KR100817711B1 - Image sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 칼라필터의 리프팅 현상을 방지하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판상에 광감지소자를 포함하는 소자들을 형성하고 적어도 한층의 광투과 절연막과 적어도 한층의 금속배선 및 소자보호막을 형성하는 단계: 상기 소자보호막 상에 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 소자보호막 상에 칼라필터를 형성하되, 그린(G) 칼라필터를 먼저 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
The present invention relates to an image sensor, and in particular to provide a method for manufacturing an image sensor suitable for preventing the lifting phenomenon of the color filter, the present invention to form a device comprising a photosensitive device on the substrate and at least Forming a layer of a light-transmitting insulating film, at least one metal interconnection and a device protection film, forming an adhesive layer on the device protection film; And forming a color filter on the device protection layer, and forming a green (G) color filter first.
리프팅, 오버코팅레이어, 질화막, 소자보호막, 칼라필터, 접착층, 마이크로렌즈.Lifting, overcoating layer, nitride film, device protection film, color filter, adhesive layer, microlens.
Description
도 1은 종래기술에 따라 제조된 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing an image sensor manufactured according to the prior art.
도 2는 블루 칼라필터의 배치를 개략적으로 도시한 평면도.2 is a plan view schematically showing the arrangement of a blue color filter;
도 3은 CMOS 이미지센서의 화소어레이와 2 ×2 윈도우의 예를 개략적으로 도시한 평면도.3 is a plan view schematically showing an example of a pixel array and a 2x2 window of a CMOS image sensor;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 화소어레이를 개략적으로 도시한 평면도.
5 is a plan view schematically showing a pixel array according to the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
40 : 실리콘기판 41 : 필드절연막40: silicon substrate 41: field insulating film
42 : 수광소자 43 : 층간절연막42: light receiving element 43: interlayer insulating film
44 : 금속배선 45 : 산화막44
46 : 질화막 47 : 접착층46: nitride film 47: adhesive layer
48 : 칼라필터 49 : 오버코팅레이어48: color filter 49: overcoating layer
50 : 마이크로렌즈 51 : 소자보호막50: microlens 51: device protection film
본 발명은 이미지센서(Image sensor) 제조방법에 관한 것으로, 특히 칼라필터(Color filter)의 리프팅(Lifting) 형상을 방지할 수 있는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an image sensor, and more particularly, to a method of manufacturing a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor capable of preventing a lifting shape of a color filter.
CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이타화 하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도(Light sensitivity)를 향상시키기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지 부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지 부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성 기술이다. 또한, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라 필터 어레이(Color Filter Array; 이하 CFA라 함)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루질 수 있다. CMOS image sensor is composed of light sensing part to detect light and logic circuit part to process the detected light into electrical signal and make data. Efforts have been made to increase the fill factor of the area of the light sensing portion of the entire image sensor element to improve light sensitivity, but since the logic circuit portion cannot be removed, such a limited area is limited. There is a limit to the effort. Therefore, in order to increase the light sensitivity, a light condensing technology that changes the path of light incident to a region other than the light sensing portion and collects the light sensing portion has emerged. In addition, the image sensor for implementing a color image is a color filter array is arranged on the upper portion of the light sensing portion for receiving and receiving light from the outside to generate and accumulate photocharges. The Color Filter Array (hereinafter referred to as CFA) consists of three colors: Red, Green and Blue, or Yellow, Magenta and Cyan. It can consist of three colors.
도 1은 종래기술에 따라 제조된 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing an image sensor manufactured according to the prior art.
도 1을 참조하여 종래기술에 따른 이미지센서 제조방법을 간단히 언급하면, 실리콘기판(10) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(11)을 형성하고 포토다이오드와 같은 수광소자(12)들을 포함하는 픽셀을 형성한 후 층간절연막(13)을 형성하고 금속배선(14)을 형성한다. 금속배선은 더블 금속배선으로 이루어지는 것이 통상적이다. 이어서, 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 산화막(15) 및 질화막(16)을 연속적으로 도포하여 소자보호막(19)을 형성한다. 이후 이미지센서의 칼라 이미지 구현을 위하여 칼라필터(17)를 형성하고, 그 상부에 마이크로렌즈(18)를 형성한다.Referring to FIG. 1, a method of manufacturing an image sensor according to the related art is briefly described. A
한편, 칼라필터(17)의 경우 염색된 레지스트의 종류로서 네가티브 레지스트(Negative resist)를 주로 사용하게 되는데, 네가티브 레지스크는 노광된 부분이 형상 후 패턴으로 남고 비노광 지역은 현상액에 의해서 현상되어 없어지는 레지스트이다. 이 네가티브 레지스트는 포지티브(positive) 레지스트에 비해 색도(Chromaticity), 열적인 안정성(Thermal stability) 등에서 우수한 장점을 가지는 반면에 마스크 공정 진행시 패턴 리프팅(Lifting)에 아주 취약하다는 단점이 있다.Meanwhile, in the case of the
비단 전술한 네가티브 레지스트에 국한된 리프팅 문제 뿐만이아니라 소자보호막(19)으로 사용된 질화막(16)의 경우 칼라필터(17)의 주성분인 레지스트와 접착력이 불량한 특성이 있는 바, 이러한 리프팅 현상은 이미지센서의 양품 생산을 저해하는 커다란 문제점으로 작용한다.In addition to the above-mentioned lifting problem limited to the negative resist as well as the nitride film 16 used as the
특히, 칼라필터 중에서도 블루인 경우에 이러한 문제는 더욱 심각하게 나타 난다.In particular, this problem is more serious when the color filter is blue.
레드, 그린, 블루의 3색을 사용하는 이미지센서에서 통상적으로, 산화막과 질화막의 소자보호막(Passivation) 형성 후 블루, 레드, 그린의 순으로 칼라필터를 형성한 다음, 포토레지스트 성분인 오버코팅레이어(Over Coating Layer)를 형성한다. 여기서, 전술한 바와 같이 질화막은 칼라필터용 레지스트와 접착력이 안좋으며, 패턴간이 서로 분리된 특히 블루 레지스트의 접착력은 더욱 열화되어 리프팅문제가 심각하다.In an image sensor using three colors of red, green, and blue, after forming a passivation layer of an oxide film and a nitride film, a color filter is formed in the order of blue, red, and green, and then an overcoating layer which is a photoresist component. (Over Coating Layer) is formed. Here, as described above, the nitride film has poor adhesion with the color filter resist, and in particular, the adhesive force of the blue resist separated from each other is further deteriorated, and thus the lifting problem is serious.
도 2는 블루 칼라필터의 배치를 개략적으로 도시한 평면도인 바, 도 2를 참조하면 블루 칼라필터(B)는 개개의 패턴이 서로 분리되어 있어 리프팅이 일어날 확률은 더욱 증가하게 된다.FIG. 2 is a plan view schematically illustrating the arrangement of the blue color filter. Referring to FIG. 2, the blue color filter B is separated from each other so that the probability of lifting is further increased.
이러한 리프팅은 이동 파티클(Moving particle)의 소스가 되어 불량 화소(Bad pixel)를 발생시키는 심각한 수율 하락을 초래하며, 블루 레지스트 도포후 검사하여 결함이 발견되면 재작업(Rework)을 불가피하게 진행하여야 하므로 공정 단가의 상승을 가져오게 된다.This lifting becomes a source of moving particles, which causes a serious yield drop that causes bad pixels, and rework is inevitable if defects are found after inspection after application of blue resist. This leads to an increase in the process cost.
도 3은 CMOS 이미지센서의 화소어레이와 2 ×2 윈도우(Window)의 예를 개략적으로 도시한 평면도이다.3 is a plan view schematically illustrating an example of a pixel array and a 2 × 2 window of a CMOS image sensor.
도 3에서 2 ×2 윈도우는 통상적으로 2개의 그린과 각각 하나의 레드 및 블루 화소를 포함하며, 그 형성은 파장이 짧은 블루를 먼저 진행하고 그 다음은 블루 그리고 마지막으로 그린으로 하여 그린의 경우 그 사이즈를 인접하는 칼라필터의 에지에서 약간의 오버랩을 유발할 수 있도록 상대적으로 큰 사이즈가 되도록 한다. In FIG. 3, a 2x2 window typically includes two greens and one red and blue pixel, respectively, the formation of which is followed by blue with shorter wavelengths first, then blue and finally green. The size is made relatively large so that some overlap at the edges of adjacent color filters may occur.
도 3은 이러한 일예를 도시한다. 따라서, 리프팅 현상을 방지하기 위해서는 칼라필터와 질화막간의 접착력을 향상시켜야 한다.
3 illustrates such an example. Therefore, in order to prevent the lifting phenomenon, the adhesion between the color filter and the nitride film should be improved.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 칼라필터의 리프팅 현상을 방지하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an image sensor suitable for preventing the lifting phenomenon of the color filter.
상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 최종 소자 보호막을 포함하는 기판 상에 형성된 접착층과, 상기 접착층 상에 형성된 칼라필터 어레이와, 상기 칼라필터 어레이 상에 형성된 오버코팅레이어와, 상기 오버코팅레이어 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 최종 소자 보호막을 포함하는 기판 상에 형성된 접착층과, 상기 접착층 상에 그린(G), 블루(B) 및 레드(R) 순으로 형성된 칼라필터 어레이와, 상기 칼라필터 어레이 상에 형성된 오버코팅레이어와, 상기 오버코팅레이어 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 본 발명은, 최종 소자 보호막이 형성된 기판 상에 접착층을 형성하는 단계와, 상기 접착층 상에 칼라필터 어레이를 형성하는 단계와, 상기 오버코팅레이어를 형성하는 단계와, 상기 오버코팅레이어 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an adhesive layer formed on a substrate including a final device protective film, a color filter array formed on the adhesive layer, an overcoating layer formed on the color filter array, and It provides an image sensor comprising a micro lens formed on the overcoating layer.
In addition, the present invention according to another aspect for achieving the above object, the adhesive layer formed on the substrate including the final element protective film, and formed on the adhesive layer in the order of green (G), blue (B) and red (R) An image sensor includes a color filter array, an overcoating layer formed on the color filter array, and a micro lens formed on the overcoating layer.
In addition, the present invention according to another aspect for achieving the above object, the step of forming an adhesive layer on the substrate on which the final device protective film is formed, forming a color filter array on the adhesive layer, and the overcoating layer And forming a microlens on the overcoating layer.
본 발명은 이미지센서의 칼라필터의 재료로 사용되는 레지스트와 소자보호막으로 사용되는 질화막과의 약한 접착 특성에 기인한 칼라필터의 리프팅 현상을 방지하기 위해 칼라필터어레이 공정 직전에 접착층을 형성하여 평탄도와 접착력을 향상시키며, 단위 윈도우에서 서로 연결된 두개의 필터를 사용하기 때문에 블루에 비해 상대적으로 접착력이 강한 그린 칼라필터를 먼저 형성함으로써, 칼라필터의 리 프팅 현상을 방지하고자 한다.
The present invention forms an adhesive layer immediately before the color filter array process in order to prevent the lifting phenomenon of the color filter due to the weak adhesion between the resist used as the material of the color filter of the image sensor and the nitride film used as the element protective film. The adhesive force is improved, and since two filters connected to each other are used in the unit window, the green color filter, which is relatively stronger than blue, is first formed, thereby preventing the color filter from being lifted.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 도시한 단면도인 바, 이를 참조하여 본 발명의 칼라필터 형성 공정을 살펴본다.Figure 4 is a cross-sectional view showing an image sensor according to an embodiment of the present invention, with reference to this looks at the color filter forming process of the present invention.
먼저, 실리콘기판(40) 위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(41)을 형성하고 포토다이오드와 같은 수광소자(42)들을 포함하는 픽셀들을 형성한 후 광투과 층간절연막(43)을 도포하고 금속배선(44)을 형성한다. 금속배선은 더블 금속배선 또는 삼층 이상의 금속배선이어도 무방할 것이다. 이어서, 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 산화막(45) 및 질화막(46)을 연속적으로 도포하여 소자보호막(51)을 형성한다.First, the
한편, 전술한 바와 같이 질화막(46)은 후속 칼라필터용 레지스트와의 접착력이 좋지 않으므로 질화막 상에 별도의 접착층(47)을 형성한다.On the other hand, as described above, since the
이 때, 접착층(47)은 통상적으로 칼라필터 형성 후 그 상부의 평탄화를 위해 사용하는 오버코팅레이어를 이용하면, 레지스트와 비슷한 물질 특성 때문에 접착력을 향상시킬 수 있으며, 막 평탄도 또한 높일 수 있다. 이 때, 오버코팅레이어 이외에 산화막을 사용할 수도 있다. 여기서, 오버코팅레이어는 포토레지스트 물질로 이루어질 수 있다. In this case, the
계속해서, 접착층(47) 상에 이미지센서의 칼라 이미지 구현을 위하여 칼라필 터용 레지스트를 도포한 다음, 레지스트를 선택적으로 노광 및 현상하여 칼라필터(48)를 형성하는 바, 단위 윈도우에서 두개의 화소 구체적으로, 칼라필터가 서로 붙어 있어 상대적으로 접착력이 뛰어난 그린필터(G)를 먼저 형성한다.Subsequently, a color filter resist is applied on the
이어서, 상대적으로 파장이 짧은 블루 칼라필터(B)와 레드 칼라필터(R, 도시하지 않음)를 순차적으로 형성한다. 즉, 블루와 레드 칼라필터의 경우 그린 칼라필터 형성후 빈 곳을 채워주는 방식으로 형성한다.Subsequently, a blue color filter B and a red color filter R (not shown) having a relatively short wavelength are sequentially formed. That is, in the case of the blue and red color filters, the green color filter is formed in such a manner as to fill the empty spaces.
한편, 칼라필터(48)의 경우 염색된 레지스트의 종류로서 네가티브 레지스트 또는 포지티브 레지스트 모두 사용이 가능하며, 접착층(47)에 의해 칼라필터(48)와 질화막(46) 사이의 접착력이 향상되며, 블루 및 레드에 비해 상대적으로 접착력이 강한 그린필터(G)를 먼저 형성함으로써, 칼라필터(48)의 리프팅 현상을 방지할 수 있다. 이 때, 칼라필터(48)는 광감지소자(42)와 대향하는 위치의 접착층(47) 상에 형성된다. On the other hand, in the case of the
이어서, 칼라필터(48) 상에 오버코팅레이어(49)와 마이크로렌즈(50)를 차례로 형성함으로써, 이이미센서 제조 공정이 완료된다. 이 때, 오버코팅레이어(49)는 평탄화 역할과 외부에서의 결함 소스를 방지하며, 이 두께를 조절하여 들어오는 빛이 광감지소자(42) 예컨대, 포토다이오드에 도달할 수 있도록 초점거리를 조절한다.Subsequently, the
도 5는 본 발명에 따른 화소어레이를 개략적으로 도시한 평면도이다.5 is a plan view schematically illustrating a pixel array according to the present invention.
도 5를 참조하면, 전체 화소어레이 측면에서 볼때 통상적으로 링(Ring)처럼 더미 패턴을 만드는 바, 블루와 그린을 바깥쪽 화소로 붙여버림으로써 1개의 화소 패턴보다 안정된 접착력을 유지해 리프팅 현상이 개선된다.Referring to FIG. 5, when viewed from the side of the entire pixel array, a dummy pattern is generally formed like a ring, and the lifting phenomenon is improved by maintaining a more stable adhesive force than one pixel pattern by pasting blue and green to outer pixels. .
이 때, 화소 바깥쪽 링 레이아웃을 3줄까지 모두 블루 칼라필터로 변경하여 분리된(Seperated) 블루 칼라필터 패턴을 형성하거나, 3줄 중 가장 안쪽만을 블루 칼라필터 링으로 할 수도 있다.
In this case, the pixel outer ring layout may be changed to a blue color filter for all three lines to form a separated blue color filter pattern, or only the innermost of the three lines may be a blue color filter ring.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 질화막과 칼라필터용 레지스트 성분의 접착력 약화로 인한 리프팅 문제를 이 두 공정 사이에 오버코팅레이어 등의 접착층을 전체적으로 도포하고 리프팅이 거의 없는 그린 칼라필터를 먼저 도포함으로써, 접착력 약화로 인한 리프팅 문제를 개선할 수 있는 바, 이는 칼라필터용 레지스트 도포 후 문제가 발생하면 진행하던 재작업을 생략할 수 있도록 함과 동시에 칼라필터의 주목적인 필터링과 칼라 감도를 높일 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
In the present invention made as described above, the problem of lifting due to the weakening of the adhesion between the nitride film and the resist for color filters is applied to the whole by applying an adhesive layer such as an overcoating layer between these two processes and applying a green color filter with little lifting first. In addition, it is possible to improve the lifting problem due to the weakening of adhesive force, which can omit the rework in progress if a problem occurs after applying the resist for color filter, and at the same time, improve the main filtering and color sensitivity of the color filter. It was found through the examples.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은, 칼라필터의 리프팅 현상을 방지할 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 수율 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.The above-described present invention can prevent the lifting phenomenon of the color filter, and can ultimately expect the excellent effect of improving the yield of the image sensor.
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