KR100906556B1 - Method for Manufacturing Image Sensor - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법은 수광소자를 포함하는 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계; 스프레이 습식 식각을 진행하여 상기 금속배선층에 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 트렌치가 매립되도록 상기 금속배선층 상에 감광성 물질을 형성하는 단계를 포함한다.An image sensor manufacturing method according to the embodiment comprises the steps of forming a metal wiring layer on a semiconductor substrate including a light receiving element; Forming a trench in the metallization layer by spray wet etching; And forming a photosensitive material on the metallization layer to fill the trench.
이미지 센서 Image sensor
Description
실시예는 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to a method of manufacturing an image sensor.
이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. The image sensor is largely a charge coupled device (CCD) and a complementary metal oxide silicon (CMOS) image sensor. (CIS).
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.In the CMOS image sensor, a photo diode and a MOS transistor are formed in a unit pixel to sequentially detect an electrical signal of each unit pixel in a switching manner to implement an image.
실시예는 이미지 센서의 광특성을 향상시켜, 광감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.The embodiment provides a method of manufacturing an image sensor capable of improving light sensitivity and improving light sensitivity.
실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법은 수광소자를 포함하는 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계; 스프레이 습식 식각을 진행하여 상기 금속배선층에 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 트렌치가 매립되도록 상기 금속배선층 상에 감광성 물질을 형성하는 단계를 포함한다.An image sensor manufacturing method according to the embodiment comprises the steps of forming a metal wiring layer on a semiconductor substrate including a light receiving element; Forming a trench in the metallization layer by spray wet etching; And forming a photosensitive material on the metallization layer to fill the trench.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 트렌치를 포함하는 금속배선층 상에 감광성 물질을 형성하여, 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.In the method of manufacturing the image sensor according to the embodiment, the photosensitive material may be formed on the metallization layer including the trench, thereby improving the sensitivity of the image sensor.
또한, 이미지 센서의 제조 방법은 금속배선층에 스프레이 습식 식각 공정으로 트렌치를 형성하기 때문에, 보다 깊은 트렌치를 형성할 수 있으며, 상기 트렌치를 깊게 형성함으로써, 광감성 물질을 더욱 많이 형성할 수 있어 이미지 센서의 광감도를 증가시킬 수 있다.In addition, in the method of manufacturing the image sensor, since the trench is formed in the metal wiring layer by the spray wet etching process, a deeper trench can be formed, and by forming the trench deeper, more photosensitive materials can be formed, thereby forming an image sensor. Can increase the photosensitivity.
또한, 빛이 금속배선을 향하여 입사될 때, 트렌치의 측벽에 형성된 보호막으로 인하여 금속배선층 내부로 입사되지 못하여 크로스 토크(cross talk)를 방지할 수 있기 때문에, 이미지 센서의 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.In addition, when the light is incident toward the metal wiring, cross talk can be prevented because the protective film formed on the sidewall of the trench is not allowed to enter the metal wiring layer, thereby preventing the occurrence of noise of the image sensor. have.
실시예에 따른 이미지 센서 제조 방법은 수광소자를 포함하는 반도체 기판 상에 금속배선층을 형성하는 단계; 스프레이 습식 식각을 진행하여 상기 금속배선층에 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 트렌치가 매립되도록 상기 금속배선층 상에 감광성 물질을 형성하는 단계를 포함한다.An image sensor manufacturing method according to the embodiment comprises the steps of forming a metal wiring layer on a semiconductor substrate including a light receiving element; Forming a trench in the metallization layer by spray wet etching; And forming a photosensitive material on the metallization layer to fill the trench.
이하, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiments, where it is described as being formed "on / under" of each layer, it is understood that the phase is formed directly or indirectly through another layer. It includes everything.
실시예의 설명에 있어서 씨모스 이미지 센서(CIS)에 대한 구조의 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 씨모스 이미지 센서에 한정되는 것이 아니며, CCD 이미지센서 등 모든 이미지센서에 적용이 가능하다.In the description of the embodiment will be described with reference to the structure of the CMOS image sensor (CIS), the present invention is not limited to the CMOS image sensor, it is applicable to all image sensors, such as CCD image sensor.
도 1 내지 도 4는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 공정단면도이다.1 to 4 are process cross-sectional views of a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)에 회로층(20) 및 금속배선층(30)을 형성시킨다.First, as shown in FIG. 1, the
상기 반도체 기판(10)에는 소자분리막(5) 및 수광소자(15)가 형성되어 있고, 상기 회로층(20)은 트랜지스터를 포함하는 회로가 형성되어 있으며, 상기 금속배선층(30)은 상기 회로와 연결된 금속배선(35)을 포함하여 형성된다.An
반도체 기판(10)은 고농도의 p++형 실리콘 기판 상에 저농도의 p형 에피층 (미도시)이 형성될 수 있다.The
이는, 저농도의 p에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있다.This may increase the depth of the depletion region of the photodiode due to the low concentration of p epitaxial layer, thereby increasing the photodiode's ability to collect photocharges.
또한, p형 에피층의 하부에 고농도의 p++형 기판을 갖게 되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 상기 전하가 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.In addition, having a high concentration of p ++ type substrate under the p-type epi layer reduces the random diffusion of photocharges because the charge is recombined before the charge is diffused to neighboring pixel units. This is because the change in the transfer function of the photocharge can be reduced.
상기 소자 분리막(5)은 상기 반도체 기판(10)에 트렌치를 형성한 후, 절연물질을 매립하여 형성할 수 있다.The
상기 수광소자(15)는 포토 다이오드(photo diode)로 형성될 수 있다.The
상기 회로층(20)은 트랜지스터를 포함하는 회로가 형성되어 있으며, 상기 수광소자(15)에서 형성된 신호를 전송할 수 있다.The
그리고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 금속배선층(30)에 트렌치(37)를 형성한다.As shown in FIG. 2A, a
상기 트렌치(37)는 상기 금속배선층(30) 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 식각 공정을 진행하여 형성할 수 있다.The
상기 트렌치(37)는 상기 금속배선층(30)의 상기 수광소자(15)와 대응되는 영역에 형성된다.The
이때, 상기 트렌치(37)는 스프레이 습식 식각(spray wet etch) 공정을 진행 하여 형성될 수 있으며, 또한, 고압 스프레이 습식 식각 공정으로도 형성될 수 있다.In this case, the
이때, 상기 스프레이 습식 식각은 HF(hydrogen fluoride) 용액을 이용하여 진행할 수 있다.In this case, the spray wet etching may be performed using a hydrogen fluoride (HF) solution.
상기 트렌치(37) 형성을 위한 식각 공정을 건식 식각(dry etch) 공정으로 진행하면, 손상(damage)로 인해 다크(dark) 특성으로 인해 소자가 열화된다.When the etching process for forming the
또한, 식각하고자 하는 재료를 식각액에 완전히 담그는 침지 방식으로 습식 식각(wet etch)을 진행하면, 언더컷(undercut)이 발생하여 깊은 트렌치를 형성할 수 없다.In addition, when the wet etch is performed in an immersion method in which the material to be etched is completely immersed in the etchant, an undercut may occur to form a deep trench.
그러나, 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 스프레이 습식 식각 공정으로 상기 트렌치(37)를 형성하기 때문에, 보다 깊은 트렌치를 형성할 수 있다.However, since the
상기 트렌치(37)를 깊게 형성함으로써, 이후 형성될 광감성 물질을 더욱 많이 형성할 수 있으며, 이는 이미지 센서의 광감도를 증가시킬 수 있다.By forming the
또한, 상기 금속배선층(30)에 형성되는 트렌치는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 바닥면에 돌기(32)가 형성된 트렌치(37)가 형성될 수 있다.In addition, the trench formed in the
이는 상기 스프레이 습식 식각 공정시 상기 식각액이 불균일하게 도포되어 상기 트렌치(37)의 바닥면이 불균일하게 형성될 수도 있음을 의미한다.This means that the etching liquid may be unevenly applied during the spray wet etching process so that the bottom surface of the
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(37)를 포함하는 상기 금속배선층(30) 상에 보호막(40)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3, the
상기 보호막(40)은 Si3N4으로 형성될 수 있으며, 입사되는 빛이 상기 금속배선(35)으로 입사되는 것을 방지할 수 있다.The
즉, 빛이 상기 금속배선(35)을 향하여 입사될 때, 상기 트렌치(37)의 측벽에 형성된 상기 보호막(40)으로 인하여 상기 금속배선층(30) 내부로 입사되지 못하여 크로스 토크(cross talk)를 방지할 수 있기 때문에, 이미지 센서의 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.That is, when light is incident toward the
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(37)가 매립되도록 상기 보호막(40) 상에 감광성 물질(50)을 형성한다.4, the
상기 감광성 물질(50)은 광투과성이 뛰어난 산화막, 폴리머(polymer) 또는 포토 레지스트(Photo Resist) 등으로 형성될 수 있다.The
이어서, 도시하지는 않았지만, 상기 감광성 물질(50) 상에 컬러필터 어레이(color filter array) 및 마이크로 렌즈(micro lens)를 형성할 수 있다.Subsequently, although not shown, a color filter array and a micro lens may be formed on the
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 금속배선층에 스프레이 습식 식각 공정으로 트렌치를 형성하기 때문에, 보다 깊은 트렌치를 형성할 수 있으며, 상기 트렌치를 깊게 형성함으로써, 광감성 물질을 더욱 많이 형성할 수 있어 이미지 센서의 광감도를 증가시킬 수 있다.As described above, in the method of manufacturing the image sensor according to the embodiment, since the trench is formed in the metal wiring layer by a spray wet etching process, a deeper trench can be formed, and the trench is deeply formed, thereby forming a photosensitive material. It can form more and increase the light sensitivity of the image sensor.
또한, 빛이 금속배선을 향하여 입사될 때, 트렌치의 측벽에 형성된 보호막으로 인하여 금속배선층 내부로 입사되지 못하여 크로스 토크(cross talk)를 방지할 수 있기 때문에, 이미지 센서의 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.In addition, when the light is incident toward the metal wiring, cross talk can be prevented because the protective film formed on the sidewall of the trench is not allowed to enter the metal wiring layer, thereby preventing the occurrence of noise of the image sensor. have.
도 1 내지 도 4는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 공정단면도이다.1 to 4 are process cross-sectional views of a method of manufacturing an image sensor according to an embodiment.
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2007
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