KR100835114B1 - Image sensor and method for manufacturing therof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 공정을 나타내는 도면이다.1 to 6 are diagrams illustrating a manufacturing process of an image sensor according to an embodiment.
실시예에서는 이미지 센서 및 그 제조방법이 개시된다.In an embodiment, an image sensor and a method of manufacturing the same are disclosed.
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 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is largely a charge coupled device (CCD) and a CMOS (Complementary Metal Oxide Silicon) image sensor. Sensor) (CIS).
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시키는 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.The CMOS image sensor implements an image by sequentially detecting an electrical signal of each unit pixel by a switching method of forming a photodiode and a MOS transistor in the unit pixel.
특히, 하나의 픽셀(화소)에 적색-녹색-청색(Red-Green-Blue) 중 1개의 색을 배열하던 기존의 방식에서 벗어나, 하나의 픽셀에 3가지 색 모두를 수직으로 배열 해 수평 구조의 이미지 센서보다 약 3배 수준의 고화질을 구현할 수 있는 버티칼(vertical) 이미지 센서가 개발된 바 있다.In particular, apart from the conventional method of arranging one color of red-green-blue in one pixel (pixel), all three colors are arranged vertically in one pixel to have a horizontal structure. A vertical image sensor has been developed that can achieve about three times higher image quality than an image sensor.
상기 버티칼 이미지 센서의 별도의 컬러 필터 공정없이 다양한 색채를 표현할 수 있어 생산성을 높이고 생산 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.Since a variety of colors can be expressed without a separate color filter process of the vertical image sensor, there is an advantage of increasing productivity and reducing production cost.
상기 버티컬 이미지 센서는 반도체 기판에 광 감지 소자(photo diode)를 포함하는 단위화소와 상기 단위 화소로부터 신호를 처리하여 데이터화하는 로직회로 영역으로 구성되어 있다. The vertical image sensor includes a unit pixel including a photodiode on a semiconductor substrate and a logic circuit area for processing and converting a signal from the unit pixel into data.
광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 광감지 영역이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 영역을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. Efforts have been made to increase the fill factor of the light sensing region in the entire image sensor device in order to increase the light sensitivity. However, since the logic circuit region cannot be removed, this effort is limited in a limited area.
따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지 영역 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지 영역으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지 센서는 컬러필터 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 방법을 사용하고 있다. Therefore, a condensing technology has emerged to change the path of light incident to an area other than the light sensing area to raise the light sensitivity, and collect the light into the light sensing area. For this purpose, the image sensor uses a method of forming a microlens on the color filter. I use it.
그러나, 상기 마이크로렌즈를 형성하더라도 굴절된 빛의 전부가 광감지 영역으로 모아지는 것은 아니다.However, even if the microlens is formed, not all of the refracted light is collected in the light sensing region.
특히 마이크로렌즈에서 굴절된 빛이 광감지 영역 이외의 영역인 씨모스 회로영역으로 입사되면 빛은 잡음 성분을 구성하게 되어 화질 저하를 발생시키므로 이미지 센서의 특성에 악영향을 주는 요소로 작용한다.In particular, when the light refracted by the microlenses enters the CMOS circuit area, which is a region other than the light sensing region, the light constitutes a noise component and causes a deterioration in image quality, thus acting as an adverse effect on the characteristics of the image sensor.
이를 위해, 단위 화소와 연결되는 금속배선이 형성된 금속배선층 및 보호층 을 형성한 후, 상기 보호층 상부에 광 차단막이 부분적으로 형성되었으나, 공정순서가 복잡하고 추가되는 공정으로 인하여 제조단가 증가 및 제품 수율 감소를 가져오게 된다.To this end, after forming a metal wiring layer and a protective layer on which the metal wiring connected to the unit pixel is formed, a light blocking film is partially formed on the protective layer, but the manufacturing process is increased and the product is increased due to the complicated and additional process. This will lead to a decrease in yield.
실시예는 최종 금속배선 형성시 단위픽셀의 씨모스 회로로 입사되는 광을 차단할 수 있는 차단막이 형성되어 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.Embodiments relate to an image sensor and a method of manufacturing the same, in which a blocking film is formed to block light incident to a CMOS circuit of a unit pixel when the final metallization is formed.
또한, 상기 최종 금속배선 형성시 상기 차단막이 동시에 형성되어 공정수 감소로 인하여 제품 수율을 증가시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.In addition, the blocking film is formed at the same time when the final metal wiring is formed to provide an image sensor and a manufacturing method that can increase the product yield due to the reduction of the number of processes.
실시예의 이미지 센서는, 광감지 소자가 포함된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 하부배선 및 층간 절연막을 포함하는 금속배선층; 상기 금속배선층 상에 형성된 상부 절연층; 상기 상부 절연층을 관통하여 형성된 최종 금속배선 및 차단막; 상기 패드 및 차단막을 포함하는 상기 상부 절연층 상에 형성된 보호층; 상기 보호층 상에 형성된 마이크로렌즈가 포함된다.An image sensor of an embodiment includes a semiconductor substrate including a photosensitive device; A metal wiring layer including a lower wiring and an interlayer insulating layer formed on the semiconductor substrate; An upper insulating layer formed on the metal wiring layer; A final metallization and blocking film formed through the upper insulating layer; A protective layer formed on the upper insulating layer including the pad and the blocking layer; Microlenses formed on the protective layer are included.
또한, 실시예의 이미지 센서의 제조방법은, 광감지 소자를 포함하는 반도체 기판 상에 하부배선 및 층간 절연막을 포함하는 금속배선층을 형성하는 단계; 상기 금속배선층 상에 상부 절연층을 형성하는 단계; 상기 상부 절연층에 최종금속배선 및 차단막을 형성하는 단계; 상기 최종 금속배선 및 차단막을 포함하는 상기 상부 절연층 상에 보호층을 형성하는 단계; 및 상기 보호층 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계가 포함된다.In addition, the manufacturing method of the image sensor of the embodiment comprises the steps of: forming a metal wiring layer including a lower wiring and an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including a photosensitive device; Forming an upper insulating layer on the metal wiring layer; Forming a final metal wiring and a blocking film on the upper insulating layer; Forming a protective layer on the upper insulating layer including the final metallization and a blocking film; And forming a microlens on the protective layer.
이하, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of this embodiment, when described as being formed "on / over" of each layer, the on / over is directly or through another layer. (indirectly) includes everything formed.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
도 6은 본 실시예의 이미지 센서를 도시하고 있다.6 shows the image sensor of this embodiment.
실시예의 이미지 센서는, 광감지 소자(20) 및 씨모스 회로(미도시)가 형성된 반도체 기판(10); 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 금속배선(31) 및 층간 절연막(32)을 포함하는 금속배선층(30); 상기 금속배선층(30) 상에 형성된 상부 절연층(50); 상기 상부 절연층(50)을 관통하여 형성된 최종 금속배선(41,42) 및 차단막(43); 상기 최종 금속배선(41,42) 및 차단막(43)을 포함하는 상기 상부 절연층(50) 상에 형성된 보호층(60); 상기 보호층(60) 상에 형성된 마이크로렌즈(70)가 포함된다.The image sensor of the embodiment includes a
상기 차단막(43)은 상기 마이크로렌즈(70) 사이의 갭 영역에 형성되어, 상기 마이크로렌즈(70)를 경유하지 않은 광은 차단함으로써 씨모스 회로 영역으로 광이 입사되는 것을 방지하여 크로스 토크 및 노이즈 발생이 차단된다.The
상기 최종 금속배선(41,42)과 차단막(43)은 동일한 물질로 형성되며, 동시에 형성되므로 공정수 감소에 따른 제품 수율을 증가시킬 수 있다.Since the
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 설명하도록 한다. Hereinafter, a manufacturing process of the image sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
도 1을 참조하여, 반도체 기판(10)에 광감지 소자(20)를 포함하는 화소 영역 및 주변 회로영역(미도시)이 형성되어 있다. Referring to FIG. 1, a pixel region including a
상기 화소영역은 광감지 소자(20) 및 상기 광감지 소자(20)에서 발생된 빛을 처리하는 씨모스 트랜지스터 구조물(미도시)이 포함된다. The pixel region includes a
상기 광감지 소자(20)는 적색 광감지 소자(red photo diode), 녹색 광감지 소자(green photo diode) 및 청색 광감지 소자(blue photo diode)를 포함하여 형성되므로, 하나의 화소에 3가지 색 모두를 수직으로 배열되어 고화질의 이미지를 구현할 수 있게 된다.The
또한, 상기 광감지 소자(20)에 의해 별도의 컬러 필터 공정없이 다양한 색채를 표현할 수 있게 된다.In addition, the
상기 화소 영역을 포함하는 반도체 기판(10) 상으로 금속배선(M1, M2)(31) 및 층간 절연막(32)으로 이루어지는 복수의 금속배선층(30)이 형성된다. A plurality of
상기 금속배선(M1, M2)(31)은 전원라인, 신호라인 및 화소 영역과 연결되는 것으로 상기 광감지 소자(20)로 입사되는 빛을 가리지 않도록 의도적으로 배치 형성된다. The metal wires M1 and M2 31 are intentionally disposed to be connected to the power line, the signal line, and the pixel area so as not to block the light incident to the
상기 금속배선층(30) 상으로 최종 금속배선(M3)(41,42)을 형성하기 위한 금속층(40)이 형성된다. 예를 들어, 상기 금속층(40)은 TiN, Ti, Al, W 등과 같은 물질로 형성될 수 있다.The
도 2를 참조하여, 상기 금속층(40) 상으로 제1(100,200) 및 제2 마스크(300)가 형성된다.Referring to FIG. 2, first (100, 200) and second masks (300) are formed on the metal layer (40).
상기 제1 및 제2 마스크(100,200,300)는 상기 금속층(40) 상으로 포토레지스트막을 도포하고 노광 및 현상 공정에 의하여 형성된다.The first and
상기 제1 마스크(100,200)는 상기 포토레지스트막이 선택적으로 패터닝되어 상기 최종 금속배선 형성 예정 영역의 상기 금속층(40) 상에 각각 형성된다.The
상기 제1 마스크(100,200)은 패드를 형성하기 위한 마스크일 수도 있다.The
상기 제2 마스크(300)는 상기 포토레지스트막이 선택적으로 패터닝되어 마이크로렌즈 형성 예정 영역의 상기 금속층(40) 상에 형성된다.The
도 3을 참조하여, 상기 제1, 제2 및 제3 마스크(100,200,300)를 식각마스크로 사용하여 상기 금속층(40)을 식각하여 최종 금속배선(41,42) 및 차단막(43)이 형성된다. Referring to FIG. 3, the
상기 최종 금속배선(41,42)는 패드일 수도 있다.The
상기 차단막(43)은 이후 형성되는 마이크로렌즈 사이의 갭 영역에 형성되는 것이므로, 상기 마이크로렌즈(70)를 통과하지 않는 광을 차단할 수 있게 된다.Since the
상기 차단막(43)은 상기 최종 금속배선(41,42) 형성시 함께 형성되는 것이므로 종래의 차단막 형성을 위한 추가적인 공정이 필요하지 않게 된다.Since the
도 4를 참조하여, 상기 제1 및 제2 마스크를 제거한 후, 상기 최종 금속배선(41,42) 및 차단막(43)을 포함하는 상기 반도체 기판(10) 상으로 절연막을 증착하여 상부 절연층(50)이 형성된다. 예를 들어 상기 상부 절연층(50)은 산화막으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, after removing the first and second masks, an insulating film is deposited on the
도 5를 참조하여, 상기 상부 절연층(50) 상으로 보호층(60)이 형성된다. 상기 보호층(60)은 산화막 또는 질화막이 단일층으로 형성될 수 있고, 상기 막들의 적층 구조로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5, a
도 6을 참조하여 상기 보호층(60) 상으로 상기 광감지 소자(20)로의 집광을 위한 마이크로렌즈(70)가 형성된다.Referring to FIG. 6, a
상기 마이크로렌즈(70)는 상기 보호층(60) 상부로 마이크로렌즈 형성용 포토레지스트를 스핀공정 등을 통해 도포한다. 그리고, 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광 및 현상한 후 각각의 단위화소 대응하도록 마이크로렌즈 패턴을 형성한다. 이후, 리플로우 공정을 실시하여 볼록한 형상을 갖는 돔 형태의 마이크로렌즈(70)를 형성한다.The
이때, 상기 마이크로렌즈(50)는 이웃하는 마이크로렌즈와의 브리지(bridge) 또는 머지현상(merge)을 방지하기 위하여 상기 마이크로렌즈(70) 사이에는 갭이 형성될 수 있다. In this case, the
본 실시예에서는 상기 마이크로렌즈(70)의 갭 영역에 해당하는 위치의 상기 상부 절연층(50)에 차단막(43)이 형성되어 있으므로, 만일 입사되는 광이 상기 마이크로렌즈(70)를 벗어나 상기 마이크로렌즈(70)의 갭영역으로 직진하게 되면 상기 차단막(43)으로 도달하게 되어 상기 광감지 소자(20) 이외의 영역으로 광이 입사되는 것이 방지된다. In the present exemplary embodiment, since the
따라서, 상기 마이크로렌즈(70)를 경유하지 않은 광은 광감지 소자(20)로 입사되지 않게 되어 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다. Therefore, light that does not pass through the
또한, 상기 마이크로렌즈(70)의 갭(D2) 사이로 집광되지 않은 빛이 입사되는 것을 차단막(43)에 의하여 차단시킬 수 있으므로, 반도체 기판(10)에 배치된 포토 다이오드의 노이즈 및 크로스 토크의 사전에 발생을 차단하여 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있다. In addition, since the non-condensed light may be blocked by the blocking
이상에서 설명한 본 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. The present embodiment described above is not limited to the above-described embodiment and drawings, and it is common knowledge in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes can be made without departing from the technical spirit of the present embodiment. It will be apparent to those who have
실시예의 이미지 센서 및 제조방법은, 마이크로렌즈의 갭 영역 하부에 광차단막에 의해 크로스 토크 및 노이즈 발생을 방지하여 이미지 센서의 신뢰성을 확보할 수 있다. In the image sensor and the manufacturing method of the embodiment, it is possible to secure the reliability of the image sensor by preventing crosstalk and noise generation by the light blocking film under the gap region of the microlens.
또한, 마이크로렌즈를 경유한 광만 단위픽셀로 입사되므로 광학적 효율 및 레졸류션(resolution)을 증대시킬 수 있다.In addition, since only light passing through the microlenses is incident on a unit pixel, optical efficiency and resolution may be increased.
또한, 광차단막은 최종금속배선 형성 시 동시에 형성되는 것이므로 공정 수 감속에 따른 제품 수율을 증대시킬 수 있다. In addition, since the light blocking film is formed at the same time as the final metal wiring is formed, it is possible to increase the product yield according to the process number reduction.
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KR1020070037356A KR100835114B1 (en) | 2007-04-17 | 2007-04-17 | Image sensor and method for manufacturing therof |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20010011607A (en) * | 1999-07-29 | 2001-02-15 | 윤종용 | Solid static pick-up device having microlens and method for manufacturing the same |
KR20010061339A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-07 | 박종섭 | Method for fabricating image sensor |
KR20030039713A (en) | 2001-11-14 | 2003-05-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | Image sensor and method of fabricating the same |
JP2004207433A (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sony Corp | Imaging device and its manufacturing method |
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2007
- 2007-04-17 KR KR1020070037356A patent/KR100835114B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
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