KR100902597B1 - Method for Fabricating of CMOS Image Sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지 센서에 있어서, 특히 BCF(blue color filter) peeling 현상 방지하고, 이미지 특성 개선하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for preventing blue color filter (BCF) peeling and improving image characteristics, in particular, in a CMOS image sensor.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법은, 포토다이오드(photo diode)를 구비하는 기판상에 다수의 금속배선이 구비된 절연층, 패시베이션층 (passivation layer)을 차례로 형성하는 단계, 상기 패시베이션층 전면 상에 포지티브(positive)형 청색컬러필터(Blue Color Filter)용 레지스트(resist)를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 청색컬러필터를 형성하는 단계, 상기 청색컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브(negative)형 녹색컬러필터(Green Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 녹색컬러필터를 형성하는 단계, 상기 청색 및 녹색 컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브형 적색컬러필터(Red Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 적색컬러필터를 형성하는 단계 및 상기 청색, 녹색 및 적색 컬러필터 상에 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to the present invention, there is provided a CMOS image sensor manufacturing method comprising: sequentially forming an insulating layer including a plurality of metal wirings and a passivation layer on a substrate including a photodiode, and a front surface of the passivation layer. Applying a resist for positive type Blue Color Filter on the surface, forming a blue color filter through a photo process, and negative on the entire passivation layer including the blue color filter. After applying a resist for the (negative) type Green Color Filter, and forming a green color filter through a photo process, a negative red color filter on the entire passivation layer including the blue and green color filter After applying the resist for the (Red Color Filter), forming a red color filter through a photo process and the flat on the blue, green and red color filter It comprises forming a hwacheung and microlenses.
포토 리소그래피, 사진 식각 공정, 컬러필터, 씨모스 이미지 센서 Photolithography, Photolithography, Color Filters, CMOS Image Sensors
Description
본 발명은 이미지 센서에 있어서, 특히 씨모스 이미지 센서의 컬러필터 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a color filter of a CMOS image sensor, in particular.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소(pixel)수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and a charge coupled device (CCD) is located at a position where individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are very close to each other. Charge carriers are stored and transported in capacitors, and CMOS image sensors use a CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. It is a device that adopts a switching method that makes transistors and sequentially detects output using them.
상기 이미지 센서에 적용되는 컬러 필터 어레이 공정(color filter array process)은 CMOS 또는 CCD 기판 위에 청색, 녹색 및 적색을 포함하는 3색의 컬러필터를 배열함으로써, 컬러 이미지를 구현하는 기술이다. 이때, 상기 3색의 컬러필터 배열을 형성하기 위해서는 3번의 사진공정 즉, 리소그래피 공정이 적용된다. 그리 고, 상기 3색의 컬러필터를 형성하기 위한 레지스트는 네거티브형 레지스트이다. The color filter array process applied to the image sensor is a technology for implementing a color image by arranging three color filters including blue, green, and red on a CMOS or CCD substrate. In this case, three photo processes, that is, a lithography process, are applied to form the three color filter array. Then, the resist for forming the color filter of the three colors is a negative resist.
그러나, 상술한 바와 같이, 블루, 그린 및 레드 픽셀에 해당하는 제1 내지 제3 트렌치에서 각 트렌치의 깊이를 서로 다르게 하는 이유는 광의 파장에 따라 침투깊이가 다르기 때문이다. However, as described above, the reason why the depth of each trench is different in the first to third trenches corresponding to the blue, green, and red pixels is that the penetration depth is different depending on the wavelength of light.
일반적으로, 컬러 필터의 두께는 개별 디바이스 특성에 의해 요구된다. 이미지 센서가 충분한 색도를 가지기 위해서는 충분한 두께의 컬러 필터를 형성해야 한다. 만약, 컬러필터의 두께가 두꺼워지면 노광 빛이 레지스트 바닥 부분까지 충분히 도달하지 못하게 되므로 안정적인 패터닝 공정을 진행하지 못하게 된다. In general, the thickness of the color filter is required by the individual device characteristics. In order for the image sensor to have sufficient chromaticity, it is necessary to form a color filter of sufficient thickness. If the thickness of the color filter becomes thick, the exposure light may not reach the bottom of the resist sufficiently, and thus, the stable patterning process may not be performed.
따라서, 컬러 필터의 두께가 두꺼워져서 레지스트 바닥부분에 노광빛이 충분히 도달하지 못하게 되면, 패턴 리프팅이 발생하게 되는 문제점이 있다. Therefore, when the thickness of the color filter becomes thick and the exposure light does not sufficiently reach the bottom portion of the resist, there is a problem that pattern lifting occurs.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 컬러필터 형성시 발생하는 청색컬러필터(blue color filter: BCF) 패턴의 필링(peeling) 현상을 방지하는 씨모스 이미지 센서 제조 방법을 제공하는 것이다. Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CMOS image sensor which prevents a peeling phenomenon of a blue color filter (BCF) pattern generated when a color filter is formed. will be.
또한, 블루 컬러 필터의 패턴 영역을 넓힘으로써, 이미지 센서의 특성을 향상시키는 씨모스 이미지 센서 제조 방법을 제공하는 것이다. In addition, to provide a CMOS image sensor manufacturing method for improving the characteristics of the image sensor by widening the pattern area of the blue color filter.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법의 일 특징은, 포토다이오드(photo diode)를 구비하는 기판상에 다수의 금속배선이 구비된 절연층, 패시베이션층(passivation layer)을 차례로 형성하는 단계, 상기 패시베이션층 전면 상에 포지티브(positive)형 청색컬러필터 (Blue Color Filter)용 레지스트(resist)를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 청색컬러필터를 형성하는 단계, 상기 청색컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브(negative)형 녹색컬러필터(Green Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 녹색컬러필터를 형성하는 단계, 상기 청색 및 녹색 컬러필터를 포함하는 패시베이션층 전면 상에 네거티브형 적색컬러필터(Red Color Filter)용 레지스트를 도포한 후, 사진공정을 거쳐 적색컬러필터를 형성하는 단계 및 상기 청색, 녹색 및 적색 컬러필터 상에 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다. One aspect of the CMOS image sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is an insulating layer, passivation provided with a plurality of metal wiring on a substrate having a photodiode (photo diode) Forming a passivation layer in sequence, applying a resist for a positive type blue color filter on the entire surface of the passivation layer, and then forming a blue color filter through a photographic process. Step, after applying a resist for the negative type (Green Color Filter) on the entire passivation layer including the blue color filter, and forming a green color filter through a photo process, the blue and green After applying a resist for a negative red color filter on the entire passivation layer including the color filter, the red color filter is formed through a photographic process. The method comprising and is formed by forming a planarization layer, and a microlens on the blue, green and red color filter.
보다 바람직하게, 상기 절연층은 USG(Undoped Silicate Glass)막 또는 FUSG(Fluorine doped Silicate Glass)막 중 어느 하나이다.More preferably, the insulating layer is either a USG (Undoped Silicate Glass) film or a FUSG (Fluorine doped Silicate Glass) film.
보다 바람직하게, 상기 절연층은 내부에 구비된 금속배선은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선을 포함한다.More preferably, the insulating layer has a metal wiring provided therein includes a metal wiring for driving the image sensor and a metal wiring for driving the logic circuit.
보다 바람직하게, 상기 패시베이션층은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방식으로 증착된 실리콘 질화막이다.More preferably, the passivation layer is a silicon nitride film deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
보다 바람직하게, 상기 패시베이션층을 형성한 후, 어닐링(anealing) 공정을 실시하는 단계를 더 포함한다.More preferably, after the passivation layer is formed, the method may further include performing an annealing process.
보다 바람직하게, 상기 사진공정을 위한 노광은 365nm 파장의 i-line을 사용해 이루어진다.More preferably, the exposure for the photo process is done using an i-line of 365 nm wavelength.
보다 바람직하게, 상기 사진공정을 위한 노광 마스크로 레티클(reticle)을 사용한다.More preferably, a reticle is used as the exposure mask for the photographic process.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 컬러 필터 형성 방법은, 컬러필터를 형성하기 위한 사진공정에서 네거티브 및 포지티브 레지스트를 혼용함으로써, 청색컬러필터(Blue Color Filter: BCF)의 필링(peeling) 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다. As described above, the color filter forming method of the CMOS image sensor according to the present invention, by mixing the negative and positive resist in the photo process for forming a color filter, filling the blue color filter (Blue Color Filter (BCF)) There is an effect that can prevent (peeling) phenomenon.
또한, 기존에 청색컬러필터의 필링(peeling) 현상을 방지하기 위해 추가적으로 진행하던 TR treatment 공정이 감소됨에 따라, 반도체 제조 공정 및 제조 단가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, as the TR treatment process, which has been additionally performed to prevent the peeling phenomenon of the blue color filter, is reduced, the semiconductor manufacturing process and the manufacturing cost can be reduced.
또한, 하단부가 넓게 형성된 BCF의 빛 흡수율이 증가하고, 이에 따라, 이미지 센서의 감도 및 이미지 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다. In addition, the light absorption rate of the BCF having a wide bottom portion is increased, thereby improving the sensitivity and image characteristics of the image sensor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the configuration and operation of the embodiment of the present invention, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described by at least one embodiment, By the technical spirit of the present invention described above and its core configuration and operation is not limited.
도 1a 내지 도 1b는 색상에 따른 광흡수율과 광투과율을 나타낸 그래프이다.본 발명에서는 레지스트 노광시, 365nm 파장의 i-line을 사용한다. 1A to 1B are graphs showing light absorption and light transmittance according to color. In the present invention, an i-line having a wavelength of 365 nm is used during resist exposure.
먼저, 도 1은 색상에 따른 레지스트의 광흡수율을 나타낸 그래프로서, 350nm에 해당하는 청색에서의 i-line 흡수율이 현저히 높음을 알 수 있다. First, Figure 1 is a graph showing the light absorption of the resist according to the color, it can be seen that the i-line absorption in blue corresponding to 350nm is significantly high.
그리고, 도 2는 컬러필터 색상에 따른 레지스트의 광투과율을 나타낸 그래프로서, 적색에서의 i-line 투과율이 현저히 높음을 알 수 있다. And, Figure 2 is a graph showing the light transmittance of the resist according to the color filter color, it can be seen that the i-line transmittance in red is remarkably high.
도 2a 내지 2c는 종래기술에 따른 컬러필터 색상에 따른 레지스트의 사진공정 수행결과를 나타내는 사진이다.2A to 2C are photographs showing a result of performing a photolithography process of a resist according to a color filter color according to the related art.
도 2a는 적색컬러필터용 레지스트의 사진공정 수행결과이고, 도 2b는 녹색컬러필터용 레지스트의 사진공정 수행결과이고, 도 2c는 청색컬러필터용 레지스트의 사진공정 수행결과이다. 2A is a result of performing a photo process of the red color filter resist, FIG. 2B is a result of performing a photo process of the green color filter resist, and FIG. 2C is a result of performing a photo process of the blue color filter resist.
상기 적색컬러필터용 레지스트의 경우, 광흡수율이 낮고, 광투과율이 높으므로, 사진공정 수행결과, 도 2a와 같이, 하단부가 상단부보다 넓은 형태가 된다. 그 리고, 상기 청색컬러필터용 레지스트의 경우, 광투과율이 낮고, 광흡수율이 높으므로, 사진공정 수행결과 광이 상기 레지스트의 하단부까지 미치지 못한다. 따라서, 도 2c와 같이, 레지스트의 하단부가 상단부보다 좁은 형태로 형성된다. 또한, 녹색컬러필터용 레지스트의 경우, 도 2b와 같이, 상단부와 하단부의 넓이가 거의 같게 형성된다. 따라서, 빛의 파장에 따라, 상기 레지스트가 전혀 다르게 형성됨을 알 수 있다. In the case of the red color filter resist, since the light absorption rate is low and the light transmittance is high, as a result of performing the photographic process, the lower end portion is wider than the upper end portion as shown in FIG. 2A. In addition, in the case of the blue color filter resist, since the light transmittance is low and the light absorption is high, light does not reach the lower end of the resist as a result of performing the photolithography process. Therefore, as shown in Figure 2c, the lower end of the resist is formed in a narrower form than the upper end. In addition, in the case of the resist for green color filters, as shown in FIG. Therefore, it can be seen that the resist is formed differently according to the wavelength of light.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법을 도시한 단면도이다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(photo diode; 12)가 구비된 기판(10)상에 다수의 금속배선(21,22,23)이 구비된 절연층(20) 및 패시베이션층(30)을 형성하고, 상기 패시베이션층(40) 상에 청색컬러필터용 레지스트(51)를 도포한 후, 제1레티클(A1)을 이용하여 노광을 실시한다. First, as illustrated in FIG. 3A, an
이때, 상기 절연층(20)은 USG(Undoped Silicate Glass)막 또는 FUSG (Fluorine doped Silicate Glass)막 중 어느 하나를 사용하고, 상기 절연층(20)은 내부에 구비된 금속배선은 이미지 센서 구동을 위한 금속배선 및 논리회로를 구동하기 위한 금속배선 등을 포함한다. In this case, the
그리고, 상기 패시베이션층(40)은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방식으로 증착된 실리콘 질화막인 것으로서, 상기 질화막을 증착한 후, 상기 질화막을 경화하기 위해 어닐링(anealing) 공정을 실시한다. The
그리고, 상기 청색컬러필터용 레지스트(51)는 포지티브(positive)형으로서, 기존에 사용하던 네거티브(negative)형 레지스트와 반대되는 특성을 갖는다. In addition, the blue color filter resist 51 is a positive type and has a property opposite to that of a negative type resist that has been used.
상기 노광이 이루어진 포지티브형 청색컬러필터 레지스트(51)를 현상하면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 노광시 빛을 받은 부분이 후속의 현상공정에서 현상액에 의해 제거되어 청색컬러필터(61)가 형성된다. When the positive type blue color filter resist 51 subjected to the exposure is developed, as shown in FIG. 3B, a portion that receives light during exposure is removed by a developer in a subsequent developing process to form a
그리고, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 청색컬러필터(61)를 포함하는 패시베이션층(40) 전면 상에 네거티브(negative)형 녹색컬러필터(Green Color Filter)용 레지스트(52)를 도포한 후, 제2레티클(A2)을 이용하여 노광을 실시한다. 그런 다음, 현상공정을 수행하면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 녹색컬러필터(62)가 형성된다. Then, as shown in Figure 3c, after applying a resist (52) for the negative green color filter (Green Color Filter) on the
그리고, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 청색컬러필터(61) 및 상기 녹색컬러필터(62)를 포함하는 패시베이션층(40) 전면 상에 네거티브형 적색컬러필터(Red Color Filter)용 레지스트(53)를 도포한 후, 제3레티클(A3)을 이용하여 노광을 실시한다. 그런 다음, 현상공정을 수행하면, 도 3f에 도시된 바와 같이, 적색컬러필터(63)가 형성된다. As shown in FIG. 3E, a
상기와 같은 방법으로 3색의 컬러필터(61,62,63) 형성이 완료되면, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 3색의 컬러필터(61,62,63) 상에 공지된 기술에 따라, 평탄화층(60) 및 마이크로렌즈(70)를 형성한다. When the formation of the three
도 4a 내지 도 4b는 종래기술과 본 발명에 따른 청색컬러필터 레지스트의 사진공정 수행결과를 나타낸 사진이다.4a to 4b are photographs showing the results of performing a photographic process of the blue color filter resist according to the prior art and the present invention.
도 4a는 종래기술에 따라 청색컬러필터 레지스트에 사진공정을 수행한 결과를 나타내는 것이고, 4b는 본 발명에 따라 청색컬러필터 레지스트에 사진공정을 수행한 결과이다. Figure 4a shows the result of performing a photo process on the blue color filter resist according to the prior art, 4b is the result of performing a photo process on the blue color filter resist according to the present invention.
도 4a 및 도 4b를 비교하여 보면, 도 4a의 레지스트에 비하여 도 4b 레지스트의 하단부가 훨씬 넓게 형성되어 있음을 알 수 있다. Comparing FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the lower end of the resist of FIG. 4B is much wider than the resist of FIG. 4A.
상기와 같이, 본 발명에 따라 청색컬러필터를 형성하면, 4b에 도시된 바와 같이 청색컬러필터의 하단부가 넓게 형성되어 상기 청색컬러필터의 빛 흡수율을 증가시켜 이미지 센서의 감도 및 이미지 특성을 개선할 수 있는 장점이 있다.As described above, when the blue color filter is formed according to the present invention, as shown in 4b, the lower end portion of the blue color filter is wider to increase the light absorption rate of the blue color filter, thereby improving the sensitivity and image characteristics of the image sensor. There are advantages to it.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현 예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현 예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다. Although specific embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, this is intended to be easily understood by those of ordinary skill in the art and is not intended to limit the technical scope of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is determined by the matters described in the claims, and the embodiments described with reference to the drawings may be modified or modified as much as possible within the technical spirit and scope of the present invention.
도 1a 내지 도 1b는 색상에 따른 광흡수율 및 광투과율을 나타낸 그래프.1A to 1B are graphs showing light absorption and light transmittance according to color;
도 2a 내지 2c는 종래기술에 따른 컬러필터 색상에 따른 레지스트의 사진공정 수행결과를 나타내는 사진.Figure 2a to 2c is a photograph showing the results of performing a photo process of the resist according to the color filter color according to the prior art.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a CMOS image sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4b는 종래기술과 본 발명에 따른 청색컬러필터 레지스트의 사진공정 수행결과를 나타낸 사진.Figures 4a to 4b is a photograph showing the results of performing the photo process of the blue color filter resist according to the prior art and the present invention.
Claims (7)
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2007
- 2007-10-04 KR KR1020070099743A patent/KR100902597B1/en not_active IP Right Cessation
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