KR100884485B1 - 광차단막을 구비한 시모스 이미지센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 광차단막을 층간절연막내에 매립하여 형성함으로써 공정을 단순화한 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 수광소자를 비롯한 관련소자들이 형성된 기판; 상기 수광소자와 대응되는 영역을 제외한 부분에 홈을 갖으며 상기 기판 상에 형성된 층간절연막; 상기 층간절연막의 표면과 동일한 높이를 갖고 상기 홈내에 매립된 광차단막; 상기 광차단막과 상기 층간절연막 상에 형성된 페시베이션막; 상기 페시베이션막 상에 형성된 칼라필터; 상기 칼라필터 상에 형성된 평탄화막; 및 상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈를 포함하여 이루어진다.
시모스 이미지센서, 광차단막, 페시베이션막, 평탄화공정, 텅스텐
Description
도1은 종래기술에 따른 광차단막을 구비한 시모스 이미지센서의 모습을 보인 단면도,
도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
30 : 기판
31 : 필드절연막
32 : 포토다이오드
33 : 제1 층간절연막
34 : 금속배선
35 : 제2 층간절연막
35a : 홈
36 : 텅스텐막
37 : 페시베이션막
38 : 칼라필터
39 : 오버코팅레이어
40 : 마이크로렌즈
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 광차단막을 층간절연막 내에 매립하여 형성함으로써 공정을 단순화시킨 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
잘 알려진 바와 같이, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이 되어 있다. 칼라필터어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다.
또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼라필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.
그러나 마이크로렌즈를 형성하더라도 굴절된 빛의 전부가 포토다이오드로 모아지는 것은 아니다. 특히 마이크로렌즈에서 굴절된 빛이 단위화소 영역이외의 지역으로 입사하는 빛은 잡음 성분을 구성하게 되어 입사하는 빛에 의한 번짐(smear)현상을 유발하고 이에 따라 신호대 잡음특성과 이미지센서 출력의 다이나믹 레인지(Dynamic Raneg) 특성 등에 영향을 주는 요소로 작용하였다.
따라서, 이러한 빛을 차단하기 위한 광차단막을 형성하여 왔는데, 배선회로로 사용되지 않는 금속배선을 광차단막으로 사용하는 방법이 제안되었다.
도1은 이러한 방법을 사용한 시모스 이미지센서의 단면을 도시한 도면으로 이를 참조하여 종래기술에 따른 시모스 이미지센서의 제조방법을 설명한다.
먼저, 반도체 기판(10) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막 (11)을 형성한 후, 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드막을 연속적으로 도포하고 패턴닝함으로써 게이트 전극을 형성한다.(게이트전극은 도1에 도시되어 있지않다.)
이후, 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드(12)를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시한다.
다음으로, 포토다이오드(12)와 필드산화막(11)을 포함하는 전체구조 상에 제1 층간절연막(13)을 형성하고 평탄화 공정을 수행한다.
이후에, 상기 제1 층간절연막(13) 상에 금속배선(14)을 형성한다. 이때, 형성되는 금속배선(14)은 단위화소를 구성하는 회로부분으로서, 여러층의 금속배선이 사용될 수 있으며 포토다이오드(12)로 입사하는 빛을 막지 않도록 배치된다.
다음으로 최종금속배선(여러층의 금속배선이 사용될 경우, 가장 상부에 위치한 금속배선) 상부에 제2 층간절연막(15)을 형성하고, 상기 제2 층간절연막(15) 상에 광차단막으로 사용되는 금속층(16)을 형성한다.
여기서 금속층(16)은 이미지센서에서 어떠한 배선을 구성하는 것이 아니고 광감지영역 이외의 주변회로 영역으로 광이 입사되는 것을 막는 광차단을 위한 것이다.
이후에, 습기나 스크랫치로부터 소자를 보호할 목적으로 산화막 또는 질화막으로 구성된 페시베이션막(17)을 금속층(16) 상부에 형성하고 평탄화공정을 수행한다. 페시베이션막(17)을 평탄화하는 이유는, 후속으로 형성될 칼라필터(18)가 평탄화된 페시베이션막(17) 상에 형성될 수 있게 하기 위해서이다.
다음으로, 평탄화된 페시베이션막(17) 상에 칼라 이미지 구현을 위한 칼라필터(18)를 형성하는데, 칼라필터는 일반적으로 염색된 포토레지스트를 사용하여 형성한다.
이와 같이 칼라필터(18)를 형성한 이후에 칼라필터(18) 상에 오버코팅레이어 (19)를 증착하고, 이를 평탄화시켜 후속공정으로 마이크로렌즈(20)가 평탄화된 오버코팅레이어(19) 상에 형성될 수 있도록 한다.
마이크로렌즈는 다음과 같은 방법으로 형성된다, 먼저, 마이크로렌즈용 감광제를 오버코팅레이어(19) 상에 도포하고 이를 패터닝한다. 이후에, 열을 가하여 상기 패터닝된 마이크로렌즈용 감광제를 플로우(flow) 시켜 돔(dome) 형태의 마이크로렌즈(20)를 형성한다.
종래와 같이 광차단용 금속층을 이용하여 광차단막을 형성하는 경우에는, 그 상부에 다시 칼라필터를 형성하기 위하여 페시베이션막을 형성하고, 상기 페시베이션막을 평탄화하는 공정을 추가적으로 수행하여야 하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광차단막으로 사용된 금속층을 층간절연막내에 매립하여 형성함으로써 페시베이션막 평탄화공정을 생략한 이미지센서 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수광소자가 형성된 기판 상에 형성되고, 상기 수광소자와 대응되는 영역을 제외한 부분에 홈을 갖는 층간절연막과, 상면이 상기 층간절연막의 상면과 동일 높이로 형성되도록 상기 홈 내에 매립된 광차단막과, 상기 광차단막과 상기 층간절연막 상에 형성된 페시베이션막과, 상기 페시베이션막 상에 형성된 칼라필터와, 상기 칼라필터 상에 형성된 평탄화막과, 상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈를 포함하는 시모스 이미지센서를 제공한다.
또한 본 발명은, 수광소자가 형성된 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간절연막 중 상기 수광소자와 대응되는 영역을 제외한 부분에 홈을 형성하는 단계와, 상면이 상기 층간절연막의 상면과 동일 높이로 형성되도록 상기 홈 내에 광차단막을 형성하는 단계와, 상기 광차단막과 상기 층간절연막 상에 페시베이션막을 형성하는 단계와, 상기 페시베이션막 상에 칼라필터를 형성하는 단계와, 상기 칼라필터 상에 평탄화막을 형성하는 단계와, 상기 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 광차단막으로 금속층을 사용하되, 비아홀에 매립되는데 사용되던 금속층을 광차단막으로 사용하고 또한, 상기 광차단막을 층간절연막 내에 매립하여 형성함으로써 페시베이션막 형성 후 실시되는 평탄화공정을 생략한 발명이다.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 광차단막을 구비한 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 도면으로 이를 참조하여 설명한다.
먼저, 도2a에 도시된 바와같이 반도체 기판(30) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드산화막 (31)을 형성한 후, 폴리실리콘과 텅스텐 실리사이드막을 연속적으로 도포하고 패턴닝함으로써 게이트 전극을 형성한다.(게이트전극은 도2a에 도시되어 있지않다.)
이후, 적절한 이온주입 공정을 진행함으로써 포토다이오드(32)를 형성하고 트랜지스터의 소오스/드레인 및 센싱노드를 형성하기 위한 이온주입을 실시한다.
다음으로, 포토다이오드(32)와 필드산화막(31)을 포함하는 전체구조 상에 제1 층간절연막(33)을 형성하고 평탄화 공정을 수행한다.
이후에, 상기 제1 층간절연막(33) 상에 금속배선(34)을 형성한다. 이때, 형성되는 금속배선(34)은 단위화소를 구성하는 회로부분으로서, 여러층의 금속배선이 사용될 수 있으며 포토다이오드(32)로 입사하는 빛을 막지 않도록 배치된다.
다음으로 최종금속배선(여러층의 금속배선이 사용될 경우, 가장 상부에 위치한 금속배선)과 제1 층간절연막(33)을 포함하는 전체구조 상에 제2 층간절연막(35)을 형성하는 공정을 수행한다.
이후에 상기 제2 층간절연막(35)의 일정부분을 제거하여 홈(35a)을 형성하는 공정을 수행한다.
포토다이오드(32) 이외의 지역으로 입사하는 빛을 막기 위한 것이 광차단막의 역할이므로, 제2 층간절연막(35)에서 포토다이오드(32)와 대응되는 영역을 제외한 부분이 제거되어 홈(35a)이 형성되며, 상기 홈 내에 후속으로 광차단막(36)이 형성된다.
이때, 제2 층간절연막(35)에 형성되는 홈(35a)의 깊이는 제2 층간절연막(35) 하부에 존재하는 금속배선(34)이 노출되지않을 정도가 되어야 한다.
이후에, 도2b에 도시된 바와같이 홈(35a)을 포함하는 제2 층간절연막(35) 상에 텅스텐막(36)을 증착시킨다. 텅스텐은 통상적으로 비아홀(via hole)을 채우는 금속으로 사용되며 매립특성이 좋고 화학기계연마(Chemical Vapor Deposition : CMP)에 의해 쉽게 평탄화되는 성질을 갖고 있다.
본 발명의 일실시예에서는 광차단막으로 텅스텐막을 사용하였지만 텅스텐막 이외에도, 화학기계연마에 의해 평탄화를 이룰 수 있는 금속(예를 들면, 알루미늄 또는 티타늄질화막)이면 광차단막으로 사용될 수 있다.
이와 같이 텅스텐막(36)을 형성한 이후에, 도2c에 도시된 바와같이 상기 텅스텐막(36)을 화학기계연마하여 평탄화시킨다. 평탄화공정은 제2 층간절연막(35)의 표면이 노출될 때까지 수행하여 포토다이오드(32)의 상부에 존재하는 텅스텐막(36)은 모두 제거한다.
다음으로, 도2d에 도시된 바와같이 제2 층간절연막(35)과 텅스텐막(36) 상에 페시베이션막(37)을 증착한다. 본 발명에서도 종래와 같이 페시베이션막(37)이 칼라필터(38) 형성전에 사용되나, 본 발명의 일실시예에서 사용되는 페시베이션막(37)은 이미 평탄화된 막 상에 형성되므로 종래와 같은 별도의 평탄화 공정이 필요없는 장점이 있다.
다음으로 페시베이션막(37) 상에 칼라이미지 구현을 위한 3색의 칼라필터(38) 형성공정을 진행한다. 칼라필터(38)는 염색된 포토레지스트를 이용하여 형성되며 페시베이션막(37)으로는 실리콘질화막 등이 사용될 수 있다.
칼라필터(38)를 형성한 이후에, 칼라필터(38) 상에 오버코팅레이어(39)을 증착하여 표면을 평탄화하고, 그 상부에 돔 형태의 마이크로렌즈(40)를 형성하여 이미지센서의 제조공정을 마무리한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에서는 회로배선으로 사용되지 않는 금속층을 적용하여 광차단막으로 사용하는 경우에, 후속 칼라필터 형성공정을 위해 요구되는 페시베이션막 평탄화공정을 생략할 수 있기 때문에 공정이 간단해지는 장점이 있다.
Claims (5)
- 수광소자가 형성된 기판 상에 형성되고, 상기 수광소자와 대응되는 영역을 제외한 부분에 홈을 갖는 층간절연막;상면이 상기 층간절연막의 상면과 동일 높이로 형성되도록 상기 홈 내에 매립된 광차단막;상기 광차단막과 상기 층간절연막 상에 형성된 페시베이션막;상기 페시베이션막 상에 형성된 칼라필터;상기 칼라필터 상에 형성된 평탄화막; 및상기 평탄화막 상에 형성된 마이크로렌즈를 포함하는 시모스 이미지센서.
- 제1항에 있어서,상기 광차단막은 텅스텐막 또는 티타늄질화막인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서.
- 수광소자가 형성된 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계;상기 층간절연막 중 상기 수광소자와 대응되는 영역을 제외한 부분에 홈을 형성하는 단계;상면이 상기 층간절연막의 상면과 동일 높이로 형성되도록 상기 홈 내에 광차단막을 형성하는 단계;상기 광차단막과 상기 층간절연막 상에 페시베이션막을 형성하는 단계;상기 페시베이션막 상에 칼라필터를 형성하는 단계;상기 칼라필터 상에 평탄화막을 형성하는 단계; 및상기 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 광차단막은 텅스텐막 또는 티타늄질화막인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 층간절연막 상에 광차단막을 형성하는 단계는,상기 홈을 포함하는 상기 층간절연막 상에 광차단막을 증착하는 단계; 및상기 층간절연막의 표면이 노출될 때까지 상기 광차단막에 대해 평탄화공정을 수행하는 단계를 포함하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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| KR20000003405A (ko) * | 1998-06-29 | 2000-01-15 | 김영환 | 광차단층으로서 적층된 칼라필터를 갖는 이미지센서 |
| KR20000044579A (ko) * | 1998-12-30 | 2000-07-15 | 김영환 | 평탄화 공정이 적용된 보호막을 갖는 이미지센서 제조방법 |
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| KR20040008927A (ko) | 2004-01-31 |
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