KR100789625B1 - 시모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서는 캐리어가 저장된 불순물 영역을 포함하는 기판에 대하여 포토 다이오드 영역과 로직 영역으로 정의되고, 상기 로직 영역에는 제 1 메탈층과, 상기 제 1 메탈층 상에 형성되는 유전체층과, 상기 유전체층 상에 형성되는 제 1 컨택 플러그와, 상기 유전체층을 관통하여 상기 제 1 메탈층에 접촉되는 제 2 컨택 플러그가 포함되고, 상기 포토 다이오드 영역에는 제 2 메탈층과, 상기 제 2 메탈층상에 형성된 절연층과, 상기 절연층상에 형성되어 빔을 수광하기 위한 수광부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
시모스 이미지 센서, 메탈층, 포토 다이오드 영역, 로직 영역
Description
도 1 내지 도 4는 종래기술에 따른 시모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 시모스 이미지 센서에 대한 것으로서, 상세하게는, 시모스 이미지 센서의 제조 공정을 단순화함과 동시에 그 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 시모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 개별 모스(MOS:metal oxide-silicon) 커패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 시모스(CMOS) 기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 시모스 이미지 센서가 있다.
도 1 내지 도 4는 종래기술에 따른 시모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 개시되어 있는 바와 같이, 시모스 이미지 센서는 수광하기 위한 포토 다이오드가 형성되는 포토 다이오드 영역과 로직 영역으로 구분된다.
그리고, 로직 영역에 대해서는, 기판(10) 상에 제 1 메탈층(21), 유전체층(22) 및 제 2 메탈층(23)으로 이루어진 MIM층(Metal/Insulator/Metal)(20)을 형성한다.
한편, 포토 다이오드 영역에 대해서는, 상기 기판(10) 상에 제 3 메탈층(60)을 형성하고, 상기 포토 다이오드 영역 및 로직 영역 전체에 대하여 제 1 층간 절연막(30)을 형성한다.
그리고, 상기의 로직 영역에 형성되어 있는 제 1 층간 절연막(30)의 일부를 식각하여 소정의 컨택홀을 형성한 다음에, 상기 컨택홀에 메탈을 증착시킴으로써 컨택 플러그(40)를 형성한다.
그 다음, 상기 컨택 플러그(40) 상에 제 4 메탈층(50)을 형성하여, 상기 제 4 메탈층(50)에 의한 상부 금속 배선이 형성되도록 한다.
그리고, 상기의 포토 다이오드 영역 및 로직 영역 전체에 제 2 층간 절연막(70)을 형성한다.
그 다음 도 2를 참조하면, 상기의 로직 영역에 형성되어 있는 제 2 층간 절 연막(70)내에 컨택홀(80)을 형성을 위한 식각 공정이 수행된다.
그 다음 도 3을 참조하면, 상기의 포토 다이오드 영역에 수광부를 형성하기 위한 식각 공정이 수행되고, 상기의 포토 다이오드 영역에는 렌즈등이 안착되기 위한 홀(81)이 형성된다.
그 다음 도 4를 참조하면, 상기 홀(81)내에 광의 파장에 따라 수광하는 칼라 필터층(90)과 수광하기 위한 렌즈층(91)을 차례로 형성한다.
이때, 상기 칼라 필터층(90)과 렌즈층(91) 사이에는 초점 거리 조절 및 렌즈층을 형성의 평탄도 확보등을 위하여 평탄화층이 더 형성된다.
전술한 바와 같은 종래 기술에 따라 시모스 이미지 센서를 제조할 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이 포토 다이오드 영역의 제 3 메탈층(60)과 칼라 필터층(90)간의 거리가 A로 나타나게 된다.
이는, 층간 절연을 위하여 사용되는 제 1 층간 절연막 및 제 2 층간 절연막이 가지는 두께에 의하여, 상기 렌즈층(91) 및 칼라 필터층(90)이 캐리어가 저장되어 있는 불순물 영역으로부터 다소 먼 거리에 위치하게 됨을 나타낸다.
즉, 광이 렌즈층(91)에 의해 수광된 다음에 상기 기판(10) 아래에 형성되어 있는 불순물 영역으로 도달하기까지의 거리가 다소 멀어짐에 따라 렌즈층(91)에 의해 수광된 빔이 불순물 영역(미도시)까지 정확하게 도달될 수 있는 확률이 떨어지게 됨을 의미한다.
그리고, 수광 효율이 떨어짐에 따라 결국 시모스 이미지 센서의 동작 신뢰성이 나빠지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 시모스 이미지 센서의 제조 공정시 사용되는 메탈층의 개수를 줄일 수 있으며, 나아가 그 제조 공정이 단순화되는 시모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 포토 다이오드 영역에 형성되는 층간 절연막의 두께를 감소시켜, 렌즈층에 의해 수광된 빔이 캐리어가 저장된 불순물 영역에 보다 효율적으로 도달될 수 있도록 하는 시모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기되는 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서는 캐리어가 저장된 불순물 영역을 포함하는 기판에 대하여 포토 다이오드 영역과 로직 영역으로 정의되고, 상기 로직 영역에는 제 1 메탈층과, 상기 제 1 메탈층 상에 형성되는 유전체층과, 상기 유전체층 상에 형성되는 제 1 컨택 플러그와, 상기 유전체층을 관통하여 상기 제 1 메탈층에 접촉되는 제 2 컨택 플러그가 포함되고, 상기 포토 다이오드 영역에는 제 2 메탈층과, 상기 제 2 메탈층상에 형성된 절연층과, 상기 절연층상에 형성되어 빔을 수광하기 위한 수광부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
삭제
다른 측면에 따른 시모스 이미지 센서의 제조 방법은 다수의 트랜지스터가 포함되는 기판에 대하여, 빔을 수광하는 수광부가 형성되는 포토 다이오드 영역과 층간 상호 접속이 수행되도록 하는 로직 영역으로 정의되는 시모스 이미지 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 로직 영역에 제 1 메탈층과 유전체층을 순차적으로 형성하고, 상기 포토 다이오드 영역에 제 2 메탈층을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 제 1 층간 절연막을 증착시키고, 상기 로직 영역상에 존재하는 상기 제 1 층간 절연막의 일부를 식각하여 제 1 컨택홀을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 포토 레지스트를 도포하여 이를 패터닝한 다음, 상기 제 1 층간 절연막의 일부를 식각하여 상기 로직 영역에는 제 2 컨택홀을 형성하고, 상기 포토 다이오드 영역에는 제 1 수광부 형성홀을 형성하는 단계; 및 상기 로직 영역의 제 1 컨택홀 및 제 2 컨택홀에 금속을 증착하여 제 1 컨택 플러그 및 제 2 컨택 플러그를 형성하는 단계;가 포함된다.
제안되는 바와 같은 본 발명의 시모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 의해서, 시모스 이미지 센서의 제조 공정시 사용되는 메탈층의 개수를 줄일 수 있으며, 나아가 그 제조 공정이 단순화되는 장점이 있다.
또한, 포토 다이오드 영역에 형성되는 층간 절연막의 두께를 감소시켜, 렌즈층에 의해 수광된 빔이 캐리어가 저장된 불순물 영역에 보다 효율적으로 도달될 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 든다고 할 것이다.
첨부되는 도면에는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 그 두께가 확대되어 도시된다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서는 수광하기 위한 포토 다이오드가 형성되는 포토 다이오드 영역과 층간 접속에 의해 시그널의 전달이 수행되도록 하기 위한 로직 영역으로 구분된다.
기판(100)의 하부에는 캐리어가 저장된 불순물 영역이 형성되고, 상기 기판(100) 상에 제 1 메탈층(110)과 유전체층(111)을 형성한다. 이때, 상기의 포토 다이오드 영역에 대해서도 상기 기판(100) 상에 제 2 메탈층(210)을 형성한다.
즉, 상기 기판(100) 상에는 다수의 트랜지스터들이 형성되어 있고, 상기 제 1 메탈층(110)이 기판(100)의 상부면에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 그의 사이에는 층간 접속을 위한 다수의 층이 형성될 수 있음은 물론이다.
여기서, 상기 유전체층(111)은 HTO, SiN 및 SiO2의 단층 또는 복층 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기의 포토 다이오드 영역 및 로직 영역에 대하여 제 1 층간 절연막(120)을 증착시키고, 상기 제 1 층간 절연막(120) 중에서 로직 영역에 형성된 부위의 일부를 식각하여 제 1 컨택홀(130)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 컨택홀(130)을 형성하기 위한 식각 공정에 사용되는 포토 리소그라피 공정시에는 상기의 포토 다이오드 영역에 대해서는 식각이 일어나지 않도록 포토 레지스트를 패터닝한다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 로직 영역에서 상기 유전체층(111)의 일부가 노출되도록 상기 제 1 컨택홀(130)을 형성한다.
그 다음, 도 6을 참조하면, 상기의 포토 다이오드 영역 및 로직 영역 전체에 포토 레지스트(140)을 도포하고, 이때 상기 포토 레지스트(140)가 도포됨에 따라 상기 제 1 컨택홀(130)내에도 상기 포토 레지스트(140)가 도포하게 된다.
그리고, 상기 포토 레지스트(140)를 패터닝하여, 상기의 로직 영역상에 제 2 컨택홀(150)이 형성되도록 상기 제 1 층간 절연막(120) 및 유전체(111)을 식각한다.
이 경우, 상기 포토 레지스트(140)를 식각 마스크로 이용한 식각 공정에 있어서, 상기 제 1 층간 절연막(120)과 유전체층(111)이 함께 식각되도록 그 선택비를 설정한다.
이때, 상기의 로직 영역에 대하여 그러한 식각이 수행됨에 따라 상기의 포토 다이오드 영역에서의 제 1 층간 절연막(120)이 대략 동일한 깊이로 식각되며, 이로 인해 상기의 포토 다이오드 영역에는 도 6에 도시된 바와 같이, 소정 크기의 제 1 수광부 형성홀(220)이 형성된다.
상기 제 1 수광부 형성홀(220)의 가로 길이는 대략 수천 ㎛로 형성되도록 한다.
상세히, 상기의 로직 영역상에는 제 2 컨택홀(150)을 형성하기 위하여 포토 리소그라피 공정을 이용한 식각 공정이 수행됨과 함께 상기의 포토 다이오드 영역상에는 제 1 수광부 형성홀(220)을 형성한다.
그리고, 상기 제 2 컨택홀(150) 형성을 위한 식각 공정시 상기 포토 레지스트(140)를 식각 마스크로 이용하여 상기 제 1 층간 절연막(120) 및 유전체층(111)을 식각하여, 상기 제 1 메탈층(110)의 일부가 노출되도록 한다.
그리고, 상기의 포토 다이오드 영역에 대해서는, 상기 제 1 수광부 형성홀(220)을 형성하기 위한 식각 공정에 있어서는, 상기 포토 레지스트(140)를 식각 마스크로 이용하여 상기 제 1 층간 절연막(120)을 식각하는데, 이때 상기 제 2 메탈층(210)이 노출되지 않을 때까지 그러한 식각이 수행된다.
따라서, 상기의 로직 영역에 있어서는, 상기 제 1 메탈층(110)의 일부가 제 2 컨택홀(150) 형성에 의하여 노출하게 되고, 상기의 포토 다이오드 영역에 있어서는 상기 제 2 메탈층(210)이 노출되지 않을 정도로 층간 절연막을 식각한다.
그 다음, 도 7을 참조하면, 상기의 포토 다이오드 영역 및 로직 영역에 형성되어 있는 포토 레지스트를 모두 제거하여, 상기 제 1 컨택홀(130) 및 제 2 컨택홀(150)이 노출되도록 하고, 제 1 수광부 형성홀(220) 역시 노출되도록 한다.
그리고, 상기의 로직 영역에 대해서, 상기 제 1 컨택홀(130) 및 제 2 컨택홀(150)에 금속을 증착시킴으로써, 상기 제 1 컨택홀(130) 내부에는 제 1 컨택 플러그(131)가 형성되도록 하고, 상기 제 2 컨택홀(150) 내부에는 제 2 컨택 플러그(151)가 형성되도록 한다.
여기서, 상기 제 1 컨택 플러그(131)와 제 2 컨택 플러그(151)를 형성하기 위하여 사용되는 금속은 Al, W등이 될 수 있다.
그리고, 상기의 로직 영역에 대해서, 상기 제 1 컨택 플러그(131) 및 제 2 컨택 플러그(151)상에 층간 접속을 위한 금속 배선(160)을 형성한다. 상기 금속배선(160)은 그의 상부 및 하부에 TiN등의 질화막 또는 산화막들을 더 형성할 수 있다.
그 다음, 도 8을 참조하면, 상기의 포토 다이오드 영역 및 로직 영역 전체에 대하여 소정 두께의 제 2 층간 절연막(170)을 증착하여, 도시된 바와 같이 포토 다이오드 영역에 소정 두께의 단차가 발생되도록 한다.
상기의 포토 다이오드 영역에서의 상기 수광부 형성홀(220)이 노출된 상태에서 상기 제 2 층간 절연막(170)을 증착시키는 공정이 수행됨으로 인하여, 상기의 포토 다이오드 영역에는 수광부 형성을 위한 제 2 수광부 형성홀(230)이 형성된다.
따라서, 상기 제 2 층간 절연막(170)을 증착시키는 것에 의하여, 상기의 포토 다이오드 영역에는 수광부를 형성하기 위한 홀이 형성되고, 상기의 로직 영역에는 평탄화된 층간 절연막이 형성된다.
그 다음, 도 9를 참조하면, 포토 다이오드 영역에 대해서는 수광부를 형성하기 위한 공정이 수행되고, 로직 영역에 대해서는 층간 접속을 위한 컨택홀 형성 공정이 수행된다.
즉, 상기의 로직 영역에 있어서는, 상기 제 2 층간 절연막(170)을 포토 리소그라피 공정을 이용하여 상기 금속배선(160)의 일부가 노출되도록 소정 크기의 컨택홀들(180,181)을 형성한다.
그리고, 상기의 포토 다이오드 영역에 있어서는, 상기 제 2 수광부 형성홀(230)에 컬러 필터층(240)과 렌즈층(250)을 차례로 형성하여 수광부가 제조한다.
이때, 상기 컬러 필터층(240)과 렌즈층(250) 사이에는 초점 거리 조절 및 렌즈층을 형성의 평탄도 확보등을 위하여 평탄화층이 더 형성된다.
본 발명의 실시예에 의한 시모스 이미지 센서 제조 방법에 의해서, 렌즈층등이 형성된 수광부는 포토 다이오드 영역에 형성되어 있는 제 2 메탈층까지의 거리가 B로 나타나며, 이는 앞서 설명한 종래기술에 의한 거리 A보다 그 간격이 줄어든 것이다.
따라서, 본 발명에 의해서는 결국 수광부가 기판의 하부에 형성되어 있는 불순물 영역에 좀더 가깝게 형성되는 것을 나타내며, 이로 인해 상기 렌즈층에 의해 수광된 빔이 캐리어가 저장된 불순물 영역에 보다 효율적으로 전달될 수 있게 된다.
또한, 종래에 의할 경우는 앞서 설명한 바와 같이 제 1 내지 제 4 메탈층까지 필요하게 되나, 본 발명의 제조 방법에 의하여 제조된 시모스 이미지 센서는 포토 다이오드 영역과 로직 영역에 형성되어 있는 메탈층이 제 1 메탈층 내지 제 3 메탈층만 필요하게 되므로, 메탈층의 개수 역시 감소하게 되는 장점이 있다.
이는, 반도체 소자의 제조 비용을 절감시키는 효과를 낳게 되며, 나아가 적은 비용으로 높은 동작 성능을 갖는 시모스 이미지 센서를 제조할 수 있는 장점이 있다.
제안되는 바와 같은 본 발명의 시모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법에 의해서, 시모스 이미지 센서의 제조 공정시 사용되는 메탈층의 개수를 줄일 수 있으며, 나아가 그 제조 공정이 단순화되는 장점이 있다.
또한, 포토 다이오드 영역에 형성되는 층간 절연막의 두께를 감소시켜, 렌즈층에 의해 수광된 빔이 캐리어가 저장된 불순물 영역에 보다 효율적으로 도달될 수 있는 장점이 있다.
Claims (6)
- 캐리어가 저장된 불순물 영역을 포함하는 기판에 대하여 포토 다이오드 영역과 로직 영역으로 정의되고,상기 로직 영역에는 제 1 메탈층과, 상기 제 1 메탈층 상에 형성되는 유전체층과, 상기 유전체층 상에 형성되는 제 1 컨택 플러그와, 상기 유전체층을 관통하여 상기 제 1 메탈층에 접촉되는 제 2 컨택 플러그가 포함되고,상기 포토 다이오드 영역에는 제 2 메탈층과, 상기 제 2 메탈층상에 형성된 절연층과, 상기 절연층상에 형성되어 빔을 수광하기 위한 수광부가 포함되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 컨택 플러그와 제 2 컨택 플러그 상에는 층간 접속을 위한 금속 배선이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
- 다수의 트랜지스터가 포함되는 기판에 대하여, 빔을 수광하는 수광부가 형성되는 포토 다이오드 영역과 층간 상호 접속이 수행되도록 하는 로직 영역으로 정의되는 시모스 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,상기 로직 영역에 제 1 메탈층과 유전체층을 순차적으로 형성하고, 상기 포토 다이오드 영역에 제 2 메탈층을 형성하는 단계;상기 기판 상에 제 1 층간 절연막을 증착시키고, 상기 로직 영역상에 존재하는 상기 제 1 층간 절연막의 일부를 식각하여 제 1 컨택홀을 형성하는 단계;상기 기판 상에 포토 레지스트를 도포하여 이를 패터닝한 다음, 상기 제 1 층간 절연막의 일부를 식각하여 상기 로직 영역에는 제 2 컨택홀을 형성하고, 상기 포토 다이오드 영역에는 제 1 수광부 형성홀을 형성하는 단계; 및상기 로직 영역의 제 1 컨택홀 및 제 2 컨택홀에 금속을 증착하여 제 1 컨택 플러그 및 제 2 컨택 플러그를 형성하는 단계;가 포함되는 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 컨택홀 및 제 1 수광부 형성홀을 형성하는 단계는 상기 제 2 컨택홀 형성시 상기 제 1 층간 절연막의 식각과 함께 상기 유전체층의 식각이 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 로직 영역에 상기 제 1 컨택 플러그와 제 2 컨택 플러그를 형성한 다음에는, 상기 제 1 컨택 플러그와 제 2 컨택 플러그 상부에 각각 금속 배선을 형성하고,상기 금속 배선 및 기판 상에 제 2 층간 절연막을 증착하는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 2 층간 절연막의 증착하는 단계는 상기 포토 다이오드 영역에 대하여 기 설정된 크기의 단차가 발생되도록 상기 제 2 층간 절연막을 증착하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 제조 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020060083330A KR100789625B1 (ko) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | 시모스 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000150846A (ja) | 1998-11-12 | 2000-05-30 | Olympus Optical Co Ltd | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| KR20060086029A (ko) * | 2005-01-25 | 2006-07-31 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| KR20060091343A (ko) * | 2005-02-14 | 2006-08-21 | 삼성전자주식회사 | 향상된 감도를 갖는 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
-
2006
- 2006-08-31 KR KR1020060083330A patent/KR100789625B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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