KR100766258B1 - Cmos 이미지 센서 제조 방법 - Google Patents

Cmos 이미지 센서 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100766258B1
KR100766258B1 KR1020060077957A KR20060077957A KR100766258B1 KR 100766258 B1 KR100766258 B1 KR 100766258B1 KR 1020060077957 A KR1020060077957 A KR 1020060077957A KR 20060077957 A KR20060077957 A KR 20060077957A KR 100766258 B1 KR100766258 B1 KR 100766258B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oxide film
interlayer insulating
image sensor
etching process
forming
Prior art date
Application number
KR1020060077957A
Other languages
English (en)
Inventor
박정수
Original Assignee
동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동부일렉트로닉스 주식회사 filed Critical 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority to KR1020060077957A priority Critical patent/KR100766258B1/ko
Priority to US11/840,065 priority patent/US7651884B2/en
Priority to CN200710141650A priority patent/CN100592497C/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR100766258B1 publication Critical patent/KR100766258B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685Process for coatings or optical elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627Microlenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14687Wafer level processing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

CMOS 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명은 복수의 홀을 화소 영역에 형성하고 식각하여 기판상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 제공한다. 따라서 열에 의한 리플로우 공정(thermal reflow)으로 마이크로 렌즈를 형성하는 데 따른 여러 가지 문제점을 제거할 수 있다.
CMOS 이미지 센서, 마이크로 렌즈, 식각 공정

Description

CMOS 이미지 센서 제조 방법 {the method of fabricating CMOS image sensor}
도 1a 내지 도 1b은 종래의 기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분의 부호>
200: 반도체 기판 210, 220, 230: 적색, 녹색, 청색 검출 다이오드
240: 층간 절연막 250: 홀
260: 제1 산화막
본 발명은 CMOS 이미지 센서(image sensor) 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 렌즈를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서의 원리를 간단히 설명하면 먼저 물체에서 반사된 빛 에너지가 광전자 변화부에 의하여 흡수되고 광전효과에 따라 전자가 발생하게 된다. 이때 발생된 전자는 흡수된 광량에 비례하며 발생한 전자는 반도체 기판상에 형성되어 있는 광전자 변환부에 축적된 후 이후 읽기동작(read-out operation)을 통해서 읽혀진다. 일반적으로 광전자 변환부로 포토 다이오드가 이용된다.
이미지 센서의 감도를 향상시키기 위하여 상기 포토 다이오드로 빛을 집적시키는 마이크로 렌즈가 사용되는 데 이하 도면을 이용하여 상기 마이크로 렌즈의 제조공정을 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 마이크로 렌즈의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100)에 수광하여 전자를 발생시키는 복수의 포토 다이오드를 형성한다. 칼라 이미지 센서의 경우 적색(110), 녹색(120) 및 청색(130) 포토 다이오드를 순차적으로 형성한다.이후 상기 기판상에 금속 배선을 포함하는 투광성의 층간 절연막(140)을 형성하고 수분이나 외부의 물리적인 충격으로부터 소자를 보호하기 위하여 상기 절연막상에 산화막을 적층하고 패터닝하여 상기 포토 다이오드가 형성된 영역의 외측에 소자 보호막(150)을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 상기 층간 절연막 상에 마이크로 렌즈(160)가 형성된다. 상기 마이크로 렌즈의 형성은 선택적 패터닝과 열처리에 의한 리플로우 공정 (thermal reflow)으로 이루어진다. 상기 열처리에 의한 리플로우 공정은 마이크로 렌즈의 CD(critical dimension)를 일정하게 형성할 수 없는 문제가 있고, 마이크로 렌즈의 두께와 곡률반경을 조절하기 어려운 문제가 있다. 또한 상기 포토 레지스트를 이용하여 상시 패터닝을 하는 단계는 금속 패드를 노출시킨 후에 실시되므로 패터닝시 사용되는 강한 알칼리성의 현상액에 의하여 노출된 금속 패드 표면이 손상을 입는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 열처리에 의한 리플로우에 의하지 않고 특성이 향상된 마이크로 렌즈를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서 제조 방법은 반도체 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계와, 상기 기판상 금속 배선을 포함하는 층간 절연막을 형성하는 단계와, 제 1 식각 공정으로 상기 포토 다이오드가 형성된 영역의 층간 절연막상에 서로 이격되며 일정 깊이를 갖는 복수의 홀을 형성하는 단계와, 상기 복수의 홀이 형성된 층간 절연막 상에 제 1 산화막을 적층하는 단계, 및 제 2 식각 공정으로 상기 제 1산화막 상에 일정한 곡면을 갖는 복수의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
이하 도면을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(200)에 각각 복수의 포토 다이오드를 포함하는 화소 영역을 형성한다. 상기 포토 다이오드는 적색에 대하여 반응하여 광전하를 발생시키는 적색 검출 다이오드(210), 녹색과 반응하는 녹색 검출 다이오드(220), 및 청색과 반응하여 광전하를 발생시키는 청색 검출 다이오드(230)로 구성된다.
도 2b를 참조하면, 상기 기판(200)상에 이후 신호처리를 위한 게이트(도시하지 않음)를 포함하는 트랜지스터(도시하지 않음)와 같은 소자 및 각 부분들을 연결하는 비아나 콘택과 같은 금속배선을 포함하는 층간 절연막(240)을 형성한다.
도 2c를 참조하면, 상기 층간 절연막(240)상에 포토 마스크(도시하지 않음)로 적층하고 패터닝한 후 식각 공정을 통하여 일정한 깊이를 가지며 서로 이격된 요철형태의 복수의 홀(250)을 형성한다.
도 2d를 참조하면, 상기 층간 절연막(240) 상에 제 1 산화막(260)이 적층되는데, 이때 홀(250)의 높낮이에 따라 상기 제 1 산화막(260)은 일정한 높낮이를 가지게 된다. 즉, 각 홀의 옆 측면은 밑부분에 비하여 적층 정도가 떨어지기 때문에 홀(250)에 적층되는 상기 제 1 산화막(260)은 상기 홀(250)과는 달리 일정한 곡면을 가지게 된다. 상기 제 1 산화막(260)의 적층은 고밀도 플라즈마 화학 증착법(HDPCVD)에 의하여 이루어진다.
도 2e를 참조하면, 상기 홀(250) 상에 적층된 상기 제 1 산화막(260)은 식각 공정으로 제거된다. 이때 상기 식각공정은 건식 식각 공정으로 진행되는 게 바람직하다.
비등방성을 갖는 상기 식각 공정은 일정한 깊이로 상기 제 1 산화막(260)을 식각하여 제거하므로, 상기 제 1 산화막(260)의 형태와 대응하여 일정한 높낮이를 갖는 구조(280)의 층간 절연막(240)이 형성된다.
상기 일정한 높낮이를 갖는 복수의 구조(280)는 이미지 센서 완성 후 기판에 형성된 포토 다이오드(210, 220, 230)로 빛을 집적하는 마이크로 렌즈 역할을 수행한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하여 소자 보호를 위한 보호 산화막 형성을 마이크로 렌즈 형성 공정과 동시에 진행할 수 있다.
이하 도면을 이용하여 상기 또 다른 실시예에 의한 마이크로 렌즈의 형성 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 상술한 바와 같이 반도체 기판에 각각 복수의 포토 다이오드를 포함하는 화소 영역을 형성한다. 상기 포토 다이오드는 적색에 대하여 반응하여 광 전하를 발생시키는 적색 검출 다이오드(310), 녹색과 반응하는 녹색 검출 다이오드(320), 및 청색과 반응하여 광전하를 발생시키는 청색 검출 다이오드(330)로 구성된다.
이후 신호처리를 위한 게이트(도시하지 않음)를 포함하는 트랜지스터(도시하지 않음)와 같은 소자 및 각 부분들을 연결하는 비아나 콘택과 같은 금속배선을 포 함하는 층간 절연막(340)을 형성한다. 상기 층간 절연막(340)은 투광성 물질로 이루어지는데, 상기 층간 절연막(340)을 통하여 하부의 포토 다이오드로 빛이 들어가게 된다.
도 3b를 참조하면, 상기 포토 다이오드가 형성된 영역의 외측에 해당하는 층간 절연막상에 보호 산화막(350)이 형성되는데, 상기 보호 산화막(350)은 외부 충격이나 수분으로부터 소자를 보호하는 역할을 수행한다.
도 3c를 참조하면, 마이크로 렌즈가 형성되는 상기 층간 절연막(340)에 대하여 포토 마스크(도시하지 않음)를 적층하고 패터닝한 후 식각하여 일정한 깊이를 가지며 서로 이격된 요철형태의 복수의 홀(360)을 형성한다.
도 3d를 참조하면, 상기 층간 절연막(340) 및 상기 보호 산화막(350) 상에 제 1산화막(370)이 적층 되는데, 홀(360) 뿐만 아니라 보호 산화막(350)도 일정한 높낮이를 가지므로 상기 보호 산화막(350)의 제 1 산화막(370) 역시 일정한 높낮이를 가지게 된다. 즉, 상기 보호 산화막(350)이 가지는 두께로 인하여 상기 보호 산화막(350) 측면 부분에 대한 상기 제 1 산화막의 증착이 상대적으로 덜 이루어지면서, 일정한 곡면을 가지며 상기 제 1 산화막이 상기 보호 산화막(350)상에 적층된다
본 발명의 바람직한 일 실시예에서 상기 제 1 산화막(370)은 고밀도 화학 증착법(HDPCVD)에 의하여 적층되는데 이로써 박막의 균일도가 향상된다.
도 3e를 참조하면, 상기 홀(260) 및 상기 보호 산화막(350) 상에 적층된 상기 제 1 산화막(370)은 식각 공정으로 제거된다.
상기 식각 공정은 일정한 깊이로 상기 제 1 산화막(370)을 식각하여 제거하기 때문에 상기 제 1 산화막(370)의 형태와 대응하여 측면이 완만하게 경사진 구조(350a)를 갖는 보호 산화막(350)과 일정한 높낮이를 갖는 구조(380)의 층간 절연막(340)이 형성된다.
상기 층간 절연막(340)상에 형성되며 일정한 높낮이를 갖는 상기 구조(380)는 이미지 센서 완성 후 기판에 형성된 포토 다이오드(310, 320, 330)로 빛을 집적하는 마이크로 렌즈 역할을 수행하며, 상기 경사진 구조(350a)를 갖는 보호 산화막은 추후 진행되는 식각 및 노광공정에서 상기 공정이 기판(300) 전반에 걸쳐 균일하게 진행되도록 한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서는 종래의 기술에 따른 이미지 센서에 비하여 보다 일정한 곡률반경 및 CD를 갖는 마이크로 렌즈를 제공한다. 이로써 이미지 센서의 성능 및 감도가 향상된다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 반도체 기판에 포토 다이오드를 형성하는 단계;
    상기 기판상 금속 배선을 포함하는 층간 절연막을 형성하는 단계;
    상기 포토 다이오드가 형성된 영역 외측의 층간 절연막상에 보호 산화막을 형성하는 단계;
    제 1 식각 공정으로 상기 포토 다이오드가 형성된 영역의 층간 절연막상에 서로 이격되며 일정 깊이를 갖는 복수의 홀을 형성하는 단계;
    상기 복수의 홀이 형성된 층간 절연막 및 상기 보호 산화막상에 제 1 산화막을 적층하는 단계; 및
    제 2 식각 공정으로 상기 제 1 산화막을 식각하여 상기 층간 절연막 상에 일정한 곡면을 갖는 복수의 마이크로 렌즈 및 측면이 완만하게 경사진 구조를 갖는 보호 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 제 1 산화막을 적층하는 공정은 고밀도 플라즈마 화학 증착 공정인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 제조 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 식각 공정은 건식 식각 공정인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 제조 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 층간 절연막은 투광성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 제조 방법.
KR1020060077957A 2006-08-18 2006-08-18 Cmos 이미지 센서 제조 방법 KR100766258B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060077957A KR100766258B1 (ko) 2006-08-18 2006-08-18 Cmos 이미지 센서 제조 방법
US11/840,065 US7651884B2 (en) 2006-08-18 2007-08-16 Method of fabricating a CMOS image sensor with micro lenses formed in a wiring layer
CN200710141650A CN100592497C (zh) 2006-08-18 2007-08-17 Cmos图像传感器的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060077957A KR100766258B1 (ko) 2006-08-18 2006-08-18 Cmos 이미지 센서 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100766258B1 true KR100766258B1 (ko) 2007-10-12

Family

ID=39095306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060077957A KR100766258B1 (ko) 2006-08-18 2006-08-18 Cmos 이미지 센서 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7651884B2 (ko)
KR (1) KR100766258B1 (ko)
CN (1) CN100592497C (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011102183A1 (en) 2010-02-19 2011-08-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR101909144B1 (ko) 2012-03-06 2018-10-17 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 형성 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020045162A (ko) * 2000-12-08 2002-06-19 박종섭 산화막으로 이루어지는 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지센서 및 그 제조 방법
KR20040071066A (ko) * 2003-02-03 2004-08-11 세이코 엡슨 가부시키가이샤 발광 디스플레이 패널 및 그 제조 방법
KR20050057968A (ko) * 2003-12-11 2005-06-16 매그나칩 반도체 유한회사 무기물의 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서 제조 방법
KR20050072350A (ko) * 2004-01-06 2005-07-11 매그나칩 반도체 유한회사 무기물 마이크로 렌즈 제조방법
KR20060091518A (ko) * 2005-02-15 2006-08-21 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5316640A (en) 1991-06-19 1994-05-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fabricating method of micro lens
JP4029128B2 (ja) 1997-10-16 2008-01-09 昭和電線ケーブルシステム株式会社 マイクロレンズの製造方法
KR100672698B1 (ko) * 2004-12-24 2007-01-24 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020045162A (ko) * 2000-12-08 2002-06-19 박종섭 산화막으로 이루어지는 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지센서 및 그 제조 방법
KR20040071066A (ko) * 2003-02-03 2004-08-11 세이코 엡슨 가부시키가이샤 발광 디스플레이 패널 및 그 제조 방법
KR20050057968A (ko) * 2003-12-11 2005-06-16 매그나칩 반도체 유한회사 무기물의 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서 제조 방법
KR20050072350A (ko) * 2004-01-06 2005-07-11 매그나칩 반도체 유한회사 무기물 마이크로 렌즈 제조방법
KR20060091518A (ko) * 2005-02-15 2006-08-21 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN101127325A (zh) 2008-02-20
CN100592497C (zh) 2010-02-24
US7651884B2 (en) 2010-01-26
US20080044941A1 (en) 2008-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6325620B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
CN108962924A (zh) 形成图像传感器的吸收增强结构的方法
CN109037251B (zh) 固态成像装置及其制造方法
JP2006191023A (ja) Cmosイメージセンサおよびその製造方法
KR101763017B1 (ko) 반도체 구조체 및 그 제조 방법
KR101010375B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100731130B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
KR100743443B1 (ko) 이미지 센서용 마이크로렌즈 구조
JP2015122374A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
KR100843968B1 (ko) 이미지센서의 제조방법
JP2008160104A (ja) イメージセンサ及びその製造方法
KR100698099B1 (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
KR100766258B1 (ko) Cmos 이미지 센서 제조 방법
JP2008147332A (ja) 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置
US20090140360A1 (en) Image sensor and fabricating method thereof
KR20060033963A (ko) 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법
KR100788348B1 (ko) 씨모스 이미지 센서의 제조방법
CN106847847B (zh) 前照式图像传感器的形成方法
KR100887886B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
JP4581523B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
KR100875160B1 (ko) 씨모스 이미지 센서의 제조 방법
KR100835115B1 (ko) 이미지 센서 및 그의 제조방법
KR100695995B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조방법
JP2008147288A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法並びに撮像装置
KR20030038838A (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110920

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120926

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee