KR100789623B1 - 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 기판상에 형성된 소자분리막; 소정의 컬러에 대응하는 영역이 다른 컬러에 대응하는 영역보다 낮도록 상기 기판에 형성된 액티브 영역; 상기 액티브 영역의 표면 전체에 형성된 이온주입영역; 상기 이온주입영역 하측에 형성된 포토다이오드 영역; 상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기판 위에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층; 및 상기 컬러필텅층 위에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 이미지센서 제조에 있어서 포토다이오드(photodiode)의 수광부의 높이를 다르게 하기 위해 선택적으로 포토다이오드(photodiode)의 수광부를 소정 두께 식각함으로써 블루(blue)가 반응하는 영역을 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
핀드포토다이오드(pinned photodiode), 블루(blue), p-type 영역, 캡쳐(capture), 아웃풋(output).

Description

씨모스 이미지센서 및 그 제조방법{CMOS Image Sensor and Method for Manufacturing thereof}
도 1은 종래기술에 의한 씨모스 이미지센서의 단면도.
도 2는 본 발명에 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조공정의 단면도.
도 6은 본 발명에 제3 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
110: 기판 120: 포토다이오드 영역
140: 층간절연층 150: 컬러필터층
본 발명은 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센 서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
한편, CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있으므로, 최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
도 1은 종래기술에 의한 씨모스 이미지센서의 단면도이다.
종래기술에 의한 씨모스이미지센서는 기판(10)에 소자분리막(30)에 의해 액티브영역을 정의하고, 상기 액티브영역에 레드포토다이오드(R)(미도시), 그린포토다이오드(G)(24) 및 블루포토다이오드(B)(22)로 이루어지는 포토다이오드영역(20)을 형성한다.
그 후 상기 포토다이오드영역(20)을 포함하는 기판상에 층간절연층(40)을 형성하고, 그 위에 상기 포토다이오드 영역(20)에 대응하도록 레드컬러필터(R)(미도시), 그린컬러필터(G)(54) 및 블루컬러필터(B)(52)로 이루어지는 컬러필터층(50)을 형성한다.
한편, 종래 기술에 의한 CIS 공정 중 핀드포토다이오드(pinned photodiode)공정은 Si 기판(110)의 표면에 p-type으로 도핑(doping)시켜 Si표면에서의 암전류를 억제시키는 방법을 쓰고 있다.
하지만 블루(blue)는 단파장으로서 그 도달거리(D1)가 다른 컬러에 비해 짧으므로, Si의 표면 부근에서 반응을 일으키게 되는데, 위에서 말한 p-type 영역으로 인해 blue로 인해 생겨난 전자(electron)는 p-type에 캡쳐(capture)되어 결과적으로 blue에 대한 아웃풋(output)이 나빠지게 된다.
도 1에서 볼 수 있듯이 blue의 반응 영역은 Si의 표면(surface)부근에서 이루어 지기 때문에 전자생성(electron generation)시 p-type의 영향을 받게 되는 문제가 발생한다.
본 발명은 Si 표면의 암전류를 억제하기 형성되는 p-type으로 도핑영역에 의해 빛에 의해 생기는 전자(electron)가 캡쳐(capture)되어 결과적으로 blue 특성을 저하시키는 문제를 해결할 수 있는 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 기판상에 형성된 소자분리막; 소정의 컬러에 대응하는 영역이 다른 컬러에 대응하는 영역보다 낮도록 상기 기판에 형성된 액티브 영역; 상기 액티브 영역의 표면 전체에 형성된 이온주입영역; 상기 이온주입영역 하측에 형성된 포토다이오드 영역; 상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기판 위에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층; 및 상기 컬러필텅층 위에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법은 기판상에 소자분리막을 형성하여 액티브 영역을 정의하는 단계; 상기 액티브 영역 중 소정의 컬러에 대응하는 액티브 영역을 오픈하는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 오픈된 액티브 영역을 소정두께 식각하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하고 상기 식각된 액티브 영역의 표면 전체에 이온주입영역을 형성하는 단계; 상기 이온주입영역 하측에 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기판 위에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연층 위에 컬러필터층을 형성하는 단계; 및 상기 컬러필텅층 위에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 기판상에 형성된 소자분리막에 의해 정의되는 액티브 영역; 상기 액티브 영역의 표면 전체에 형성된 이온주입영역; 상기 이온주입영역 하측에 형성된 포토다이오드 영역; 소정의 컬러에 대응하는 영역이 다른 컬러에 대응하는 영역보다 낮도록 상기 상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기판 위에 형성된 층간절연층; 상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층; 및 상기 컬러필텅층 위에 형성된 마이크로렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법은 기판상에 소자분리막을 형성하여 액티브 영역을 정의하는 단계; 상기 액티브 영역의 표면 전체에 이온주입영역을 형성하는 단계; 상기 이온주입영역 하측에 포토다이오드 영역을 형성하는 단계; 상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기 판 위에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연층 중 소정의 컬러에 대응하는 층간절연층을 오픈하는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 오픈된 층간절연층을 소정두께 식각하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하고 상기 식각된 층간절연층 상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 및 상기 컬러필텅층 위에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면 이미지센서 제조에 있어서 포토다이오드(photodiode)의 수광부의 높이를 다르게 하기 위해 선택적으로 포토다이오드(photodiode)의 수광부를 소정 두께 식각함으로써 블루(blue)가 반응하는 영역을 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 포토다이오드(photodiode)의 수광부의 높이를 다르게 하기 위해 선택적으로 층간절연층 또는 보호막을 식각하여 블루(blue)가 반응하는 영역을 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시예 1)
본 발명의 제1 실시예는 블루컬러에 대한 감도개선에 대해 설명하였으나, 본 발명의 기본 개념이 반드시 블루컬러에 한정되는 것이 아니다.
도 2는 본 발명에 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 단면도이다.
본 발명에 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지센서는 기판(110)상에 형성된 소자분리막(130); 소정의 컬러에 대응하는 영역이 다른 컬러에 대응하는 영역보다 낮도록 상기 기판에 형성된 액티브 영역; 상기 액티브 영역의 표면 전체에 형성된 이온주입영역; 상기 이온주입영역 하측에 형성된 포토다이오드 영역(120); 상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기판 위에 형성된 층간절연층(140); 상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층(150); 및 상기 컬러필터층(150) 위에 형성된 마이크로렌즈(미도시);를 포함할 수 있다.
이때, 포토다이오드 영역(120)에는 레드포토다이오드(R)(미도시), 그린포토다이오드(G)(124) 및 블루포토다이오드(B)(122)가 형성된다.
또한, 상기 컬러필터층(150)은 상기 포토다이오드 영역(120)에 대응하도록 레드컬러필터(R)(미도시), 그린컬러필터(G)(154) 및 블루컬러필터(B)(152)가 형성된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예는 상기 층간절연층(140) 위에 형성된 보호막(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때에는, 컬러필터층(150)이 상기 보호막상에 형성된다.
본 발명의 제1 실시예에서는 상기 액티브 영역이 10~100nm 깊이의 차이를 가짐으로써 블루컬러가 도달하는 거리(D2)를 상기 블루(blue)컬러가 반응하는 블루포토다이오드(122)에 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있음을 특징으로 한다.
(실시예 2)
도 3 내지 도 5는 본 발명에 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조공정의 단면도이다.
역시, 본 발명의 제2 실시예는 블루컬러에 대한 감도개선에 대해 설명하였으나, 본 발명의 기본 개념이 반드시 블루컬러에 한정되는 것이 아니다.
본 발명에 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조공정은 다음과 같다.
우선, 도 3과 같이, 기판(110)상에 소자분리막(130)을 형성하여 액티브 영역을 정의한다.
다음으로, 도 4와 같이, 상기 액티브 영역 중 소정의 컬러에 대응하는 액티브 영역을 오픈하는 감광막 패턴(135)을 형성한다. 이때, 상기 소정의 컬러는 블루컬러인 것을 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그 후, 상기 감광막 패턴(135)을 식각마스크로 하여 상기 오픈된 액티브 영역을 소정두께 식각하여 포토다이오드 영역(120)의 수광부의 높이 차이를 둔다.
이때, 본 발명의 제2 실시예에서는 상기 액티브 영역이 10~100nm 깊이의 차이를 가짐으로써 블루컬러가 도달하는 거리(D2)를 상기 블루(blue)컬러가 반응하는 블루포토다이오드(122)에 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있음을 특징으로 한다.
다음으로, 도 5와 같이, 씨모스 이미지센서의 제조공정을 진행한다.
즉, 상기 감광막 패턴(135)을 제거하고 상기 식각된 액티브 영역의 표면 전체에 이온주입영역을 형성한다. 상기 이온주입영역은 P-type 이온주입영역일 수 있다.
그 다음으로, 상기 이온주입영역 하측에 포토다이오드 영역(120)을 형성한다. 이때, 포토다이오드 영역(120)에는 레드포토다이오드(R)(미도시), 그린포토다이오드(G)(124) 및 블루포토다이오드(B)(122)가 형성된다.
다음으로, 상기 포토다이오드 영역(120)을 포함하는 기판(110) 위에 층간절연층(140)을 형성한다. 상기 층간절연층(140)은 다층으로 형성될 수도 있고, 도시되지 않았지만, 하나의 층간절연층을 형성한 후에 상기 포토다이오드 영역(120) 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 차광층을 형성한 후에 다시 층간절연층을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 층간절연층(140)상에 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 보호층은 유기물층으로 약 50nm 이하의 박막으로 도포된 후 하드 큐어(Hard Cure)를 실시할 수 있다. 즉, 이후에 형성될 컬러필터층(150)의 프로파일 및 균일도의 형상을 위하여 상기 보호층을 가시광선 파장에서 투명성이 우수한 유기물질을 포함하여 형성함이 바람직하다.
다음으로, 상기 층간절연층( 보호층이 형성된 경우에는 보호층) 상에 가염성 레지스트를 사용하여 도포 및 패터닝 공정을 진행하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하는 컬러필터층(150)을 형성한다.
상기 컬러필터층(150)은 상기 포토다이오드 영역(120)에 대응하도록 레드컬러필터(R)(미도시), 그린컬러필터(G)(154) 및 블루컬러필터(B)(152)가 형성된다.
여기서, 상기 컬러필터층(150)은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 칼라 레지스트층을 선택적으로 세 번에 걸쳐서 포토리소그래피(photo lithography) 공정을 행하 여 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터를 형성하여 컬러필터층(150)을 완성한다.
이때, 상기 각각의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터를 형성한 후 UV 노광을 실시하여 표면을 불안정한 상태를 개선할 수 있다.
다음으로, 상기 컬러필터층(150)상에 초점거리 조절 및 렌즈층을 형성하기 위한 평탄도 확보 등을 위하여 평탄화층(미도시)을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 컬러필텅층(평단화층이 형성된 경우에는 평탄화층) 위에 마이크로렌즈를 형성한다. 상기 마이크로렌즈는 마이크로 렌즈용 레지스트층 패턴을 형성하고, 노광하여 마이크로렌즈를 형성할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법에 의하면, 이미지센서 제조에 있어서 포토다이오드(photodiode)의 수광부의 높이를 다르게 하기 위해 선택적으로 포토다이오드(photodiode)의 수광부를 소정 두께 식각함으로써 블루(blue)가 반응하는 영역을 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
(실시예 3)
도 6은 본 발명에 제3 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 씨모스 이미지센서는 기판(110)상에 형성된 소자분리막에 의해 정의되는 액티브 영역; 상기 액티브 영역의 표면 전체에 형성된 이온주입영역; 상기 이온주입영역 하측에 형성된 포토다이오드 영역(120); 소정의 컬러에 대응하는 영역이 다른 컬러에 대응하는 영역보다 낮도록 상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기판 위에 형성된 층간절연층(145); 상기 층간절연층(145) 위에 형성된 컬러필터층(150); 및 상기 컬러필텅층 위에 형성된 마이크로렌즈(미도시);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 층간절연층(145) 위에 보호막(미도시)을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 보호막을 식각할 수도 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 씨모스 이미지센서는 상기 제1 실시예와 해결하고자하는 과제는 동일하며, 그 과제를 해결하고자하는 원리도 공통점이 있다.
즉, 상기 제1 실시예는 블루컬러가 포토다이오드의 최적의 위치에 도달하도록 수광부인 액티브영역을 식각하여 그 거리를 조절하는 것인데, 제3 실시예는 블루컬러가 포토다이오드의 최적의 위치에 도달하도록 층간절연층(145) 또는 보호막(미도시)를 식각하는 것이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 씨모스 이미지센서에 대한 제조방법은 상기 제2 실시예의 방법을 채용할 수 있다.
다만, 액티브영역을 식각하는 대신 층간절연층(145)을 식각하는 방법에는 차이가 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 씨모스 이미지센서에 대한 제조방법은 다음과 같다.
우선, 기판(110)상에 소자분리막(130)을 형성하여 액티브 영역을 정의하고, 상기 액티브 영역의 표면 전체에 이온주입영역을 형성한다.
다음으로, 상기 이온주입영역 하측에 포토다이오드 영역(120)을 형성하고, 상기 포토다이오드 영역(120)을 포함하는 기판 위에 층간절연층(145)을 형성한다.
다음으로, 상기 층간절연층(145) 중 소정의 컬러(예를 들어, 블루컬러)에 대응하는 층간절연층을 오픈하는 감광막 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 오픈된 층간절연층(145)을 소정두께 식각한다.
이때, 본 발명의 제3 실시예에서는 상기 층간절연층이 10~100nm 깊이의 차이를 가짐으로써 블루컬러가 도달하는 거리(D2)를 상기 블루(blue)컬러가 반응하는 블루포토다이오드(122)에 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있음을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 감광막 패턴을 제거하고 상기 식각된 층간절연층(145) 상에 컬러필터층(150)을 형성하고, 상기 컬러필텅층 위에 마이크로렌즈(미도시)를 형성한다.
또한, 본 발명의 제3 실시예는 상기 층간절연층(145) 위에 보호막(미도시)을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 보호막을 식각하여 단차를 두고, 그 보호막위에 컬러필터층(150)을 형성할 수도 있다.
본 발명의 제3 실시에에 의하면 포토다이오드(photodiode)의 수광부의 높이를 다르게 하기 위해 선택적으로 층간절연층 또는 보호막을 식각하여 블루(blue)가 반응하는 영역을 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서 및 그 제조방법에 의하면, 이미지센서 제조에 있어서 포토다이오드(photodiode)의 수광부의 높이를 다르게 하기 위해 선택적으로 포토다이오드(photodiode)의 수광부를 소정 두께 식각함으로써 블루(blue)가 반응하는 영역을 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 블루(blue)에 대한 감도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 포토다이오드(photodiode)의 수광부의 높이를 다르게 하기 위해 선택적으로 층간절연층 또는 보호막을 식각하여 블루(blue)가 반응하는 영역을 최적화(optimizing)해 줌으로써 블루(blue)에 대한 색 재현성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 기판상에 형성된 소자분리막;
    제1 컬러에 대응하는 영역이 제2 컬러에 대응하는 영역보다 낮도록 상기 기판에 형성된 액티브 영역;
    상기 액티브 영역의 표면 전체에 형성된 이온주입영역;
    상기 이온주입영역 하측에 형성된 포토다이오드 영역;
    상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기판 위에 형성된 층간절연층; 및
    상기 층간절연층 위에 형성된 컬러필터층;을 포함하고,
    상기 각각의 컬러에 대응하는 포토다이오드 영역의 자체의 깊이는 같은 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 액티브 영역의 두께차이는
    10~100nm 깊이의 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 층간절연층 위에 형성된 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 컬러는 블루컬러인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  5. 기판상에 소자분리막을 형성하여 액티브 영역을 정의하는 단계;
    상기 액티브 영역 중 제1 컬러에 대응하는 액티브 영역을 오픈하는 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 오픈된 액티브 영역을 제1 두께 식각하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 제거하고 상기 식각된 액티브 영역의 표면 전체에 이온주입영역을 형성하는 단계;
    상기 이온주입영역 하측에 포토다이오드 영역을 형성하는 단계;
    상기 포토다이오드 영역을 포함하는 기판 위에 층간절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 층간절연층 위에 컬러필터층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 포토다이오드 영역을 형성하는 단계에서,
    상기 각각의 컬러에 대응하는 포토다이오드 영역 자체의 깊이는 같도록 형성하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 액티브 영역을 제1 두께 식각하는 단계는
    상기 액티브 영역을 10~100nm 깊이로 식각하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 층간절연층 위에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 컬러는 블루컬러인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
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