영역(포토다이오드 영역 및 트랜지스터 영역)으로 정의된 p++형 반도체 기판(200)상에 p-형 에피층(201)이 성장되고, 상기 반도체 기판(200)의 소자 격리영역에 녹색광, 적색광, 청색광의 입 력영역간 분리를 위한 소자 격리막(202)이 형성되며, 상기 반도체 기판(200)의 포토 다이오드 영역에 n-형 확산 영역(205)이 형성된다.As shown in FIG. 4, a p −
이어, 상기 반도체 기판(200)의 트랜지스터 영역에는 게이트 절연막(203)을 개재하여 게이트 전극(204)들이 형성되고, 상기 게이트 전극(204)의 양측면에 절연막 측벽(206)이 형성되며, 상기 게이트 전극(204)을 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 확산 저지용 질화막(208)이 형성된다.Subsequently,
그리고 상기 확산 저지용 질화막(208)상에 제 1 층간 절연막(209)이 형성되고, 상기 제 1 층간 절연막(209)상에는 일정한 간격을 갖고 각종 금속배선(210)들이 형성되어 있다.A first
또한, 상기 금속배선(210)을 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 제 2 층간 절연막(211) 및 실리콘 질화막(212)이 차례로 형성되고, 상기 각 n-형 확산 영역(205)과 대응되게 상기 실리콘 질화막(212)상에 오목렌즈(213) 및 볼록렌즈(214)가 형성된다.In addition, a second
또한, 상기 오목렌즈(213) 및 볼록렌즈(214)를 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 제 1 평탄화층(215)이 형성되고, 상기 제 1 평탄화층(215)상에 상기 각 n-형 확산 영역(205)과 대응되게 R,G,B의 칼라 필터층(216)이 형성되며, 상기 칼라 필터층(216)을 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 제 2 평탄화층(217)이 형성된다.In addition, a
또한, 상기 제 2 평탄화층(217)상에 상기 각 칼라필터층(216)과 대응되게 마이크로렌즈(218)가 형성된다.In addition, a
여기서, 미설명한 도면부호 207은 트랜지스터의 소오스 및 드레인 불순물 영역이다.Here,
도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.5A to 5I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention.
도 5a에 도시한 바와 같이, 고농도 제 1 도전형(P++형) 다결정 실리콘 등의 반도체 기판(200)에 에피택셜(epitaxial) 공정으로 저농도 제 1 도전형(P-형) 에피층(201)을 형성한다. As shown in FIG. 5A, a low concentration first conductivity type (P − type)
여기서, 상기 에피층(201)은 포토 다이오드에서 공핍 영역(depletion region)을 크고 깊게 형성하여 광 전하를 모으기 위한 저전압 포토 다이오드의 능력을 증가시키고 나아가 광 감도를 향상시키기 위함이다.In this case, the
그리고, 상기 반도체 기판(200)을 포토다이오드 영역 및 트랜지스터 영역과 소자 분리 영역을 정의하고, STI 공정 또는 LOCOS 공정을 이용하여 상기 소자 분리 영역에 소자 분리막(202)을 형성한다. In addition, the
그 후, 상기 소자 분리막(202)이 형성된 에피층(201) 전면에 게이트 절연막(203)과 도전층(예를들면, 고농도 다결정 실리콘층)을 차례로 증착하고, 선택적으로 상기 도전층 및 게이트 절연막을 제거하여 각 트랜지스터의 게이트 전극(204) 을 형성한다. Thereafter, a
여기서, 상기 게이트 절연막(203)은 열산화 공정에 의해 형성하거나 CVD법으로 형성할 수 있으며, 상기 도전층위에 실리사이드층을 더 형성하여 게이트 전극을 형성할 수 있다. The
한편, 상기 게이트 전극(204) 및 반도체 기판(200)의 표면에 열산화 공정을 실시하여 열산화막(도시되지 않음)을 형성할 수도 있다.Meanwhile, a thermal oxidation process may be performed on the surfaces of the
또한, 상기 게이트 전극(204)의 폭은 종래의 게이트 전극폭보다 크게 하여 상기 열산화막의 두께 증가량을 반영할 수도 있다.In addition, the width of the
이어, 상기 반도체 기판(200)의 포토다이오드 영역에 저농도 제 2 도전형(n-형) 불순물 이온을 주입하여 n-형 확산 영역(205)을 형성한다.Next, a low concentration second conductivity type (n − -type) impurity ion is implanted into the photodiode region of the
이어, 상기 반도체 기판(200)의 전면에 절연막을 형성한 후 에치백하여 상기 게이트 전극(204)의 양측면에 절연막 측벽(206)을 형성한다. Subsequently, an insulating film is formed on the entire surface of the
그리고 상기 반도체 기판(200)의 트랜지스터 영역에 고농도 제 2 도전형(n+형) 불순물 이온을 주입하여 고농도 n+형 확산 영역(207)을 형성한다.In addition, a high concentration n +
도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(200)에 열처리 공정(예를 들면, 급속 열처리 공정)을 실시하여 상기 n-형 확산 영역(205), 고농도 n+형 확산 영역(207) 내의 불순물 이온을 확산시킨다.As shown in FIG. 5B, an impurity in the n −
한편, 상기 고농도 n+형 확산 영역(207)을 형성하기 전에 상기 n-형 확산 영역(205)보다 낮은 이온 주입에너지를 통해 상기 트랜지스터 영역에 n-형 확산 영역(도시되지 않음)을 형성할 수도 있다. Meanwhile, before forming the high concentration n +
이어, 상기 반도체 기판(200)의 전면에 확산 저지용 질화막(208)을 형성한다.Next, a
도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 확산 저지용 질화막(208)을 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 제 1 층간 절연막(209)을 형성한다.As shown in FIG. 5C, the first
여기서, 상기 제 1 층간 절연막(209)은 사일렌 계열의 절연막으로 형성하여 그 속에 포함되어 있는 다량의 수소 이온으로 인하여 반도체 기판(200)의 댕글린 본드를 회복시킴으로써 암전류를 효과적으로 줄일 수도 있다.Here, the first
이어, 상기 제 1 층간 절연막(209)상에 금속막을 증착하고, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 금속막을 선택적으로 식각하여 각종 금속배선(210)들을 형성한다.Subsequently, a metal film is deposited on the first
도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 금속배선(210)을 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 제 2 층간 절연막(211)을 3000 ~ 4000Å의 두께로 형성한다.As shown in FIG. 5D, the second
여기서, 상기 제 2 층간 절연막(211)은 USG(Undoped Silicate Glass), PSG, BSG, BPSG 중에서 어느 하나를 사용한다.Here, the second
한편, 상기 제 2 층간 절연막(211)의 전면에 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 상기 제 2 층간 절연막(211)의 두께를 줄일 수도 있다.Meanwhile, a thickness of the second
도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 층간 절연막(211)상에 2000 ~ 3000Å의 두께를 갖는 실리콘 질화(SiN)막(212)을 형성한다.As shown in FIG. 5E, a silicon nitride (SiN)
이어, 상기 실리콘 질화막(212)의 전면에 M6 소결(sinter)을 진행한다. 이때 상기 M6 소결 공정에 의해 상기 실리콘 질화막(212)에 포함되어 있는 수소(H)를 확 산시키어 데미지 큐어링(damage curing)을 실시한다.Subsequently, M6 sinter is performed on the entire surface of the
한편, 상기 실리콘 질화막(212)의 전면에 CMP 공정을 실시하여 표면으로부터 소정두께만큼 연마하여 상기 실리콘 질화막(212)의 두께를 줄일 수도 있다. Meanwhile, a CMP process may be applied to the entire surface of the
도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 실리콘 질화막(212)상에 상기 각 n-형 확산 영역(205)과 대응되게 오목렌즈(213)를 형성한다.As shown in FIG. 5F, a
도 5g에 도시한 바와 같이, 상기 오목렌즈(213)와 대응되게 상기 오목렌즈(213)상에 볼록렌즈(214)를 형성한다. 여기서, 상기 볼록렌즈(214)는 상기 오목렌즈(213)와 대응되도록 형성된다. 구체적으로, 상기 볼록렌즈(214)는 상기 오목렌즈(213)의 오목부와 대응되도록 상기 오목부 상에 독립적으로 형성될 수 있다. As shown in FIG. 5G, a
도 5h에 도시한 바와 같이, 상기 각 볼록렌즈(214)를 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 제 1 평탄화층(215)을 형성하고, 상기 제 1 평탄화층(215)상에 상기 각 볼록렌즈(214)와 대응되게 상기 적색(R), 청색(B), 녹색(G))의 칼라 필터층(216)을 형성한다.As shown in FIG. 5H, a
여기서, 상기 각 칼라 필터층(216)은 상기 제 1 평탄화층(215)상에 가염성 레지스트를 사용하여 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층들을 형성한다.Here, each
또한, 상기 각 칼라 필터층(216)은 1 ~ 5㎛의 두께를 갖도록 해당 감광성 물질을 도포하고 별도의 마스크를 사용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 칼라 필터층을 단일층으로 형성한다.In addition, each
도 5i에 도시한 바와 같이, 상기 각 칼라필터층(216)을 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 제 2 평탄화층(217)을 형성한다.As shown in FIG. 5I, a
여기서, 상기 평탄화층(217)은 상기 각 칼라 필터층(216)을 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 신뢰성(reliability) 및 패키지(package)시 EMC, 외부로부터의 수분이나 중금속 침투를 방지하기 위하여 실리콘 나이트라이드(silicon nitride)막을 증착하여 형성한다.In this case, the
한편, 상기 제 2 평탄화층(217)의 전면에 CMP 또는 에치백 공정을 실시하여 상부 표면으로부터 소정두께만큼 줄일 수도 있다.Meanwhile, a CMP or etch back process may be performed on the entire surface of the
한편, 이미지 센서는 광학적인 투과가 매우 중요하기 때문에 상기 제 2 평탄화층(217)의 두께에 의한 박막들의 간섭 현상을 배제하기 위하여 1000 ~ 6000Å의 두께로 형성한다.On the other hand, since the optical transmission is very important, the image sensor is formed to a thickness of 1000 ~ 6000Å in order to exclude the interference phenomenon of the thin film due to the thickness of the
이어, 상기 제 2 평탄화층(217)을 포함한 반도체 기판(200)의 전면에 상기 n-형 확산 영역(205)에 광을 효율 좋게 집속하기 위하여 마이크로렌즈용 포토레지스트를 도포한다.Next, a microlens photoresist is coated on the entire surface of the
이어, 노광 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트를 선택적으로 패터닝하여 마이크로렌즈 패턴을 형성한다.Subsequently, the photoresist is selectively patterned by an exposure and development process to form a microlens pattern.
여기서, 상기 포토레지스트가 포지티브 레지스트(positive resist)인 경우 포토레지스트의 흡수체인 기폭제(initiator)의 포토 액티브 컴파운드(photo active compound)를 분해하여야만 투과율이 향상되기 때문에 전면 노광(flood exposure)으로 상기 마이크로렌즈 패턴내에 잔존하는 포토 액티브 컴파운드를 분해한다.In the case where the photoresist is a positive resist, the microlens may be exposed to a front exposure because the transmittance is improved only when the photo active compound of the initiator, which is an absorber of the photoresist, is decomposed. Decompose the remaining photo active compound in the pattern.
한편, 상기와 같이 마이크로렌즈 패턴에 전면 노광을 통해 이후 투과율을 높 이고 포토 산(photo acid)을 발생시켜 마이크로렌즈의 유동성(flow ability)을 높인다.On the other hand, through the front exposure to the microlens pattern as described above to increase the transmittance and generate a photo acid (photo acid) to increase the flow (flow ability) of the microlens.
그리고 상기 마이크로렌즈 패턴이 형성된 반도체 기판(200)을 핫 플레이트(hot plate)(도시되지 않음) 상부에 올려놓은 상태에서 300 ~ 700℃의 온도로 열처리하여 상기 마이크로렌즈 패턴을 리플로우하여 반구형의 마이크로렌즈(218)를 형성한다.The
이어, 상기 열처리로 리플로우된 마이크로렌즈(218)를 쿨링(cooling) 처리한다. 여기서, 상기 쿨링 처리는 쿨 플레이트에 반도체 기판(200)을 올려놓은 상태에서 행해진다.Subsequently, the
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the method for manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention has the following effects.
즉, 칼라 필터를 형성하기 전에 볼록렌즈와 오목렌즈로 이루어진 색지움 이중렌즈를 형성함으로써 빛이 칼라 필터를 지난 후 발생하였던 파장에 따라 초점이 다르게 맺히는 현장을 방지할 수 있기 때문에 색수차의 양도 줄이면서 이미지 센서의 감도 특성을 향상시킬 수 있다.In other words, before forming the color filter, by forming the chrominance double lens consisting of convex and concave lenses, it is possible to prevent the spot where the light is differently focused according to the wavelength generated after passing the color filter, thereby reducing the amount of chromatic aberration. The sensitivity characteristic of the sensor can be improved.
Claims (5)
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KR1020050132636A KR100731118B1 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Cmos image sensor and method for manufacturing the same |
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JP2004253573A (en) * | 2003-02-19 | 2004-09-09 | Sharp Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
-
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