KR100902595B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 렌즈의 오염과 박리를 방지하기 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 씨모스 이미지 센서는 기판에 형성된 복수의 포토 다이오드와; 상기 포토 다이오드를 포함한 기판의 전면에 형성된 절연막과; 상기 절연막상에 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 형성된 제 1 산화막과; 상기 제 1 산화막에 실리콘 이온을 주입하여 형성된 실리콘 과다 산화막과; 상기 실리콘 과다 산화막 상에 형성된 제 2 산화막; 및 상기 제 2 산화막을 식각하여 상기 포토 다이오드와 대응되도록 형성된 마이크로 렌즈를 포함하여 구성된다.
이러한 구성에 의하여 본 발명은 실리콘 과다 산화막을 형성하여 식각용액 침투를 차단하고 마이크로 렌즈를 산화막으로 형성함으로써, 식각용액 침투에 의한 마이크로 렌즈의 박리 및 소잉(sawing) 공정시 파티클에 의한 마이크로 렌즈에 오염을 방지할 수 있다.
이미지 센서, 실리콘 과다 산화막, 마이크로 렌즈
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 마이크로 렌즈의 오염과 박리를 방지하기 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 장비로써, 씨씨디(Charge Coupled Device; CCD) 이미지 센서 소자와 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS) 이미지 센서 소자로 크게 나눌 수 있다.
씨모스 이미지 센서는 조사되는 광을 감지하는 포토 다이오드부와 감지된 광을 전기적인 신호로 처리하여 데이터화하는 씨모스 로직 회로부로 구성되는데, 포토 다이오드의 수광량이 많을수록 상기 이미지 센서의 광 감도(Photo Sensitivity) 특성이 양호해진다.
이러한, 광 감도를 높이기 위해서 이미지 센서의 전체면적 중에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토다이오드로 집광시켜 주는 기술 이 사용된다.
집광 기술의 대표적인 예가 마이크로 렌즈를 형성하는 것인데, 이는 포토다이오드 상부에 광투과율이 좋은 물질로 통상적으로 볼록형 마이크로 렌즈를 만들어 입사광의 경로를 굴절시켜 보다 많은 양의 빛을 포토다이오드 영역으로 조사하는 방법이다.
이 경우 마이크로 렌즈의 광축과 수평한 빛이 마이크로 렌즈에 의해서 굴절되어 광축상의 일정 위치에서 그 초점이 형성된다.
한편, 일반적인 이미지 센서는 간단히 포토다이오드(Photo Diode), 층간절연층, 컬러필터(Color Filter), 마이크로 렌즈(Micro Lens) 등으로 구성된다.
포토다이오드는 빛을 감지하여 전기적 신호로 바꾸어 주는 역할을 하고, 상기 층간절연층은 각 금속배선들 간에 절연을 시키는 역할을 하고, 상기 컬러필터는 RGB의 빛의 삼원색을 표현하며, 상기 마이크로 렌즈는 빛을 포토다이오드에 집광시켜주는 역할을 하게 된다.
여기서, 도 1은 종래의 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 복수개의 포토다이오드(20)가 형성된 반도체 기판(10) 상에 층간절연층(30)이 형성되어 있고, 층간절연층(30) 상에 RGB 컬러필터층(40)이 복수개의 포토다이오드(40)와 각각 대응되도록 형성된다.
RGB 컬러필터층(40) 상에는 컬러필터층(40)의 불균일한 표면층을 평탄화하기 위한 평탄화층(50)이 형성되고, 평탄화층(50) 상에는 마이크로 렌즈(60)가 상기 복수개의 포토다이오드(20) 및 컬러필터층(40)과 각각 대응되도록 형성된다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서는 마이크로 렌즈용 산화막의 내부는 조밀하지 않고, 도 1b에 도시한 바와 같이, 다수의 핀홀(Pin Hole)이 형성된다. 이러한 핀홀은 후속 공정인 식각 공정시 식각 용액이 산화막의 내부에 침투하여, 도 1c의 A영역을 확대한 도 1d에 도시한 바와 같이, 마이크로 렌즈가 B영역처럼 박리되는 문제점이 발생한다.
또한, 산화막을 식각 후 후속 공정인 소잉(Sawing)공정 시 파티클(Particle)이 마이크로 렌즈에 박혀 오염을 발생시키는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 저온에서 증착한 산화막의 내부에 존재하는 수많은 핀홀을 통해 침투한 식각 용액에 의한 마이크로 렌즈의 박리 및 오염을 방지하기 위한 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 기판에 형성된 복수의 포토 다이오드와; 상기 포토 다이오드를 포함한 기판의 전면에 형성된 절연막과; 상기 절연막상에 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 형성된 제 1 산화막과; 상기 제 1 산화막에 실리콘 이온을 주입하여 형성된 실리콘 과다 산화막과; 상기 실리콘 과다 산화막 상에 형성된 제 2 산화막; 및 상기 제 2 산화막을 식각하여 상기 포토 다이오드와 대응되도록 형성된 마이크로 렌즈를 포함하여 구성된다.
또한,본 발명에 따른 씨모스 센서의 제조방법은 기판에 복수의 포토 다이오드를 형성하는 단계와; 상기 포토 다이오드를 포함한 기판의 전면에 절연막을 형성하는 단계와; 상기 절연막상에 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 상에 제 1 산화막을 형성하는 단계와; 상기 제 1 산화막에 실리콘 이온을 주입하여 실리콘 과다 산화막을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 과다 산화막 상에 제 2 산화막을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 산화막을 식각하여 상기 포토 다이오드와 대응되도록 복수의 마이크로 렌즈가 형성되는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법은 실리콘 과다 산화막을 형성하여 식각용액 침투를 차단하고 마이크로 렌즈를 산화막으로 형성함으로써, 식각용액 침투에 의한 마이크로 렌즈의 박리 및 소잉(sawing) 공정시 파티클에 의한 마이크로 렌즈에 오염을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도이다.
도 2 a를 참조하면, 복수의 포토 다이오드(104)가 형성된 반도체 기판(102) 상에 절연막(102)을 형성한다. 여기서, 절연막(102)은 포토 다이오드(104)가 형성된 영역 이외의 부분으로 빛이 입사되는 것을 막기 위한 질화막과 외부의 수분이나 충격으로부터 보호하기 위한 산화막이 적층되어 복수의 층으로 형성될 수 있다.
이어, 절연막(102) 상에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터층(106)을 형성한다. 여기서, 컬러 필터층(106)은 해당 감광성 물질을 도포하고 포토 및 식각 공정하여 각각의 파장대별로 빛을 필터링하도록 형성한다. 이때, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터층(106) 사이에는 인접한 픽셀에 색 혼합을 방지하기 위한 도시되지 않은 광차단막이 형성될 수 있다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 컬러 필터층(106) 상에 제 1 산화막(108)을 형성한다. 여기서, 제 1 산화막(108)은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 등으로 형성한다. 이때, 제 1 산화막(108)의 두께는 1,000 ~ 2,000Å의 두께로 형성된다.
도 2c에 참조하면, 제 1 산화막(108)의 상에 실리콘(Si) 이온을 주입하여, 도 2d에 도시한 바와 같이, 실리콘 과다 산화막(108b)을 형성한다. 여기서 실리콘 이온 주입은 5E13 ~ 5E14 atoms/cm2 도스(Dose)의 량과 250 ~ 750KeV의 주입에너지로 주입되어 형성된다.
도 2e에 도시한 바와 같이, 실리콘 과다 산화막(108) 상에 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 제 2 산화막(110)을 형성한다. 여기서, 제 2 산화막(110)은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 등으로 형성한다. 이때, 제 2 산화 막(110)은 저온에서 증착 가능한 상기 물질로 PE-Oxide, PE-TEOS등 중 어느 하나로 형성된다. 또한, 제 2 산화막(110)은 1,000 ~ 3,000Å의 두께로 증착된다.
도 2f에 도시한 바와 같이, 제 2 산화막(110)을 포토 및 식각 공정으로 패터닝하여 복수의 포토 다이오드(104)와 대응되는 영역에 마이크로 렌즈 패턴(110a)을 형성한다.
도 2g에 도시한 바와 같이, 마이크로 렌즈 패턴(110a)을 베이킹(baking)에 의해 리플로(reflow)시킴으로써, 반구형 형태의 마이크로 렌즈(110b)를 형성한다.
이러한, 제조방법에 의한 씨모스 이미지 센서는 실리콘 과다 산화막을 형성하여 식각용액 침투를 차단하고 마이크로 렌즈를 산화막으로 형성함으로써, 식각용액 침투에 의한 마이크로 렌즈의 박리 및 소잉(sawing) 공정시 파티클에 의한 마이크로 렌즈에 오염을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1a는 종래의 씨모스 이미지 센서를 나타낸 단면도.
도 1b는 종래의 씨모스 이미지 센서에 저온 증착된 산화막을 X-SEM 장비를 이용하여 촬영한 도면.
도 1c는 종래의 씨모스 이미지 센서에 마이크로 렌즈가 형성된 영역을 X-SEM 장비를 이용하여 촬영한 도면.
도 1d는 도 1c에 "A"영역을 확대한 단면도.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조과정을 나타낸 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 >
102 : 반도체 기판 104: 복수의 포토 다이오드
106 : 컬러 필터층 108 : 제 1 산화막
108a: 실리콘 과다 산화막 110 : 제 2 산화막
110a: 마이크로 렌즈 패턴 110b : 마이크로 렌즈
Claims (7)
- 기판에 형성된 복수의 포토 다이오드와;상기 포토 다이오드를 포함한 기판의 전면에 형성된 절연막과;상기 절연막상에 형성된 컬러필터층과;상기 컬러필터층 상에 형성된 제 1 산화막과;상기 제 1 산화막에 실리콘 이온을 주입하여 형성된 실리콘 과다 산화막과;상기 실리콘 과다 산화막 상에 형성된 제 2 산화막; 및상기 제 2 산화막을 포토 및 식각 공정으로 패터닝하여 상기 포토 다이오드와 대응되도록 형성한 마이크로 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 산화막은 1,000 ~ 2,000Å의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘 이온 주입은 5E13 ~ 5E14 atoms/cm2 도스(Dose)의 량과 250 ~ 750KeV의 주입에너지로 주입되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 산화막은 저온에서 증착 가능한 PE-Oxide 또는 PE-TEOS 물질로 형성되는 것을 특징으로 씨모스 이미지 센서.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 2 산화막은 1,000 ~ 3,000Å의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 기판에 복수의 포토 다이오드를 형성하는 단계와;상기 포토 다이오드를 포함한 기판의 전면에 절연막을 형성하는 단계와;상기 절연막상에 컬러필터층을 형성하는 단계와;상기 컬러필터층 상에 제 1 산화막을 형성하는 단계와;상기 제 1 산화막에 실리콘 이온을 주입하여 실리콘 과다 산화막을 형성하는 단계와;상기 실리콘 과다 산화막 상에 제 2 산화막을 형성하는 단계; 및상기 제 2 산화막을 식각하여 상기 포토 다이오드와 대응되도록 복수의 마이크로 렌즈가 형성되는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 산화막은 저온에서 증착 가능한 PE-Oxide 또는 PE-TEOS 물질로 형성되는 것을 특징으로 씨모스 이미지 센서의 제조방법.
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