KR100784871B1 - 내부 렌즈를 구비한 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
추가 공정이 최소화 된 내부 렌즈를 구비한 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 이 방법에서 기판의 광전 변환 영역에 포토다이오드가 형성된다. 식각 저지막이 형성된다. 식각 저지막이 패터닝되어 기판의 광전 변환 영역에는 내부 렌즈(Inner lens)가 형성되고 기판의 트랜지스터 영역에는 식각 저지막 패턴이 형성된다. 내부 렌즈와 식각 저지막 패턴 위에 금속 배선 구조물이 형성된다.
내부 렌즈(Inner Lense), 이미지 센서, 구리(Copper), 식각 저지막
Description
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100 : 웨이퍼 105 : 포토다이오드 120: 식각 저지막
130a: 내부 렌즈 130b, 330b: 식각 저지막 패턴
145,155, 170, 180, 195, 205 : 배선 식각 저지막 패턴
250, 260, 270: 선택적 배리어 층
320: 제1 내부 렌즈 330a: 제2 내부 렌즈
본 발명은 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부 렌즈(Inner lens)를 구비한 씨모스(CMOS) 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.
CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, CMOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 MEGA 픽셀 해상도가 구현 가능함에 따라 그 사용이 급격히 늘어나고 있다.
그런데, 1M에서 2M, 5M 등으로 픽셀의 집적도를 증가시킬수록 단위 픽셀당 포토다이오드 면적이 급격히 작아지고 있다. 이와 같이 작아진 포토다이오드 면적에서 더 많은 빛을 받기 위한 방법의 한 가지로 내부 렌즈(Inner Lens)가 활발히 연구 개발되고 있다.
이와 같은, 내부 렌즈(Inner Lens)는 마이크로 렌즈(Microlens)에서 집광된 빛을 다시 한번 집광하여, 사광을 최소화 시키고 더 많은 광을 포토다이오드까지 도달 할 수 있게 한다. 종래에는 내부 렌즈 형성을 위한 별도의 여러 공정이 추가되었다. 예를 들면, 내부 렌즈 막질을 증착한 후, 포토레지스트를 증착하고, 식각 을 통해 내부 렌즈를 형성하였다. 이러한 추가 공정은 공정의 복잡도를 증가 시키고 제품 원가를 높이는 원인이 되기도 한다.
특히, 최근 활발히 연구 개발 중인 구리(Copper)배선을 이용한 이미지 센서의 경우 알루미늄(Aluminum)배선에 비해 성능은 우월하나 공정이 더 복잡해 지기 때문에, 내부 렌즈을 위한 여러 단계의 추가공정은 제품원가 측면에서 부담으로 다가 오게 된다.
따라서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 추가 공정이 최소화 된 내부 렌즈 의 제조방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 본 발명이 속하는 기술 분야에서의 요구에 부응하여 추가 공정이 최소화 된 내부 렌즈를 구비한 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 광전 변환 영역 및 트랜지스터 영역을 갖는 기판 상에 식각 저지막을 형성하는 단계; 상기 식각 저지막을 패터닝하여, 상기 광전 변환 영역의 내부 렌즈(Inner lens)와 상기 트랜지스터 영역의 식각 저지막 패턴을 함께 형성하는 단계; 및 상기 내부 렌즈와 상기 식각 저지막 패턴 상에 금속 배선 구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 광전 변환 영역 및 트랜지스터 영역을 갖는 기판 상에 식각 저지막을 형성하는 단계; 볼록한 표면을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 식각 저지막의 일부 두께를 동시에 식각하여 상기 광전 변환 영역 상에는 내부 렌즈를, 상기 트랜지스터 영역 상에는 식각 저지막 패턴을 형성하는 단계; 상기 내부 렌즈 및 상기 식각 저지막 상에 금속 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 금속 층간 절연막 및 상기 식각 저지막을 패터닝하여 상기 트랜지스터 영역 상에 배선용 홈을 형성하는 단계; 및, 상기 배선용 홈을 채우는 금속 배선을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되어지는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조방법 을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1a를 참조하면, 광전 변환 영역과 트랜지스터 영역을 구비한 기판(100)을 준비한다. 여기서, 광전 변환 영역은 수광 소자가 형성되는 기판(100)부분을 의미하며, 트랜지스터 영역은 액티브 픽셀 어레이부 내의 수광 소자를 제외한 영역을 가리킬 수 있다. 예를 들면 트랜스퍼 게이트, 리셋 게이트 등의 트랜지스터나 액티브 영역을 포함할 수 있다. 또는, 트랜지스터 영역은 상관이중샘플링(CDS:corrected double sampling), 이미지신호처리기(ISP:Image Signal Processing), 아날로그디지탈변환기(ADC:Analog to Digital convertor) 등의 아날로그 또는 디지털 회로가 형성되는 주변 회로부를 포함할 수 있다. 또는 트랜지스터 영역은 수광소자를 제외한 필셀 어레이부 및 주변회로부 모두를 포함할 수 있다.
광전 변환 영역의 기판(100)에 포토다이오드(105)를 형성한다. 이와 같은 포토다이오드(105)는 입사되는 외부의 광에 비례해서 전하(Charge)를 발생하는 수광 소자로서, 같은 기능을 갖는 포토게이트 등의 다른 소자로 대체될 수도 있다. 예를 들면, 상기 포토다이오드(105)는 N형의 포토다이오드와 기판 표면에 형성되는 P형 포토다이오드로 이루어 질 수 있다. 여기서, N형 포토다이오드는 외부광에 비례해서 전자(Electron)을 발생 (Generation) 시키는 부분이고, P형 포토다이오드는 기판표면의 결함 등에서 발생하는 암전류(Dark current) 등을 제거하기 위한 부분이다. 또한, 상기 기판(100)에 소자를 분리하는 소자 분리막(미도시), 깊은 웰(미도시), 또는 소스/드레인 영역(미도시) 등이 추가로 형성 될 수 있다.
또한, 트랜지스터 영역의 기판(100) 위에 게이트(미도시)와 스페이서 (미도시)를 구비한 각종 트랜지스터들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 액티브 픽셀 어레이부에는 전송트랜지스터, 리셋트랜지스터, 드라이브 트랜지스터, 선택트랜지스터 등의 각종 트랜지스터가 형성 될 수 있다. 또한, 주변 회로부에는 N형 또는 P형 트랜지스터가 형성 될 수 있다.
상기 기판(100) 위에 층간 절연막(110)을 형성한다. 상기 층간 절연막(110)은 단층으로 이루어 질 수도 있고, 다층으로 이루어 질 수 있다. 또한, 상기 층간 절연막(110) 내에 캐패시터 등 다른 구조물이 형성 될 수 있다. 상기 층간 절연막(110)내에 콘택 플러그(Contact plug, 115)를 형성한다. 상기 콘택 플러그(115)는 배선(Interconnection)과 하부 도전물을 연결하기 위한 것으로, 상기 하부 도전물은 기판(100) 또는 게이트(미도시) 일 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 층간 절연막(110) 위에 식각 저지막(120)을 형성한다. 예를 들어, 식각 저지막(Etch Stopper, 120)은 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 탄화막(SiC), 또는 실리콘 탄화 질화막(SiCN) 일 수 있다. 여기서, 식각 저지막(120) 물질의 선택은 배선용 몰드(mold)를 형성할 때 식각을 저지하는 역할과 필요한 내부 렌즈의 굴절률을 고려하여 정할 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 저지막(120)은 약 1000에서 약 3000Å두께로 형성할 수 있다. 여기서, 식각 저지막(120))의 두께는 향후 형성될 내부 렌즈(Inner Lens)의 곡률 등을 고려 하여야 한다.
도 1c를 참조하면, 상기 식각 저지막(120)위에 포토레지스트 패턴(125)를 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(125)는 내부 렌즈를 한정하기 위한 것이다. 예를 들어, 상기 패턴(125)은 광전 변환 영역의 식각 저지막(120) 위에 형성한다. 트랜 지스터 영역에는 내부 렌즈가 형성될 필요가 없으므로, 포토레지스트 패턴은 트랜지스터 영역에는 형성되지 않는 것이 좋다.
도 1d를 참조하면, 열 공정(Heat Treatment)을 통해 상기 포토레지스트 패턴(125)을 내부 렌즈 모양의 포토레지스트 패턴(125a)으로 변형시킨다. 예를 들어 포토레지스트 패턴(125a)의 상부면(입사하는 광에 가까운 면)은 볼록한 형태를 나타낸다. 이때의 열 공정은 예를 들어, 200C 이하에서 진행 할 수 있다.
도 1e를 참조하면, 예를 들어 에치백 공정을 진행하여 내부 렌즈 모양의 포토레지스트 패턴(125a)과 식각 저지막(120)을 동시에 식각하여, 광전 변환 영역의 내부 렌즈(Inner Lens, 130a)와 트랜지스터 영역의 식각 저지막 패턴(130b)을 함께 형성한다. 포토레지스 패턴(125a)과 식각 저지막(120)을 동시에 식각하는 에치백 공정으로 인해서, 광전 변환 영역에는 포토레지스트 패턴(125a)의 표면 윤곽이 식각 저지막에 전사되어 내부 렌즈(130a)가 형성된다. 본 실시예에서 포토레지스트 패턴(125a) 외측의 식각 저지막(120)의 일부 두께가 잔존하도록 에치백 공정을 진행하여, 내부 렌즈(130a)와 함께 트랜지스터 영역에 식각 저지막 패턴(130b)이 형성된다. 이 에치백 공정에서 포토레지스트 패턴(125a) 외측의 식각 저지막(120)이 모두 제거될 수 있는 데, 이 경우에 식각 저지막 패턴을 위한 추가적인 막질 증착 공정이 진행되며, 이에 대해서는 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명을 한다.
추가적으로 내부 렌즈를 형성하기 위해 내부 렌즈 막을 증착하고 패터닝하는 종래 기술에 비해, 배선 형성 시, 특히 다마신(damascene) 배선 형성시 반드시 필요한 식각 저지막(120)을 이용하여, 내부 렌즈(130a)와 식각 저지막 패턴(130b)을 동시에 형성 함으로써, 공정 단순화와 비용절감을 이룰 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 에치백 공정은 트랜지스터 영역에서 식각 저지막이 약 400 ~ 600Å정도 잔존하도록, 즉, 상기 식각 저지막 패턴(130b)이 약 400~ 600Å의 두께로 되도록 진행될 수 있다.. 이 두께를 목표로 식각량를 조절한다.
도 1f를 참조하면, 상기 내부 렌즈(130a)와 상기 식각 저지막 패턴(130b) 위에 제1 금속 층간 절연막(Intermetal dielectric, 135)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제1 금속 층간 절연막(135)은 불소도핑글래스(FSG:fluorine doped glass) 등의 Low-k 절연막일 수 있다. 다음에, 상기 제1 금속 층간 절연막(135)에 제1 배선(140)을 형성한다. 예를 들어, 저항을 줄이기 위해 구리(Copper)를 제1 배선 물질로 사용하는 경우에는 다마신 공정을 이용한다. 즉, 상기 식각 저지막 패턴(130b)이 노출될 때까지, 즉, 상기 식각 저지막 패턴(130b)을 식각 저지층으로 사용하여 상기 제1 층간 절연막(135)을 패터닝하고 이어서 노출된 식각 저지막 패턴(130b)을 식각하여 콘택 플러그(115)를 노출하며 제1 배선을 한정하는 개구부(opening), 즉, 배선용 홈(trench)을 형성한다. 상기 배선용 홈을 배리어막(barrier layer) 및 구리로 채운다. 화학적기계적 연막(CMP) 같은 평탄화 공정을 진행하여 제1 배선(140)을 형성한다.
도 1g를 참조하면, 제1 금속 층간 절연막(135)와 제1 배선(140) 위에 제1 배선 식각 저지막(145)을 형성한다. 이 제1 배선 식각 저지막(145)은 제1 배선(140)과 제2 배선(165)을 연결하기 위한 개구부, 즉, 제2 배선의 비아(Via) 형성 시, 식각 저지막으로 사용되는 동시에 제1 배선(140)의 확산 방지막으로 사용된다. 다음 에 제2 금속 층간 절연막(150), 제2 배선 식각 저지막(155), 제3 금속 층간 절연막(160)을 차례로 형성한다.
도 1h를 참조하면, 다마신 공정을 진행하여 제2 배선(165)을 제2 및 제3 금속 층간 절연막(150, 160) 내에 형성한다. 다마신 공정은 배선용 홈(165a) 및 비아(165b)를 형성한 후 구리 같은 도전물질을 형성하고 CMP 공정을 진행하는 것을 포함한다. 이때, 배선용 홈(165a)을 먼저 형성하고 비아(165b)를 형성하거나 또는 그 반대의 순서로 형성할 수 있다. 제1 배선(140)과 마찬가지로 구리를 형성하기 전에 배리어막을 형성할 수 있다. 여기서, 제1 배선 식각 저지막(145)은 제2 배선의 비아(Via, 165b) 형성 시 식각 저지막으로 사용되며, 제2 배선 식각 저지막(155)은 배선용 홈(Trench, 165a) 형성 시 식각 저지막으로 사용된다. 식각량이 충분히 조절 될 경우, 배선용 홈(Trench) 형성 시 식각 저지막으로 사용되는 제2 배선 식각 저지막(155)은 생략 될 수 있다. 또한, 제2 배선(165)은 구리(Copper) 일 수 있다. 물론, 알루미늄 등의 다른 금속 물질도 제2 배선(165) 등으로 사용될 수 있다.
도 1i를 참조하면, 제2 배선(165) 위에 제3 배선 식각 저지막(170), 제4 금속 층간 절연막(175), 제4 배선 식각 저지막(180), 제5 금속 층간 절연막(185)을 증착한 후, 전술한 제2 배선 형성 방법과 동일하게 다마신 공정을 진행하여 제3 배선(190)을 형성한다. 상기 제3 배선(190)은 제2 배선(165)과 형성하는 방법이 동일하므로 기타 설명은 생략한다. 다음에 상기 제3 배선(190)위에 제5 배선 식각 저지막(195), 제6 금속 층간 절연막(200), 제6 배선 식각 저지막(205) 및 제7 금속 층 간 절연막(210)을 차례로 형성한다. 여기서, 주변 회로부의 제4 배선(미도시)을 위해서 제6 금속 층간 절연막(200), 제6 배선 식각 저지막 패턴(205) 및 제7 금속 층간 절연막(210)을 형성한다.
액티브 픽셀 어레이부는 3개의 배선층을 갖고 주변 회로부는 4개의 배선층을 갖는 이미지 센서의 제조방법 들어 설명하였으나, 본 실시 예에서는 이에 국한 되는 것은 아니며 예를 들어, 액티브 픽셀 어레이부는 2개의 배선층을 갖고 주변 회로부에는 3개의 배선층을 갖는 이미지 센서 등 다양한 배선 형태에 적용될 수 있음은 물론이다. 또 액티브 픽셀 어레이부와 주벼회로부가 동일한 레벨의 배선층을 가질 수 도 있다.
도 1j 참조하면, 광전 변화 영역에서 내부 렌즈(130a) 상의 절연막, 예컨대, 배선 식각 저지막들 (145,155,170,180,195,205)과 금속 층간 절연막들 (135, 150, 160,175,185,200,210) 등을 식각하여 개구부(215)를 형성한다. 예를 들어, 배선 물질로 구리(Copper) 등을 사용하는 경우 식각 저지막들을 사용하게 되는 데, 여기서, 배선 식각 저지막들은 층간 절연막들과 굴절율이 차이가 나며, 실리콘 질화막(SiN) 등의 식각 저지막들은 빛 투과율이 좋지 않기 때문에 본 실시 예와 같이 개구부(215)를 형성하여 식각 저지막들을 제거하는 것이 감도(Sensitivity) 측면에서 바람직하다고 할 수 있다. 상기와 같이 개구부(215)를 형성한 후, 투명한 절연물질로 채워 넣는다.
다시, 도 1j 참조하면, 개구부(215)와 최상층의 금속 구조물 위에 칼라 필터(220a, 220b, 220c)를 형성한다. 예를 들어, 각각의 칼라 필터(220a, 220b, 220c)는 적색(Red), 초록(Green), 또는 파란(Blue) 중 어느 하나의 칼라 필터 일수 있다. 다음에, 칼라 필터(220a, 220b, 220c) 위에 마이크로 렌즈(Microlens, 230)을 형성한다. 상기 칼라 필터(220a, 220b, 220c)와 마이크로 렌즈(230) 사이에 평탄층이 추가로 형성 될 수도 있다. 상기 마이크로 렌즈(230)은 내부 렌즈(130a)와 함께 빛을 집광하는 역할을 하며, 일반적으로 내부 렌즈 보다 큰 사이즈를 갖는다.
상술한 실시예에 있어서, 상기 콘택 플러그(115)는 상기 내부 렌즈(130a) 및 식각 저지막 패턴(130b)이 형성된 이후에 제1 배선(140)과 동시에 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예의 배선 식각 저지막들을 제외하고는 동일하다. 즉, 본 실시예에서는 제1 실시예의 식각 저지막들이 형성되지 않는 대신 선택적 배리어층들(250, 260, 270)이 형성된다. 따라서, 동일한 부재에 대하여는 동일한 참조 부호를 사용하고, 더 이상의 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 제1 배선(140)을 형성 한 후, 제1 배선(140) 상부에 제1 선택적 배리어 층(250)을 패터닝 공정을 통해서 형성한다. 마찬가지로, 제2 배선(165)과 제3 배선(190) 상에 각각 패터닝 공정을 통해서 제2 선택적 배리어 층(260)과 제3 선택적 배리어 층(270)을 각각 형성한다. 예를 들어, 선택적 배리어 층(250,260,270)이 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 탄화막(SiC) 또는 실리콘 탄화 질화막(SiCN)인 경우에는 각 배리어 층을 각각의 배선 상부를 포함한 금속 층간 절연막 전면에 증착한 후, 패터닝을 통해 배선 상부에만 배리어 층을 형성한다.
또한, 선택적(optional) 배리어 층(250,260,270)으로 CoWP(Cobalt tungsten phosphor)인 경우에는 각 배선 상부에만 선택적으로 증착할 수 있다. 배선용 홈(Trench) 형성 시 식각량이 조절 될 수 있으면, 금속 층간 절연막들(135, 150, 160, 175, 185, 200, 210)을 단층으로 형성 할 수 있다. 예를 들어, 제2 금속 층간 절연막(150)과 제3 금속 층간 절연막(160)을 따로 형성하는 것이 아니라, 단층으로 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 본 발명의 제3 실시예는 제1 내지 제2 실시예의 내부 렌즈 형성 방법의 일부를 제외하고는 동일하다. 따라서, 동일한 부재에 대하여는 동일한 참조 부호를 사용하고, 더 이상의 설명은 생략한다. 도 3a를 참조하면, 내부 렌즈 모양의 포토레지스트 패턴(310)를 제1 식각 저지막(300)을 형성한다. 예를 들어, 제1 식각 저지막(300)은 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 탄화막(SiC), 또는 실리콘 탄화 질화막(SiCN) 일 수 있다. 여기서, 제1 식각 저지막(300) 물질은 필요한 내부 렌즈의 굴절률 등을 고려하여 정해져야 한다. 예를 들어, 제1 식각 저지막(300)은 약 1000에서 약 3000Å두께 일 수 있다. 이 때 제1 식각 저지막(300)의 두께는 향후 형성될 내부 렌즈(Inner Lens)의 곡률 등을 고려 하여야 한다. 여기서, 내부 렌즈 모양의 포토레지스트 패턴(310)은 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 후, 열 공정(Heat Treatment)을 통해 형성 할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 제1 식각 저지막(300)을 식각하여 내부 렌즈(Inner Lens, 320)를 형성한다.
도 3c를 참조하면, 내부 렌즈(320)와 기반(100) 상에 제2 식각 저지막(330) 을 증착하여, 트랜지스터 영역에는 식각 저지막 패턴(330b)을 형성한다. 이때, 광전 변화부에 형성되는 제2 식각 저지막(330a)의 표면은 그 아래의 내부 렌즈(320)의 표면의 윤곽이 전사되도록 하여 광전 변환부의 제2 식각 저지막(330a)이 내부 렌즈로서 기능을 하도록 한다.
광전 변환부의 제2 식각 저지막(330a)은 내부 렌즈(320) 표면의 식각 손상(Etch Damage) 부위를 회복(Cure) 시켜 줄 수 있다. 이를 통해 좀더 나은 집광 효과 및 감도를 기대할 수 있다. 여기서 제2 식각 저지막(330)의 두께는 제1 식각 저지막(300)의 두께보다 더 얇을 수 있다. 예를 들어, 제1 식각 저지막은 약 1000~3000Å이고, 제2 식각 저지막은 약 400~600Å일 수 있다.
제2 식각 저지막(330) 상부의 금속 배선 구조물은 본 발명의 제1 실시 예처럼 배선 식각 저지막 패턴들(미도시)이 각 금속 층간 절연막들(미도시) 사이에 존재하는 구조일 수도 있고, 본 발명의 제2 실시 예처럼 각 배선들의 상부에 선택적으로 배리어층(Barrier layer, 미도시)이 형성 되는 구조 일 수도 있다.
상술한 실시예들에서, 마이크로 렌즈와 광전 변환 소자 사이에 수직적으로 복수 개의 내부 렌즈들(130a, 147a)이 형성될 수 있으며 도 4는 이에 대해서 개략적으로 도시한다. 또, 상술한 실시예들에서, 내부 렌즈 들이 서로 다른 층간 절연막 상에 즉, 수평적으로 서로 다른 높이에 형성될 수 있으며 도 5는 이에 대해서 개략적으로 도시한다. 즉, 수광 소자(105a) 상의 내부 렌즈(130a1)는 층간절연막(110) 상에 형성되고, 수광 소자(105b) 및 수광 소자(105c) 상의 내부 렌즈(130a2, 130a3)는 제1 금속 층간 절연막(135) 상에 형성될 수 있다. 이 같은 실 시예의 경우, 칼라 필터에 종류에 따라서 집광 정도를 서로 다르게 가져갈 수 있어 최적의 칼라 구현을 얻을 수 있다. 또, 이 경우에, 개구부(215)를 형성하기 위한 식각 공정에서 상대적으로 마이크로 렌즈에 가까이 있는 내부 렌즈(130a2, 130a3)의 일부분이 식각되어 그 두께가 내부 렌즈(130a1)보다 더 얇을 수 있다. 이 같이 칼라 필터에 따라 서로 다른 두께의 즉, 서로 다른 곡률 반경의 내부 렌즈를 형성할 수 있어 최적의 색 구현을 가능하게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면 추가 공정이 최소화 된 이너 렌즈 형성 방법을 제공하여 집광 효율을 높이면서도 원가 경쟁력을 가진 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (21)
- 광전 변환 영역 및 트랜지스터 영역을 갖는 기판 상에 식각 저지막을 형성하는 단계;상기 식각 저지막을 패터닝하여, 상기 광전 변환 영역의 내부 렌즈(Inner lens)와 상기 트랜지스터 영역의 식각 저지막 패턴을 함께 형성하는 단계; 및상기 내부 렌즈와 상기 식각 저지막 패턴 상에 금속 배선 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속 배선 구조물 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 내부 렌즈와 상기 식각 저지막 패턴을 함께 형성하는 단계는,상기 광전 변환 영역의 상기 식각 저지막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;열처리 공정을 진행하여 상기 포토레지스트 패턴을 내부 렌즈 모양의 패턴으로 변형시키는 단계; 및상기 변형된 포토레지스트 패턴 및 상기 식각 저지막의 일부 두께를 동시에 식각하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 식각 저지막은 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 탄화막(SiC), 또는 실리콘 탄화 질화막(SiCN)이고, 상기 배선들은 구리(Copper)인 이미지 센서의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 금속 배선 구조물을 형성하는 단계는,상기 내부 렌즈와 상기 식각 저지막 패턴 상에 금속 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 금속 층간 절연막 및 상기 식각 저지막 패턴을 패터닝하여 개구부를 형성하는 단계; 및상기 개구부 내에 도전물질을 채우는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 금속 배선 구조물 상에 배선 식각 저지막 및 금속 층간 절연막을 적어도 1회 이상 반복 적층하는 단계;상기 금속 층간 절연막 및 배선 식각 저지막을 패터닝하여 배선용 홈 및 비아를 형성하는 단계; 및상기 배선용 홈 및 비아를 도전물질로 채우는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 내부 렌즈 상에 칼라 필터를 형성하는 단계; 및상기 칼라 필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 금속 배선 구조물 상에 선택적으로 배리어층을 형성하는 단계;상기 배리어층 상에 금속 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 배리어층 및 금속 층간 절연막을 패터닝하여 개구부를 형성하는 단계; 및,상기 개구부를 채우는 도전물질을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 선택적 배리어 층은 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 탄화막(SiC), 실리콘 탄화 질화막(SiCN), 또는 CoWP(Cobalt tungsten phosphor)막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 금속 배선 구조물 위에 칼라필터를 형성하는 단계; 및상기 칼라필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 내부 렌즈와 상기 식각 저지막 패턴을 함께 형성하는 단계는,상기 광전 변환 영역의 상기 식각 저지막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;열처리 공정을 진행하여 상기 포토레지스트 패턴을 내부 렌즈 모양의 패턴으로 변형시키는 단계;상기 변형된 포토레지스트 패턴 및 상기 식각 저지막을 동시에 식각하여 상기 광전 변환 영역에 예비 내부 렌즈를 형성하는 단계; 및,상기 트랜지스터 영역 상에 그리고 상기 광전 변환 영역의 예비 내부 렌즈 상에 제2 식각 저지막을 형성하여 상기 광전 변환 영역에는 상기 예비 내부 렌즈 및 상기 제2 식각 저지막으로 구성되는 상기 내부 렌즈를 상기 트랜지스터 영역에는 상기 제2 식각 저지막으로 구성되는 식각 저지막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 제1 식각 저지막이 상기 제2 식각 저지막 보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 금속 배선 구조물을 형성하는 단계는,상기 내부 렌즈와 상기 식각 저지막 패턴 상에 금속 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 금속 층간 절연막 및 상기 식각 저지막 패턴을 패터닝하여 개구부를 형성하는 단계; 및상기 개구부 내에 도전물질을 채우는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제13항에 있어서,상기 금속 배선 구조물 상에 배선 식각 저지막 및 금속 층간 절연막을 적어도 1회 이상 반복 적층하는 단계;상기 금속 층간 절연막 및 배선 식각 저지막을 패터닝하여 배선용 홈 및 비아를 형성하는 단계; 및상기 배선용 홈 및 비아를 도전물질로 채우는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제13항에 있어서,상기 금속 배선 구조물 상에 선택적으로 배리어층을 형성하는 단계;상기 배리어층 상에 금속 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 배리어층 및 금속 층간 절연막을 패터닝하여 개구부를 형성하는 단계; 및,상기 개구부를 채우는 도전물질을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제15 항에 있어서,상기 선택적 배리어 층은 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 탄화막(SiC), 실리콘 탄화 질화막(SiCN), 또는 CoWP(Cobalt tungsten phosphor)막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 광전 변환 영역 및 트랜지스터 영역을 갖는 기판 상에 식각 저지막을 형성하는 단계;볼록한 표면을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴 및 상기 식각 저지막의 일부 두께를 동시에 식각하여 상기 광전 변환 영역 상에는 내부 렌즈를, 상기 트랜지스터 영역 상에는 식각 저지막 패턴을 형성하는 단계;상기 내부 렌즈 및 상기 식각 저지막 상에 금속 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 금속 층간 절연막 및 상기 식각 저지막을 패터닝하여 상기 트랜지스터 영역 상에 배선용 홈을 형성하는 단계; 및,상기 배선용 홈을 채우는 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제17항에 있어서,볼록한 표면을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는:포토레지스트 패턴을 형성한 후 열처리 공정을 진행하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제17항에 있어서,상기 배선용 홈을 채우는 금속 배선을 형성하는 단계는:상기 배선용 홈에 배리어막을 형성하는 단계; 및상기 홈을 채우도록 상기 배리어막 상에 구리를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제17항에 있어서,상기 금속 배선 상에 배선 식각 저지막 및 금속 층간 절연막을 적어도 1회 이상 반복 적층하는 단계;상기 금속 층간 절연막 및 배선 식각 저지막을 패터닝하여 배선용 홈 및 비아를 형성하는 단계; 및상기 배선용 홈 및 비아를 도전물질로 채우는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제19항에 있어서,상기 배선 식각 저지막을 형성한 후 상기 금속 층간 절연막을 형성하기 전에, 상기 배선 식각 저지막을 패터닝하여 상기 내부 렌즈 상에는 제2 내부 렌즈를 상기 식각 저지막 패턴 상에는 제2 식각 저지막 패턴을 동시에 형성하는 것을 더 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
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