KR100838952B1 - 이미지센서 제조 방법 - Google Patents

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 소자보호막의 표면적을 증대시키기 위해 표면의 거칠기를 증대시키는 단계; 및 상기 소자보호막 상에 칼라필터를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.

질화막, 소자보호막, 칼라필터, 포토다이오드, 마이크로렌즈.

Description

이미지센서 제조 방법{Method for fabricating image sensor}

도 1은 종래기술에 이미지센서를 도시한 단면도,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도,

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 이미지센서의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : P+기판

11 : P에피층

PMD : 평탄화층

IMD1, IMD2 : 층간절연막

R, G, B : 칼라필터

PL : 보호막

ML : 마이크로 렌즈

G' : 게이트전극

M1, M2 : 금속배선

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.

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.

도1은 종래기술에 따라 제조된 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도1을 참조하여 종래기술에 따른 이미지센서 제조방법을 간단히 언급하면, 실리콘기판(10) 상에 소자간의 전기적인 절연을위하여 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.

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.

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.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 칼라필터의 리프팅 현상을 방지하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판상에 광감지소자를 포함하는 소자들을 형성하고 적어도 한층의 광투과 절연막과 적어도 한층의 금속배선 및 소자보호막을 형성하는 단계: 상기 소자보호막의 표면적을 증대시키기 위해 표면의 거칠기를 증대시키는 단계; 및 상기 소자보호막 상에 칼라필터를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.

본 발명은 이미지센서의 칼라필터의 재료로 사용되는 레지스트와 소자보호막으로 사용되는 질화막과의 약한 접착 특성에 기인한 칼라필터의 리프팅 현상을 방지하기 위해 칼라필터어레이 공정 직전에 소자보호용 질화막 표면을 건식 또는 습식식각을 통해 표면 거칠기를 증가시킴으로써, 레지스트와 질화막간의 접촉면적을 증대시킴으로써, 두 물질간의 접착력을 향상시키고자 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도이다.

도 2a는 단위픽셀 및 주변회로 등 이미지센서를 이루는 소자들을 제조하고 소자보호막 형성 공정을 완료한 상태의 단면도이다.

이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 실리콘기판(20) 위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(21)을 형성하고 포토다이오드와 같은 수광소자(22)들을 포함하는 픽셀들을 형성한 후 광투과 층간절연막(23a, 23b)을 도포하고 금속배선(24a, 24b))을 형성한다. 금속배선은 더블 금속배선으로 실시되어 있으나, 단층 금속배선 또는 삼층 이상의 금속배선이어도 무방할 것이다. 이어서, 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 산화막(25) 및 질화막(26)을 연속적으로 도포하여 소자보호막(29)을 형성한다.

여기서, 질화막(260의 경우 후속 식각 공정을 통해 의도적으로 표면 거칠기를 증가시켜야 하기 때문에 통상적으로 증착하는 두께에 비해 수백Å 정도 두껍게 증착하며, 증착 후 어닐(Annealing) 공정을 실시하는 것이 바람직하다.

다음으로 도 2B에 도시된 바와 같이, 질화막(26) 표면을 식각하여 도시된 'Y'같이 표면 거칠기를 극대화시킨다.

이 때, 마스크 없이 전면식각을 실시하며, 건식식각 또는 습식식각 공정 모두 적용이 가능하다. 이렇게 표면 거칠기가 증가하게 되면, 질화막(26)의 표면적은 증가하게 된다.

이후 도 2c에 도시된 바와 같이, 표면 거칠기가 증가된 질화막(16) 상에 이미지센서의 칼라 이미지 구현을 위하여 칼라필터용 레지스트를 도포한 다음, 레지스트를 선택적으로 노광 및 현상하여 칼라필터(27)를 형성하고, 그 상부에 마이크로렌즈(28)를 형성한다. 이 때, 칼라필터(27)와 질화막(26)의 접착력 향상을 위해 칼라필터(27) 형성 후 별도의 어닐 공정을 실시하는 것이 보다 더 효과직하다.

한편, 칼라필터(27)의 경우 염색된 레지스트의 종류로서 네가티브 레지스트 또는 포지티브 레지스트 모두 사용이 가능하며, 질화막(26)과의 접촉면적 증대에 따라 접착력이 증가하므로 칼라필터(27)의 리프팅 현상을 방지할 수 있다.

이 때, 칼라필터(27)는 광감지소자(22)와 대향하는 위치의 소자보호막(29) 상에 형성된다.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은 소자보호막으로 사용되는 질화막 형성 후 식각 공정을 통해 표면적을 증대시켜 칼라필터와의 접촉면적되는 면적을 증대시킴으로써, 접착력을 향상시켜 칼라필터의 리프팅 현상을 방지할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.

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.

상술한 본 발명은, 칼라필터의 리프팅 현상을 방지할 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 수율 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 기판상에 광감지소자를 포함하는 소자들을 형성하고 적어도 한층의 광투과 절연막과 적어도 한층의 금속배선 및 소자보호막을 형성하는 단계:

   상기 소자보호막의 표면적을 증대시키기 위해 표면의 거칠기를 증대시키는 단계; 및

   상기 소자보호막 상에 칼라필터를 형성하는 단계

   를 포함하는 이미지센서 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 소자보호막은 질화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 소자보호막은 상기 질화막 하부에 산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 소자보호막의 거칠기를 증대기키기 위해 건식식각 또는 습식식각을 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 건식식각 또는 습식식각을 실시하는 단계 전 또는 후에 어닐을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 칼라필터 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.

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