KR100790288B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 소정의 픽셀부와 로직패드부로 구분되며 제1 보호막이 형성된 기판을 포함하는 씨모스 이미지센서에 있어서, 상기 픽셀부의 제1 보호막상에 순차적으로 형성된 컬러필터층, 마이크로렌즈; 상기 로직패드부의 제1 보호막에 형성된 최상부 도전층; 상기 로직패드부의 상기 최상부 도전층의 일부를 노출하면서 상기 제1 보호막 상에 형성된 제2 보호막; 상기 제2 보호막 상에 상기 최상부 도전층을 노출하면서 형성된 제3 보호막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 컬러필터층을 비롯한 집광부가 종래기술에 비해, 제2보호막 및 제3보호막 두께를 모두 더한 두께만큼 낮게 위치하게 되므로 센서부와의 거리가 줄어들어 이미지(Image) 특성이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
씨모스 이미지 센서, 최상부 도전층, 이미지(Image) 특성

Description

씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법{CMOS Image Sensor and Method for Manufacturing thereof}
도 1 내지 도 2는 종래기술에 의한 씨모스 이미지센서의 제조공정의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조공정의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
110: 기판 160: 컬러필터층
180: 마이크로렌즈 190: 최상부 도전층
본 발명은 씨모스 이미지 센서 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 1 내지 도 2는 종래기술에 의한 씨모스 이미지센서의 제조공정의 단면도이다.
도 1은 반도체 기본소자 및 배선공정을 진행하여 절연막으로 절연되어진 반도체 기판(10)상에 최상부 도전층(90)을 형성한 후 제1절연막 및 제2 절연막을 적층하고 평탄화하여 보호막을 형성한 후 사진 및 식각 공정을 통하여 Logic 부의 Bonding Pad 가 형성될 영역의 보호막을 제거하여 최상부 도전층(90)을 노출시키는 공정을 나타낸다.
도 2는 도 1의 결과물상에 컬러필터층(Color filter layer)(60), 평탄화층(PL)(70), 그리고 마이크로렌즈(Micro lens)(80)를 형성한 공정을 나타낸다.
그런데, 이와 같은 종래의 CMOS Image Sensor 공정에서는 최상부 도전층(90) 상의 제1 및 제2 절연층으로 이루어진 보호막의 두께가 매우 높기 때문에, 컬러필터층(60) 및 마이크로렌즈(80) 등으로 이루어진 집광부로부터, 빛을 감지하는 부분 인 포토 다이오드까지(미도시)의 거리가 매우 멀어지게 되고 따라서 이미지(Image) 특성이 나빠지는 문제가 있다.
본 발명은 Bonding pad 영역을 형성하기 위한 보호막 식각공정시, Pixel array 의 보호막을 동시에 식각하여, 집광부와 센서부 사이의 거리를 줄여 CMOS Image Sensor의 이미지(Image) 특성을 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서는 소정의 픽셀부와 로직패드부로 구분되며 제1 보호막이 형성된 기판을 포함하는 씨모스 이미지센서에 있어서, 상기 픽셀부의 제1 보호막상에 순차적으로 형성된 컬러필터층, 마이크로렌즈; 상기 로직패드부의 제1 보호막에 형성된 최상부 도전층; 상기 로직패드부의 상기 최상부 도전층의 일부를 노출하면서 상기 제1 보호막 상에 형성된 제2 보호막; 상기 제2 보호막 상에 상기 최상부 도전층을 노출하면서 형성된 제3 보호막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스 이미지센서의 제조방법은 소정의 픽셀부와 로직패드부로 구분되며 제1 보호막이 형성된 기판을 포함하는 씨모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 상기 로직패드부의 제1 보호막 상에 최상부 도전층을 형성하는 단계; 상기 최상부 도전층을 포함하는 제1 보호막의 전면에 제2 보호막과 제3 보호막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 픽셀부 상의 제3 보호막 전부와 로직패드부 상의 최상부 도전층 영역 상의 제3 보호막의 일부를 식각하여 픽셀부의 제2 보호막과 최상부 도전층상의 제2 보호막을 각각 노출시키는 단계; 상기 픽셀부 상의 제2 보호막 전부와 상기 최상부 도전층 영역 상의 제2 보호막을 선택적으로 식각하여 상기 픽셀부 상의 제1 보호막과 상기 최상부 도전층을 노출시키는 단계; 및 상기 픽셀부 상의 노출된 제1 보호막 상에 컬러필터층과 마이크로렌즈를 순차적으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면 컬러필터층을 비롯한 집광부가 종래기술에 비해, 제2보호막 및 제3보호막 두께를 모두 더한 두께만큼 낮게 위치하게 되므로 센서부와의 거리가 줄어들어 이미지(Image) 특성이 현저하게 향상되는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시예 1)
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지센서는 소정의 픽셀부와 로직패드부로 구분되며 제1 보호막(130)이 형성된 기판(110)을 포함하는 씨모스 이미지센서에 있어서, 상기 픽셀부의 제1 보호막(130)상에 순차적으로 형성된 컬러필터층(160), 마이크로렌즈(180); 상기 로직패드부의 제1 보호막(130)에 형성된 최상부 도전층(190); 상기 로직패드부의 상기 최상부 도전층(190)의 일부를 노출하면서 상기 제1 보호막(130) 상에 형성된 제2 보호막(140); 상기 제2 보호막(140) 상에 상기 최상부 도전층(190)을 노출하면서 형성된 제3 보호막(150);을 포함하는 것을 특 징으로 한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예는 상기 기판(110)과 상기 제1 보호막(130) 사이에 형성된 절연막(120)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예는 상기 컬러필터층(160)과 상기 마이크로렌즈(180) 사이에 평탄화층(170)이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 씨모스 이미지센서에 의하면, 컬러필터층을 비롯한 집광부가 종래기술에 비해, 제2보호막 및 제3보호막 두께를 모두 더한 두께만큼 낮게 위치하게 되므로 센서부와의 거리가 줄어들어 이미지(Image) 특성이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
(실시예 2)
도 4 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조공정의 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 씨모스 이미지센서의 제조공정은 다음과 같다.
우선, 도 4와 같이, 소정의 픽셀부와 로직패드부로 구분되며 제1 보호막(130)이 형성된 기판을 준비하고, 상기 로직패드부의 제1 보호막(130) 상에 최상부 도전층(190)을 형성한다. 그 후, 상기 최상부 도전층(190)을 포함하는 제1 보호막(130)의 전면에 제2 보호막(140)과 제3 보호막(150)을 순차적으로 형성한다.
즉, 반도체 기본 소자 및 배선 공정을 진행한 후 절연막(120)으로 절연되어진 반도체 기판(110) 상에, 제1 보호막(130)을 적층한 후 CMP 공정 등을 이용하여 평탄화한다. 상기 결과물상에 제2 보호막(140) 및 제3 보호막(150)을 형성한다.
이때, 상기 제2 보호막(140)은 상기 제1 보호막(130) 및 상기 제3 보호막(150)에 비해 식각선택비가 우수한 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 제2 보호막(140)은 실리콘 질화막을 사용할 수 있으며, 상기 제1 보호막(130) 및 제3 보호막(150)은 산화막을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이, 상기 픽셀부 상의 제3 보호막(150) 전부와 로직패드부 상의 최상부 도전층(190) 영역 상의 제3 보호막(150)의 일부를 식각하여 픽셀부의 제2 보호막(140)과 최상부 도전층상의 제2 보호막(140)을 각각 노출시킨다.
즉, 4의 결과물상에 레지스트를 도포하여 감광막 패턴(155)을 형성하고, 상기 감광막 패턴(155)을 이용한 식각공정을 통하여 본딩패드(nding pad)가 형성될 부분의 제3 보호막(150)을 제거한다. 이때 본딩패드(bonding pad) 영역뿐만 아니라 픽셀어레이(pixel array)도 동시에 오픈(open)하여 픽셀어레이(Pixel array)의 제3 보호막(150)도 동시에 제거되도록 한다.
이때 제2 보호막(140)에 대한 제3 보호막(150)의 식각 선택비는 높을수록 좋으며, 본 발명의 실시예에서는 약 10:1 이상으로 할 수 있다.
다음으로, 상기 픽셀부 상의 제2 보호막(140) 전부와 상기 최상부 도전층 영역 상의 제2 보호막(140)을 선택적으로 식각하여 상기 픽셀부 상의 제1 보호막(130)과 상기 최상부 도전층(190)을 노출시킨다.
즉, 도 6의 결과물상에 남아있는 감광막 패턴(155)을 제거한 후, 남아있는 제3 보호막(150)을 마스크로 사용하여 제2 보호막(140)을 식각한다. 이는, 제2 보호막(140)에 대한 제3 보호막(150)의 식각 선택비가 약 10:1 이상이므로 감광막 패턴(155)을 제거하고 상기 식각된 제3 보호막(150)을 식각마스크로하여 상기 제 2 보호막(140)을 식각할 수 있으며, 이때에 균일한 식각을 진행할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에의 다른 실시예에서는 상기 감광막 패턴(155)을 제거하지 않고 식각마스크로 사용하여 상기 노출된 제2 보호막(140)을 식각하여 상기 픽셀부 상의 제1 보호막(130)과 상기 최상부 도전층(190)을 노출시킬 수도 있다.
다음으로, 도 7과 같이, 상기 픽셀부 상의 노출된 제1 보호막(130) 상에 컬러필터층(160)과 마이크로렌즈(180)를 순차적으로 형성한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예는 상기 컬러필터층(160)과 상기 마이크로렌즈(180) 사이에 평탄화층(170)이 더 형성될 수 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 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 컬러필터층을 비롯한 집광부가 종래기술에 비해, 제2보호막 및 제3보호막 두께를 모두 더한 두께만큼 낮게 위치하게 되므로 센서부와의 거리가 줄어들어 이미지(Image) 특성이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 종래기술 대비 제2보호막 적층 공정만이 추가되며, 본딩패드(bonding pad) 영역의 오픈(open)공정을 그대로 사용하므로 추가의 공정이 필요 없으며, 그에 따른 수율 저하의 문제가 발생하지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 픽셀어레이(pixel array)를 식각할 때 식각 선택비가 높은 제2보호막에 의해 필요 이상으로 식각되는 것을 방지할 수 있으므로 픽셀어레이(pixel array)에 잔류하는 절연막의 두께가 균일하여 이미지(Image) 특성의 칩(Chip) 내 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 전체적인 식각량을 조절할수 있으며, 그 양이 많지 않으므로, 컬러필터(color filter) 및 마이크로렌즈(micro lense)의 패턴(pattern) 형성이 용이하고 쓰러지는 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 소정의 픽셀부와 로직패드부로 구분되며 제1 보호막이 형성된 기판을 포함하는 씨모스 이미지센서에 있어서,
    상기 픽셀부의 제1 보호막상에 순차적으로 형성된 컬러필터층, 마이크로렌즈;
    상기 로직패드부의 제1 보호막에 형성된 최상부 도전층;
    상기 로직패드부의 상기 최상부 도전층의 일부를 노출하면서 상기 제1 보호막 상에 형성된 제2 보호막;
    상기 제2 보호막 상에 상기 최상부 도전층을 노출하면서 형성된 제3 보호막;을 포함하며,
    상기 제1 보호막과 상기 제3 보호막은 산화막이며, 상기 제2 보호막은 실리콘질화막인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1 보호막 사이에 형성된 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서.
  3. 소정의 픽셀부와 로직패드부로 구분되며 제1 보호막이 형성된 기판을 포함하는 씨모스 이미지센서의 제조방법에 있어서,
    상기 로직패드부의 제1 보호막 상에 최상부 도전층을 형성하는 단계;
    상기 최상부 도전층을 포함하는 제1 보호막의 전면에 제2 보호막과 제3 보호막을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 픽셀부 상의 제3 보호막 전부와 로직패드부 상의 최상부 도전층 영역 상의 제3 보호막의 일부를 식각하여 픽셀부의 제2 보호막과 최상부 도전층상의 제2 보호막을 각각 노출시키는 단계;
    상기 픽셀부 상의 제2 보호막 전부와 상기 최상부 도전층 영역 상의 제2 보호막을 선택적으로 식각하여 상기 픽셀부 상의 제1 보호막과 상기 최상부 도전층을 노출시키는 단계; 및
    상기 픽셀부 상의 노출된 제1 보호막 상에 컬러필터층과 마이크로렌즈를 순차적으로 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 보호막과 상기 제3 보호막은 산화막이며, 상기 제2 보호막은 실리콘질화막인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 픽셀부의 제2 보호막과 최상부 도전층상의 제2 보호막을 각각 노출시키는 단계는,
    상기 픽셀부 상의 제3 보호막 전부와 로직패드부 상의 최상부 도전층 영역 상의 제3 보호막의 일부를 노출하는 감광막 패턴을 상기 제3 보호막 상에 형성하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 노출된 제3 보호막을 식각하여 상기 픽셀부의 제2 보호막과 최상부 도전층상의 제2 보호막을 각각 노출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 픽셀부 상의 제1 보호막과 상기 최상부 도전층을 노출시키는 단계는,
    상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 노출된 제2 보호막을 식각하여 상기 픽셀부 상의 제1 보호막과 상기 최상부 도전층을 노출시키는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 픽셀부 상의 제1 보호막과 상기 최상부 도전층을 노출시키는 단계는,
    상기 감광막 패턴을 제거하고,
    상기 식각된 제3 보호막을 식각마스크로 하여 상기 노출된 제2 보호막을 식각하여 상기 픽셀부 상의 제1 보호막과 상기 최상부 도전층을 노출시키는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지센서의 제조방법.
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