KR100896878B1 - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판과, 반도체 기판 위에 형성된 적어도 하나의 층간절연막과, 포토 다이오드 위에 위치된 층간절연막을 관통하여 형성된 산화막을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판 위에 적어도 하나의 층간절연막을 형성하는 단계와, 포토 다이오드 위에 위치된 층간절연막을 관통하는 관통홀을 형성하는 단계와, 관통홀에 산화막을 채우는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 층간절연막을 관통하는 관통홀을 형성함에 있어, 깊은 트렌치 RIE를 통해 층간절연막을 식각한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 깊은 트렌치 RIE는 CF4:Ar:O2 간의 공급 비율이 12:55:1의 식각조건으로 수행되며, CF4는 100~140sccm, Ar은 500~600sccm, O2는 8~12sccm 의 범위에서 공급된다.
Description
도 1 및 도 2는 종래 이미지 센서의 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11... 포토 다이오드 13... 층간절연막
15... 보호막 17... 포토 레지스트막
19... 산화막 21... 컬러필터층
23... 평탄화층 25... 마이크로 렌즈
27... 패드부
본 발명은 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 더욱이, 씨모스(Complementary MOS; 이하 CMOS라 함) 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
종래 CMOS 이미지 센서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 최상층에 마이크로 렌즈가 위치하여 있고 공기에 노출되어 있다. 상기 마이크로 렌즈로부터 집광된 빛이 컬러필터층과 층간절연막을 지나서 폴리 실리콘인 포토 다이오드에 도달하게 되면 전기적 신호로 바뀌게 되어 그 전기적 신호를 표시하게 된다. 이때, 마이크로 렌즈의 촛점 길이(Focal-length), 컬러필터의 크기와 분포도, 층간절연막의 두께(thickness), 포토 다이오드의 피치 크기(Pitch size) 등이 각각 연동되어 변해야 하며, 마이크로 렌즈(Micro-lens)로 부터 집광된 빛의 손실을 적게 하려면 포토 다이오드에서 보호막(Passivation Layer) 사이의 거리가 가까울수록 유리하다. 칩(Chip)의 집적도가 높아질수록 금속배선층이 많아지므로, 포토 다이오드에서 마이크로 렌즈까지의 거리가 멀어질 수 밖에 없어서 단순히 금속배선층 간의 거리를 좁힌다고 해서 해결될 문제는 아니고, 집광된 빛의 손실을 최소화하는 방법이 필요하다.
종래 CMOS 이미지 센서는 간단히 포토 다이오드, 층간절연막, 컬러필터층, 마이크로 렌즈 등으로 구성된다. 포토 다이오드는 빛을 감지하여 전기적 신호로 바꾸어 주는 역할을 하고, 층간절연막은 금속배선을 형성하고, 컬러필터층은 RGB의 빛의 삼원색을 표현하며, 마이크로 렌즈는 빛을 포토 다이오드에 집광시켜 주는 역할을 하게 된다. 위에서도 언급했다시피 단순히 포토 다이오드와 보호막의 거리를 좁히는 방법으로는 집광된 빛의 손실을 막지 못한다.
이와 같이 이미지 센서에서 해결하여야 하는 과제 중의 하나는 입사되는 빛 신호를 전기신호로 바꾸어 주는 율(rate), 즉 감도를 증가시키는 것이다. 감도가 떨어지는 여러 가지 이유 중의 한 가지는 도 2에 나타낸 바와 같이 마이크로 렌즈와 컬러필터를 통과한 빛이 복수 층의 층간절연막을 통과하며 계면에서 굴절과 반사를 일으킨다는 것이다. 도 2는 종래 이미지 센서의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 이에 따라 일부 빛이 반사되거나 포토 다이오드 영역으로 흡수되지 못하고 사라지게 됨으로써 감도가 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 입사되는 빛을 포토 다이오드 영역에 효율적으로 전달하여 감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 위에 형성된 적어도 하나의 층간절연막; 상기 포토 다이오드 위에 위치된 상기 층간절연막을 관통하여 형성된 산화막; 을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 의하면, 상기 층간절연막 위에 형성된 컬러필터층과, 상기 컬러필터층 위에 형성된 마이크로 렌즈를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서에 의하면, 상기 산화막은 상부의 폭 이 하부의 폭 보다 더 넓게 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법은, 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판 위에 적어도 하나의 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 포토 다이오드 위에 위치된 상기 층간절연막을 관통하는 관통홀을 형성하는 단계; 상기 관통홀에 산화막을 채우는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 산화막은 증착 방식 또는 도포(coating) 방식에 의하여 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 층간절연막에 형성되는 관통홀은 상부의 폭이 하부의 폭 보다 더 넓게 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 층간절연막 및 상기 산화막 위에 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 층간절연막은 복수의 층으로 형성되고, 상기 복수의 층은 굴절율이 서로 다른 매질로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 층간절연막을 관통하는 관통홀을 형성함에 있어, 깊은 트렌치 RIE를 통해 상기 층간절연막을 식각한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 깊은 트렌치 RIE는 CF4:Ar:O2 간의 공급 비율이 12:55:1의 식각조건으로 수행되며, 상기 CF4 는 100~140sccm, Ar은 500~600sccm, O2는 8~12sccm 의 범위에서 공급된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 입사되는 빛을 포토 다이오드 영역에 효율적으로 전달하여 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위"에 또는 "아래"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 포토 다이오드(11)가 형성된 반도체 기판 위에 적어도 하나의 층간절연막(13)을 형성한다.
상기 층간절연막(13)은 복수의 층으로 형성되고, 상기 복수의 층은 굴절율이 서로 다른 매질로 형성될 수 있다. 상기 층간절연막(13) 내에는 복수의 금속배선층이 형성될 수 있다. 또한 상기 층간절연막(13) 위에는 보호막(15)이 형성될 수 있 다. 상기 보호막(15)은 하나의 예로서 SiN층으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 보호막(15) 위에 포토 레지스트막(17)을 패터닝하여 형성한다.
이어서 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 포토 다이오드(11) 위에 위치된 상기 보호막(15) 및 층간절연막(13)을 관통하는 관통홀을 형성한다.
상기 보호막(15) 및 층간절연막(13)에 형성되는 관통홀은 상부의 폭이 하부의 폭 보다 더 넓게 형성되도록 할 수 있다.
상기 보호막(15) 및 층간절연막(13)을 관통하는 관통홀을 형성함에 있어, 깊은 트렌치 RIE(Reactive Ion Etching)를 통해 상기 층간절연막(13)에 대한 식각을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 상기 깊은 트렌치 RIE는 상기 CF4가 100~140sccm, Ar가 500~600sccm, O2가 8~12sccm 의 범위에서 공급되는 식각조건에서 수행될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 깊은 트렌치 RIE의 공정조건은 예로서 다음과 진행할 수 있다.
| SiN | Oxide | |
| Pressure [mT] | 40 | 55 |
| RF POWER (TOP) [W] | 1800 | 2000 |
| RF POWER (BOTTOM) [W] | 2000 | 2000 |
| CF4 [sccm] | 0 | 120 |
| Ar [sccm] | 560 | 550 |
| O2 [sccm] | 18 | 10 |
| CHF8 [sccm] | 96 | 0 |
| C5F8 [sccm] | 0 | 14 |
이후, 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 제조방법에 의하면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 관통홀에 산화막(19)을 채우는 공정을 수행한다.
상기 산화막(19)은 증착 방식에 의하여 형성될 수 있다. 또한 상기 산화막(19)은 도포 방식에 의하여 형성될 수 있다.
상기 산화막(19)은 일종의 도파관(wave guide)의 기능을 수행할 수 있게 된다. 즉, 상기 산화막(19)은 상하로 경계층이 존재하지 않는 단일층으로 형성됨으로써, 입사되는 빛이 층간의 계면에서 반사 또는 산란으로 손실되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이어서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 층간절연막(13) 및 상기 산화막(19) 위에 컬러필터층(21)을 형성하는 단계를 수행한다. 그리고, 상기 컬러필터층(21) 위에 마이크로 렌즈(25)를 형성한다.
상기 층간절연막(13) 위에는 보호막(15)이 더 형성될 수 있다. 또한 상기 컬러필터층(21)과 상기 마이크로 렌즈(25) 사이에는 평탄화층(23)이 더 형성될 수 있다.
그리고, 상기 층간절연막(13) 내에 형성된 패드부(27)을 오픈시키는 공정을 수행할 수 있다.
한편, 각각의 금속배선층은 서로 다른 층으로 구성되어 있다. 도 3 내지 도 6에 도시된 층간절연막(13)도 복수의 층으로 형성될 수 있으며 각 층간의 물질의 특성이 다르고, 공정을 진행하는 동안 각층의 유전 광학상수 (n, k, ...) 등의 차이가 생겨서 상기 마이크로 렌즈(25)로부터 집광된 빛의 경로가 달라지거나 반사, 굴절되는 정도의 차이가 심해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서 제시된 바와 같이 상기 층간절연막(13)을 관통하는 관통홀을 형성하고, 그 관통홀을 하나의 매질로 채움으로써 집광된 빛을 효율적으로 상기 포토 다이오드(11)에 전달할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 의하면, 입사되는 빛을 포토 다이오드 영역에 효율적으로 전달함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
Claims (12)
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- 삭제
- 삭제
- 포토 다이오드가 형성된 반도체 기판 위에 적어도 하나의 층간절연막을 형성하는 단계;상기 층간절연막 위에 보호막을 형성하고, 상기 보호막에 대한 식각을 통하여 패드부를 노출시키는 단계;상기 보호막, 상기 패드부 위에 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트막 패턴을 이용하여 상기 포토 다이오드 위에 위치된 상기 층간절연막 및 상기 보호막을 관통하는 관통홀을 형성하여 상기 관통홀의 측벽을 이루는 상기 층간절연막 및 상기 보호막에 경사면을 형성하는 단계;상기 관통홀에 산화막을 채우는 단계;상기 보호막 및 상기 산화막 위에 컬러필터층을 형성하는 단계; 및상기 컬러필터층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 산화막은 증착 방식에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 산화막은 도포(coating) 방식에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 층간절연막에 형성되는 관통홀은 상부의 폭이 하부의 폭 보다 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 삭제
- 제 4항에 있어서,상기 층간절연막은 복수의 층으로 형성되고, 상기 복수의 층은 굴절율이 서로 다른 매질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 층간절연막을 관통하는 관통홀을 형성함에 있어, RIE를 통해 상기 층간절연막을 식각하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
- 삭제
- 제 10항에 있어서,상기 RIE는 CF4가 100~140sccm, Ar가 500~600sccm, O2가 8~12sccm 의 범위에서 공급되는 식각조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 제조방법.
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