KR100868647B1 - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서는 단위화소를 포함하는 반도체 기판 상에 배치된 금속배선층; 상기 금속배선층 상에 배치된 컬러필터; 상기 컬러필터 상에 배치된 평탄화층; 상기 평탄화층 상에 배치된 절연층; 케미컬액의 침투를 방지하도록 상기 절연층 상에 배치된 마스크층; 및 상기 마스크층 상에 배치된 마이크로 렌즈를 포함한다.
이미지 센서, 포토다이오드, 마이크로 렌즈
Description
실시예에서는 이미지 센서 및 그 제조방법이 개시된다.
이미지 센서(Image sensor)는 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)를 포함한다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시키는 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
이미지 센서의 광감도를 높여주기 위하여 컬러필터 상에 마이크로렌즈가 형성된다.
마이크로렌즈는 감광성 유기물 물질을 노광(expose), 현상(development), 리플로우(reflow)의 순서로 진행하여 반구형의 모양을 최종 형성시킨다.
그러나, 상기 감광성 유기물 물질은 물성 자체가 약하여 패키지 및 범프 등의 후공정에서 마이크로렌즈가 물리적인 충격인 크랙 등에 의한 손상을 입기 쉽다. 또한, 감광성 유기물은 상대적인 점성이 강하여 파티클이 흡착될 경우 렌즈의 불량을 유발시키게 된다.
실시예에서는 무기물로 형성된 마이크로 렌즈를 가지는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 단위화소를 포함하는 반도체 기판 상에 배치된 금속배선층; 상기 금속배선층 상에 배치된 컬러필터; 상기 컬러필터 상에 배치된 평탄화층; 상기 평탄화층 상에 배치된 절연층; 케미컬액의 침투를 방지하도록 상기 절연층 상에 배치된 마스크층; 및 상기 마스크층 상에 배치된 마이크로 렌즈를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 단위화소를 포함하는 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계; 상기 금속배선층 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 상에 평탄화층을 형성하는 단계; 상기 평탄화층 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 케미컬액의 침투를 방지하도록 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예의 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 무기물로 형성된 마이크로 렌즈를 사용함으로써 파티클 및 크랙 등의 손상을 방지하여 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈와 평탄화층 사이에 보호층이 형성되어 세정액 또 는 애싱액에 의하여 평탄화층 및 컬러필터가 손상되는 것을 방지하여 이미지 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
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.
도 6은 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하여, 단위화소(20)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에 금속배선층이 배치되어 있다.
상기 금속배선층은 층간 절연막(30)과 금속배선(M1, M2)(31)을 포함하여 형성되며, 상기 금속배선층은 복수의 층으로 형성될 수 있다.
상기 금속배선(31)을 포함하는 층간 절연막(30) 상에 컬러필터(50)가 배치된다. 또는 상기 층간 절연막(30)과 상기 컬러필터(50) 사이에 패시베이션층(40)이 형성될 수 있다.
상기 컬러필터(50)는 염색된 포토레지스트로 형성될 수 있다. 상기 컬러필터(50)는 각각의 단위화소마다 하나의 컬러필터가 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다. 이러한 컬러필터는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어져 인접한 컬러필터들 은 서로 약간씩 오버랩되어 단차를 가지게 된다.
상기 컬러필터(50) 상에는 평탄화층(60)이 배치된다. 상기 평탄화층(60)은 유기물로 형성될 수 있다.
상기 평탄화층(60) 상에 무기물로 형성된 절연층(70)이 배치된다. 예를 들어, 상기 절연층(70)은 저온 산화막으로 형성될 수 있다.
상기 절연층(70) 상에 무기물로 형성된 마스크층(80)이 배치된다. 예를 들어, 상기 마스크층(80)은 저온 산화막으로 형성될 수 있다. 특히, 상기 마스크층(80)은 그 내부 조직이 치밀하여 내부에 핀홀이 제거된 막 상태로 배치된다.
상기 마스크층(80) 상에 무기물로 형성된 마이크로 렌즈(95)가 배치된다. 예를 들어, 상기 마이크로 렌즈(95)는 저온 산화막으로 형성될 수 있다.
상기 마이크로 렌즈(95)가 무기물인 저온 산화막으로 형성되어 물리적인 충격에 의한 크랙 등을 방지할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈(95) 하부의 마스크층(80)이 핀홀이 제거된 막형태로 형성되어 상기 마이크로 렌즈(95)의 세정 공정시 케미컬액 또는 애싱액이 평탄화층(60)으로 침투되는 것을 방지하여 하부의 유기물층이 용해되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 1을 참조하여, 반도체 기판(10) 상에는 포토다이오드(미도시) 및 씨모스회로(미도시)을 포함하는 단위화소(20)가 형성되어 있다.
상기 반도체 기판(10) 상에는 액티브 영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 액티브 영역에 형성된 단위화소(20)는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드에 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 씨모스 회로(미도시)를 포함한다.
상기 단위화소(20)를 포함하는 관련 소자들이 형성된 이후 금속배선(31) 및 층간 절연막(30)이 반도체 기판(10) 상에 형성된다.
상기 층간 절연막(30)은 복수의 층으로 형성될수 있으며 예를 들어, 질화막 또는 산화막으로 형성될 수 있다.
상기 금속배선(M1, M2)(31)은 상기 층간 절연막(30)을 관통하여 복수의 개로 형성될 수 있다. 상기 금속배선(31)은 포토다이오드로 입사되는 빛을 가리지 않도록 의도적으로 레이아웃되어 형성된다. 상기 금속배선(31) 중 최상부에 위치한 금속배선(M2)(31)이 형성될 때 패드(미도시)도 형성될 수 있다.
상기 층간 절연막(30) 상에 패시베이션층(40)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(40)은 습기나 스크래치 등으로부터 소자를 보호하기 위한 것으로 절연막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 패시베이션층(40)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산질화막 중의 어느 하나로 형성될 수도 있으며 또는 하나 이상의 층이 적층된 구조일 수도 있다.
한편, 상기 패시베이션층(40)의 형성을 생략하고 상기 층간 절연막(30) 상에 후속공정으로 컬러필터(50)가 형성될 수 있다.
이는 이미지 센서의 전체적인 높이에 영향을 주게되어 보다 박형의 이미지 센서를 제공할 수도 있으며, 또한 공정 단계의 감소에 따른 비용 절감의 효과를 제공할 수 있다.
상기 패시베이션층(40) 상에 컬러필터(50)가 형성된다.
상기 컬러필터(50)는 염색된 포토레지스트를 사용하며 각각의 단위화소마다 하나의 컬러필터가 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다. 이러한 컬러필터(50)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어져 인접한 컬러필터들은 서로 약간씩 오버랩되어 단차를 가지게 된다.
이를 보완하기 위한 평탄화층(60)이 상기 컬러필터(50) 상에 형성된다.
후속공정으로 형성될 마이크로렌즈는 평탄화된 표면에 형성되어야 하며, 이를 위해서는 상기 컬러필터(50)로 인한 단차를 없애야 하므로, 상기 컬러필터(50) 상에 평탄화층(60)이 형성된다.
상기 평탄화층(60)은 평탄화 물질을 상기 컬러필터(50)가 형성된 반도체 기판(10) 상에 코팅함으로써 형성된다. 예를 들어, 상기 평탄화층(60)은 유기물 물질(Organic)을 코팅하여 약 4,000~8,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 평탄화층(60) 상에 절연층(70)이 형성된다. 상기 절연층(70)은 산화막, 질화막 및 산질화막과 같은 무기물 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(70)은 산화막을 약 50~200℃의 저온에서 PECVD 공정으로 형성될 수 있으며 약 1,000~2,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
이때, 상기 절연층(70)은 저온에서 증착된 저온 산화막으로 그 내부 밀도가 치밀하지 못하여 핀홀이 존재할 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 절연층(70) 상에 마스크층(80)이 형성된다. 상기 마스크층(80)은 산화막, 질화막 및 산질화막과 같은 무기물 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크층(80)은 SOD(Spin on Dielectric) 공정에 의하여 산화막을 코팅한 후 베이킹 공정을 통하여 형성될 수 있으며 약 500~1,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
구체적으로 상기 마스크층(80)은 상기 절연층(70) 상에 SOD 공정에 의하여 산화막 물질을 약 500~1,000Å의 두께로 코팅한다. 예를 들어, 상기 절연층(70)이 형성된 반도체 기판(10) 상으로 솔벤트(solvent)와 산화물(oxide)의 혼합액인 산화물 소스를 제공한 후 상기 반도체 기판(10)을 1,000~7,000 RPM의 회전속도를 회전시킨다. 이때 상기 산화물 소스가 액체 상태이기 때문에 상기 절연층(70)의 핀홀 내부로 상기 산화물 소스가 침투하여 상기 핀홀 내부를 채울 수 있다.
그리고, 상기 반도체 기판(10)에 150~190℃의 온도에서 30~90초 동안 베이킹 공정을 진행한다. 그러면, 상기 베이킹 공정에 의하여 상기 절연층(70) 상에 도포된 솔벤트는 제거되고 산화물은 경화되어 마스크층(80)이 형성된다.
상기 마스크층(80)은 베이킹 공정에 의해 형성되므로 그 내부 밀도가 치밀하고 견고한 성질의 막 형태로 형성된다. 따라서, 상기 마스크층(80)은 내부에 핀홀이 제거된 상태이므로 하부의 유기물로 형성된 상기 평탄화층(60) 및 컬러필터(50)를 보호할 수 있게된다.
또한, 상기 마스크층(80) 형성시 상기 절연층(70)의 핀홀 내부에 상기 마스 크층(80) 물질이 갭필되어 상기 절연층(70)의 핀홀도 제거될 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 마스크층(80) 상에 무기물층(90)이 형성된다.
상기 무기물층(90)은 산화막, 질화막 및 산질화막과 같은 무기물 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 무기물층(90)은 산화막을 약 50~250℃의 저온에서 CVD, PVD 및 PECVD 공정으로 형성될 수 있으며 약 2,000~20,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 무기물층(90) 상부에 마이크로렌즈 패턴(100)이 형성된다.
상기 마이크로렌즈 패턴(100)은 상기 무기물층(90) 상으로 유기물 포토레지스트막을 도포하고 노광 및 현상한 후, 리플로우 공정에 의하여 돔 형태로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 마스크층(80) 상에 마이크로 렌즈(95)가 형성된다.
상기 마이크로 렌즈(95)는 상기 마이크로렌즈 패턴(100)를 식각 마스크로 사용하여 상기 무기물층(90)을 전면 식각함으로써 형성된다.
도 6을 참조하여, 상기 마이크로 렌즈(95)에 대한 표면 세정공정이 진행된다.
상기 마이크로 렌즈(95)의 표면 세정공정은 상기 마이크로 렌즈(95)가 형성될 때 유기물 포토레지스트 잔유물 등의 파티클이 상기 마이크로 렌즈(95) 상에 남아있을 수 있기 때문이다.
상기 마이크로 렌즈(95)에 대한 표면 세정공정은 일반적인 O2 애싱 공정 또는 식각액(Wet Chemical)을 사용하여 진행될 수 있다.
한편, 상기 마이크로 렌즈(95)는 저온에서 산화막을 증착시켜 형성되는 것이므로 막질이 촘촘하게 형성되지 않게 되어 상기 마이크로 렌즈(95)의 내부에는 핀홀이 존재할 수 있다.
이러한 상태에서 상기 마이크로 렌즈(95)에 대한 애싱공정을 진행하면 상기 마이크로 렌즈(95)의 핀홀을 통해 애싱액이 하부에 위치한 층으로 침투된다.
상기 애싱액이 상기 마이크로 렌즈(95)의 핀홀을 통해 하부의 유기물층인 평탄화층(60) 또는 컬러필터(50)으로 침투되면 유기물층을 용해시키게 되므로 상기 유기물층과 마이크로 렌즈(95)가 분리되어 이미지 센서의 불량을 초래할 수 있다. 실시예에서는, 상기 마이크로 렌즈(95)의 하부에 절연층(70) 및 마스크층(80)이 형성되어 하부의 평탄화층(60) 및 컬러필터(50)를 보호할 수 있다.
즉, 상기 마스크층(80)이 SOD 방법 및 베이킹 공정을 통해 형성되어 내부에 핀홀이 없는 치밀한 조직으로 형성된다. 따라서, 상기 마이크로 렌즈(95)의 핀홀을 통해 케미컬액 또는 애싱액 침투된다 하더라도 상기 마스크층(80)이 상기 평탄화층(60)을 보호하고 있기 때문에, 상기 평탄화층(60)의 용해를 차단할 수 있다.
또한, 상기 마스크층(80) 물질인 산화물 소스를 SOD 공정에 의해 코팅할 때 상기 산화물 소스가 하부의 절연층(70)의 핀홀로 침투되어 상기 절연층(70)은 핀홀이 제거된 상태가 된다.
따라서, 상기 마이크로 렌즈(95)의 애싱 공정시 상기 마스크층(80) 및 절연층(70)에 의하여 상기 평탄화층(60)이 손상되는 것을 차단할 수 있으므로 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈(95)를 형성한 후 표면 세정공정이 진행되므로 이미지 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈(95)는 무기물 물질로 형성되어 물리적인 충격에 의한 크랙 등을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도들이다.
Claims (8)
- 단위화소를 포함하는 반도체 기판 상에 배치된 금속배선층;상기 금속배선층 상에 배치된 컬러필터;상기 컬러필터 상에 배치된 평탄화층;상기 평탄화층 상에 배치된 절연층;케미컬액의 침투를 방지하도록 상기 절연층 상에 배치된 마스크층 ; 및상기 마스크층 상에 배치된 마이크로 렌즈를 포함하고,상기 절연층 및 마스크층은 핀홀이 제거된 저온산화막으로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 마이크로 렌즈는 저온 산화막으로 형성된 이미지 센서.
- 삭제
- 단위화소를 포함하는 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계;상기 금속배선층 상에 컬러필터를 형성하는 단계;상기 컬러필터 상에 평탄화층을 형성하는 단계;상기 평탄화층 상에 저온 산화막으로 형성된 절연층을 형성하는 단계;상기 절연층 상에 케미컬액의 침투를 방지하도록 저온산화막으로 형성되고 내부에 핀홀이 제거된 마스크층을 형성하는 단계; 및상기 마스크층 상에 저온 산화막으로 형성된 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 마스크층을 형성하는 단계는,상기 절연층 상에 SOD 방법에 의하여 산화막을 500~1000Å의 두께로 형성하는 단계;상기 산화막에 대하여 베이킹 공정을 진행하여 상기 산화막을 경화시키는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 산화막에 대한 베이킹 공정시 온도는 150~190℃이고 30~90초간 진행되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 절연층은 PECVD 방법에 의하여 산화막을 상기 평탄화층상에 증착하여 형성되며,상기 마스크층 형성시 상기 마스크층을 이루는 물질이 상기 절연층 내부의 핀홀로 침투되어 상기 절연층의 핀홀이 제거되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 마이크로 렌즈를 형성한 후 세정공정을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101005698B1 (ko) | 2007-12-12 | 2011-01-05 | 주식회사 동부하이텍 | 캡핑막을 갖는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
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| JP2003273341A (ja) | 2002-03-14 | 2003-09-26 | Tobu Denshi Kk | イメージセンサ用半導体素子の製造方法 |
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2007
- 2007-08-27 KR KR1020070085996A patent/KR100868647B1/ko not_active IP Right Cessation
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